Con la crescente attenzione del settore edile verso progetti che riducono le emissioni di carbonio, le soluzioni ibride che combinano il legno con l'acciaio o altri materiali sono sempre più ricercate. Noi di Buro Happold stiamo prendendo nota e sostenendo questa...
Il legno offre versatilità ed eccellenti prestazioni sismiche, mentre l'acciaio garantisce resistenza e collegamenti. La combinazione di entrambi i materiali per il vostro progetto è spesso il modo più efficiente per ottenere risultati ottimali.
Adattabilità
I progetti ibridi spesso offrono livelli di prestazioni più elevati rispetto al solo legno; tuttavia, il loro successo dipende spesso da diversi fattori, tra cui la qualità del collegamento dei componenti e l'adeguatezza dei test. A causa della complessità e del dispendio di tempo che comporta un processo di progettazione come questo, i progettisti dovrebbero prendersi il tempo necessario per sviluppare un sistema di connessione efficiente e testare i carichi che dovranno affrontare durante le applicazioni reali.
Poiché i proprietari degli edifici si concentrano sempre più sulla riduzione delle emissioni di anidride carbonica, i professionisti dell'ingegneria strutturale hanno cercato di realizzare progetti efficienti con un minore consumo di energia incorporata come obiettivo importante della progettazione strutturale. Un metodo per raggiungere questo obiettivo è la combinazione di pannelli per solai in legno lamellare (CLT) con strutture in acciaio. Per contribuire a raggiungere questo obiettivo in modo più efficace, questo studio ha valutato quali sezioni trasversali di solai ibridi CLT-acciaio fornissero un'efficienza ottimale quando valutate rispetto a diversi criteri decisionali per la riduzione delle emissioni di gas serra nella fase di produzione.
Affinché ciò funzioni efficacemente, la capacità di carico dei componenti ibridi deve essere massimizzata. Per questo motivo, sono stati testati diversi metodi per aumentare il legame tra legno e acciaio. Gli adesivi si sono rivelati un metodo ideale per unire questi materiali rispetto ai dispositivi di fissaggio a tassello e ai dispositivi di fissaggio a piastra metallica punzonata (PMPF), con campioni in scala ridotta utilizzati per valutare la forza di legame tra i materiali; i legami adesivi si sono dimostrati superiori fino a 82% rispetto ai dispositivi di fissaggio a tassello e ai dispositivi di fissaggio PMPF, con una capacità di carico massima di 82% di capacità di taglio del componente ibrido!
Con l'aumento della domanda di progetti in legno e ibridi, i proprietari di edifici, i team di progettazione e le autorità competenti si stanno rapidamente adattando. Questo webinar preregistrato esplorerà progetti innovativi in cui i sistemi ibridi legno/acciaio massimizzano i vantaggi di ciascun materiale; verranno inoltre discusse alcune sfide associate all'inserimento di elementi ibridi in edifici alti in legno e le relative soluzioni.
Efficienza energetica
L'uso di progetti ibridi che combinano il legno con l'acciaio o altri materiali consente di ottenere edifici più efficienti dal punto di vista energetico. Questo approccio coniuga l'efficienza strutturale con il calore e la flessibilità offerti dal legno, nonché con una maggiore resistenza ai rischi sismici o del vento. La costruzione ibrida contribuisce inoltre a ridurre il carbonio incorporato negli edifici.
Un approccio progettuale ibrido prevede la combinazione di legno lamellare e nervature in acciaio per formare una struttura a traliccio ibrida. L'acciaio fornisce la rigidità e la resistenza necessarie per sostenere i sottili elementi in legno. Un sistema ibrido offre una soluzione economica, semplice e versatile. Il legno non sempre si comporta in modo ottimale con l'acciaio, quindi il progetto deve tenerne conto in fase di pianificazione. Ad esempio, è fondamentale che gli elementi in legno siano posizionati vicino alla corda superiore (in compressione), mentre l'acciaio rimane nella corda inferiore (in tensione). Inoltre, le connessioni devono essere progettate in modo da evitare che si creino vuoti di espansione termica tra i componenti. È inoltre fondamentale collaborare con produttori che conoscano i processi di fabbricazione del legno e dell'acciaio, poiché i loro dettagli di connessione differiscono in modo significativo dagli standard AESS.
Il legno ingegnerizzato è stato a lungo utilizzato nell'industria delle costruzioni, ma solo di recente si è imposto come materiale di elezione per la costruzione di strutture di grandi dimensioni. Questa tendenza può essere ricondotta ai suoi vantaggi rispetto al calcestruzzo e all'acciaio, tra cui la versatilità nel creare forme intricate senza aumentare significativamente i costi. Il legno ingegnerizzato consente agli architetti di realizzare la loro visione risparmiando sui costi.
Il legno offre molti vantaggi: accumulo di carbonio e status di risorsa rinnovabile; le sue qualità estetiche superano quelle dell'acciaio e del calcestruzzo; tuttavia, il legno manca di alcune delle caratteristiche di rigidità e resistenza di cui hanno bisogno gli edifici di grande altezza; per questo motivo, gli ingegneri spesso combinano il legno con altri materiali che offrono una maggiore rigidità o capacità di carico rispetto ai materiali stessi.
L'approccio più diffuso per l'incollaggio del legno all'acciaio è quello degli adesivi. Sono stati testati diversi metodi, tra cui i dispositivi di fissaggio a tassello e i dispositivi di fissaggio a piastra metallica punzonata (PMPF). Uno studio recente ha concluso che i legami adesivi forniscono prestazioni superiori nelle sezioni ibride legno-acciaio rispetto ai tasselli (resistenza alla trazione fino a 9 volte superiore) e ai PMPF (capacità di taglio 5,55 volte superiore rispetto ai tasselli). Inoltre, gli edifici ibridi acciaio-legno possono ridurre il carbonio incorporato nella sovrastruttura fino a 5-35% rispetto agli edifici in acciaio-calcestruzzo.
Flessibilità
I progetti ibridi offrono una maggiore flessibilità rispetto a quelli realizzati con un unico materiale, sfruttando le caratteristiche positive del legno quando necessario e impiegando altri materiali quando necessario. I pavimenti in CLT (legno a strati incrociati) possono ridurre le emissioni di anidride carbonica, mentre le capriate in acciaio possono migliorare le prestazioni sismiche; l'uso simultaneo di più materiali consente ai progetti ibridi di bilanciare la sostenibilità con la resistenza, un aspetto che i progetti eco-consapevoli devono tenere in considerazione.
Le costruzioni ibride sono un settore in rapido sviluppo dell'ingegneria strutturale e vengono costantemente create nuove soluzioni tecniche per soddisfare le richieste del mercato. Peikko ha recentemente rilasciato una gamma standardizzata di elementi di connessione tra legno e acciaio, pensata per semplificare la progettazione di strutture ibride, rendendo la creazione di strutture ibride affidabili molto più semplice per gli ingegneri.
Ma molti esperti riconoscono che ci sono delle sfide associate a un'adozione più ampia delle strutture ibride, in particolare in Australia, dove gli edifici alti in legno-acciaio non hanno visto una diffusione capillare. Per combattere queste difficoltà, i ricercatori stanno conducendo diversi esperimenti volti a esplorare il potenziale dell'Australia per le costruzioni ibride in legno-acciaio.
Uno di questi esperimenti consiste nel testare le prestazioni di travi ibride acciaio-legno. Queste travi sono costituite da lamelle di pino radiata e abete Douglas incollate a sezioni di acciaio incassate; gli studi valutano la resistenza alla flessione, la capacità di carico e l'impatto dei tipi di adesivo, delle dimensioni/localizzazione/tipo, ecc. per sviluppare progetti strutturali più efficienti per gli edifici ibridi acciaio-legno in Australia.
Questa ricerca potrebbe avere un enorme effetto di trasformazione sulle modalità di progettazione dei grattacieli in Australia. L'obiettivo è ridurre il loro potenziale di riscaldamento globale (GWP) diminuendo l'uso del cemento.
L'industria strutturale sta assistendo a uno spostamento internazionale verso tecniche di costruzione ibride acciaio-legno per gli edifici alti, guidato da vari fattori tra cui la geografia dominante, la funzione dell'edificio, le considerazioni sull'altezza e altre variabili.
Sostenibilità
Con l'evolversi delle pratiche costruttive verso approcci più ecologici, il legno è emerso come un materiale da costruzione desiderabile con vantaggi sia ambientali che architettonici. Purtroppo, la sua resistenza e durabilità limitano l'utilizzo del legno in alcuni progetti; per massimizzarne l'uso in questi casi, molti team di progettazione si stanno orientando verso strutture ibride che combinano i vantaggi del legno di massa con la resistenza dell'acciaio o del calcestruzzo per produrre la struttura ibrida perfetta.
I progetti ibridi possono anche offrire notevoli vantaggi in termini di sostenibilità. L'impiego congiunto di diversi materiali può ridurre le emissioni complessive di carbonio incarnato e migliorare l'efficienza energetica, offrendo al contempo flessibilità, adattabilità e risparmio economico. La combinazione di legno e cemento può ridurre i costi di costruzione e accelerare il processo edilizio; tuttavia, è essenziale selezionare combinazioni di materiali appropriate per proteggere l'integrità strutturale degli edifici.
Gli edifici ibridi non consentono solo un risparmio di carbonio, ma possono anche offrire una maggiore resilienza sismica rispetto alle strutture tradizionali in acciaio-calcestruzzo. Un recente studio ha esaminato sei casi di progettazione ibrida che combinano l'intelaiatura in acciaio con la costruzione di capriate in legno ai fini della resilienza sismica. I risultati dimostrano che le strutture ibride offrono alternative più ecologiche, soddisfacendo al contempo tutti i requisiti sismici del Codice AEC.
Le costruzioni in legno risalgono a millenni fa; la loro recente rinascita è dovuta a una maggiore attenzione alle pratiche sostenibili e alla riduzione delle emissioni di carbonio incarnato. Ora un numero crescente di imprese edili si sta orientando verso il legno come parte di un piano per combattere il cambiamento climatico e creare ambienti più sani.
Microsoft e Gensler, in collaborazione con Thornton Tomasetti, hanno recentemente condotto una ricerca che ha dimostrato come l'utilizzo di legno sostenibile possa ridurre significativamente l'impronta di carbonio di un data center rispetto alla costruzione convenzionale in acciaio e del 65% rispetto alla costruzione in calcestruzzo prefabbricato. Se abbinata a soluzioni ingegneristiche innovative e a un'attenta pianificazione del team, la costruzione ibrida è un'opzione interessante per i costruttori che cercano di ridurre al minimo l'impatto ambientale del loro progetto.
Il legno è un materiale ideale per gli edifici ad alte prestazioni, ma i suoi punti di forza e di debolezza devono essere attentamente considerati durante la progettazione. Gli ingegneri devono comprenderne i punti di forza (rigidità, durabilità), i punti deboli (permeabilità) e gli impatti ambientali prima di procedere al suo utilizzo. Le costruzioni ibride sono diventate una soluzione sempre più popolare che riunisce i vantaggi di diversi materiali per produrre strutture uniche con un fascino visivo e una funzionalità duraturi.
