建設業界では、二酸化炭素排出量を削減する設計への関心が高まっており、木材とスチールやその他の素材を組み合わせたハイブリッド設計が、その解決策としてますます求められています。Buro Happoldでは、これに注目し、支援している。
木材は汎用性と優れた耐震性能の両方を提供し、スチールは強度と接合部を提供します。両方の素材を組み合わせることが、最適な結果を得るための最も効率的な方法です。
適応性
ハイブリッド設計は、木材単体よりも高い性能を発揮することが多い。しかし、その成否は、コンポーネントの接続の良し悪しや、十分なテストが行われているかどうかなど、いくつかの要因に左右されることが多い。このような設計プロセスの複雑さと時間消費により、設計者は必要な時間をかけて効率的な接続システムを開発し、実際の用途で直面する荷重をテストする必要があります。
建物の所有者が二酸化炭素排出量の削減に力を入れる中、構造工学の専門家は、構造設計の重要な目標として、体積エネルギー使用量の少ない効率的な設計を求めている。この目標を達成するための方法のひとつが、CLT（クロスラミネートティンバー）床パネルと鉄骨フレームとの組み合わせである。この目標をより効果的に達成するために、本研究では、製造段階での温室効果ガス排出削減のための複数の判断基準に対して評価した場合に、どのCLTと鉄骨のハイブリッド床断面が最適な効率をもたらすかを評価した。
これが効果的に機能するためには、ハイブリッド・コンポーネントの耐荷重を最大化する必要がある。そのため、木材と鋼材の接合力を高めるために、さまざまな方法がテストされた。接着剤は、ダウエルタイプのファスナーやパンチングメタルプレートファスナー（PMPF）と比較した場合、これらの材料を接合する理想的な方法であることが証明されました！
木材とハイブリッド・デザインの需要が高まるにつれ、建築主、設計チーム、管轄官庁は迅速に対応しています。この録画済みウェビナーでは、木とスチールのハイブリッド・システムがそれぞれの素材の長所を最大限に生かした革新的なプロジェクトについてご紹介します。また、高層木造建築にハイブリッド要素を取り入れる際の課題や解決策についてもご説明します。
エネルギー効率
木材とスチールやその他の素材を組み合わせたハイブリッド設計を採用することで、よりエネルギー効率の高い建物が実現する。このアプローチは、構造的効率と木材が提供する暖かさと柔軟性を融合させ、地震や風災害に対する耐性を向上させる。また、ハイブリッド構造は、建築物の体積炭素量の削減にも貢献する。
ハイブリッドな設計手法のひとつに、グルラムと鋼製リブを組み合わせてハイブリッドトラス構造を形成するというものがある。スチールは、細長い木材部材を支えるのに必要な剛性と強度を提供します。ハイブリッド・システムは、経済的なソリューションでありながら、簡単で多様な用途に使用できます。木材は鋼材との組み合わせで常に最適な性能を発揮するとは限らないため、計画時にはこの点を考慮した設計が必要です。例えば、木造部材はトップコード（圧縮）の近くに配置し、鋼材はボトムコード（引張）に配置することが重要です。さらに、部材間に熱膨張ギャップが生じないように接合部を設計しなければならない。また、接合部のディテールが標準的なAESS規格とは大きく異なるため、木材と鉄骨の両方の加工工程を理解している加工業者と協力することが極めて重要です。
エンジニアード・ティンバーは長い間、建設業界で利用されてきたが、大規模な構造物を建設する材料として選ばれるようになったのはごく最近のことである。この傾向は、コンクリートや鋼鉄と比べたその利点にさかのぼることができる。その利点のひとつは、コストを大幅に増加させることなく複雑な形状を作り出せる汎用性である。エンジニアード・ティンバーは、建築家のビジョンを実現すると同時に、コスト削減を可能にします。
炭素貯蔵や再生可能資源としての地位、鉄やコンクリートを凌駕する美的品質など、木材には多くの利点があるが、高層建築に必要な剛性や強度が不足している。そのためエンジニアは、木材単体で提供できる以上の剛性や耐荷重を提供する他の材料と木材を組み合わせることが多い。
木材を鋼材に接着する最も一般的な方法は、接着剤である。ダボ型ファスナーやパンチングメタルプレートファスナー（PMPF）など、さまざまな方法が試験されてきた。最近の研究では、接着剤による接合は、ダボ（引張強度はダボの最大9倍）やPMPF（せん断耐力はダボの5.55倍）と比べて、木材と鋼材のハイブリッド断面において優れた性能を発揮すると結論付けている。さらに、鉄骨と木材のハイブリッド建築物は、鉄骨とコンクリートの建築物と比較して、上部構造の体積炭素を最大5-35%削減できる可能性がある。
柔軟性
ハイブリッド・デザインは、必要な時には木材の有益な特徴を利用し、必要な時には他の材料を採用することで、単一材料によるデザインよりも柔軟性が高くなります。CLT（クロスラミネート・ティンバー）フローリングは二酸化炭素排出量を削減し、スチールトラスは耐震性能を向上させます。複数の素材を同時に使用することで、ハイブリッド設計は持続可能性と強度のバランスをとることができます。
ハイブリッド構造は、構造工学の分野で急速に発展している分野であり、市場の需要に応えるため、常に新しい技術ソリューションが生み出されています。Peikkoは最近、ハイブリッド構造の設計をより簡単にするために設計された、木材と鋼材の接合部の標準化された製品群を発表しました。
しかし、多くの専門家は、ハイブリッド構造の普及には課題があると認識している。特にオーストラリアでは、木材と鉄骨のハイブリッド構造による高層建築が普及していない。こうした困難に立ち向かうため、研究者たちは、オーストラリアにおける木造と鉄骨のハイブリッド建築の可能性を探るべく、いくつかの実験を行っている。
そのひとつが、鋼材と木材のハイブリッド梁の性能試験である。これらの梁は、ラジアータパイン材とダグラスファー材のラメラを鋼材で包んだ部分に接着したもので、曲げに対する抵抗力、耐荷重、接着剤の種類、サイズ／場所／種類などによる影響を評価し、オーストラリアにおけるハイブリッド・スチール・ティンバー建築物のより効率的な構造設計を開発している。
この研究は、オーストラリアにおける高層ビルの設計方法に大きな変革をもたらす可能性がある。その目的は、コンクリートの使用量を減らすことによって、地球温暖化係数（GWP）を下げることである。
構造業界は、地理的な優位性、建築物の機能、高さの考慮、その他の変数を含む様々な要因によって、高層建築物のための鋼材と木材のハイブリッド建築技術への国際的なシフトを目の当たりにしている。
持続可能性
建設方法がより環境に優しいアプローチへと進化するにつれ、木材は環境と建築の両面にメリットをもたらす望ましい建築材料として浮上してきた。残念ながら、その強度と耐久性から、特定のプロジェクトで木材を利用できる範囲は限られている。このようなケースで木材を最大限に利用するため、多くの設計チームは、マス・ティンバーの利点とスチールやコンクリートの強度を組み合わせた完璧なハイブリッド構造を目指すようになっている。
ハイブリッド設計は、持続可能性にも大きなメリットをもたらす。様々な材料を併用することで、柔軟性、適応性、コスト削減を実現しながら、全体的な具体化炭素排出量を削減し、エネルギー効率を向上させることができる。木材とコンクリート建材を組み合わせることで、建設コストを削減し、建築プロセスをスピードアップすることができる。しかし、建物の構造的完全性を守るためには、適切な材料の組み合わせを選択することが不可欠である。
ハイブリッド・ビルは、二酸化炭素の削減にとどまらず、従来の鉄骨コンクリート構造に比べて耐震性を高めることができる。最近の研究では、耐震性を目的として鉄骨造と木造トラス構造を組み合わせたハイブリッド設計の先駆的な6つのケーススタディを調査した。その結果、ハイブリッド構造はより環境に優しい代替案を提供すると同時に、AECコードの耐震要件をすべて満たしていることが実証された。
木造建築の歴史は数千年前にさかのぼるが、最近の復活は、持続可能な慣行と低体積炭素排出量に対する関心の高まりが原動力となっている。現在では、より健康的な環境を作りながら気候変動と闘う計画の一環として、より多くの建設会社が木材に目を向けている。
マイクロソフトとゲンスラーは、ソーントン・トマセッティと共同で、持続可能な木材を使用することで、データセンターの二酸化炭素排出量を従来の鉄骨造と比較して大幅に、プレキャストコンクリート造と比較して65％削減できることを実証する調査を最近実施しました。革新的なエンジニアリング・ソリューションや入念なチーム・プランニングと組み合わせることで、ハイブリッド建設は、プロジェクトによる環境への影響を最小限に抑えたい建設業者にとって魅力的な選択肢となります。
木材は高性能建築物にとって理想的な材料であるが、その長所と短所を設計時に注意深く考慮する必要がある。エンジニアは、木材の長所（剛性、耐久性）、短所（通気性）、環境への影響を理解した上で、その使用を進める必要がある。ハイブリッド構造は、異なる素材のさまざまな長所を組み合わせ、永続的な視覚的魅力と機能性を備えたユニークな構造を生み出すソリューションとして、ますます人気が高まっている。
