Tā kā būvniecības nozarē aizvien vairāk uzmanības tiek pievērsts konstrukcijām ar samazinātu oglekļa emisiju, arvien biežāk kā risinājumus meklē hibrīdkonstrukcijas, kurās koksne tiek kombinēta ar tēraudu vai citiem materiāliem. Buro Happold ņem vērā un atbalsta šo risinājumu.
Kokmateriāli nodrošina gan daudzpusību, gan teicamu seismisko veiktspēju; tērauds nodrošina izturību un savienojumus. Abu materiālu apvienošana jūsu projektā bieži vien ir visefektīvākais veids, kā sasniegt optimālus rezultātus.
Pielāgošanās spējas
Hibrīdkonstrukcijas bieži vien nodrošina augstāku veiktspējas līmeni nekā tikai kokmateriāli, tomēr to panākumi bieži vien ir atkarīgi no vairākiem faktoriem, tostarp no tā, cik labi komponenti ir savienoti un vai tie ir pienācīgi pārbaudīti. Sakarā ar šo sarežģītību un laika patēriņu, kas saistīts ar tādiem projektēšanas procesiem kā šis, projektētājiem būtu jāvelta nepieciešamais laiks, lai izstrādātu efektīvu savienojumu sistēmu un pārbaudītu slodzes, ar kurām tie saskarsies reālās lietošanas laikā.
Tā kā ēku īpašnieki arvien vairāk pievērš uzmanību oglekļa dioksīda emisijas samazināšanai, būvkonstrukciju projektēšanas speciālisti ir centušies panākt efektīvu konstrukciju ar zemāku enerģijas patēriņu, kas ir viens no svarīgākajiem būvkonstrukciju projektēšanas mērķiem. Viena no metodēm, kā sasniegt šo mērķi, ir kombinēt šķērsām līmēta koka (CLT) grīdas paneļus ar tērauda karkasu. Lai palīdzētu efektīvāk sasniegt šo mērķi, šajā pētījumā tika novērtēts, kuri CLT un tērauda hibrīda grīdu šķērsgriezumi nodrošina optimālu efektivitāti, vērtējot pēc vairākiem lēmumu pieņemšanas kritērijiem siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšanai ražošanas posmā.
Lai tas darbotos efektīvi, ir maksimāli jāpalielina hibrīda komponentu kravnesība. Tāpēc tika izmēģinātas dažādas metodes, lai palielinātu koksnes un tērauda saiti. Līmes izrādījās ideāla metode šo materiālu savienošanai, salīdzinot ar dībeļa veida stiprinājumiem un caurumotajiem metāla plākšņu stiprinājumiem (PMPF), izmantojot neliela izmēra paraugus, lai novērtētu materiālu savienojuma stiprību; līmju savienojumi izrādījās līdz pat 82% labāki, salīdzinot gan ar dībeļa veida stiprinājumiem, gan PMPF stiprinājumiem, kā rezultātā hibrīda komponenta maksimālā slodzes nestspēja bija 82% bīdes spēja!
Pieaugot pieprasījumam pēc koka un hibrīdkonstrukcijām, ēku īpašnieki, projektēšanas grupas un kompetentās iestādes ātri pielāgojas. Šajā iepriekš ierakstītajā tīmekļa seminārā tiks apskatīti inovatīvi projekti, kuros hibrīda koka/tērauda sistēmas maksimāli izmanto katra materiāla priekšrocības; tiks apspriestas arī dažas problēmas, kas saistītas ar hibrīda elementu iekļaušanu augstās koka ēkās, kā arī to risinājumi.
Energoefektivitāte
Izmantojot hibrīdkonstrukcijas, kas apvieno koksni ar tēraudu vai citiem materiāliem, tiek radītas energoefektīvākas ēkas. Šī pieeja apvieno konstrukcijas efektivitāti ar siltumu un elastību, ko nodrošina koks, kā arī lielāku noturību pret seismiskiem vai vēja briesmām. Hibrīdkonstrukcijas palīdz arī samazināt ēkās ietverto oglekļa dioksīda daudzumu.
Viena no hibrīdkonstrukcijas metodēm ir saistīta ar līmētā koka un tērauda ribām, veidojot hibrīdkonstrukciju. Tērauds nodrošina stingrību un izturību, kas nepieciešama, lai atbalstītu slaidus koka elementus. Hibrīda sistēma piedāvā ekonomisku risinājumu, kas ir gan vienkāršs, gan daudzpusīgi lietojams. Koksne ne vienmēr optimāli darbojas kopā ar tēraudu, tāpēc, plānojot konstrukciju, tas jāņem vērā. Piemēram, ir ļoti svarīgi, lai koka elementi būtu izvietoti pie augšējās joslas (saspiešanā), bet tērauds paliktu pie apakšējās joslas (stiepšanā). Turklāt savienojumi jāprojektē tā, lai starp sastāvdaļām nerastos termiskās izplešanās spraugas. Ir arī ārkārtīgi svarīgi sadarboties ar ražotājiem, kas pārzina gan koka, gan tērauda ražošanas procesus, jo to savienojumu detaļas būtiski atšķiras no standarta AESS standartiem.
Inženierijas kokmateriāli būvniecības nozarē tiek izmantoti jau sen, taču tikai nesen tie ir kļuvuši par populārāko materiālu liela mēroga konstrukciju būvniecībā. Šo tendenci var izskaidrot ar tā priekšrocībām salīdzinājumā ar betonu un tēraudu: viena no šīm priekšrocībām ir tā daudzpusība sarežģītu formu veidošanā, būtiski nepalielinot izmaksas. Inženierijas kokmateriāli ļauj arhitektiem īstenot savu redzējumu un vienlaikus ietaupīt izmaksas.
Kokmateriāliem ir daudz priekšrocību: oglekļa dioksīda uzkrāšana un atjaunojamo resursu statuss; to estētiskās īpašības pārspēj tērauda un betona īpašības; tomēr kokmateriāliem trūkst stingrības un izturības, kas nepieciešama augstceltnēm, tāpēc inženieri bieži kombinē kokmateriālus ar citiem materiāliem, kas nodrošina lielāku stingrību vai nestspēju, nekā to spēj piedāvāt paši materiāli.
Visizplatītākā metode koksnes līmēšanai ar tēraudu ir līmju izmantošana. Ir izmēģinātas dažādas metodes, tostarp tapskrūves un caurumotās metāla plāksnes stiprinājumi (PMPF). Nesen veiktā pētījumā secināts, ka līmju savienojumi nodrošina labākas īpašības koksnes un tērauda hibrīdsekcijās salīdzinājumā ar dībeļiem (stiepes izturība ir līdz pat 9 reizēm lielāka) un PMPF (5,55 reizes lielāka bīdes spēja nekā dībeļiem). Turklāt tērauda un koka hibrīdbūves var samazināt virsbūves oglekļa dioksīda daudzumu līdz pat 5-35%, salīdzinot ar tērauda un betona ēkām.
Elastība
Hibrīdkonstrukcijas nodrošina lielāku elastību nekā viena materiāla konstrukcijas, jo nepieciešamības gadījumā tiek izmantotas koksnes izdevīgās īpašības, bet nepieciešamības gadījumā tiek izmantoti citi materiāli. CLT (šķērsām līmēta koka) grīda var samazināt oglekļa emisijas, savukārt tērauda kopnes var uzlabot seismiskās īpašības; vairāku materiālu izmantošana vienlaicīgi ļauj hibrīda konstrukcijās līdzsvarot ilgtspēju un izturību, kas jāņem vērā ekoloģiski domājošos projektos.
Hibrīdkonstrukcijas ir strauji augoša būvinženierijas joma, un, lai apmierinātu tirgus prasības, pastāvīgi tiek radīti jauni tehniski risinājumi. Peikko nesen izlaida standartizētu koka un tērauda savienojuma elementu klāstu, kas izstrādāts, lai vienkāršotu hibrīdkonstrukciju projektēšanu, padarot drošu hibrīdkonstrukciju izveidi inženieriem daudz vienkāršāku.
Tomēr daudzi eksperti atzīst, ka pastāv problēmas, kas saistītas ar hibrīdkonstrukciju plašāku ieviešanu, jo īpaši Austrālijā, kur augstceltnes no koka un tērauda nav plaši izplatītas. Lai cīnītos ar šīm grūtībām, pētnieki veic vairākus eksperimentus, kuru mērķis ir izpētīt Austrālijas potenciālu hibrīdkonstrukcijām no koka un tērauda.
Viens šāds eksperiments ir saistīts ar hibrīda tērauda un koka siju veiktspējas pārbaudi. Šīs sijas sastāv no radiata priedes un Duglas egles kokmateriālu plāksnēm, kas ir savienotas ar apvalkotām tērauda sekcijām, un šajos pētījumos tiek novērtēta to izturība pret lieci, nestspēja un līmju veidu, izmēru/vietu/tipa u. c. ietekme, lai izstrādātu efektīvākus konstrukcijas projektus hibrīdām tērauda un kokmateriālu ēkām Austrālijā.
Šim pētījumam varētu būt ļoti būtiska ietekme uz to, kā Austrālijā tiek projektētas augstceltnes. Mērķis ir samazināt to globālās sasilšanas potenciālu (GSP), samazinot betona izmantošanu.
Būvniecības nozarē vērojama starptautiska pāreja uz hibrīdiem tērauda un koka būvniecības paņēmieniem augstceltnēm, ko nosaka dažādi faktori, tostarp dominējošā ģeogrāfija, ēkas funkcija, augstuma apsvērumi un citi mainīgie faktori.
Ilgtspēja
Tā kā būvniecības prakses attīstās, pārejot uz videi draudzīgākām metodēm, kokmateriāli ir kļuvuši par vēlamu celtniecības materiālu, kas sniedz gan vides, gan arhitektūras priekšrocības. Diemžēl tā izturība un ilgmūžība ierobežo kokmateriālu izmantošanas iespējas noteiktos projektos; lai maksimāli palielinātu to izmantošanu šādos gadījumos, daudzas projektēšanas komandas pievēršas hibrīdkonstrukcijām, kurās apvienotas masīvkoka priekšrocības ar tērauda vai betona izturību, lai izveidotu perfektu hibrīdkonstrukciju.
Hibrīdās konstrukcijas var sniegt arī būtiskas ilgtspējības priekšrocības. Izmantojot dažādus materiālus kopā, var samazināt kopējās oglekļa emisijas un uzlabot energoefektivitāti, vienlaikus nodrošinot elastību, pielāgošanās iespējas un izmaksu ietaupījumu. Koka un betona būvmateriālu apvienošana var samazināt būvniecības izmaksas un paātrināt būvniecības procesu, tomēr ir svarīgi izvēlēties piemērotas materiālu kombinācijas, lai aizsargātu ēku konstrukcijas integritāti.
Hibrīda ēkas nodrošina ne tikai oglekļa ietaupījumu, bet arī lielāku seismisko noturību salīdzinājumā ar tradicionālajām tērauda un betona konstrukcijām. Nesen veiktajā pētījumā tika izskatīti seši pirmie gadījumi, kad hibrīdkonstrukcijās apvienotas tērauda karkasa un koka kopņu konstrukcijas, lai nodrošinātu izturību pret zemestrīcēm. Rezultāti liecina, ka hibrīdkonstrukcijas nodrošina videi draudzīgākas alternatīvas un vienlaikus atbilst visām AEC kodeksa seismiskajām prasībām.
Koka konstrukciju būvniecība aizsākās jau pirms vairākiem gadu tūkstošiem; tās atdzimšanu pēdējā laikā veicina pastiprināta uzmanība ilgtspējīgai praksei un zemākām oglekļa emisijām. Tagad arvien vairāk būvniecības uzņēmumu pievēršas koksnei, lai cīnītos pret klimata pārmaiņām un vienlaikus radītu veselīgāku vidi.
Microsoft un Gensler, sadarbojoties ar Thornton Tomasetti, nesen veica pētījumu, kas parādīja, kā ilgtspējīgas koksnes izmantošana var ievērojami samazināt datu centra oglekļa dioksīda emisijas, salīdzinot ar parasto tērauda konstrukciju, un par 65 procentiem, salīdzinot ar saliekamā betona konstrukciju. Apvienojumā ar inovatīviem inženiertehniskajiem risinājumiem un rūpīgu komandas plānošanu hibrīdbūve ir pievilcīga iespēja būvniekiem, kas vēlas samazināt sava projekta ietekmi uz vidi.
Koks ir ideāls materiāls augstas veiktspējas ēkām, tomēr tā stiprās un vājās puses ir rūpīgi jāizvērtē projektēšanas laikā. Inženieriem, pirms sākt koka izmantošanu, ir jāizprot tā stiprās puses (stingrība, izturība), vājās puses (caurlaidība) un ietekme uz vidi. Hibrīdkonstrukcijas ir kļuvušas par arvien populārāku risinājumu, kas apvieno dažādu materiālu priekšrocības, lai radītu unikālas konstrukcijas ar ilgstošu vizuālo pievilcību un funkcionalitāti.
