Med økende oppmerksomhet i byggebransjen rettet mot design med reduserte karbonutslipp, blir hybriddesign som kombinerer tre med stål eller andre materialer stadig mer ettertraktet som løsning. Vi i Buro Happold tar dette til etterretning og støtter...
Tre gir både allsidighet og utmerket seismisk ytelse, mens stål gir styrke og forbindelser. Den mest effektive måten å oppnå optimale resultater på, er ofte å kombinere begge materialene i prosjektet.
Tilpasningsevne
Hybridkonstruksjoner gir ofte høyere ytelse enn tømmer alene, men hvor vellykket de er, avhenger ofte av flere faktorer, blant annet hvor godt komponentene er koblet sammen og om de er tilstrekkelig testet. På grunn av kompleksiteten og tidsbruken i designprosesser som denne, bør designere ta seg god tid til å utvikle et effektivt sammenkoblingssystem og teste for belastninger som de vil bli utsatt for i den virkelige verden.
Etter hvert som byggeiere fokuserer mer og mer på å redusere karbonavtrykket sitt, har fagfolk innen konstruksjonsteknikk søkt etter effektive konstruksjoner med lavere innebygd energiforbruk som et viktig mål for konstruksjonsdesign. En metode for å oppnå dette målet er å kombinere gulvpaneler av krysslaminert tre (CLT) med stålkonstruksjoner. For å bidra til å nå dette målet på en mer effektiv måte, har vi i denne studien vurdert hvilke tverrsnitt av hybridgulv av KL-tre og stål som gir optimal effektivitet når de evalueres mot flere beslutningskriterier for reduksjon av klimagassutslipp i produksjonsfasen.
For at dette skal fungere effektivt, må hybridkomponentens bæreevne maksimeres. Derfor ble det testet ulike metoder for å øke bindingen mellom tre og stål. Lim viste seg å være en ideell metode for sammenføyning av disse materialene sammenlignet med pluggfester og stansede metallplatefester (PMPF), med småskala prøver som ble brukt til å evaluere bindingsstyrken mellom materialene; limforbindelser viste seg å være overlegen med opptil 82% sammenlignet med både pluggfester og PMPF-fester, noe som resulterte i en maksimal bæreevne på 82% skjærkapasitet for hybridkomponenten!
Etter hvert som etterspørselen etter tre- og hybridkonstruksjoner øker, tilpasser byggeiere, designteam og myndigheter seg raskt. Dette forhåndsinnspilte webinaret tar for seg innovative prosjekter der hybride tre- og stålsystemer maksimerer hvert materiales fordeler. Det vil også bli diskutert noen utfordringer knyttet til å inkludere hybridelementer i høye trebygninger, samt løsninger på disse.
Energieffektivitet
Bruk av hybridkonstruksjoner som kombinerer tre med stål eller andre materialer, gir mer energieffektive bygninger. Denne tilnærmingen kombinerer strukturell effektivitet med varmen og fleksibiliteten som tre gir, samt økt motstandskraft mot jordskjelv og vind. Hybridkonstruksjoner bidrar også til å redusere karbonavtrykket i bygninger.
En hybridkonstruksjon innebærer at limtre kombineres med stålribber for å danne en hybrid fagverkskonstruksjon. Stålet gir den stivheten og styrken som er nødvendig for å bære de slanke treelementene. Et hybridsystem er en økonomisk løsning som er både enkel og allsidig i bruk. Det er ikke alltid at trevirke fungerer optimalt sammen med stål, og derfor må man ta hensyn til dette i planleggingen. For eksempel er det avgjørende at treelementene plasseres nær toppakkorden (i trykk), mens stålet forblir i bunnakkorden (strekk). Videre bør forbindelsene utformes slik at det ikke oppstår varmeutvidelsesgap mellom komponentene. Det er også svært viktig å samarbeide med produsenter som forstår både tre- og stålproduksjonsprosessene, ettersom forbindelsesdetaljene deres avviker betydelig fra AESS-standardene.
Konstruksjonsvirke har lenge vært brukt i byggebransjen, men det er først i den senere tid at det har fått et oppsving som det foretrukne materialet for bygging av store konstruksjoner. Denne trenden kan spores tilbake til fordelene det har i forhold til betong og stål, blant annet at det kan brukes til å skape intrikate former uten at kostnadene øker nevneverdig. Med konstruksjonsvirke kan arkitekter realisere sine visjoner samtidig som de sparer kostnader.
Tre har mange fordeler: karbonlagring og status som fornybar ressurs, estetiske kvaliteter som overgår stål og betong, men tre mangler noe av den stivheten og styrken som høyhus trenger - derfor kombinerer ingeniører ofte tre med andre materialer som gir større stivhet eller bæreevne enn det materialet alene kan tilby.
Den vanligste metoden for å feste trevirke til stål er å bruke lim. Ulike metoder har blitt testet, blant annet dybler og stansede metallplatefester (PMPF). En fersk studie konkluderte med at limforbindelser gir overlegen ytelse i hybridseksjoner av tre og stål sammenlignet med plugger (strekkfastheten er opptil 9 ganger større) og PMPF (5,55 ganger større skjærkapasitet enn plugger). I tillegg kan hybride bygninger av stål og tre redusere karboninnholdet i overbygningen med opptil 5-35% sammenlignet med bygninger av stål og betong.
Fleksibilitet
Hybridkonstruksjoner gir større fleksibilitet enn konstruksjoner med bare ett materiale, ved at man kan dra nytte av treets fordelaktige egenskaper når det trengs, og bruke andre materialer når det er nødvendig. CLT-gulv (krysslaminert tre) kan redusere karbonutslippene, mens ståltakstoler kan forbedre den seismiske ytelsen. Ved å bruke flere materialer samtidig kan hybridkonstruksjoner balansere bærekraft og styrke - noe miljøbevisste prosjekter må ta hensyn til.
Hybridkonstruksjoner er et felt i rask utvikling innen konstruksjonsteknikk, og det utvikles stadig nye tekniske løsninger for å møte markedets krav. Peikko lanserte nylig et standardisert utvalg av tre-til-stål-forbindelseselementer som er utviklet for å gjøre det enklere å designe hybridkonstruksjoner, noe som gjør det mye enklere for ingeniører å skape pålitelige hybridkonstruksjoner.
Men mange eksperter erkjenner at det er utfordringer forbundet med å ta i bruk hybridkonstruksjoner i større skala, særlig i Australia, der høyhus i tre og stål ikke har fått noen stor utbredelse. For å løse disse utfordringene gjennomfører forskere flere eksperimenter for å utforske Australias potensial for hybridkonstruksjoner av tre og stål.
Et slikt eksperiment omfatter testing av ytelsen til hybridbjelker av stål og tre. Disse bjelkene består av lameller av radiata furu og douglasgran som er limt til innkapslede stålseksjoner. Studiene evaluerer bøyemotstand, bæreevne og påvirkning fra limtyper, størrelse/plassering/type osv. for å utvikle mer effektive konstruksjoner for hybride stål- og trebygninger i Australia.
Denne forskningen kan ha en enorm transformativ effekt på hvordan høyhus utformes i Australia. Målet er å redusere det globale oppvarmingspotensialet (GWP) ved å redusere bruken av betong.
Byggebransjen er vitne til et internasjonalt skifte i retning av hybride byggeteknikker i stål og tre for høyhus, drevet av ulike faktorer, inkludert dominerende geografi, bygningsfunksjon, høydehensyn og andre variabler.
Bærekraft
Etter hvert som byggemetodene utvikler seg i retning av mer miljøvennlige tilnærminger, har tre blitt et ettertraktet byggemateriale med både miljømessige og arkitektoniske fordeler. Dessverre setter materialets styrke og holdbarhet grenser for hvor mye tre kan brukes i visse prosjekter. For å maksimere bruken av tre i slike tilfeller vender mange designteam seg mot hybridkonstruksjoner som kombinerer massivtreets fordeler med stål- eller betongstyrke for å skape den perfekte hybridkonstruksjonen.
Hybriddesign kan også gi betydelige bærekraftsfordeler. Ved å bruke ulike materialer sammen kan man redusere de samlede karbonutslippene og forbedre energieffektiviteten, samtidig som man oppnår fleksibilitet, tilpasningsevne og kostnadsbesparelser. Ved å kombinere tre med betong som byggemateriale kan man redusere byggekostnadene og fremskynde byggeprosessen, men det er viktig at man velger riktige kombinasjoner av materialer for å beskytte bygningens strukturelle integritet.
Hybridbygninger gir mer enn bare karbonbesparelser; de kan også gi økt jordskjelvmotstand sammenlignet med tradisjonelle stål- og betongkonstruksjoner. En fersk studie har undersøkt seks banebrytende casestudier av hybridkonstruksjoner som kombinerer stål- og trekonstruksjoner med tanke på jordskjelvmotstand. Resultatene viser at hybridkonstruksjoner er mer miljøvennlige alternativer, samtidig som de oppfyller alle seismiske krav i AEC-koden.
Bygging i tre har eksistert i årtusener, og den siste tidens oppblomstring skyldes økt fokus på bærekraftig praksis og lavere karbonutslipp. Nå vender flere byggefirmaer seg mot tre som en del av en plan for å bekjempe klimaendringene og samtidig skape sunnere miljøer.
Microsoft og Gensler, i samarbeid med Thornton Tomasetti, gjennomførte nylig en undersøkelse som viste at bruk av bærekraftig trevirke kan redusere et datasenters karbonavtrykk betydelig sammenlignet med konvensjonell stålkonstruksjon, og 65 prosent sammenlignet med prefabrikerte betongkonstruksjoner. Kombinert med innovative tekniske løsninger og nøye teamplanlegging er hybridkonstruksjon et attraktivt alternativ for byggherrer som ønsker å minimere miljøpåvirkningen fra prosjektet sitt.
Tre er et ideelt materiale for bygninger med høy ytelse, men dets styrker og svakheter må vurderes nøye under prosjekteringen. Ingeniører må forstå materialets styrker (stivhet, holdbarhet), svakheter (permeabilitet) og miljøpåvirkning før de går videre med bruken av det. Hybridkonstruksjoner har blitt en stadig mer populær løsning som kombinerer fordelene ved ulike materialer for å skape unike strukturer med varig visuell appell og funksjonalitet.
