Având în vedere atenția tot mai mare din industria construcțiilor îndreptată către proiecte cu emisii reduse de carbon, proiectele hibride care combină lemnul cu oțelul sau alte materiale sunt din ce în ce mai căutate ca soluții. La Buro Happold luăm notă și sprijinim această...
Lemnul oferă atât versatilitate, cât și performanțe seismice excelente; oțelul oferă rezistență și conexiuni. Combinarea ambelor materiale pentru proiectul dvs. este adesea cel mai eficient mod de a obține rezultate optime.
Adaptabilitate
Proiectele hibride oferă adesea niveluri de performanță mai ridicate decât lemnul singur; cu toate acestea, succesul lor depinde adesea de mai mulți factori, inclusiv de cât de bine sunt conectate componentele și dacă acestea au fost sau nu testate corespunzător. Având în vedere complexitatea și consumul de timp pe care îl implică procesele de proiectare precum acesta, proiectanții ar trebui să își ia timpul necesar pentru a dezvolta un sistem de conectare eficient și pentru a testa sarcinile cu care se vor confrunta în timpul aplicațiilor din lumea reală.
Pe măsură ce proprietarii clădirilor se concentrează mai mult pe reducerea amprentei lor de carbon încorporat, profesioniștii din domeniul ingineriei structurale au căutat proiecte eficiente cu o utilizare redusă a energiei încorporate ca obiectiv important al proiectării structurale. O metodă de realizare a acestui obiectiv este combinarea panourilor de pardoseală din lemn stratificat încrucișat (CLT) cu structura de oțel. Pentru a contribui la îndeplinirea mai eficientă a acestui obiectiv, acest studiu a evaluat secțiunile transversale ale planșeului hibrid CLT-oțel care au oferit o eficiență optimă atunci când au fost evaluate în funcție de mai multe criterii de decizie pentru reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră în etapa de producție.
Pentru ca acest lucru să funcționeze eficient, capacitatea de încărcare a componentelor hibride trebuie să fie maximizată. Ca atare, au fost testate diverse metode pentru a crește legătura dintre lemn și oțel. Adezivii s-au dovedit a fi o metodă ideală de îmbinare a acestor materiale în comparație cu elementele de fixare de tip dibluri și cu elementele de fixare de tip placă metalică perforată (PMPF), cu ajutorul unor specimene la scară mică utilizate pentru a evalua rezistența aderenței dintre materiale; adezivii s-au dovedit a fi superiori cu până la 82% în comparație cu elementele de fixare de tip dibluri și cu elementele de fixare PMPF, rezultând o capacitate maximă de încărcare de 82% pentru capacitatea de forfecare a componentei hibride!
Pe măsură ce cererea pentru lemn și design hibrid crește, proprietarii de clădiri, echipele de proiectare și autoritățile cu jurisdicție se adaptează rapid. Acest webinar preînregistrat va explora proiecte inovatoare în care sistemele hibride lemn/oțel maximizează avantajele fiecărui material; de asemenea, vor fi discutate unele provocări asociate cu includerea elementelor hibride în clădirile înalte din lemn, precum și soluții.
Eficiența energetică
Utilizarea modelelor hibride care combină lemnul cu oțelul sau cu alte materiale are ca rezultat clădiri mai eficiente din punct de vedere energetic. Această abordare îmbină eficiența structurală cu căldura și flexibilitatea oferite de lemn, precum și cu rezistența sporită la pericolele seismice sau eoliene. Construcția hibridă contribuie, de asemenea, la reducerea carbonului încorporat în clădiri.
O abordare de proiectare hibridă implică combinarea grinzii glulam cu nervuri de oțel pentru a forma o structură de grindă hibridă. Oțelul asigură rigiditatea și rezistența necesare pentru susținerea elementelor subțiri din lemn. Un sistem hibrid oferă o soluție economică care este atât simplă, cât și versatilă în aplicare. Este posibil ca lemnul să nu funcționeze întotdeauna în mod optim cu oțelul; prin urmare, proiectarea trebuie să țină cont de acest lucru în momentul planificării. De exemplu, este esențial ca elementele din lemn să fie plasate lângă coarda superioară (în compresiune), în timp ce oțelul rămâne la coarda inferioară (în tensiune). În plus, conexiunile trebuie proiectate astfel încât să se evite apariția golurilor de dilatare termică între componente. De asemenea, este extrem de important să lucrați cu fabricanți care înțeleg atât procesele de fabricare a lemnului, cât și pe cele ale oțelului, deoarece detaliile lor de conectare diferă semnificativ de standardele standard AESS.
Cheresteaua proiectată este utilizată de mult timp în industria construcțiilor, însă doar recent a luat amploare ca material preferat pentru construirea structurilor de mari dimensiuni. Această tendință poate fi determinată de avantajele sale față de beton și oțel: printre aceste avantaje se numără versatilitatea sa în crearea de forme complicate fără a crește semnificativ costurile. Cheresteaua proiectată le permite arhitecților să își realizeze viziunea și, în același timp, să reducă costurile.
Lemnul oferă multe avantaje: stocarea carbonului și statutul de resursă regenerabilă; calitățile sale estetice depășesc oțelul și betonul; cu toate acestea, lemnului îi lipsește o parte din rigiditatea și rezistența de care au nevoie clădirile înalte - prin urmare, inginerii combină adesea lemnul cu alte materiale care oferă mai multă rigiditate sau capacitate portantă decât pot oferi materialele proprii.
Cea mai răspândită metodă de lipire a lemnului de oțel este utilizarea adezivilor. Au fost testate diferite metode, inclusiv elemente de fixare de tip dibluri și elemente de fixare cu plăci metalice perforate (PMPF). Un studiu recent a concluzionat că adezivii oferă performanțe superioare în cazul secțiunilor hibride lemn-oțel în comparație cu diblurile (rezistența la tracțiune fiind de până la 9 ori mai mare) și PMPF-urile (capacitate de forfecare de 5,55 ori mai mare decât diblurile). În plus, clădirile hibride din oțel și lemn pot reduce carbonul încorporat în suprastructură cu până la 5-35% în comparație cu clădirile din oțel-beton
Flexibilitate
Proiectele hibride oferă o mai mare flexibilitate decât proiectele dintr-un singur material, profitând de caracteristicile benefice ale lemnului atunci când este necesar și folosind alte materiale atunci când este necesar. Pardoseala din CLT (lemn stratificat încrucișat) poate reduce emisiile de carbon, în timp ce grinzile din oțel pot îmbunătăți performanța seismică; utilizarea simultană a mai multor materiale permite modelelor hibride să echilibreze durabilitatea cu rezistența - un aspect de care trebuie să țină seama proiectele cu conștiință ecologică.
Construcția hibridă este un domeniu al ingineriei structurale care se dezvoltă rapid, iar noi soluții tehnice sunt create în mod constant pentru a răspunde cerințelor pieței. Peikko a lansat recent o gamă standardizată de elemente de conexiune lemn-oțel concepute pentru a simplifica proiectarea structurilor hibride, simplificând mult crearea de structuri hibride fiabile pentru ingineri.
Cu toate acestea, mulți experți recunosc că există provocări legate de adoptarea pe scară largă a structurilor hibride, în special în Australia, unde construcțiile înalte din lemn și oțel nu au fost adoptate pe scară largă. Pentru a combate aceste dificultăți, cercetătorii desfășoară mai multe experimente menite să exploreze potențialul Australiei pentru construcțiile hibride din lemn și oțel.
Un astfel de experiment implică testarea performanței grinzilor hibride oțel-lemn. Aceste grinzi constau din lamelare de lemn de pin radiata și de brad Douglas care au fost lipite de secțiuni de oțel învelite, aceste studii evaluând rezistența lor la încovoiere, capacitatea portantă și impactul tipurilor de adezivi, dimensiune/locație/tip etc. pentru a dezvolta proiecte structurale mai eficiente pentru clădirile hibride din oțel și lemn în Australia.
Această cercetare ar putea avea un efect transformator enorm asupra modului în care sunt proiectate clădirile înalte în Australia. Scopul este de a reduce potențialul de încălzire globală (GWP) al acestora prin diminuarea utilizării betonului.
Industria structurală este martora unei schimbări la nivel internațional către tehnicile hibride de construcție din oțel și lemn pentru clădirile înalte, determinată de diverși factori, inclusiv geografia dominantă; funcția clădirii; considerații privind înălțimea și alte variabile.
Sustenabilitate
Pe măsură ce practicile de construcție evoluează către abordări mai ecologice, lemnul a apărut ca un material de construcție de dorit, cu beneficii atât de mediu, cât și arhitecturale. Din păcate, rezistența și durabilitatea acestuia limitează utilizarea lemnului în anumite proiecte; pentru a maximiza utilizarea acestuia în astfel de cazuri, multe echipe de proiectare se orientează către structuri hibride care combină beneficiile lemnului de masă cu rezistența oțelului sau a betonului pentru a produce structura hibridă perfectă.
Proiectele hibride pot oferi, de asemenea, avantaje semnificative în materie de durabilitate. Utilizarea simultană a diferitelor materiale poate reduce emisiile globale de carbon încorporat și poate îmbunătăți eficiența energetică, oferind în același timp flexibilitate, adaptabilitate și economii de costuri. Combinarea lemnului cu materialul de construcție din beton poate reduce costurile de construcție și poate accelera procesul de construcție; cu toate acestea, este esențial să fie selectate combinații adecvate de materiale pentru a proteja integritatea structurală a clădirilor.
Clădirile hibride oferă mai mult decât economii de carbon; ele pot oferi, de asemenea, o reziliență seismică sporită în comparație cu structurile tradiționale din oțel-beton. Un studiu recent a analizat șase studii de caz de pionierat privind proiecte hibride care combină structurile din oțel și construcțiile din lemn pentru reziliența la cutremure. Rezultatele demonstrează că structurile hibride oferă alternative mai ecologice, îndeplinind în același timp toate cerințele seismice ale Codului AEC.
Construcțiile din lemn datează de milenii; renașterea sa recentă este determinată de atenția sporită acordată practicilor durabile și de reducerea emisiilor de carbon încorporate. În prezent, tot mai multe firme de construcții se orientează către lemn ca parte a unui plan de combatere a schimbărilor climatice, creând în același timp medii mai sănătoase.
Microsoft și Gensler, în colaborare cu Thornton Tomasetti, au efectuat recent o cercetare care a demonstrat cum utilizarea lemnului durabil poate reduce semnificativ amprenta de carbon a unui centru de date în comparație cu construcția convențională din oțel și cu 65% în comparație cu construcția din beton prefabricat. Atunci când este combinată cu soluții de inginerie inovatoare și cu o planificare atentă a echipei, construcția hibridă este o opțiune atractivă pentru constructorii care doresc să reducă la minimum impactul proiectului lor asupra mediului.
Lemnul este un material ideal pentru clădirile de înaltă performanță, însă punctele sale forte și slabe trebuie luate în considerare cu atenție în timpul proiectării. Inginerii trebuie să îi înțeleagă punctele forte (rigiditate, durabilitate), punctele slabe (permeabilitate) și impactul asupra mediului înainte de a proceda la utilizarea sa. Construcția hibridă a devenit o soluție din ce în ce mai populară, care reunește diversele avantaje ale diferitelor materiale pentru a produce structuri unice, cu aspect vizual și funcționalitate durabile.
