Vzhľadom na rastúcu pozornosť, ktorá sa v stavebníctve venuje konštrukciám so zníženými emisiami uhlíka, sa ako riešenia čoraz častejšie hľadajú hybridné konštrukcie kombinujúce drevo s oceľou alebo inými materiálmi. V spoločnosti Buro Happold to berieme na vedomie a podporujeme...
Drevo ponúka všestrannosť a vynikajúce seizmické vlastnosti, oceľ poskytuje pevnosť a spoje. Kombinácia oboch materiálov pre váš projekt je často najefektívnejším spôsobom, ako dosiahnuť optimálne výsledky.
Prispôsobivosť
Hybridné konštrukcie často poskytujú vyššiu úroveň výkonu ako samotné drevo; ich úspech však často závisí od viacerých faktorov vrátane toho, ako dobre sú komponenty prepojené a či boli dostatočne testované. Vzhľadom na túto zložitosť a časovú náročnosť spojenú s procesmi návrhu, ako je tento, by mali konštruktéri venovať potrebný čas vývoju účinného systému spojov a testovaniu na zaťaženie, ktorému budú čeliť počas reálnych aplikácií.
Keďže majitelia budov sa viac zameriavajú na znižovanie svojej uhlíkovej stopy, odborníci na stavebné inžinierstvo sa snažia o efektívne návrhy s nižšou spotrebou energie ako dôležitým cieľom konštrukčného navrhovania. Jednou z metód na dosiahnutie tohto cieľa je kombinácia podlahových panelov z krížom lepeného dreva (CLT) s oceľovým rámom. S cieľom pomôcť efektívnejšie splniť tento cieľ sa v tejto štúdii posudzovalo, ktoré prierezy hybridných podláh z CLT a ocele poskytujú optimálnu účinnosť pri hodnotení podľa viacerých rozhodovacích kritérií na zníženie emisií skleníkových plynov vo fáze výroby.
Aby to fungovalo efektívne, musí sa maximalizovať nosnosť hybridných komponentov. Preto sa testovali rôzne metódy s cieľom zvýšiť ich väzbu medzi drevom a oceľou. Lepidlá sa ukázali ako ideálna metóda na spájanie týchto materiálov v porovnaní so spojovacími prostriedkami typu hmoždinky a spojovacími prostriedkami z dierovaného kovového plechu (PMPF), pričom na vyhodnotenie pevnosti spoja medzi materiálmi sa použili vzorky v malom meradle; lepené spoje sa ukázali ako lepšie až o 82% v porovnaní so spojovacími prostriedkami typu hmoždinky aj spojovacími prostriedkami PMPF, čo viedlo k maximálnej únosnosti hybridného komponentu v šmyku 82%!
S rastúcim dopytom po dreve a hybridných konštrukciách sa majitelia budov, projekčné tímy a príslušné orgány rýchlo prispôsobujú. Tento vopred nahraný webinár sa bude zaoberať inovatívnymi projektmi, v ktorých hybridné systémy drevo/oceľ maximalizujú výhody každého materiálu; diskutovať sa bude aj o niektorých výzvach spojených so začlenením hybridných prvkov do vysokých drevených budov, ako aj o riešeniach.
Energetická účinnosť
Použitie hybridných konštrukcií kombinujúcich drevo s oceľou alebo inými materiálmi vedie k energeticky účinnejším budovám. Tento prístup spája konštrukčnú účinnosť s teplom a flexibilitou, ktoré poskytuje drevo, ako aj so zvýšenou odolnosťou proti seizmickým alebo veterným rizikám. Hybridné konštrukcie tiež pomáhajú znižovať obsah uhlíka v budovách.
Jeden z hybridných konštrukčných prístupov zahŕňa kombináciu lepeného lamelového dreva s oceľovými rebrami na vytvorenie hybridnej priehradovej konštrukcie. Oceľ poskytuje tuhosť a pevnosť potrebnú na podopretie štíhlych drevených prvkov. Hybridný systém ponúka ekonomické riešenie, ktoré je jednoduché a univerzálne na použitie. Drevo nemusí vždy optimálne fungovať s oceľou, preto sa to musí pri návrhu zohľadniť. Ako príklad možno uviesť, že je veľmi dôležité, aby drevené prvky boli umiestnené v blízkosti horného pásu (v tlaku), zatiaľ čo oceľ zostáva v dolnom páse (v ťahu). Okrem toho by sa spoje mali navrhovať tak, aby sa zabránilo vzniku medzier medzi komponentmi z dôvodu tepelnej rozťažnosti. Takisto je nesmierne dôležité spolupracovať s výrobcami, ktorí rozumejú výrobným procesom dreva aj ocele, pretože detaily ich spojov sa výrazne líšia od štandardných noriem AESS.
Konštrukčné drevo sa v stavebníctve využíva už dlho, ale až v poslednom čase sa presadilo ako materiál na výstavbu veľkých konštrukcií. Tento trend možno vysvetliť jeho výhodami oproti betónu a oceli: medzi tieto výhody patrí jeho univerzálnosť pri vytváraní zložitých tvarov bez výrazného zvýšenia nákladov. Konštrukčné drevo umožňuje architektom dosiahnuť ich predstavy a zároveň ušetriť náklady.
Drevo poskytuje mnoho výhod: ukladanie uhlíka a status obnoviteľného zdroja; jeho estetické vlastnosti prevyšujú oceľ a betón; drevu však chýba určitá tuhosť a pevnosť, ktoré výškové budovy potrebujú - preto inžinieri často kombinujú drevo s inými materiálmi, ktoré ponúkajú väčšiu tuhosť alebo nosnosť, ako môžu ponúknuť jeho vlastné materiály.
Najrozšírenejším spôsobom lepenia dreva na oceľ sú lepidlá. Testovali sa rôzne metódy vrátane spojovacích prostriedkov typu hmoždiniek a spojovacích prostriedkov z dierovaného plechu (PMPF). Nedávna štúdia dospela k záveru, že lepiace spoje poskytujú v hybridných sekciách dreva a ocele lepšie vlastnosti v porovnaní s hmoždinkami (pevnosť v ťahu je až 9-krát vyššia) a PMPF (5,55-krát vyššia šmyková únosnosť ako hmoždinky). Okrem toho hybridné oceľovo-drevené budovy môžu znížiť obsah uhlíka v nadstavbe až o 5-35% v porovnaní s oceľovo-betónovými budovami
Flexibilita
Hybridné konštrukcie poskytujú väčšiu flexibilitu ako konštrukcie z jedného materiálu, pretože v prípade potreby využívajú výhodné vlastnosti dreva a v prípade potreby používajú iné materiály. Podlaha z krížom lepeného dreva (CLT) môže znížiť emisie uhlíka, zatiaľ čo oceľové priehradové nosníky môžu zlepšiť seizmické vlastnosti; použitie viacerých materiálov súčasne umožňuje hybridným konštrukciám vyvážiť udržateľnosť s pevnosťou - čo musia zohľadniť projekty, ktoré dbajú na ochranu životného prostredia.
Hybridné konštrukcie sú rýchlo sa rozvíjajúcou oblasťou stavebného inžinierstva a neustále vznikajú nové technické riešenia, ktoré spĺňajú požiadavky trhu. Spoločnosť Peikko nedávno vydala štandardizovaný sortiment spojovacích prvkov medzi drevom a oceľou, ktorý je navrhnutý tak, aby zjednodušil navrhovanie hybridných konštrukcií, čím sa pre inžinierov výrazne zjednodušilo vytváranie spoľahlivých hybridných konštrukcií.
Mnohí odborníci si však uvedomujú, že so širším zavádzaním hybridných konštrukcií sú spojené problémy, najmä v Austrálii, kde sa výškové budovy z dreva a ocele zatiaľ veľmi nerozšírili. S cieľom bojovať proti týmto ťažkostiam výskumníci vykonávajú niekoľko experimentov, ktorých cieľom je preskúmať potenciál Austrálie pre hybridné konštrukcie z dreva a ocele.
Jeden z takýchto experimentov zahŕňa testovanie vlastností hybridných oceľovo-drevených nosníkov. Tieto nosníky pozostávajú z lamiel z borovice radiata a douglasky, ktoré boli pripevnené k zapuzdreným oceľovým profilom, pričom v rámci týchto štúdií sa hodnotí ich odolnosť voči ohybu, nosnosť a vplyvy druhov lepidiel, veľkosť/umiestnenie/typ atď. s cieľom vyvinúť účinnejšie konštrukčné návrhy pre hybridné oceľovo-drevené budovy v Austrálii.
Tento výskum by mohol mať obrovský transformačný účinok na navrhovanie výškových budov v Austrálii. Cieľom je znížiť ich potenciál globálneho otepľovania (GWP) znížením spotreby betónu.
Stavebný priemysel je svedkom medzinárodného posunu smerom k hybridným stavebným technikám oceľovo-drevených výškových budov, ktorý je podmienený rôznymi faktormi vrátane dominantnej geografickej polohy, funkcie budovy, výšky a ďalších premenných.
Udržateľnosť
S vývojom stavebných postupov smerom k ekologickejším prístupom sa drevo stalo žiadaným stavebným materiálom s environmentálnymi aj architektonickými výhodami. Nanešťastie, jeho pevnosť a trvanlivosť obmedzuje možnosti využitia dreva v niektorých projektoch; aby sa v takýchto prípadoch maximalizovalo jeho využitie, mnohé projekčné tímy sa obracajú k hybridným konštrukciám, ktoré kombinujú výhody masívneho dreva s pevnosťou ocele alebo betónu a vytvárajú tak dokonalú hybridnú konštrukciu.
Hybridné konštrukcie môžu tiež ponúknuť významné výhody v oblasti udržateľnosti. Spoločné použitie rôznych materiálov môže znížiť celkové emisie uhlíka a zlepšiť energetickú účinnosť, pričom ponúka flexibilitu, prispôsobivosť a úsporu nákladov. Kombinácia dreva s betónovým stavebným materiálom môže znížiť stavebné náklady a urýchliť proces výstavby; je však nevyhnutné zvoliť vhodné kombinácie materiálov, aby sa ochránila štrukturálna integrita budov.
Hybridné budovy prinášajú viac než len úsporu uhlíka; v porovnaní s tradičnými oceľovo-betónovými konštrukciami môžu ponúknuť aj zvýšenú seizmickú odolnosť. V nedávnej štúdii sa skúmalo šesť priekopníckych prípadových štúdií hybridných konštrukcií, ktoré kombinujú oceľové rámy a drevené priehradové konštrukcie na účely odolnosti proti zemetraseniu. Výsledky ukazujú, že hybridné konštrukcie poskytujú ekologickejšie alternatívy a zároveň spĺňajú všetky požiadavky seizmického kódexu AEC.
Drevené konštrukcie majú tisícročnú históriu, ich nedávne oživenie je spôsobené zvýšenou pozornosťou venovanou udržateľným postupom a nižším emisiám uhlíka. V súčasnosti sa čoraz viac stavebných firiem orientuje na drevo ako súčasť plánu boja proti klimatickým zmenám a zároveň vytvárania zdravšieho prostredia.
Spoločnosti Microsoft a Gensler v spolupráci s firmou Thornton Tomasetti nedávno uskutočnili výskum, ktorý preukázal, že použitie udržateľného dreva môže výrazne znížiť uhlíkovú stopu dátového centra v porovnaní s bežnou oceľovou konštrukciou a o 65 % v porovnaní s betónovými prefabrikátmi. V spojení s inovatívnymi technickými riešeniami a starostlivým tímovým plánovaním je hybridná konštrukcia atraktívnou možnosťou pre stavebníkov, ktorí sa snažia minimalizovať vplyv svojho projektu na životné prostredie.
Drevo je ideálnym materiálom pre vysoko výkonné budovy, avšak pri návrhu sa musia starostlivo zvážiť jeho silné a slabé stránky. Inžinieri musia pred jeho použitím pochopiť jeho silné stránky (tuhosť, trvanlivosť), slabé stránky (priepustnosť) a vplyv na životné prostredie. Hybridná konštrukcia sa stáva čoraz populárnejším riešením, ktoré spája rôzne výhody rôznych materiálov s cieľom vytvoriť jedinečné konštrukcie s trvalou vizuálnou príťažlivosťou a funkčnosťou.
