Оскільки в будівельній галузі все більше уваги приділяється конструкціям зі зниженим рівнем викидів вуглецю, гібридні конструкції, що поєднують деревину зі сталлю або іншими матеріалами, все частіше шукають як рішення. У Buro Happold ми беремо до уваги та підтримуємо цю тенденцію...
Деревина пропонує універсальність і відмінні сейсмічні характеристики, а сталь забезпечує міцність і з'єднання. Поєднання обох матеріалів у вашому проекті часто є найефективнішим способом досягти оптимальних результатів.
Адаптивність
Гібридні конструкції часто демонструють вищі експлуатаційні характеристики, ніж дерев'яні; однак їхній успіх часто залежить від кількох факторів, зокрема від того, наскільки добре з'єднані компоненти і чи були вони належним чином протестовані. Зважаючи на складність і трудомісткість таких процесів проектування, проектувальники повинні приділяти достатньо часу розробці ефективної системи з'єднань і тестуванню на навантаження, з якими вони стикатимуться в реальних умовах експлуатації.
Оскільки власники будівель все більше зосереджуються на зменшенні їхнього втіленого вуглецевого сліду, фахівці з будівельної інженерії шукають ефективні конструкції з меншим використанням енергії, що є важливою метою при проектуванні будівельних конструкцій. Одним з методів досягнення цієї мети є поєднання панелей перекриття з поперечно ламінованої деревини (CLT) зі сталевим каркасом. Щоб допомогти досягти цієї мети більш ефективно, це дослідження оцінило, які поперечні перерізи гібридних перекриттів з CLT зі сталлю забезпечують оптимальну ефективність при оцінці за кількома критеріями прийняття рішень щодо скорочення викидів парникових газів на стадії виробництва.
Для того, щоб це працювало ефективно, несуча здатність гібридних компонентів повинна бути максимальною. Для цього було випробувано різні методи, щоб підвищити міцність з'єднання між деревиною та сталлю. Клеї виявилися ідеальним методом для з'єднання цих матеріалів у порівнянні з дюбелями та перфорованими металевими пластинами (PMPF), при цьому для оцінки міцності з'єднання між матеріалами використовувалися невеликі зразки; клейові з'єднання виявилися кращими на 82% порівняно з дюбелями та PMPF, що дозволило досягти максимальної несучої здатності гібридного компонента на зсув у 82%!
Оскільки попит на дерев'яні та гібридні конструкції зростає, власники будівель, проектні команди та уповноважені органи влади швидко адаптуються. На цьому попередньо записаному вебінарі ми розглянемо інноваційні проекти, в яких гібридні системи дерева/сталі максимізують переваги кожного матеріалу; також будуть обговорені деякі проблеми, пов'язані з включенням гібридних елементів у висотні дерев'яні будівлі, та шляхи їх вирішення.
Енергоефективність
Використання гібридних конструкцій, що поєднують деревину зі сталлю або іншими матеріалами, призводить до створення більш енергоефективних будівель. Цей підхід поєднує структурну ефективність з теплом і гнучкістю деревини, а також підвищеною стійкістю до сейсмічної та вітрової небезпеки. Гібридне будівництво також сприяє зменшенню викидів вуглекислого газу в будівлях.
Один з гібридних підходів до проектування передбачає поєднання клеєної деревини зі сталевими ребрами для формування гібридної фермової конструкції. Сталь забезпечує жорсткість і міцність, необхідні для підтримки тонких дерев'яних елементів. Гібридна система пропонує економічне рішення, яке є одночасно простим і універсальним у застосуванні. Деревина не завжди оптимально поєднується зі сталлю, тому при проектуванні необхідно враховувати це. Наприклад, дуже важливо, щоб дерев'яні елементи були розміщені біля верхньої хорди (на стиск), тоді як сталь залишається біля нижньої хорди (на розтяг). Крім того, з'єднання повинні бути спроектовані таким чином, щоб уникнути зазорів теплового розширення, що виникають між компонентами. Також дуже важливо співпрацювати з виробниками, які розуміються на процесах виробництва як деревини, так і сталі, оскільки їхні деталі з'єднання значно відрізняються від стандартних стандартів AESS.
Інженерна деревина вже давно використовується в будівельній галузі, проте лише нещодавно вона набула популярності як матеріал для зведення великомасштабних споруд. Ця тенденція пояснюється його перевагами над бетоном і сталлю: серед них - універсальність у створенні складних форм без значного збільшення витрат. Інженерна деревина дозволяє архітекторам реалізовувати свої задуми, одночасно заощаджуючи на витратах.
Деревина має багато переваг: вона зберігає вуглець і є відновлюваним ресурсом; її естетичні якості перевершують сталь і бетон; однак деревині не вистачає жорсткості та міцності, необхідних для висотних будівель - тому інженери часто комбінують деревину з іншими матеріалами, які забезпечують більшу жорсткість або несучу здатність, ніж можуть запропонувати її власні матеріали.
Найпоширенішим підходом до скріплення деревини зі сталлю є використання клею. Були випробувані різні методи, включаючи кріплення типу дюбелів і перфоровані металеві пластини (PMPF). Нещодавнє дослідження показало, що клейові з'єднання забезпечують кращі характеристики гібридних дерев'яно-сталевих конструкцій порівняно з дюбелями (міцність на розрив до 9 разів вища) та перфорованими металевими пластинами (у 5,55 разів вища міцність на зсув, ніж у дюбелів). Крім того, гібридні сталево-дерев'яні будівлі можуть зменшити вміст вуглецю в надбудові до 5-35% у порівнянні зі сталебетонними будівлями
Гнучкість
Гібридні конструкції забезпечують більшу гнучкість, ніж конструкції з одного матеріалу, завдяки використанню переваг деревини, коли це необхідно, і застосуванню інших матеріалів, коли це необхідно. Підлога з клеєної деревини (CLT) може зменшити викиди вуглецю, а сталеві ферми покращити сейсмічні характеристики; одночасне використання декількох матеріалів дозволяє гібридним конструкціям збалансувати екологічність та міцність - це те, що необхідно враховувати в екологічно свідомих проектах.
Гібридне будівництво - це галузь будівельної інженерії, що стрімко розвивається, і постійно створюються нові технічні рішення для задоволення потреб ринку. Нещодавно компанія Peikko випустила стандартизований асортимент елементів з'єднання деревини зі сталлю, покликаних спростити проектування гібридних конструкцій, що значно полегшує створення надійних гібридних конструкцій для інженерів.
Але багато експертів визнають, що існують проблеми, пов'язані з більш широким впровадженням гібридних конструкцій, особливо в Австралії, де висотні будівлі з дерев'яно-сталевих конструкцій не набули широкого розповсюдження. Щоб подолати ці труднощі, дослідники проводять кілька експериментів, спрямованих на вивчення австралійського потенціалу гібридного дерев'яно-сталевого будівництва.
Один з таких експериментів передбачає перевірку характеристик гібридних сталево-дерев'яних балок. Ці балки складаються з дерев'яних ламелей сосни радіоактивної та ялиці Дугласа, прикріплених до сталевих секцій, і в ході досліджень оцінюється їхня стійкість до вигину, несуча здатність та вплив типів клею, розміру/розташування/типу тощо, щоб розробити більш ефективні конструкції для гібридних сталево-дерев'яних будівель в Австралії.
Це дослідження може мати величезний трансформаційний вплив на те, як проектуються висотні будівлі в Австралії. Мета - зменшити їхній потенціал глобального потепління (ПГП) за рахунок зменшення використання бетону.
У будівельній галузі спостерігається міжнародний зсув у бік гібридних сталево-дерев'яних технологій будівництва висотних будівель, зумовлений різними факторами, включаючи домінуючу географію, функцію будівлі, міркування щодо висоти та інші змінні.
Сталий розвиток
У міру того, як будівельна практика еволюціонує в бік більш екологічних підходів, деревина стала бажаним будівельним матеріалом, що має як екологічні, так і архітектурні переваги. На жаль, міцність і довговічність деревини обмежує можливості її використання в певних проектах; щоб максимізувати її використання в таких випадках, багато дизайнерських команд звертаються до гібридних конструкцій, які поєднують переваги масової деревини з міцністю сталі або бетону, створюючи ідеальну гібридну конструкцію.
Гібридні конструкції також можуть запропонувати значні переваги для сталого розвитку. Спільне використання різних матеріалів може зменшити загальні викиди вуглецю та підвищити енергоефективність, пропонуючи при цьому гнучкість, адаптивність та економію коштів. Поєднання деревини з бетонними будівельними матеріалами може зменшити витрати на будівництво та пришвидшити будівельний процес; однак важливо, щоб комбінації матеріалів були підібрані належним чином, щоб захистити структурну цілісність будівель.
Гібридні будівлі забезпечують не лише економію вуглецевих викидів, але й підвищену сейсмічну стійкість порівняно з традиційними сталебетонними конструкціями. Нещодавнє дослідження розглянуло шість новаторських прикладів гібридних конструкцій, що поєднують сталевий каркас і дерев'яну ферму для підвищення сейсмостійкості. Результати показують, що гібридні конструкції є більш екологічною альтернативою, а також відповідають усім сейсмічним вимогам Кодексу AEC.
Будівництво з деревини налічує тисячоліття; його нещодавнє відродження зумовлене підвищеною увагою до сталих практик та зниженням викидів вуглецю. Зараз все більше будівельних компаній звертаються до деревини як частини плану боротьби зі зміною клімату та створення більш здорового навколишнього середовища.
Нещодавно компанії Microsoft і Gensler у співпраці з Thornton Tomasetti провели дослідження, яке продемонструвало, що використання екологічно чистої деревини може значно зменшити вуглецевий слід дата-центру порівняно зі звичайною сталевою конструкцією і на 65% порівняно зі збірним залізобетонним будівництвом. У поєднанні з інноваційними інженерними рішеннями та ретельним командним плануванням гібридне будівництво є привабливим варіантом для будівельників, які прагнуть мінімізувати вплив свого проекту на навколишнє середовище.
Деревина є ідеальним матеріалом для високоефективних будівель, проте її сильні та слабкі сторони необхідно ретельно враховувати під час проектування. Інженери повинні розуміти його сильні сторони (жорсткість, довговічність), слабкі сторони (проникність) і вплив на навколишнє середовище, перш ніж приступати до його використання. Гібридне будівництво стає все більш популярним рішенням, яке об'єднує переваги різних матеріалів для створення унікальних конструкцій з довговічною візуальною привабливістю і функціональністю.
