Устойчиви високи сгради

хибридни дървени конструкции

В близко бъдеще дървото ще заема все по-голям дял от строителната индустрия. Настоящата статия разглежда проекти, които редефинират възможностите на дървото, като строителен материал, за да се подпомогне това развитие. Създателите на проекта за кулата LifeCycle Tower (LCT) изследват пълния и все още не напълно открит потенциал при прилагането на дървен материал за високи сгради. Използването на обработена дървесина комбинира възможностите за производство на сглобяеми елементи и бързо строителство с по-малко вложена енергия и потенциала за забавяне отделянето на въглеродни емисии за експлоатационния период на една сграда. Най-добрата употреба на дървото е в комбинация с други материали, като се вземат предимствата на всеки един материал. Използването на дърво е оптимално, когато се постига пълно интегриране с функциите на сградата, както и с акустичните, противопожарните и динамични изисквания към поведението на конструкцията.

Мултидисциплинарният подход е в основата за постигането на устойчивост при използване на дървото, като конструктивен материал в градска среда. Докато екологичните предимства на дървесината са широко признати, икономичността на устойчивите конструкции ще бъде един от основните двигатели на повишеното използване на дървесина.

Проектантският екип на Arup проведе изследване, съвместно с австрийския строителен предприемач CREE, финансирано от инициативата на австрийското правителство „Къща на бъдещето”. Екипът изследва модулна строителна система, която позволява максимална възможност за производство на сглобяеми елементи. Разработена е концепция за 20-етажна висока кула, като стремежът е да се използва колкото е възможно повече дървесина в конструкцията. Изследването включва подробни конструктивни изчисления, включително за носещата конструкция, фасадата, противопожарната осигуреност, акустични изчисления и поведение на конструкцията. Предвидено е сградата да отговаря на европейските стандарти и германските и австрийски строителни разпоредби.

Плочите на LCT кулата представляват комбинирани дървено-бетонни конструкции, с бетонова плоча и дървени греди. Връзката между гредите и плочата е корава, за да се осигури съвместното действие на двата материала. Докато конструктивните проверки биха били удовлетворени само от дървените части или в комбинация с плоча с дебелина само от 60 до 80 милиметра, изискванията за пожароустойчивост налагат прилагането на плоча с дебелина 100 милиметра, а акустичните – 120 милиметра. Връзката между двата материала се осъществява посредством дюбели в горната част на дървените греди, като по този начин двата материала работят съвместно. Основното ядро и колоните на сградата са проектирани от слепени греди, като ядрото е сглобено от 2.4-метрови дървени панели. Фасадата се състои от модули с ширина 2.7 метра, с интегрирани слепени колони. Едно приблизително сравнение на строителната стойност на използвания метод за строителство за кулата с традиционна стоманобетонна конструкция показва, че използването на дърво ще доведе до по-високи разходи средно между 10% и 15%. Ето защо е взето решение да бъде изграден прототип на конструкцията, с оглед минимизиране размерите на всички елементи за постигането на по-икономичко решение.

LCT едно: Прототипът
Следвайки концепцията на инженерите, е изграден осем-етажен прототип на сградата в Dornbim, Австрия, последван от офис сграда с разгъната площ 10 000 квадратни метра в Montafon. Както е установено по време на изследването, двата проекта разширяват границите на дървените конструкции, като всички основни конструктивни елементи са с леко намалени размери, в сравнение с изискващите се по акустичните и противопожарни норми. Впоследствие са проведени тестове на плочогредовата система, за да се демонстрира съответствието й с изискванията. Резултатите от изпитванията са използвани за допълнително разработване на системата на по-късен етап. За изпитванията е изпълнена плоча с дебелина 80 милиметра. При изливането са използвани добавки към бетона, с оглед да бъде избегнато разслояването му, както и за да се гарантира плътността му за изискващите се 90 минути пожароустойчивост. С оглед на акустичните изисквания, се налага направата на абсорбиращ звука двоен под, в комбинация със саморазливна самонивелираща се подова замазка. Системата показва добро и адекватно поведение по време на тестовете. Плочата осигурява с от 3 до 6 децибела по-висока звукоизолация от посочената в спецификациите. Под въпрос остава дали това е най-икономичното решение. Въпреки това, по отношение на пожароустойчивостта, изследването е много успешно, като конструкцията получава сертификат REI 90 (90 минутна устойчивост на пожар) от чешкия институт PAVUS Test Institute. Тъй като доставчикът на бетон не е бил ангажиран към момента, екипът взима решение да използва местен чешки доставчик на бетон за изливането на тестовите елементи, така че от Австрия се налага да бъде доставен единствено дървеният материал.

Осеметажната сграда LCT едно има бетоново ядро за стабилност, което също така осигурява основният авариен изход в случай на пожар. Докато противопожарната концепция за сградата предвижда изграждането на спринклерна система, противопожарните изисквания и стандарти допускат такава да не бъде изграждана, предвид значителната противопожарна стратегия.

Фасадната система също е леко променена от предварително изследваната концепция. При строителството, фасадата се състои от сглобяеми панели с ширина 12 метра, като колоните са монтирани в задната им част. Това се оказва важна стъпка за намаляване на строителната стойност и за ускоряване на монтажа.

Към този момент, оценката на разходите все още не показва задоволителни резултати, тъй като добавките за бетона и сертифицирането за пожароустойчивост на дървото налагат допълнителни разходи. Сравнението на строителната стойност при двата подхода се оказва още по – трудно, предвид повечето детайли по време на строителството – няма установена кореспондираща версия на стоманобетонова конструкция, с която дървената конструкция може да бъде сравнена.

Етажните плочи са с различна дебелина (поради различните акустични и противопожарни изисквания), сградните инсталации са различни, както и характеристиките на двата материала. В крайна сметка, приемайки факта, че няма друга изградена подобна сграда, стойностното сравнение е направено на база стандартните разходи за строителство, предвид проектното предназначение на сградата, като офис. При тези предпоставки, стойността на проекта LCT е 105 до 110% от стойността на една типична офис сграда.

Кулата LifeCycle става все по-висока
Усилията на проектантските екипи са насочени в посока реализирането на два проекта. Първият е за седеметажна офис сграда в Германия. Вторият проект е за изграждането на LCT в Австрия, с цели 20 етажа. Като част от проектите, проектантският екип разработва мултидисциплинарен наръчник за проектиране на дървени сгради, който да послужи като предизвикателство към ентусиастите, занимаващи се с проектиране на дървени конструкции в Arup, така че да разработват техни собствени проектни решения или варианти.

Това вътрешно съревнование в изследователската мрежа MSTRN за по-нататъшно оптимизиране на концепцията за високи многоетажни дървени конструкции има за цел да развие система, която да позволи създаването на конкурентни, по отношение на строителната стойност, проектни решения при всички хибридни дървени конструкции. Модулните елементи на кулата LifeCycle също се усъвършенстват. Подходът при проектирането и оптимизирането се променят, както и концепцията за различните модули.