Niedawny artykuł Archi.ru o 8-piętrowym drewnianym domu architekta Gerta Wingorda w Sztokholmie (9-piętrowy, jeśli liczyć strych) wywołał żywiołową reakcję naszych czytelników. Postanowiliśmy rozwinąć ten temat i porozmawiać o budynkach z drewna o wysokości ośmiu pięter i wyższych - o tym, jak są zbudowane i czy drewno może konkurować z żelbetem.
Technologie
Wielokondygnacyjne budynki drewniane wznoszone są w technologii drewna klejonego krzyżowo lub X-lam - z wielkogabarytowych paneli klejonych krzyżowo (panele CLT), które wykonują wszystkie prace związane ze słupami, belkami i krokwiami systemu tradycyjnego. Do ich produkcji używa się zwykle drewna świerkowego. Suszone drewniane lamele o grubości od 10 do 45 mm pod naciskiem co najmniej 0,6 N / mm2 są ze sobą sklejane krzyżowo za pomocą spoiwa bez żywic fenolowo-formaldehydowych. Dzięki prostopadłemu ułożeniu włókien następuje wyrównanie anizotropii drewna, zredukowanie efektu suszenia do niemal minimum oraz znaczne zwiększenie nośności. Najczęściej panele mają grubość od 3 do 7 warstw.
W tym samym miejscu, w produkcji, z powstałych elementów zgodnie ze starannie opracowanymi rysunkami, wycina się panele wraz ze wszystkimi niezbędnymi otworami, w niektórych przypadkach nawet z kanałami do okablowania elektrycznego i komunikacji. Maksymalne możliwe wymiary to 16,5 mx 2,95 mx 0,5 m, ale zwykle mają one zmniejszoną długość: ograniczenie rozmiaru wymusza konieczność transportu.
Następnie wszystkie panele są znakowane i transportowane na plac budowy wraz ze szczegółowym schematem montażu. To jeden z najdłuższych etapów, ponieważ często wielkogabarytowe materiały drewniane przemieszczają się nie tylko z jednego kraju do drugiego drogą lądową, ale także przekraczają ocean: na przykład w przypadku budynku mieszkalnego w Melbourne konstrukcje wsporcze wykonano w Austrii.
Na placu budowy pozostaje tylko zmontować wszystkie elementy we właściwej kolejności - a to dość trudne zadanie, przyznają inżynierowie: większość błędów popełnia się podczas montażu. Ale jeśli można ich uniknąć, proces ten jest znacznie łatwiejszy i szybszy niż w przypadku budowy tradycyjnych wieżowców z betonu zbrojonego. Czterech konstruktorów i dźwig złożyli 8-10-piętrowy drewniany budynek w 9-10 tygodni, pracując kilka dni w tygodniu. Te przerwy w pracy wiążą się z etapową dostawą paneli: gdyby cały zestaw został wniesiony na raz, potrzebny byłby oddzielny hangar do przechowywania materiałów budowlanych. W efekcie okazuje się, że na piętro przypada około 3 dni roboczych - tak przebiegała budowa budynku na Murray Grove w Londynie. Oprócz szybkości, budowa wielokondygnacyjnych budynków drewnianych wyróżnia się czystością terenu budowy i względną ciszą procesu montażu.
Największe obciążenia konstrukcji powstają na połączeniach między panelami ściennymi oraz w punktach przylegania do ścian sufitu. Panele są łączone ze sobą za pomocą kołków, stalowych płyt i szeregu wkrętów krzyżowych, czasem do 550 mm długości.
Jedną z niepodważalnych zalet nowoczesnych konstrukcji wykonanych z płyt CLT jest ich względna lekkość przy dużej nośności: niewielka waga ułatwia transport, zmniejsza obciążenie fundamentu i przyspiesza proces montażu. Biorąc pod uwagę zarówno czas spędzony na produkcji, jak i czas bezpośredniego montażu na budowie, wszystko razem wychodzi około dwa razy szybciej niż przy budowie tradycyjnych systemów.
Panele klejone mają wysokie walory akustyczne: mają znacznie większą gęstość niż drewno lite, a tolerancje dopasowania na placu budowy nie przekraczają +/- 5 mm, natomiast w żelbetonie wynoszą 10 mm. To ciasne dopasowanie zwiększa szczelność, ogranicza straty ciepła i ułatwia łączenie elementów konstrukcyjnych.
Między innymi producenci i architekci podkreślają przyjazność dla środowiska tej technologii. Drewno to naturalny zasób, który odnawia się szybciej niż jest zużyty. Drzewa pochłaniają dwutlenek węgla, który podczas życia drzewa gromadzi się (sekwestruje), dopóki roślina nie zacznie gnić, rozkładać się lub palić: następnie CO2 jest uwalniany z powrotem do gleby i do atmosfery. Tak więc, jeśli w budownictwie zostanie wykorzystane zdrowe drzewo z nagromadzonym w nim węglem, powrót dwutlenku do środowiska nie nastąpi. Jeden metr sześcienny drewna pomieści tonę CO2i nowe drzewo wyrośnie w miejsce ściętego drzewa. Pod koniec swojego życia drewniane budynki bardzo łatwo można zdemontować i poddać recyklingowi, ponownie wykorzystać, a nawet same stać się źródłem energii, na przykład jako paliwo kopalne. Zastąpienie drewnem części stali lub żelbetu używanego obecnie w budownictwie - bardzo energochłonnych materiałów w produkcji - może prowadzić do znacznego ograniczenia emisji CO2.
Odporność na ogień
Wiele osób kwestionuje bezpieczeństwo przeciwpożarowe wielokondygnacyjnych budynków drewnianych. Oczywiście drewno się pali, ale stal nie, ale stopień palności nie jest wskaźnikiem odporności ogniowej. Drewno ma niską przewodność cieplną i może zachować integralność konstrukcji przez długi czas. Bardzo trudno jest podpalić kłodę, belkę lub gruby drewniany panel, ale jeśli się zapali, pali się bardzo powoli i zgodnie z przewidywalnym wzorem.
Gdy drewno nagrzewa się od około 280 ° C, na jego powierzchni tworzy się zwęglona warstwa, która tli się i izoluje rdzeń, komplikując przepływ tlenu do środka, co spowalnia proces spalania. Lite drewno tli się z prędkością około 0,5–0,8 mm na minutę: na przykład 30–50 mm zewnętrznej warstwy wypali się z belki 200 mm w ciągu 60 minut. Niebezpieczeństwo zapadnięcia się występuje przy około 500 ° C, ponieważ w tej temperaturze ochronna warstwa węgla nagrzewa się i zapala się. Granica odporności ogniowej - okres czasu, w którym drewniana konstrukcja zachowuje swoją nośność - zależy od wielkości jej przekroju i wymiarów: im większe wymiary, tym trudniej ulega zapaleniu i wolniej proces spalania.
W tych samych temperaturach stal niepalna, ale przewodząca ciepło topi się, odkształca się w różnych kierunkach iw temperaturze około 450–500 ° C traci nośność. Konstrukcja stalowa nieobjęta ochroną przeciwpożarową zawala się w ciągu 15 minut od wybuchu pożaru i nie jest możliwe dokładne obliczenie miejsca zawalenia. Dlatego główną zaletą konstrukcji drewnianej w przypadku pożaru jest zwiększona odporność ogniowa i przewidywalność zachowania.
Dlaczego to jest ważne? Jeśli wybuchł pożar i nie można było zneutralizować jego źródła, konieczne jest wyprowadzenie ludzi z budynku: aby ewakuacja się powiodła, należy dokładnie wiedzieć, jak długo konstrukcja zachowa swoją integralność i gdzie się zawali. Podczas spalania drewnianych konstrukcji czas ten jest obliczany, a miejsce ich zawalenia się jest przewidywalne. Ponadto spalane drewno wytwarza umiarkowaną ilość dymu, który rzadko jest toksyczny. Te naturalne właściwości w połączeniu z nowoczesnymi technologiami ogniotrwałymi dają dobre wyniki.
Aby zapobiec pożarowi, konstrukcje są fabrycznie zabezpieczone środkami zmniejszającymi palność, a dla zneutralizowania źródła instalowane są systemy ostrzegawcze i tryskaczowe.
Najwyższe drewniane domy
8 pięter: Bridport House, Londyn
Bridport Pl London
Karakusevic Carson Architects
Przy wyborze rodzaju ramy nośnej architekci kierowali się kryterium ciężaru konstrukcji: pod placem budowy przebiegała XIX-wieczna rura spustowa, którą należało zachować. Tradycyjny budynek z betonu zbrojonego byłby niedopuszczalnie ciężki, dlatego wybrano panele laminowane krzyżowo.
Bridport House zastąpił stary pięciopiętrowy dom z lat 50. W budynku znajduje się 41 mieszkań, mieszkańcy pierwszego piętra mają własny dostęp do ulicy i patio, a mieszkańcy pozostałych 33 mieszkań mają przestronne balkony. Elewację obmurowano cegłą, a wystające balkony obłożono blachą miedzianą. Rama konstrukcyjna budynku, wykonana z paneli klejonych krzyżowo, została zmontowana w ciągu 12 tygodni.
9 pięter: Stadthaus
24 Murray Grove Londyn
Waugh Thistleton Architects
Murray Grove 24 w Londynie ma dziewięć pięter i 29 mieszkań dwóch różnych typów: lokale komercyjne należące do najemców oraz lokale wynajmowane przez Metropolitan Housing Trust. Blok socjalny zajmuje pierwsze cztery piętra, blok handlowy ostatnie pięć, a bloki te są od siebie całkowicie odizolowane.
Przejście z jednego bloku do drugiego odzwierciedla rysunek elewacji: na poziomie IV piętra szare panele zastąpiono białymi. Elewacja pokryta jest 5000 paneli (1200 mm x 230 mm), z których 70% to recyklingowane odpady z przemysłu drzewnego. Ich rysunek przypomina grę światła i cienia tworzoną w ciągu dnia na elewacjach okolicznych budynków i drzewach.
Pomimo tego, że technologia budowy z klejonych płyt jest droższa niż tradycyjny żelbet, pomaga zaoszczędzić na placu budowy. Na przykład wzniesienie podobnej konstrukcji żelbetowej zajęłoby około 72 tygodni, podczas gdy ten budynek został ukończony w 49. W tym przypadku sama konstrukcja nośna została zmontowana przez czterech budowniczych w 27 dni roboczych, pracując 9 tygodni, 3 dni każdego. Nie było też potrzeby stosowania drogiego żurawia wieżowego: poradzili sobie z ruchomym podnośnikiem i rusztowaniami do prac przy elewacji elewacji.
Możesz przeczytać więcej o planowaniu przestrzennym i komponencie środowiskowym projektu.
tutaj.
9 pięter: Via Cenni, Mediolan
Rossiprodi Associati s.r.l.
Po raz pierwszy w regionie podatnym na trzęsienia ziemi zastosowano wieżowiec wykonany z paneli laminowanych krzyżowo: na obrzeżach Mediolanu prawdopodobieństwo trzęsień ziemi nie jest zbyt duże, ale nadal istnieje, a technologia X-Lam spełnia wszystkie wymagania konstrukcyjne w takich obszarach.
Kompleks mieszkalny o łącznej powierzchni 17 000 m2 składa się z czterech 9-kondygnacyjnych wież połączonych dwupoziomową stylobatą. W kompleksie znajdują się 124 apartamenty o metrażach od 2 do 4 pokojowych (od 50 do 100 m2). Wieże o wymiarach 13,6 x 19,1 mw planie i 27,95 m wysokości są tego samego typu, ale nie tego samego: indywidualny wygląd kształtuje układ balkonów.
Grubość konstrukcyjna ścian zmniejsza się o 20 mm co dwa lub trzy piętra: na pierwszym wynosi 200 mm, na dziewiątym - 120 mm. Podłogi - 200 i 230 mm (7 warstw). Rozpiętości mniejsze niż 5,8 m pokryte są 5-warstwową płytą o grubości 200 mm, a rozpiętości mniejsze niż 6,7 m pokryte są 7-warstwową płytą o grubości 230 mm. Panele łączone są za pomocą specjalnych śrub łączących o długości od 200 do 550 mm.
Teren, na którym znajduje się budynek, to z jednej strony szereg tradycyjnych włoskich zabudowań gospodarczych, az drugiej zespół miejskich budynków administracyjnych, biznesowych, przemysłowych i handlowych. Ideą projektu było połączenie tych dwóch typów zabudowy i stworzenie przestrzeni przygranicznej - przejście od typologii miejskiej do wiejskiej. Ze względu na obecność w domu mieszkań różnego typu (od 65 m2 do 125 m2) oraz przestrzeni publicznych o różnym przeznaczeniu, architekci chcieli stworzyć środowisko sprzyjające powstawaniu lokalnej społeczności i stworzyć centrum przyciągania cały obszar.
10 pięter: Forté, Melbourne
807 Bourke Street, Victoria Harbour
Deweloper - Lend Lease
Dzięki wysokości 32,17 m Forté jest uważany za najwyższy drewniany budynek na świecie: ma 10 pięter, został wzniesiony w zaledwie 11 miesięcy, a montaż drewnianej konstrukcji nośnej zajął 38 dni roboczych. W domu znajdują się 23 apartamenty: 7 jednopokojowych (59 m2), 14 dwupokojowych (80 m2) i 2 dwupokojowe penthousy (102 m2).
Fundament i piętro wykonane są ze zbrojonego betonu: oprócz przeniesienia obciążenia na podłoże, chroni znajdującą się nad nim część drewnianą przed typowym problemem regionu - atakami termitów. Wszystkie pozostałe elementy wykonane są z paneli laminowanych krzyżowo - od ścian i sufitów po szyby wind i klatki schodowe. Ściany - 5-warstwowe panele 128 mm z obustronnym tynkiem ogniotrwałym 13 mm. Podłogi - panele 146 mm z warstwą tynku ogniotrwałego 16 mm. Granica odporności ogniowej tych konstrukcji wynosi 90 minut. Ściana zewnętrzna, blisko sąsiedniego terenu o 6 metrów, jest pogrubiona dla dodatkowej ochrony przed pożarem w tym kierunku. Metalowe mocowanie paneli do ścian jest ukryte za pomocą jastrychu. Winda i klatki schodowe wykonane są w podwójnych ścianach: według obliczeń projektantów w przypadku zawalenia się części budynku będą w stanie zachować swoją integralność i nośność.
Elewacje elewowane są panelami aluminiowymi, balkony będące kontynuacją paneli podłogowych pokryte są hydroizolacyjną membraną poliuretanową, a następnie płytkami wzdłuż jastrychu. Drewniane panele CLT pozostają otwarte tylko na stropach loggii oraz na jednej ścianie we wnętrzu każdego mieszkania.
W loggiach jest miejsce na miniogrody, a opady są zbierane i wykorzystywane na potrzeby techniczne, w tym w systemie tryskaczowym.
14 pięter: Treet, Bergen
Damsgårdsveien 99
ARTEC Arkitekter / Ingeniører
W norweskim Bergen trwają prace budowlane
49-metrowy drewniany dom - obecnie najwyższy na świecie. Połowa z 62 przyszłych mieszkań została już sprzedana, aw październiku 2015 r. Najemcy powinni osiedlić się na jego 14 kondygnacjach.
Wszystkie obciążenia pionowe są przenoszone przez pionowe drewniane kratownice klejone warstwowo (słupy o przekrojach 495 x 495 mm i 405 x 650 mm, stężenia - 406 x 405 mm), a klatki schodowe, szyby schodowe i windowe, ściany i sufity są wznoszone z paneli CLT. Okres odporności ogniowej głównego systemu nośnego (kratownice) wynosi 90 minut, drugorzędnego (płyty CLT) - 60 minut.
Jednym z głównych celów projektu było znalezienie sposobu na przeciwstawienie się lekkim konstrukcjom drewnianym dużym obciążeniom wiatrem nadmorskiego miasta. Aby dodać masę do budynku, zwiększyć sztywność poprzez połączenie ze sobą kratownic i zmniejszyć amplitudę kołysania, dodano trzy płyty betonowe jako płyty - na poziomie piątego i dziesiątego piętra oraz jako dach. Zatem maksymalne poziome ugięcie kratownic w górnej części budynku wynosi 71 mm, co stanowi 1/634 wysokości budynku: spełnia to norweską normę 1/500.
Wietrzna i deszczowa pogoda wpłynęła nie tylko na konstruktywne rozwiązanie, ale także na wygląd domu: elewacje północna i południowa są przeszklone, elewacje zachodnia i wschodnia licowane są metalowymi panelami.
Możliwa przyszłość
Koszt konstrukcji wykonanych z płyt CLT jest nadal dość wysoki. Wynika to głównie z ograniczonej liczby graczy na rynku: na świecie jest tylko 2-3 dużych producentów, a duża część kosztów przypada na transport materiałów z Austrii - głównego dostawcy - na cały świat. Jak na ironię, oprócz kosztów finansowych, „zapewnia” to znaczną emisję CO2 - której tak usilnie uniknięto, przekształcając drewno w materiał budowlany.
Jednak zwolennicy technologii CLT nie zniechęcają się: są przekonani, że przyszłość należy do drewnianych drapaczy chmur. Łącząc żelbetowy rdzeń z drewnianym drugorzędnym systemem nośnym lub odwrotnie, drewnianymi słupami i belkami z monolitycznymi stropami, można wznosić budynki o wysokości 25-30 lub nawet 40 kondygnacji. Przeprowadzane są liczne obliczenia inżynierskie, udokumentowana jest możliwość wybudowania tego typu budynku w zaledwie tydzień, prezentowane są prace naukowe i opracowywane są możliwe rozwiązania architektoniczne dla drewnianych wieżowców.
Kanadyjski architekt Michael Green, jeden z najsłynniejszych propagatorów idei drewnianego wieżowca, ma nadzieję, że jego rodzinne Vancouver stanie się liderem pod względem liczby wieżowców drewnianych, a era żelbetu zakończy się po XX wiek: „Nigdy nie widziałem ludzi wchodzących do jednego z moich budynków, oni obejmowali stalową lub betonową kolumnę, ale zrobili to drewnianą!”
