Den senaste artikeln av Archi.ru om 8-våningens trähus av arkitekten Gert Wingord i Stockholm (9 våningar, om du räknar vinden) orsakade en livlig reaktion från våra läsare. Vi bestämde oss för att utveckla detta ämne och prata om byggnader av trä som är åtta våningar höga och högre - om hur de byggs och om huruvida trä kan konkurrera med armerad betong.
Teknik
Flera våningar i trähus byggs med hjälp av tekniken för korslaminerat trä eller X-lam - från stora korslimmade paneler (CLT-paneler), som utför allt arbete med pelare, balkar och takbjälkar i det traditionella systemet. Granved används vanligtvis för deras tillverkning. Torkade trälameller med en tjocklek på 10 till 45 mm under ett tryck av minst 0,6 N / mm2 tvärlimmas mot varandra med hjälp av ett bindemedel utan fenolformaldehydhartser. På grund av det vinkelräta arrangemanget av fibrerna utjämnas träets anisotropi, effekten av torkning reduceras till nästan ett minimum och bärförmågan ökar avsevärt. Oftast används paneler från 3 till 7 lager tjocka.
På samma plats, i produktionen, från de resulterande elementen i enlighet med noggrant utvecklade ritningar, skärs paneler ut tillsammans med alla nödvändiga öppningar, i vissa fall även med kanaler för elektrisk ledning och kommunikation. De maximalt möjliga måtten är 16,5 mx 2,95 mx 0,5 m, men de minskas vanligtvis i längd: storleksbegränsningen medför behovet av transport.
Sedan markeras och transporteras alla paneler till byggarbetsplatsen tillsammans med ett detaljerat monteringsschema. Detta är en av de längsta stadierna, eftersom stora trämaterial ofta inte bara rör sig från ett land till ett annat land, utan också korsar havet: till exempel för en bostadsbyggnad i Melbourne gjordes stödkonstruktioner i Österrike.
På byggarbetsplatsen är allt som återstår att montera alla element i rätt ordning - och detta är en ganska svår uppgift, erkänner ingenjörerna: de flesta misstag görs under monteringen. Men om de kan undvikas är processen mycket enklare och snabbare än med byggandet av traditionella höghus i armerad betong. Fyra byggare och en kran satte ihop en 8-10 våningar träbyggnad på 9-10 veckor och arbetade flera dagar i veckan. Dessa arbetsavbrott är förknippade med en fasvis tillförsel av paneler: om hela uppsättningen togs in samtidigt skulle en separat hangar krävas för lagring av byggmaterial. Som ett resultat visar det sig cirka tre arbetsdagar per våning - så här gick byggandet av byggnaden på Murray Grove i London. Förutom hastighet kännetecknas byggandet av byggnader i flera våningar med byggnadsplatsens renhet och installationsprocessens relativa tystnad.
De största belastningarna i konstruktionen uppstår vid fogarna mellan väggpaneler och vid anliggningspunkterna mot takväggarna. Panelerna är anslutna till varandra med hjälp av stift, stålplattor och en serie korsskruvar, ibland upp till 550 mm långa.
En av de obestridliga fördelarna med moderna strukturer tillverkade av CLT-paneler är deras jämförande lätthet med hög bärförmåga: låg vikt underlättar transport, minskar belastningen på fundamentet och påskyndar installationsprocessen. Med hänsyn till både den tid som spenderas på produktionen och tiden för direkt montering på plats, kommer allt tillsammans ut ungefär dubbelt så snabbt som med konstruktionen av traditionella system.
Limade paneler har höga akustiska egenskaper: de har en betydligt högre densitet än massivt trä, och toleranserna för passform på byggarbetsplatsen överstiger inte +/- 5 mm, medan de i armerad betong är 10 mm. Denna täta passform ökar lufttätheten, minskar värmeförlusten och underlättar sammanfogning av strukturella element.
Bland annat betonar tillverkare och arkitekter den tekniska miljövänligheten. Trä är en naturresurs som förnyas snabbare än konsumeras. Träd absorberar koldioxid och under trädets liv ackumuleras (sekvestrerande) tills växten börjar ruttna, sönderdelas eller brinner: CO2 släpps sedan tillbaka i jorden och i atmosfären. Således, om ett friskt träd med ackumulerat kol används i konstruktionen, kommer inte återgång av dioxid till miljön att ske. En kubikmeter trä lagrar massor av CO2och ett nytt träd kommer att växa i stället för det avverkade trädet. I slutet av sin livstid är träbyggnader mycket lätta att ta isär och återvinna, återanvändas eller till och med bli en energikälla själva, till exempel som fossila bränslen. Att ersätta trä för en del av volymen stål eller armerad betong som för närvarande används i konstruktionen - mycket energiintensiva material i produktionen - kan leda till betydande minskningar av koldioxidutsläppen.2.
Brandmotstånd
Många ifrågasätter brandsäkerheten i träbyggnader i flera våningar. Naturligtvis bränner trä, men stål gör det inte, men graden av antändlighet är inte en indikator på brandmotstånd. Trä har låg värmeledningsförmåga och kan bibehålla strukturens integritet under lång tid. Det är mycket svårt att sätta eld på en stock, balk eller tjock träpanel, men om den tar eld, brinner den mycket långsamt och i ett förutsägbart mönster.
När trä värms upp från cirka 280 ° C bildas ett förkolnat lager på ytan som smälter och isolerar kärnan, vilket komplicerar syreflödet inuti, vilket saktar ner förbränningsprocessen. Massiva träsmältare med en hastighet av cirka 0,5–0,8 mm per minut: till exempel kommer 30–50 mm av det yttre skiktet att brinna ut från en 200 mm balk på 60 minuter. Risken för kollaps uppstår vid cirka 500 ° C, eftersom det skyddande kolskiktet vid denna temperatur blir varmt och antänds. Gränsen för brandmotstånd - den tidsperiod under vilken en träkonstruktion behåller sin bärförmåga - beror på storleken på dess tvärsnitt och mått: ju större dimensioner, desto svårare är det att antända och ju långsammare förbränningsprocessen är.
Vid samma temperaturer smälter icke brännbart men värmeledande stål, deformeras i olika riktningar och vid cirka 450–500 ° C förlorar det sin bärförmåga. En stålkonstruktion som inte behandlas av brandskydd kollapsar inom 15 minuter efter brandens början, och det är omöjligt att beräkna exakt var kollapsen kommer att inträffa. Därför är den största fördelen med träkonstruktion vid brand ökad brandmotstånd och förutsägbarhet för beteende.
Varför är det viktigt? Om en brand startade och det inte var möjligt att neutralisera källan är det nödvändigt att ta människor ut ur byggnaden: för att evakueringen ska lyckas är det nödvändigt att veta exakt hur länge strukturen kommer att behålla sin integritet och var den kommer att kollapsa. När man bränner träkonstruktioner beräknas denna tid och platsen för deras kollaps är förutsägbar. Dessutom producerar bränning av trä en måttlig mängd rök som sällan är giftig. Dessa naturliga egenskaper i kombination med modern eldfast teknik visar bra resultat.
För att förhindra brand behandlas strukturerna med brandskyddsmedel och för att neutralisera källan installeras varningssystem och sprinklersystem.
Högsta trähus
8 våningar: Bridport House, London
Bridport Pl London
Karakusevic Carson Architects
När man valde typ av stödram styrdes arkitekterna av kriterierna för konstruktionens vikt: ett avloppsrör från 1800-talet löper under byggarbetsplatsen, som måste bevaras. En traditionell armerad betongbyggnad skulle vara oacceptabelt tung, så korslaminerade paneler valdes.
Bridport House ersatte det gamla 5-våningshuset från 1950-talet. Det finns 41 lägenheter i byggnaden, invånare på första våningen har egen tillgång till gatan och uteplatser, och invånarna i de återstående 33 lägenheterna har rymliga balkonger. Fasaden är klädd med tegel och de utskjutande balkongerna är täckta med kopparplåt. Byggnadens strukturella ram, tillverkad av tvärlaminerade paneler, monterades på 12 veckor.
9 våningar: Stadthaus
24 Murray Grove London
Waugh Thistleton Architects
Londons 24 Murray Grove har nio våningar med 29 lägenheter av två olika typer: bostadsägda kommersiella enheter och Metropolitan Housing Trust hyrda enheter. Det sociala blocket upptar de första fyra våningarna, det kommersiella blocket upptar de senaste fem, och dessa block är helt isolerade från varandra.
Övergången från ett kvarter till ett annat återspeglas i fasadens ritning: på nivån på 4: e våningen ersätts grå paneler med vita. Fasaden är klädd med 5000 paneler (1200 mm x 230 mm), varav 70% är återvunnet avfall från träbearbetningsindustrin. Deras ritning liknar spelet mellan ljus och skugga som skapats under dagen på fasaderna på de omgivande byggnaderna och träden.
Trots att tekniken för konstruktion från limmade paneler är dyrare än traditionell armerad betong, hjälper det att spara på byggarbetsplatsen. Det skulle till exempel ta cirka 72 veckor att bygga en liknande struktur av armerad betong, medan denna byggnad stod färdig 49. I det här fallet monterades själva stödkonstruktionen av fyra byggare på 27 arbetsdagar och arbetade 9 veckor, 3 dagar vardera. Det fanns inget behov av att använda en dyr tornkran: de lyckades med mobila lyft och ställningar för arbetet med fasadbeklädnaden.
Du kan läsa mer om projektets rumsliga planering och miljökomponenten.
här.
9 våningar: Via Cenni, Milano
Rossiprodi Associati s.r.l.
För första gången används en höghus i tvärlaminerade paneler i en jordbävningsbenägen region: i utkanten av Milano är sannolikheten för jordbävningar inte särskilt hög, men finns fortfarande, och X-Lam-tekniken möter alla krav på konstruktion i sådana områden.
Bostadskomplexet med en total yta på 17 000 m2 består av fyra torn med 9 våningar som är förbundna med en 2-plan stylobate. Komplexet har 124 lägenheter i storlek från 2 till 4 rum (från 50 till 100 m2). Tornen 13,6 x 19,1 m i plan och 27,95 m i höjd är av samma typ, men inte samma: det individuella utseendet bildas av balkongmönstret.
Väggarnas strukturella tjocklek minskar med 20 mm varannan eller var tredje våning: på den första är den 200 mm, på den nionde - 120 mm. Golv - 200 och 230 mm (7 lager). Spänningar mindre än 5,8 m är täckta med en 5-skiktspanel på 200 mm och spänningar mindre än 6,7 m är täckta med en 7-skikts 230 mm-panel. Panelerna förenas med hjälp av speciella anslutningsskruvar från 200 till 550 mm långa.
Området där byggnaden ligger är en serie traditionella italienska bondgårdar å ena sidan och ett komplex av stadsadministrativa, affärs-, industri- och kommersiella byggnader å andra sidan. Idén med projektet var att kombinera dessa två typer av utveckling och skapa ett gränsutrymme - en övergång från urban till landsbygdstypologi. På grund av närvaron i huset av lägenheter av olika slag (från 65 m2 till 125 m2) och offentliga utrymmen för olika ändamål ville arkitekterna skapa en miljö som är lämplig för uppkomsten av ett lokalsamhälle och skapa ett centrum för attraktion för hela området.
10 våningar: Forté, Melbourne
807 Bourke Street, Victoria Harbour
Utvecklare - Lend Lease
Med en höjd på 32,17 m anses Forté vara den högsta träbyggnaden i världen: den har 10 våningar, uppförd på bara 11 månader, och det tog 38 arbetsdagar att installera trästödkonstruktionen. Huset har 23 lägenheter: 7 ett-rum (59 m2), 14 två-rum (80 m2) och 2 två-rums takvåningar (102 m2).
Grunden och första våningen är gjorda av armerad betong: förutom att överföra lasten till marken skyddar den den överliggande trädelen från det typiska problemet i regionen - attacker av termiter. Alla andra element är tillverkade av korslaminerade paneler - från väggar och tak till hisschakt och trappor. Väggar - 5-skikts 128 mm paneler med 13 mm eldfast gips på båda sidor. Golv - 146 mm paneler med ett 16 mm lager eldfast gips. Brandmotståndsgränsen för dessa strukturer är 90 minuter. Den yttre väggen, nära den intilliggande platsen med 6 meter, förtjockas för ytterligare skydd mot brand i denna riktning. Metallfästningen av panelerna på väggarna döljs av en avdragare. Hissen och trapphusen är gjorda i dubbla väggar: enligt konstruktörernas beräkningar, om en del av byggnaden kollapsar, kommer de att kunna behålla sin integritet och bärförmåga.
Fasaderna är vända mot aluminiumpaneler, balkongerna, som är en fortsättning på golvpanelerna, är täckta med ett vattentätt membran av polyuretan och sedan med plattor längs golvet. CLT-paneler i trä lämnas öppna endast på loggias tak och på en vägg i varje lägenhet.
I loggierna finns en plats för miniträdgårdar, och nederbörd samlas upp och används för tekniska behov, inklusive i sprinklersystemet.
14 våningar: Treet, Bergen
Damsgårdsveien 99
ARTEC Arkitekter / Ingeniører
Byggandet pågår i den norska staden Bergen
49 meter trähus - det högsta i världen idag. Hälften av de 62 framtida lägenheterna har redan sålts och i oktober 2015 bör hyresgäster bosätta sig på sina 14 våningar.
Alla vertikala belastningar bärs av vertikala träfackverk av gluelam (pelare med sektioner 495 x 495 mm och 405 x 650 mm, hängslen - 406 x 405 mm), och trappor, trapp- och lyftaxlar, väggar och tak uppförs från CLT-paneler. Brandbeständighetstiden för huvudlagersystemet (fackverk) är 90 minuter, för de sekundära (CLT-panelerna) - 60 minuter.
Ett av huvudmålen för projektet var att hitta ett sätt att motstå de lätta träkonstruktionerna mot de höga vindbelastningarna i kuststaden. För att lägga till massa i byggnaden, för att öka styvheten genom att ansluta fackverken till varandra och för att minska den svängande amplituden, tillsattes tre betongplattor som plattor - på nivån på femte och tionde våningen och som ett tak. Således är den maximala horisontella avböjningen av takstolar på toppen av byggnaden 71 mm, vilket är 1/634 av byggnadshöjden: detta uppfyller den norska standarden på 1/500.
Blåsigt och vått väder påverkade inte bara den konstruktiva lösningen utan också husets utseende: norra och södra fasaderna är glaserade, de västra och östra fasaderna står inför metallpaneler.
Möjlig framtid
Kostnaden för konstruktioner gjorda av CLT-paneler är fortfarande ganska hög. Detta beror främst på det begränsade antalet aktörer på marknaden: det finns bara 2–3 stora tillverkare i världen och en stor del av kostnaderna faller på transport av material från Österrike - huvudleverantören - över hela världen. Ironiskt nog, förutom de finansiella kostnaderna, "ger" detta ett betydande utsläpp av koldioxid - vilket så flitigt undviks genom att förvandla trä till ett byggmaterial.
Men anhängare av CLT-teknik är inte avskräckta: de är övertygade om att framtiden tillhör träskyskrapor. Genom att kombinera en armerad betongkärna med ett sekundärt stödsystem i trä, eller tvärtom, trästolpar och balkar med monolitiska tak, kan byggnader på 25-30 eller till och med 40 våningar byggas. Många tekniska beräkningar görs, möjligheten att bygga en byggnad av denna typ på bara en vecka bevisas, vetenskapliga arbeten presenteras för allmänheten och möjliga arkitektoniska lösningar för höghus av trä utvecklas.
Den kanadensiska arkitekten Michael Green, en av de mest kända initiativtagarna till idén om höghuskonstruktion i trä, hoppas att hans hemland Vancouver kommer att bli ledande inom antalet höghus av trä, och armen av armerad betong kommer att ta slut efter 1900-talet: "Jag har aldrig sett människor komma in i en av mina byggnader, de kramade en stål- eller betongpelare, men de gjorde det med en trä!"
