Nedavni članek Archi.ru o 8-nadstropni leseni hiši arhitekta Gerta Wingorda v Stockholmu (9-nadstropna, če štejete podstrešje) je povzročil živahen odziv naših bralcev. Odločili smo se, da bomo razvili to temo in se pogovarjali o lesenih stavbah, visokih osem nadstropij in več - o tem, kako so zgrajene, in o tem, ali lahko les konkurira armiranemu betonu.
Tehnologije
Večnadstropne lesene zgradbe so postavljene po tehnologiji križno lepljenega lesa ali X-lam - iz velikih križno lepljenih plošč (plošče CLT), ki opravljajo vsa dela stebrov, nosilcev in špirovcev tradicionalnega sistema. Za njihovo izdelavo se običajno uporablja smrekov les. Posušene lesene lamele debeline od 10 do 45 mm pod tlakom najmanj 0,6 N / mm2 se med seboj križajo z uporabo veziva brez fenol-formaldehidnih smol. Zaradi pravokotne razporeditve vlaken se anizotropija lesa izravna, učinek sušenja se zmanjša na skoraj minimum in znatno poveča nosilnost. Najpogosteje se plošče uporabljajo od 3 do 7 plasti debele.
Na istem mestu se v proizvodnji iz nastalih elementov v skladu s skrbno razvitimi risbami izrežejo plošče skupaj z vsemi potrebnimi odprtinami, v nekaterih primerih celo s kanali za električno napeljavo in komunikacije. Največje možne dimenzije so 16,5 mx 2,95 mx 0,5 m, vendar so običajno dolžine manjše: omejitev velikosti nalaga potrebo po prevozu.
Nato so vse plošče označene in prepeljane na gradbišče skupaj s podrobnim diagramom montaže. To je ena najdaljših faz, saj velikokrat leseni materiali pogosto potujejo ne le iz ene države v drugo po kopnem, ampak tudi prečkajo ocean: na primer za stanovanjsko stavbo v Melbournu so bile podporne konstrukcije izdelane v Avstriji.
Na gradbišču preostane le še sestavljanje vseh elementov v pravilnem zaporedju - in to je precej težka naloga, priznavajo inženirji: največ napak je med montažo. Če pa se jim je mogoče izogniti, je postopek veliko lažji in hitrejši kot pri gradnji tradicionalnih armiranobetonskih stolpnic. Štirje gradbeniki in žerjav so v 9-10 tednih sestavili 8-10-nadstropno leseno zgradbo, ki je delala več dni v tednu. Ti odmori pri delu so povezani s postopno dobavo plošč: če bi celotno garnituro pripeljali naenkrat, bi bil potreben ločen hangar za shranjevanje gradbenega materiala. Kot rezultat se izkaže približno 3 delovne dni na nadstropje - tako je potekala gradnja stavbe v Murray Groveu v Londonu. Gradnjo večnadstropnih zgradb iz lesa poleg hitrosti odlikuje tudi čistoča gradbišča in relativna tišina postopka vgradnje.
Največje obremenitve v konstrukciji nastanejo na spojih med stenskimi ploščami in na mestih naslonov na stropne stene. Plošče so med seboj povezane z zatiči, jeklenimi ploščami in vrsto križnih vijakov, včasih dolgih do 550 mm.
Ena izmed neizpodbitnih prednosti sodobnih konstrukcij iz plošč CLT je njihova primerjalna lahkotnost z visoko nosilnostjo: majhna teža olajša prevoz, zmanjša obremenitev temeljev in pospeši postopek vgradnje. Ob upoštevanju časa, porabljenega za proizvodnjo, in časa neposrednega sestavljanja na kraju samem, vse skupaj izide približno dvakrat hitreje kot pri gradnji tradicionalnih sistemov.
Lepljene plošče imajo visoke zvočne lastnosti: imajo bistveno večjo gostoto kot masiven les, tolerance za prileganje na gradbišču pa ne presegajo +/- 5 mm, medtem ko so v armiranem betonu 10 mm. To tesno prileganje poveča zrakotesnost, zmanjša izgubo toplote in olajša spajanje strukturnih elementov.
Proizvajalci in arhitekti med drugim poudarjajo okolju prijaznost te tehnologije. Les je naravni vir, ki se obnavlja hitreje kot porabi. Drevesa absorbirajo ogljikov dioksid in v življenju drevesa se kopiči (sekvestri), dokler rastlina ne začne gniti, razpadati ali izgorevati: nato se CO2 spusti nazaj v tla in v ozračje. Če torej pri gradnji uporabimo zdravo drevo z nakopičenim ogljikom, do povratka dioksida v okolje ne bo prišlo. En kubični meter lesa bo shranil tono CO2, namesto podrtega drevesa pa bo zraslo novo drevo. Po koncu svojega življenja so lesene zgradbe zelo enostavno razstaviti in reciklirati, ponovno uporabiti ali celo same postati vir energije, na primer kot fosilno gorivo. Zamenjava lesa za nekatere količine jekla ali armiranega betona, ki se trenutno uporabljajo v gradbeništvu - zelo energetsko intenzivni materiali v proizvodnji - lahko privede do znatnega zmanjšanja emisij CO2.
Požarna odpornost
Mnogi ljudje dvomijo o požarni varnosti večnadstropnih lesenih zgradb. Seveda les gori, jeklo pa ne, vendar stopnja vnetljivosti ni pokazatelj požarne odpornosti. Les ima nizko toplotno prevodnost in lahko dolgo časa ohranja celovitost konstrukcije. Zelo težko je zažgati hlode, tramove ali debele lesene plošče, če pa se zagore, gori zelo počasi in v predvidljivem vzorcu.
Ko se les segreje od približno 280 ° C, na njegovi površini nastane zoglenela plast, ki tli in izolira jedro, kar otežuje pretok kisika v notranjosti, kar upočasni proces izgorevanja. Trden les tli s hitrostjo približno 0,5–0,8 mm na minuto: na primer 30–50 mm zunanje plasti bo izgorelo iz 200-milimetrskega žarka v 60 minutah. Nevarnost kolapsa se pojavi pri približno 500 ° C, saj se pri tej temperaturi zaščitna plast ogljika segreje in vname. Meja požarne odpornosti - časovno obdobje, v katerem lesena konstrukcija ohrani svojo nosilnost - je odvisna od velikosti njenega prečnega prereza in dimenzij: večje so mere, težje je vžiganje in počasneje postopek zgorevanja je.
Pri enakih temperaturah se negorljivo, a toplotno prevodno jeklo topi v različnih smereh in pri približno 450–500 ° C izgubi svojo nosilnost. Jeklena konstrukcija, neobdelana s protipožarno zaščito, se poruši v 15 minutah po začetku požara in nemogoče je natančno izračunati, kje bo prišlo do kolapsa. Zato je glavna prednost lesene konstrukcije v primeru požara povečana požarna odpornost in predvidljivost vedenja.
Zakaj je to pomembno? Če se je požar začel in njegovega vira ni bilo mogoče nevtralizirati, je treba ljudi odpeljati iz stavbe: da bi evakuacija uspela, je treba natančno vedeti, kako dolgo bo konstrukcija ohranila svojo celovitost in kje se bo porušila. Pri gorenju lesenih konstrukcij se izračuna ta čas in je predvidljiv kraj njihovega propada. Poleg tega pri gorenju lesa nastane zmerna količina dima, ki je redko strupen. Te naravne lastnosti skupaj s sodobnimi ognjevzdržnimi tehnologijami kažejo dobre rezultate.
Da bi preprečili požar, so konstrukcije tovarniško obdelane z zaviralci ognja, za nevtralizacijo vira pa so nameščeni opozorilni sistemi in brizgalni sistemi.
Najvišje lesene hiše
8 nadstropij: Bridport House, London
Bridport Pl London
Karakusevic Carson Architects
Pri izbiri vrste nosilnega ogrodja so se arhitekti vodili po kriterijih teže konstrukcije: pod gradbiščem poteka odtočna cev iz 19. stoletja, ki jo je bilo treba ohraniti. Tradicionalna armiranobetonska zgradba bi bila nesprejemljivo težka, zato so bile izbrane križno laminirane plošče.
Bridport House je zamenjal staro petnadstropno hišo iz petdesetih let. V stavbi je 41 stanovanj, stanovalci v prvem nadstropju imajo lasten dostop do ulice in terase, stanovalci preostalih 33 stanovanj pa imajo prostorne balkone. Fasada je prekrita z opeko, štrleči balkoni pa so prekriti z bakrenimi ploščami. Konstrukcijski okvir stavbe iz križno laminiranih plošč je bil sestavljen v 12 tednih.
9 nadstropij: Stadthaus
24 Murray Grove London
Arhitekti Waugh Thistleton
Londonski 24 Murray Grove ima devet nadstropij 29 stanovanj dveh različnih vrst: komercialne enote v lasti najemnikov in najete enote Metropolitan Housing Trust. Družbeni blok zaseda prva štiri nadstropja, komercialni blok zaseda zadnjih pet in ti bloki so med seboj popolnoma izolirani.
Prehod iz enega bloka v drugega se odraža v risbi fasad: na nivoju 4. nadstropja sive plošče zamenjajo bele. Fasada je prekrita s 5000 ploščami (1200 mm x 230 mm), od katerih je 70% recikliranih odpadkov iz lesarske industrije. Njihova risba spominja na igro svetlobe in sence, ki je čez dan nastajala na pročeljih okoliških stavb in dreves.
Kljub temu, da je tehnologija gradnje iz lepljenih plošč dražja od tradicionalnega armiranega betona, pomaga prihraniti na gradbišču. Na primer, trajalo bi približno 72 tednov, da bi postavili podobno konstrukcijo iz armiranega betona, medtem ko je bila ta stavba dokončana leta 49. V tem primeru so samo nosilno konstrukcijo v 27 delovnih dneh sestavili štirje gradbeniki, ki so delali 9 tednov, 3 dni. Prav tako ni bilo treba uporabljati dragega stolpnega žerjava: za delo na fasadni oblogi so se zmogli z mobilnim dvigom in odrom.
Več o prostorskem načrtovanju in okoljski komponenti projekta si lahko preberete.
tukaj.
9 nadstropij: Via Cenni, Milano
Rossiprodi Associati s.r.l.
V potresno nevarni regiji se prvič uporablja stolpnica iz križno laminiranih plošč: na obrobju Milana verjetnost potresov ni zelo velika, vendar še vedno obstaja, tehnologija X-Lam pa ustreza vse zahteve gradnje na takšnih območjih.
Stanovanjski kompleks s skupno površino 17.000 m2 je sestavljen iz štirih 9-nadstropnih stolpov, povezanih z dvotirnim stilobatom. Kompleks ima 124 apartmajev v velikosti od 2 do 4 sobe (od 50 do 100 m2). Stolpa 13,6 x 19,1 m v tlorisu in 27,95 m v višino sta enakega tipa, vendar ne enaka: posamezen videz oblikuje vzorec balkonov.
Strukturna debelina sten se zmanjša za 20 mm vsaka dva ali tri nadstropja: na prvem je 200 mm, na devetem pa 120 mm. Tla - 200 in 230 mm (7 slojev). Razponi, manjši od 5,8 m, so prekriti s 5-slojno ploščo dolžine 200 mm, razponi, manjši od 6,7 m, pa s 7-slojno ploščo 230 mm. Plošče se spajajo s posebnimi povezovalnimi vijaki, dolgimi od 200 do 550 mm.
Območje, kjer se nahaja stavba, je na eni strani vrsta tradicionalnih italijanskih kmečkih hiš in na drugi strani kompleks mestnih upravnih, poslovnih, industrijskih in poslovnih zgradb. Ideja projekta je bila združiti ti dve vrsti razvoja in ustvariti obmejni prostor - prehod iz urbane v podeželsko tipologijo. Zaradi prisotnosti v hiši stanovanj različnih vrst (od 65 m2 do 125 m2) in javnih prostorov za različne namene so arhitekti želeli ustvariti okolje, primerno za nastanek lokalne skupnosti, in ustvariti privlačno središče za celotno območje.
10 nadstropij: Forté, Melbourne
807 Bourke Street, pristanišče Victoria
Razvijalec - Lend Lease
Z višino 32,17 m Forté velja za najvišjo leseno zgradbo na svetu: ima 10 nadstropij, postavljenih v samo 11 mesecih, za namestitev lesene podporne konstrukcije pa je trajalo 38 delovnih dni. Hiša ima 23 apartmajev: 7 enosobnih (59 m2), 14 dvosobnih (80 m2) in 2 dvosobna penthouse (102 m2).
Temelj in prvo nadstropje sta izdelana iz armiranega betona: poleg prenosa bremena na tla ščiti ležeči leseni del pred tipično težavo v regiji - napadi termitov. Vsi drugi elementi so izdelani iz križno laminiranih plošč - od sten in stropov do dvigalnih jaškov in stopnišč. Stene - 5-slojne plošče 128 mm s 13 mm ognjevzdržnim ometom na obeh straneh. Tla - 146 mm plošče s 16 mm plastjo ognjevzdržnega ometa. Meja požarne odpornosti teh struktur je 90 minut. Zunanja stena, ki je blizu sosednjega mesta za 6 metrov, je odebeljena za dodatno zaščito pred ognjem v tej smeri. Kovinsko pritrditev plošč na stene skriva estrih. Dvigalo in stopnišča so izdelani v dvojnih stenah: po izračunih projektantov bodo v primeru porušitve dela stavbe lahko ohranili svojo celovitost in nosilnost.
Fasade so obložene z aluminijastimi ploščami, balkoni, ki so nadaljevanje talnih plošč, so prekriti s poliuretansko hidroizolacijsko membrano, nato pa s ploščicami po estrihu. Lesene plošče CLT ostanejo odprte samo na stropih lož in na eni steni v notranjosti vsakega stanovanja.
V ložah je prostor za mini vrtove, padavine pa se zbirajo in uporabljajo za tehnične potrebe, tudi v brizgalnem sistemu.
14 nadstropij: Treet, Bergen
Damsgårdsveien 99
ARTEC Arkitekter / Ingeniører
Gradnja poteka v norveškem mestu Bergen
49-metrska lesena hiša - najvišja na svetu danes. Polovica od 62 bodočih stanovanj je že prodana, oktobra 2015 pa naj bi se najemniki naselili v njegovih 14 nadstropjih.
Vse navpične obremenitve prenašajo lesene lesene letve (stebri z odseki 495 x 495 mm in 405 x 650 mm, oporniki - 406 x 405 mm), stopnišča, stopnice in dvižne jaške, stene in stropi pa so postavljeni iz plošč CLT. Obdobje požarne odpornosti glavnega nosilnega sistema (nosilcev) je 90 minut, sekundarnega (plošče CLT) - 60 minut.
Eden glavnih ciljev projekta je bil najti način, kako se upreti lahkim lesenim konstrukcijam močnim vetrom v obmorskem mestu. Da bi stavbi dodali maso, povečali togost s povezovanjem nosilcev med seboj in zmanjšali amplitudo nihanja, so kot plošče dodali tri betonske plošče - na nivoju petega in desetega nadstropja ter kot streho. Tako je največji vodoravni odklon nosilcev na vrhu stavbe 71 mm, kar je 1/634 višine stavbe: to izpolnjuje norveški standard 1/500.
Vetrovno in mokro vreme ni vplivalo le na konstruktivno rešitev, temveč tudi na videz hiše: severna in južna fasada sta zastekljeni, zahodna in vzhodna fasada sta obloženi s kovinskimi ploščami.
Možna prihodnost
Stroški konstrukcij iz plošč CLT so še vedno precej visoki. To je predvsem posledica omejenega števila igralcev na trgu: na svetu je le 2-3 velika proizvajalca, velik delež stroškov pa pade na prevoz materialov iz Avstrije - glavnega dobavitelja - po vsem svetu. Ironično je, da poleg finančnih stroškov to "zagotavlja" tudi znatno emisijo CO2 - čemur se je tako pridno izognilo spreminjanje lesa v gradbeni material.
Toda pristaši tehnologije CLT niso malodušni: prepričani so, da prihodnost pripada lesenim nebotičnikom. S kombiniranjem armiranega betonskega jedra z lesenim sekundarnim podpornim sistemom ali, nasprotno, lesenimi stebri in tramovi z monolitnimi stropi, lahko postavimo stavbe s 25-30 ali celo 40 nadstropji. Izvedejo se številni inženirski izračuni, dokaže se možnost gradnje tovrstne stavbe v samo enem tednu, javnosti se predstavijo znanstvena dela in razvijajo možne arhitekturne rešitve za lesene stolpnice.
Kanadski arhitekt Michael Green, eden najbolj znanih promotorjev ideje o leseni visoki gradnji, upa, da bo njegov rodni Vancouver postal vodilni v številu lesenih stolpnic, doba armiranega betona pa se bo končala po 20. stoletje: "Nikoli nisem videl ljudi, ki bi vstopali v katero od mojih stavb, objeli so jekleni ali betonski steber, vendar so to storili z lesenim!"
