Знаем, че в модата почти винаги идва момент, когато забравеното се завръща. В инженерните науки обаче, когато дадено решение се обяви за "модерно", не просто тичаме в магазина да си го купим, а се опитваме да разберем защо става така.
Един поглед върху съвременните строителни технологии показва, че "бетонните джунгли", които Азимов описа в "Стоманените пещери" (1953), скоро могат да станат дървени (както си му е редът за истински джунгли), а не стоманени. Могат ли инженерите да проектират небостъргачи от композитни материали – например дървесина?
Дървесината поначало се състои от "скелет" от органични клетки, по-точно – има пореста структура, която е образувана от клетъчни стени. Този естествен материал е хигроскопичен, тя е естествен композит, в който целулозните влакна имат добра якост на опън, а лигнинът, който ги свързва, е устойчив на натиск. Тези добри механични и якостни свойства позволяват на дървесната тъкан да поддържа растенията, позволявайки им да стоят изправени и да достигат значителни размери. Например една многотонна секвоя може да надвиши 100 м височина и същевременно, удържайки многото си клони и листа, да устоява на ветрове и бури. Относителната якост на някои видове дървесина е сравнима с алуминиевите сплави и дори с легираната стомана. Разбира се, хората са наясно с този факт и от векове различни дървесни видове се използват за строителство. Например в Средновековна Европа (а и по-късно) предпочитано "строително дърво" е дъбът, от който се изработват греди, стени, врати и подове.
Но оказва се, че при все това ние все още не можем да използваме всички възможности на дървесината!
Една секвоя може да достигне височината на 35 или 40-тонна кула, но да се съединят достатъчно надеждно дървените детайли и да се построи от тях сграда със сравнима височина досега не се е удало никому. Рекордно по височина здание беше вдигнато в щата Тенеси от дизайнера Хорас Бърджис (Horace Burgess), строено близо 14 години на основата на 26-метров дъб. Дървената къща има застроена площ близо 930 м, в които са поместени 80 стаи. За дървения дом са употребени близо 258 хил. пирона, но според дизайнера сградата все още не е завършена. Независимо от това обаче, зданието е построено без предварително определен план - Бърджис първоначално направил дървена площадка между клоните, но впоследствие решил да постави покрив и въобще да разшири конструкцията. Когато човек се движи вътре, етажите скърцат и губителни мисли връхлитат човека...
Обаче някои кардинални нововъведения, усвоени от строителните инженери в последните десетилетия, правят невъзможното несамо възможно, но и дори вероятно!
"Мога да сравня това с началото на "стоманената революция", която започна преди около 120 години" – обяснява канадският архитект Майкъл Грийн (Michael Green), двигател на архитектурната агенция Michael Green Architecture и един от главните поддръжници на идеята дървесината да се използва във високите сгради. Според него, съвременните композитни материали на нейна основа са вече достатъчно здрави, надеждни и дори огнеупорни (!). През есента на миналата година във Ванкувър, в кампуса на University of British Columbia по проект на Грийн беше издигнато 18-етажно здание за студентско общежитие, високо 53 метра. И вероятно това действително е само началото: в момента високи сгради от дърво се строят из цял свят, а някои от тях достигат до 80 етажа!
Дървени панелки
Здравината е относително понятие. Способността на един материал да понася натоварване без разрушение зависи от вида и посоката на натоварването, дали то е статично или динамично. Но ако дървесината понася разтягане и усукване не по-лошо от стоманата, то натиск нейната пореста структура понася не така добре. Също така, дървесината може забележимо да променя обема си, да попива влага или да изсъхва, ядат я различни организми, и също така е горим материал. Тези недостатъци, а и развитието на черната металургия, преди около 120 години са довели до залеза на дървесината. Като основен строителен материла я изместили стоманата, бетонът и стъклото. Изглежда, че никой не може да застраши тяхното превъзходство, но в последните години дървесината получи важен съюзник – строителните лепила. Заедно те образуват материал, за който се твърди, че по нищо не отстъпва по здравина на стоманобетона.
Технологията за получаване на многослойни дървени панели (Cross-Laminated Timber, CLT) е разработена пред 90-те години в Австрия, Германия и Швейцария. Силен тласък в развитието си тя получава през първите пет години на нашия век, когато на мода излизат "зелените" строителни технологии. Производството на стомана и бетон е сериозен енергопотребител и една от причините за високите емисии на парникови газове в атмосферата. Докато растителната дървесина прави точно обратното: за да се храни, дървото поглъща и заключва въглеродния диоксид в дървесината, корените и листата си. Така производството на строителни материали ще намалява неговото съдържание в атмосферата. Според оценките на учения от Йейлския университет Чад Оливър (Chad Oliver) пълният преход от стомана към дървесина в областта на строителството ще намали глобалните емисии на СО2 на 15−20 %. Единственото, което остава да се направи според него, е да се получи от природното вещество за "тежко" многоетажно строителство, и някои инженери смятат CLT за именно такова решение.
CLT плочата се прави от изсушени дъски с дебелина от 16 до 50 мм и повече. Чрез шипове те се съединяват в плоски панели и така се получава "сандвич" от 3 до 7 пласта, влакната на които са ориентирани перпендикулярно едни към други. При това обикновено посоката на външните слоеве се избира така, че влакната им да стоят отвесно, като по този начин се повишава твърдостта на цялата структура. Дървените слоеве се пресоват с полиуретанови, фенолови или меламинови лепила и накрая се шлифоват. През 2009 г. в Лондон по проект на архитектурното агенция Waugh Thistleton беше издигната 9-етажната жилищна сграда Murray Grove. 18-етажното здание в Канада, за което стана дума по-горе, е също стъпка в борбата за по-високи дървени сгради. През тази година в Амстердам е предвидено да бъде построена 21-етажна сграда от CLT панели, а през 2023 в Стокхолм по проект на DinellJohnasson ще израстне здание на 34-етажа. Проекто-кулата River Beach в Чикаго ще бъде истински небостъргач – ще се издига на цели 80 етажа, макар че все пак ще бъде укрепена с диагонални стоманени греди.
Проблеми
От 18-етажното кампусно здание на канадския университет до истински небостъргач пътят е дълъг. Но този проект позволява да се разгледат главните подходи, които се използват при създаването на високи сгради от CLT панели. Те са основани на бетонен фундамент, опират се на колони от масивна дървесина и се поддържат от скелет, изработен от мощни греди Glulam (glued laminated timber). Това е многослоен дървен материал, направен от единични дървени слоеве (lams), свързани много здраво с висококачествени и влагоустойчиви структурни лепила за дърво. Отделните дървени слоеве – ламели, се наставят (слепват) един към друг, като се запазва успоредността на влакната. Отделните детайли на сградата са скрепени със стоманени съединения. В съответствие с изискванията за земетръсна устойчивост от бетон са направени асансьорните шахти и стълбите – но всичко останало е дървено, композитно!
Комбинираният подход с използване на елементи от дървесина, стомана и стоманобетон позволява да се издигне строителството на ново равнище на безопасност. Не е въпросът само в това, че големите и тежки CLT не горят толкова просто и лесно, както старите гредоредени конструкции. Едно много тънко бетоново покритие ги прави окончателно огнеупорни, а и непромокаеми. Експерименти, проведени с мощна хидравлична преса в Орегонския университет, показаха, че с такова покритие 11-метрови панели могат да издържат натоварване повече от 37 тона – няколко пъти повече, отколкото е нужно. Такива например ще бъдат панелите на 133-метровия 40 етажен небостъргач Trätoppen в центъра на Стокхолм, проектиран от шведската архитектурна агенция Anders Berensson.
Канадските проектанти на общежитието Brocks са пресметнали и твърдят, че заради използването на нови материали сградата е позволила да се "спестят" повече от 2500 т СО2, които иначе биха били отделени в атмосферата, ако тази сграда се изпълнеше от стомана и бетон. Това количество е равностойно на годишната емисия на около 500 леки автомобила.
Но не всички данни показват готовност едва ли не веднага да се премине към замяна на стоманата с дървесина. Количествата дървен материал, нужни за това, са колосални. По данни на горецитирания Чад Оливър, те достигат 40 % от годишния прираст на дървесната маса по цялата планета и примерно три пъти надвишават моментното равнище на потреблението й. За да не останем на съвършено "плешива" Земя, са нужни нови технологии за масово и ускорено залесяване, за ускоряване на самия дърворастеж, нови мащабни фермерски проекти. Друг проблем в редица страни се оказва строителното законодателство, което в момента ограничава височината на дървените сгради до определени равнища, например до пет етажа в Русия.
В момента инженери и архитекти от различни страни се опитват да издействат специални законови позволения за проектирането на високи дървени сгради. Но за да се измени законодателството, са нужни всестранни тестове, и общежитието във Ванкувър участва в тях. В момента сградата е наблъскана с датчици, които следят различни параметри на състоянието й, започвайки от влажността и стигайки до разместването на елементите. Няма съмнение, че ордата от 400 студенти, търчащи из общежитието всеки ден, прави теста доста труден. Ако пробната сграда го мине достойно, ще може да се премине към небостъргачи.
В момента най-високото съоръжение от дървесина в света е изпитателният стенд ATLAS-I или Trestle, принадлежащ на Военновъздушните сили на САЩ и разположен в Албукерк, Ню Мексико. Тази конструкция е способна да издържи тежестта на напълно натоварен бомбардировач В-52. Тя позволява да се разработи оцеляване в условията на ядрен взрив. Под нея е инсталиран изключително мощен импулсен генератор на електромагнитни излъчвания, а дървената основа дава възможност да се "разположи" епицентърът на 180 м под самия самолет. Историческият рекорд за най-висока дървена сграда продължава да се държи от решетъчните стълбове на радиоантените, издигнати близо до германския град Мюлакер през 1934 г. (190 м). Те обаче са разрушени през 1945 г., за да не попаднат в ръцете на Съюзниците.
Антон Оруш, Sandacite.bg – https://www.sandacite.bg
Източници:
ATLAS-I - https://de.wikipedia.org/wiki/ATLAS-I
Roof Systems - http://smartlam.com/products/construction-materials/roof-systems/
UBC Brock Commons - http://www.naturallywood.com/emerging-trends/tallwood/ubc-brock-commons
World's Tallest Non-Metal Structures - http://newundersol.blogspot.bg/2013/12/worlds-tallest-non-metal-structures-and.html
Деревянные небоскребы: как это работает - http://www.popmech.ru/technologies/299812-derevyannye-neboskreby-kak-eto-rabotaet/
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Последни коментари