Masové dřevo na dietě na Bienále architektury v Chicagu

Hmotnost dřevěné konstrukce byl široce nabízený architekti a stavitelé pro její relativně nízké emise uhlíku, omezené odpadu, a potenciál pro rychlé, na místě stavby. Výhody konstrukčních systémů ze dřeva by však mohly být dosažitelné s mnohem méně dřevem pomocí každodenního stavebního materiálu: rozměrového řeziva, jmenovitě 2x4s, 2×6 a 2x8s.

Tato hypotéza je vyslýchána na Bienále architektury v Chicagu 2021, které trvá do prosince. 18, místní kancelář Skidmore, Owings & Merrill v partnerství s University of Michigan Taubman College of Architecture and Urban Planning fakulta Tsz Yan Ng a Wesley McGee a jejich postgraduální studenty. Jejich úsilí vyvrcholilo v pavilonu dřeva SPLAM (SPatial LAMinated timber) na Epic Academy, veřejné střední škole v chicagské čtvrti South Shore.

Stálý pavilon je vizuálně nápadný, zvlněná mříž smrku-jedle-borovice 2x poskládaná 12 desek vysoko na vrcholu čtyř betonových sloupů. Ve středu rozpětí se počet desek zužuje na několik. V některých ohledech se dutiny 3D mřížky podobají dutinám Jenga tower, těžkopádné ve své symetrii a nepřítomnosti. Přesto, pokud je krása vyjádřeného negativního prostoru pomocným efektem projektu, nebyl to impuls. „Naším skutečným cílem je vytvořit systém, který lze aplikovat v měřítku a posunout jehlu na uhlíkový problém v konstrukci,“ říká partner designu som Scott Duncan, AIA.

V podstatě, tým má vytvořený novou variantu strukturálně inženýrství dřeva systém, prostorově vrstvené dřevo s pomocí modelování software pro optimalizaci prostorového uspořádání desek, tým může použít méně jednotlivé členy k dosažení stejné úrovně stability jako ploché struktury, jako je cross-laminované dřevo. To se promítá do úspor prostoru, materiálu, nákladů a nakonec uhlíku.

„Už tam je ten skvělý systém, což je CLT,“ říká Duncan. „Je to ploché; je to—v jistém smyslu—neinteligentní. … Je to ploché prkno. A každý, kdo studoval architekturu nebo inženýrství nebo chápe princip trezoru, ví, že z hlediska zatížení existují neefektivnosti, když máte něco takového plochého.”

Uznávajíce efektivnosti, které přicházejí s pomocí replikované strukturální prvky—nápad, který má kořeny v Le Corbusiera Domino model— mnoho architektů se obrátil na CLT, jak řešení pro strukturální podlahy v high-density obytné stavby, Duncan vysvětluje. středně vzestupné projekty, jako je bytový dům Timber Lofts multifamily v Milwaukee a carbon12 condominium tower v Portlandu, Ruda. spolu s hyper-efektivní vlastní domy, byly postaveny s CLT, který spojuje střídavé vrstvy měkkého dřeva do odolných panelů.

SLT, minimalistický Riff na CLT

„Začneme s jednoduchou, plochou desku strukturu a provést analýzu, aby zjistil, kde materiál je práce nejtěžší, takzvané horké skvrny,“ říká SOM ředitel pozemního stavitelství Benton Johnson, který dohlížel na projekt, strukturální analýza. „Pak to, co software udělá, je identifikovat místa pro odstranění materiálu, kde je pod nižším stresem a má nižší užitečnost, a přesunout je na místa s vysokým stresem a vysokou užitečností. A tento proces opakujeme stokrát.”

Jakmile je návrh optimalizován, přesně řezané dřevěné trámy jsou osazeny společně s truhlářským truhlářem. Střecha pavilonu pak podle Johnsona není jen střechou, ale jednopatrovým prototypem rámové konstrukce mezi patry větší budovy.

V budování průmyslu, jejichž kolektivní operace tvoří téměř 40% světové energie-související emise oxidu uhličitého, dřevo má několik dobře zdokumentované výhody více materiálů, jako je beton a ocel, Johnson říká: „Když si myslíte, že o život stromu, je to oxid uhličitý, a to je uvedení kyslíku, přičemž za jeden uhlík [molekuly] v aktuální celulózového materiálu. Takže dřevo je ve skutečnosti asi 50% hmotnosti uhlíku.”

Pokud lze z dekonstruovaných budov zachránit krátké rozpětí nekvalitního komoditního řeziva, lze je znovu použít, čímž se sníží odlesňování a zachová se staré stromy. Ještě pořád, CLT používá „více dřeva, než byste kdy chtěli,“ říká Johnson, s deskami až do tloušťky nohy. Mezitím, tradiční trámové rámování může být materiálně efektivní, ale postrádá strukturální výkon a rozsáhlé možnosti inženýrských dřevěných systémů.

„Udělali jsme krok zpět a řekli jsme:“ co když se pokusíme spojit to nejlepší z obou světů?““Říká Johnson.

SOM odhaduje, že pavilon SPLAM používá o 46% méně dřeva než srovnatelná struktura postavená s CLT a poskytuje další prostor pro systémy HVAC a MEP. Ve srovnání s tradičně zarámovanou strukturou podobných rozměrů snižuje systém SLT hloubku desky střechy z 22 palců na 17 palců. Obnovená plocha mezi podlažími se může promítnout do zvýšených výšek od podlahy ke stropu nebo ve vysoké budově do zcela nové podlahy.

„Ve výškově omezených městských kontextech, pokud jste schopni přidat podlahu do budovy, která je na vysoké straně, ale stále zachovat jasné výšky ,je to hudba pro uši [klienta],“ říká Duncan.

Návrh vedl proces zvaný topologická optimalizace, říká McGee. Pomocí softwarových modelů, které děj přímé a smykové síly v celé struktuře, SOM určuje, kde komodita dřevo může být umístěna na největší účinnost materiálů. Zvlněná mřížka pečlivě sledovala smykové a ohybové diagramy napětí.

Později, v Taubman Digitální Zhotovení Laboratoře, McGee říká, jednotlivé kusy dřeva z místního dodavatele dřeva byly frézované ubytovat kolo a šátek kloubů. Každý spoj byl stres testován s napětím stroj s 100 kilonewton zatížení buňky, a CNC router snížit šikmé roviny šátek kloubů. Self-centrování pneumatické upínací systém pomohl ubytovat jemné variace v šířce 2x4s a orientovat je tak, aby vydržely směr síly—proces, který vyžaduje iterace stovky možných scénářů návrhu.

„Byl to plynulý proces práce z materiálu, nejen tolerance toho, co je možné pro výrobu, ale co je možné pro konstrukci na konci,“ říká Ng. „Tento systém poskytuje to, že prefabrikace se může stát v laboratoři nebo ve výrobním zařízení, takže zkracuje čas na místě.”

Celý pavilon trval asi tři týdny na zhotovení a 912 kusů dřeva. Po rozřezání a zabalení do palet bylo zhruba 60 jedinečně tvarovaných dřevěných dílů seskupených do sekvenčně očíslovaných rodin (jako sada IKEA) odesláno na otevřený valník na místo. McHugh Construction sestavil pavilon zhruba za týden.

Posun vpřed, změny politiky mohou pomoci SLT získat oporu jako škálovatelný způsob návrhu a konstrukce podlahových desek nízkopodlažních a středních bytových a kancelářských projektů. 2021 Mezinárodní Stavební Kód umožňuje použití hmotnost dřeva v budovách až 18 příběhů, a hrst USA státní a městské jurisdikce mají buď začleněny nové standardy do jejich kódů, nebo to zvažují.

„Když se podíváte na rychlost typické rámování, zejména balón rámování, je to docela neuvěřitelné v těchto dnech,“ říká McGee. „To je určitě jiné paradigma. Ale v typické kancelářské budově, kde máte desetitisíce členů, se musíte na výrobu dívat z jiného hlediska. Je to mnohem více podobné výrobě automobilů než stavební výrobě.”

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.