Новые композитные стройматериалы для высотного строительства
Главная страница » Новые композитные стройматериалы для высотного строительства
Американское архитектурное бюро (SOM — Skidmore, Owings & Merrill) активно занимается исследованиями композитов на основе массивной древесины и бетона. Новый стройматериал планируется использовать в технологиях строительства высотных зданий. В частности, речь идёт о сооружении напольной части этажных секций, поддерживаемых стальной конструкцией. Традиционно многоэтажные конструкции создаются на базе металла и бетона. Этот вариант не удовлетворяет всех потребностей конечных владельцев недвижимости. Поэтому новые стройматериалы для сферы строительства многоэтажных зданий, способные урезать господство бетона и стали, всегда были ожидаемы.
Новые стройматериалы для высоток
Одной из причин ограничения внедрения древесины в конструкции высотных строений видится незавершённое до конца тестирование подобных строительных систем на их эксплуатационные качества, в том числе прочность.
И вот совсем недавно (2016-2017 гг.) появилась новая архитекторская идея, где используются конструкционные стальные колонны и балки в ассоциации с композитным стройматериалом — кросс-шихтованной древесиной (CLT) и системой бетонных полов.
Именно такую конструкцию предложено внедрять в современных проектах зданий повышенной этажности.
Ассоциация бетона с древесиной, подкреплённая сталью, карбоном и эпоксидными смолами, обещает стать инновационным прорывом в области строительства небоскрёбов
Американский институт стальных конструкций (AISC) завершил исследования в области применения стальных и деревянных систем высотного строительства.
В результате родился реальный конкурент традиционным схемам – новая система древесно-бетонных полов, специально предназначенная под высотные сооружения.
Композитные полы городских небоскрёбов
Сталь и древесина обладают естественными преимуществами и недостатками. Устойчивые структуры стремятся использовать минимальное количество материалов и минимизировать влияние углеродного следа.
Гибридные (композитные) структуры используют каждый материал там, где он наиболее эффективен, что снижает потребление стройматериалов в целом.
Структура композитного пола: 1 — укрепляющий слой; 2 — бетонный верхний слой; 3 — поперечные соединители композита; 4 — пятислойная кросс-шихтованная деревянная панель
Гибридный (композитный) подход часто является наиболее экономичным решением с точки зрения стоимости и последствий углеродного следа.
Поэтому строительство деревянных конструкций комплексным (гибридным) решением может стать более выгодным.
Углеродный след (carbon footprint) – массовая доля выбросов парниковых газов прямым или косвенным путём:
- людьми,
- производимыми продуктами,
- промышленными организациями,
- мероприятиями разного рода деятельности.
(Из определений UK Carbon Trust – Углеродный фонд Великобритании).
Исследования нового композитного стройматериала
Оценивая разные механизмы сдвиговых усилий соединений между верхним слоем бетона толщиной 57 – 60 мм и слоем кросс-шихтованной древесины толщиной 170 – 172 мм, американские исследователи остановились на применении перфорированного металла и эпоксидной смолы в качестве сцепки.
Именно этот тандем, по мнению учёных, способствует достижению идеальных параметров по сдвиговым скольжениям.
Экспериментальная композитная панель для пола высотного здания. Из таких панелей собирается цельный проектный экземпляр. Этот стройматериал способен выдержать значительную нагрузку
Для тестирования была изготовлена полноразмерная композитная панель пола размерами 2,5 х 11 м. Образец нагружался массой, примерно 37 тонн, что в восемь раз выше проектной нагрузки.
Таким образом, сила давления как возможный фактор ограничения применения композитного пола, не нашла места в исследовательском отчёте.
Структурная схема точки опоры: 1 — скрепляющий слой; 2 — верхний бетонный слой; 3 — колонна; поперечный соединитель композита; 5 — самонарезающий конструкционный винт; 6 — соединитель балки; 7 — пятислойная кросс-шихтованная панель; 8 — пятислойная кросс-шихтованная панель пола
Исключение составляет «обугливание» древесины в случае пожара, что резко снижает нагрузочные способности композитной бетонно-древесной конструкции полов высотных зданий.
Ограничения применения бетонно-древесного композита
Львиная доля исследований неизбежно порождает дополнительные вопросы именно в моменты изучения тестируемых образцов стройматериалов. Так и здесь, не обошлось без уточнения аналитических методов:
- изучения составных систем пола на основе панелей CLT и бетона;
- разработки руководящих принципов проектирования композитов;
- разработки положений на гибридные системы пола бетон-дерево.
Всё это пока что остаётся без должного ответа и не позволяет без каких-либо ограничений использовать композитный бетонно-древесный стройматериал при строительстве высотных зданий.
Тем не менее, проект SOM «Деревянная башня», можно сказать, дал новую жизнь технологиям высотного строительства, предложив сооружение конструкций на базе стальной системы с внедрением композитной структуры пола.
Элементы новой технологии: 1 — стальная колонна; 2 — соединительная торцевая пластина; 3 — стальной луч наращивания; 4 — кросс прокатные напольные плиты; 5 — верхний бетонный слой; 6 — укрепляющий слой; 7 — крепления композита
Чтобы не быть голословными, исследователи разработали эталонный проект девятиэтажной башни, которая недавно была возведена в Калифорнии.
Высотный дом с полами из нового стройматериала
Модель башни выстроена с применением ассиметричных широко-фланцевых стальных балок. На эти балки опираются панели CLT и крепятся специальными фланцами.
При этом в области посадочных точек сделаны технологические вырезы, дабы обеспечить посадку лицевой стороны панелей заподлицо.
Предполагалось, что пересечение бетонного слоя панели со сталью также позволит создать композитную связь, но тестирования на этот счёт ещё не проводилось.
Эталон здания, где используются пост напряженные 200-мм бетонные плоские панели, имеет типичный пролёт колонн 8,5 х 9,75 м.
Смоделированная композитная система предполагает типичный пролёт колонн 8,5 х 7,5 м, при максимальном охвате древесиной композитной системы с глубиной напольного покрытия 270 мм.
Согласно отчету, смоделированная композитная система по размерам больше, чем традиционно предлагаемые габариты.
Конечный результат: 1 — кросс-ламинированная панель; 2 — луч наращивания стальной; 3 — пластина торцевого соединения; 4 — стальная колонна; 5 — бетонный слой композитного пола
После проверки различных сценариев: сочленения стройматериалов, предположений относительно объема работ, условий загрузки, соображений планирования, отчет показал очевидные детали. Жизнеспособность предлагаемого композитного стройматериала определит:
- рыночный спрос,
- практичность эксплуатации,
- эффективность строительства,
- общая стоимость проекта.
Между тем здания на основе стали и массивной древесины могут возводиться быстрее, чем каркасно-бетонные здания, при условии предварительного производства гибридных элементов.
Также подчёркивается: высотное здание, возведённое на новых композитных стройматериалах, весит примерно на 65% меньше традиционного проекта. Этот фактор снижает затраты на фундамент, сейсмическую защиту и сокращает время строительства.
В исследовании делается вывод о том, что два типа зданий – на композитных стройматериалах и без таковых, могут быть сопоставимы по стоимости в пределах 10% относительно один другого, в зависимости от специфики проекта и текущих рыночных условий.
Как склеивать древесину — столярная практика
ТОП-10 новинок строительных и отделочных материалов 2018
Технологии строительства непрерывно совершенствуются. Новые открытия отличаются по сфере использования, но разработчики преследуют общую цель: сделать процесс строительства легче, а жизнь в постройках нового образца – более комфортной и современной. Давайте рассмотрим самые интересные ноу-хау 2017 года.
Солевые блоки
Автором идеи стал архитектор из Нидерландов Эрик Джоберс. Выглядит строительный материал необычно, но очень эффектно. Соль из воды извлекается с использованием солнечной энергии. Для скрепления частиц используется натуральный крахмал, полученный из водорослей. По сути, безотходное производство. Такие блоки могут применяться даже в странах с засушливым климатом. Смесь подходит и для проектирования гибких арочных конструкций. Для защиты от внешних факторов блоки покрываются составом на основе эпоксидной смолы. Остается ждать, получит ли новинка широкое распространение.
Плиты Изоплат
Изобретены в Эстонии специалистами компании Skano Fibreboard. Это натуральный теплоизоляционный материал, выполненный из волокон деревьев хвойных пород. Их предварительно вымачивают в кипятке, прессуют и разрезают на листы разной толщины. Для придания влагостойкости плиты обрабатывают парафином. Изоплат имеет высокую паропроницаемость и звукоизоляцию, защищает от ветра, сохраняет тепло. Благодаря волокнистой структуре плиты пожаробезопасны, устойчивы к воздействию вредителей и простейших (плесени, грибков). Элементы соединяются между собой по типу «шип-паз», подходят для утепления кровли, напольного покрытия и каркаса. Ширина варьируется от 60 до 120 см, толщина – от 12 до 50 мм.
Лего-блоки EverBlock
Внешне они и правда похожи на элементы популярного детского конструктора. Возможно, им и вдохновился инженер из США Арнон Росан. Блоки выполнены из пенобетона и соединяются по типу «шип-паз» без использования клеящих составов. Обрабатывать нужно только вертикальные швы. Водопроницаемость материала составляет менее 3%. Для возведения двухэтажных и более зданий лего-блок армируется через технологические отверстия. Самый распространенный размер блока 25х25х50 см.
Светоблокирующий стеклянный фасад
Фасады из прозрачного стекла легко пропускают солнечные лучи, увеличивая температуру в помещениях. Разработка ученых из института Франкфурта позволяет регулировать светопроницаемость стекол. Теоретически фасад состоит из множества круглых сегментов. Каждый из них содержит тканевый диск с проводами из сплава титана и никеля – они обладают памятью формы и реагируют на температуру окружающей среды. Если в помещении температура падает, материал сворачивается, возвращая стеклу прозрачность, при повышении температуре он затемняет стекла.
«Живая плитка»
Жидкая плитка, которая реагирует на шаги или прикосновения, меняя рисунок. Поверхность выполнена из закаленного стекла. Ею можно отделать не только напольные покрытия, но и стены, столешницы. Она хорошо поглощает звуки, подавляет вибрацию. Ступать по такой плитке можно почти бесшумно. Из недостатков – неустойчивость к высоким нагрузкам, боязнь острых предметов (могут остаться сколы). Но выглядит такая плитка замечательно.
Токопроводящий бетон Shotcrete
Детище команды ученых из университета Небраски-Линкольна. Токопроводящий бетон, который поглощает и отражает электромагнитные волны разного происхождения. На замену стандартному наполнителю бетона пришел магнетит – минерал природного происхождения, имеющий отличные ферромагнитные свойства. Также присутствуют металлические и углеродные компоненты. Изначально материал проектировался для взлетно-посадочных волос, но может быть использован и в жилых помещениях. Может быть нанесен путем напыления.
Тепловые обои
Их фишка в том, что при изменении температуры воздуха в помещении меняется и рисунок на полотне. Изобретение дизайнера из Китая реагирует на смену теплового режима. Под воздействием тепла на стене появляются бутоны, а затем распускаются цветы. На поверхность изобретатель наносит специальные термочернила. Обои реагируют и на солнечные лучи, и на прикосновение, однако боятся влаги, их нельзя мыть.
Гибкое дерево WoodSkin
Удивительно гибкий материал, которому можно придавать любые абстрактные формы. Состоит из сэндвич-плиток. Применяется полимерная сетка, композитный нейлоновый состав и фанера. Новинка выпускается в рулонах и листах. Форму придают при помощи специальных трехмерных станков, соединяя между собой небольшие элементы. Толщина листа может варьироваться от 4 до 30 миллиметров.
Утеплитель с овечьей шерстью
Новинка, которая с ноября 2017 года доступна и в России. Экологически чистое волокно хорошо изолирует шумы, не горит, подходит для утепления любых помещений. Компания Oregon Shepherd пока производит два типа утеплителя – Batt и Loft. Также утеплитель хорош тем, что поглощает вредные вещества, выделяемые мебелью, синтетическими отделочными материалами и прочими элементами интерьера.
Штукатурка, которая регулирует влажность
Конденсат – проблема, знакомая многим. Разработчики из швейцарской фирмы STO AG представили инновационный материал. Штукатурка эффективно поглощает лишние водяные пары из воздуха (на 1 кв.м. около 90 г). Толщина наносимого слоя – до 2 сантиметров. Нет конденсата, нет плесени и грибков, зато есть ровное экологичное покрытие.
Естественно, разработчики не собираются останавливаться на достигнутом и впереди нас ждут новые интересные открытия. Возможно, они изменят жизнь к лучшему!
Основа дома – композитный продукт
Во Флориде США создали продукт, который может заменить бетонные блоки, дерево и сталь в жилищном и коммерческом строительстве. В настоящее время этот материал начали выпускать на новой производственной линии в Киссимми, штат Флорида.
Производственный и сборочный процессы, разработанные и запатентованные Composite Building Structures Ltd. (CBS), используют стекловолокно и смолы для создания композитной основы, которая является более крепкой и устойчивой, чем какой-либо другой материал, использующийся в настоящее время.
Созданный материал может выдержать ветер со скоростью до 350 миль/ч, обеспечивая большую безопасность во время ураганов и торнадо. Он также поддается легкой деформации, не изменяя своей структуры, что позволяет использовать его в районах с повышенной сейсмичностью. Кроме этого, новый материал пожаробезопасен, устойчив к появлению плесени, не поддается воздействию термитов и других вредителей, а также не создает помехи для электронных и радиосигналов, что делает его высокоэффективным строительным материалом выбора в нашем беспроводном мире.
Новый продукт также предоставляет много преимуществ для тех, кто стремится к лучшей жизни. Ведь для строительства дома в 2 000 кв. футов уйдет всего лишь 1 тонна композитного материала, в то время как древесины понадобится 17 тонн, а бетона – 41 тонну. Производство композита на линиях трех заводов может ежегодно спасти как минимум 70 кв. миль леса от вырубки.
Более того, имеется возможность собирать панели из композита высотой до 50 футов прямо на производственной линии завода, тем самым упрощая процесс строительства дома. Панели стен и крыши монтируются в соответствии с проектом дома и поставляются на объект строительства. Возведение дома вплоть до крыши производится в течение одного дня и охватывает монтаж окон, дверей, обшивки, изоляции и электрических коробок на месте, без строительного мусора. Затем застройщик заполняет внутреннее пространство и выполняет окончательную отделку дома. Для перевозки на строительный участок панелей для одного дома понадобится всего лишь один грузовик.
Что касается стоимости, этот композитный материал сопоставим по цене с деревянной конструкцией дома, но с гораздо меньшей неустойчивостью в ценообразовании.
Объект в Киссимми – второй в мире завод по сборке нового композитного материала. Первый завод должен вступить в строй в штате Алабама. Две фабрики, работающие 24 часа в день, могут производить материал для 7 200 домов в год.
В настоящее время основатель заводов Джеймс Антоник находится в переговорах с инвесторами и строителями о лицензировании дополнительных заводов на всей территории Соединенных Штатов. В планах Антоника выйти с новым композитным материалом на мировой рынок жилищного строительства. Он встретился с инвесторами и правительственными должностными лицами многих зарубежных стран, где имеется нехватка жилья, для обсуждения своего продукта и подачи заявки в жилищном и коммерческом строительстве.