Facebook

Nie bójmy się drewna

Z:A 78

KATEGORIA: Temat wydania

O nowych kierunkach w dziedzinie konstrukcji drewnianych rozmawiamy z dr inż. Karolem Sikorą, dziekanem wydziału inżynierii lądowej australijskiego University of Wollongong w Dubaju, prezesem Neosinga - firmy deweloperskiej i budowlanej w Kambodży oraz członkiem z najwyższym stopniem Fellow w Institution of Civil Engineers, czyli najbardziej prestiżowej organizacji na świecie zrzeszającej inżynierów budownictwa.

Drewno wciąż jest używane jako materiał konstrukcyjny, mimo dostępności stali, żelbetu i innych materiałów, wydawałoby się tańszych i trwalszych. Czy ma jeszcze przyszłość przed sobą?

Ocenia się, że drewno jest wykorzystywane w budownictwie już od 10000 lat. Najstarsze ślady datowane są na 4300 r. p.n.e. Mowa o 30 domach w ufortyfikowanej osadzie, którą odkryto w Polsce, we wsi Osłonki. Za najstarszy istniejący budynek z drewna, mający ponad 1400 lat, uważana jest świątynia buddyjska Horyu-ji w Japonii, która w praktyce składa się z kilku budynków, a jej głównym elementem jest pięciopiętrowa (!) pagoda, pierwotnie zbudowana w 607 r. Prawdą jest, że w ostatnich wiekach inne materiały wiodły prym w budownictwie. Potocznie mówi się, że wiek XIX to wiek stali, a wiek XX to wiek betonu, jednak w XXI wieku trendy się zmieniają, i wiele wskazuje, że może to być wiek drewna.

Dlaczego poszukuje się alternatywnych produktów z drewna na konstrukcje? Czy tradycyjna tarcica nie wystarczy?

Liczba ludności na świecie stale rośnie, wzrasta procent mieszkańców miast. W rezultacie rośnie zapotrzebowanie na budowle o wielkich gabarytach wielopiętrowe i o znacznej pojemności. Tarcica jako produkt naturalny, powstały z drewna o ograniczonych rozmiarach, ma limity długości i przekroju. To co jest w sam raz w przypadku domów jednorodzinnych, nie wystarcza do przeniesienia znaczniejszych obciążeń i wielkich rozpiętości. Ten problem rozwiązują Engineering Wood Products (EWP), a chyba największy potencjał ze względu na uniwersalność zastosowania daje Cross-Laminated Timber (CLT).

W czym CLT przewyższa konstrukcje szkieletowe?

Krzyżowy układ poszczególnych warstw paneli CLT zapewnia doskonałą wytrzymałość, sztywność i stabilność, również gdy tworzą one konstrukcję stropu lub ściany. Pozwala to wyeliminować naturalne defekty charakterystyczne dla drewna. Panele mogą mieć długość do 20 metrów, szerokość do 4 metrów i grubość od 0,6 metra. Jesteśmy w stanie wyprodukować panele w dowolnym rozmiarze. Większe ograniczenia stawiają wymagania transportowe niż sama technologia produkcji. Dzięki maszynom do cięcia CNC (Computer Numerical Control) uzyskuje się precyzyjne otwory okienne, drzwiowe i przejścia instalacyjne. Jeśli na późniejszym etapie potrzebne są dodatkowe otwory, można je wyciąć na miejscu piłą.

Panele można łatwo montować na budowie za pomocą metalowych łączników, tworząc wielokondygnacyjne budynki. Ponieważ są lekkie, nie potrzeba ciężkiego sprzętu, a kilku pracowników wystarczy do poprowadzenia montażu. Skraca to czas budowy, obniża koszty i maksymalizuje wydajność na wszystkich etapach.

A co z kwestią palności CLT?

Drewno się pali, ale wolno i w przewidywalny sposób. Dzięki temu możemy zaprojektować budynek w taki sposób, aby nie zawalił się przez określoną liczbę godzin i w tym czasie przeprowadzić ewakuację ludzi oraz ugasić pożar. Pewnie wielu pamięta niedawny pożar w katedrze Notre-Dame, gdzie konstrukcja paliła się bardzo długo zanim się zawaliła. Stal znacznie szybciej straciłaby wytrzymałość. Przykładem niech będzie World Trade Center, gdzie najprawdopodobniej bezpośrednią przyczyną zawalenia stalowej konstrukcji była wysoka temperatura. Dlatego beton zbrojony też jest nieprzewidywalny.

Czy belki zbrojone BFRP zastąpią belki z drewna klejonego? Jakie może być ich zastosowanie?

Basalt Fibre Reinforced Polymer (BFRP), ze względu na wysoką wytrzymałość, w budownictwie używa się do wzmocnienia elementów konstrukcyjnych. Badaliśmy również ich wykorzystanie w glulam (drewno klejone warstwowo) i takie zbrojenie zwiększało sztywność elementu. Jednak ten parametr można poprawić także inaczej, a sztywność glulam jest zwykle wystarczająca. BFRP ma inną zaletę nie koroduje jak stal i ma lepsze właściwości mechaniczne, dlatego może zastąpić stalowe zbrojenie elementów betonowych.

Czy już stosuje się taką technologię w budownictwie?

Tak, w konstrukcjach, gdzie potrzebne są wysokie wytrzymałości, a które narażone są na działanie wody, zwłaszcza morskiej, czyli np. przy budowie mostów, platform wiertniczych czy elementów konstrukcji morskich turbin wiatrowych.

Gdzie warto wykorzystywać kompozyty TCC?

Timber-Concrete Composites (TCC) wykonywane są poprzez połączenie warstwy betonu z konstrukcyjnym drewnem w celu wybiórczego wykorzystania ich dobrych właściwości konstrukcyjnych. Można je wykorzystywać w przypadku nowych budynków, gdzie, w porównaniu do konstrukcji stricte drewnianej, uzyskujemy wzrost sztywności, zmniejszenie wibracji i zwiększenie izolacyjności akustycznej. Gdy porównamy takie kompozyty z żelbetem, w TCC dolna warstwa betonu, gdzie zlokalizowane jest zbrojenie, a która jest nieefektywna mechanicznie ze względu na pękanie wywołane naprężeniami rozciągającymi, zastąpiona drewnem prowadzi do wielu korzyści. Dzięki takiemu rozwiązaniu mamy już szalunek tracony, którego nie trzeba rozmontowywać; następuje redukcja obciążenia na fundamenty; zwiększona zostaje odporność sejsmiczna; pojawia się możliwość wykorzystania drewna jako dekoracyjnej okładziny sufitu; dochodzi jeszcze redukcja śladu węglowego. Można też wykorzystać TCC w przypadku renowacji starych budynków poprzez połączenie wylewki betonowej z istniejącą podłogą drewnianą.

Czy bambus może być konkurencją dla drewna klejonego zwykłego i CLT, zwłaszcza na rynku europejskim?

Bambus bardzo szybko rośnie, nawet 1 m dziennie, i ma podobne właściwości mechaniczne do drewna, a nawet lepsze. Jest też tańszy. Jednak ma bardzo małe przekroje o okrągłym kształcie. Aby wyprodukować podobny do CLT panel bambusowy, który można by było zastosować w budownictwie wielokondygnacyjnym, trzeba by użyć więcej kleju, bardziej skomplikowanych pras, zużyć dużo więcej energii i środków chemicznych. W rezultacie cały proces okazałby się bardziej skomplikowany, kosztowniejszy i mniej ekologiczny. Co więcej, nie ma żadnych norm i wytycznych na świecie dla projektowania z bambusa. Dlatego w niedalekiej przyszłości bambus nie będzie konkurencją dla CLT czy glulam, ani w Azji, ani gdzie indziej.

 Niski ciężar własny i wyjątkowe cechy wytrzymałościowe sprawiają, że z drewna klejonego można budować elementy konstrukcyjne o dużych rozpiętościach, a jednocześnie niedużych przekrojach. Dzięki temu są lekkie, zgrabne i nie potrzebują podpór pośrednich, fot. Karol Sikora
 
Karol Sikora
Karol Sikora

Dziekan wydziału inżynierii lądowej australijskiego University of Wollonong w Dubaju, prezes Neosinga –firmy deweloperskiej i budowlanej w Kambodży, członek Institution of Civil Engineers

reklama

Warto przeczytać