Clădiri hibride: rolul soluțiilor hibride din lemn, oțel și beton în construcțiile moderne.

Structurile hibride, care combină diferite materiale, devin din ce în ce mai răspândite în zonele urbane, impulsionate de cererea crescândă de clădiri cu mai multe etaje.
Inginerii și arhitecții axați pe optimizarea proceselor de construcție și sustenabilitate au identificat construcția hibridă ca fiind soluția ideală pentru a satisface cerințele pieței. 

Clădirile hibride, cum ar fi zgârie-norii din lemn cu placi și structura din beton, sunt produsul unei abordări de construcție orientate către dezvoltarea clădirilor cu mai multe etaje și a structurilor de înaltă performanță.Principiul din spatele construcției hibride este simplu: combinarea materialelor pentru a profita la maximum de punctele forte ale fiecăruia. Betonul este apreciat pentru disponibilitatea și rigiditatea sa, lemnul pentru durabilitatea și ușurința sa, iar oțelul pentru rezistența sa. Utilizarea combinată a mai multor materiale răspunde nevoilor ingineriei structurale contemporane, echilibrând funcționalitatea clădirilor cu standardele de performanță reglementare – cum ar fi rezistența la foc – și vizând în același timp reducerea impactului asupra mediului prin limitarea emisiilor de carbon.

• Structuri compozite din lemn și beton: cele mai răspândite

Combinațiile din lemn și beton se numără printre cele mai utilizate sisteme hibride din Europa și din întreaga lume. Deși clădirile din lemn implică întotdeauna o combinație de două materiale – deoarece fundațiile sunt din beton – termenul „clădire hibridă” este utilizat în general pentru a se referi la zgârie-nori din lemn, care sunt din ce în ce mai des comandate atât de antreprenorii generali, cât și de autoritățile publice.

Deși clădirile pot fi construite în principal din lemn, combinarea acestuia cu betonul oferă avantaje semnificative în ceea ce privește siguranța, durabilitatea și fezabilitatea construcțiilor cu mai multe etaje. O caracteristică cheie a tehnologiei lemn-beton este utilizarea plăcilor de pardoseală armate. În acest sistem, cele două materiale colaborează pentru a optimiza performanța structurală: betonul asigură rezistența la compresiune și crește capacitatea de încărcare, în timp ce lemnul contribuie la rezistența la tracțiune datorită flexibilității sale naturale.

Ascent MKE, cea mai înaltă clădire din lemn din lume, este o structură hibridă.
Turnul din Milwaukee, recunoscut ca fiind cea mai înaltă clădire din lemn din lume, se remarcă prin designul său hibrid. Cu o înălțime de 86,5 metri, structura este construită pe un podium din beton armat cu șapte etaje, proiectat pentru uz comercial, surmontat de 18 etaje din lemn masiv pentru uz rezidențial, care se află direct pe betonul armat.

Sistemul structural lateral include, de asemenea, două nuclee din beton care au atât rol structural, cât și funcțional: ele sporesc stabilitatea structurii din lemn, pe lângă faptul că adăpostesc liftul și casa scării.

Deși Ascent este considerat cel mai înalt zgârie-nori din lemn din lume, construcția sa nu ar fi fost posibilă fără un nucleu din beton armat. Cu toate acestea, tocmai ușurința lemnului a permis o construcție rapidă, maximizând atât spațiul de locuit, cât și cel de lucru. Pereții exteriori din lemn sunt, de fapt, cu 40% mai subțiri decât cei realizați din alte materiale de construcție, oferind totuși același nivel de performanță în ceea ce privește izolația termică. Mai mult, lemnul masiv îmbunătățește confortul interior datorită proprietăților sale de izolare termică și fonică, alături de avantajul asamblării rapide.

• Structură hibridă din oțel și lemn: ușurință și rezistență

O altă combinație extrem de eficientă este cea dintre oțel și lemn. În această configurație, oțelul este utilizat pentru cadrul vertical, iar lemnul pentru elementele orizontale. Un avantaj major al acestei abordări hibride este construcția uscată: eliminarea utilizării betonului scurtează durata construcției și previne eliberarea umidității, reducând astfel riscul de acumulare a umidității și deteriorarea finisajelor din lemn.

Utilizarea combinată a oțelului și a lemnului are ca rezultat clădiri hibride mai ușoare și mai flexibile, reducând greutatea totală fără a compromite siguranța. Acest sistem de construcție optimizează distribuția sarcinii, îmbunătățind stabilitatea structurală și sporind durabilitatea clădirii.

Sara Kulturhus din Skellefteå, Suedia, este un exemplu notabil de clădire hibridă care combină lemnul și oțelul. Cu o înălțime de 80 de metri și 20 de etaje, este una dintre cele mai înalte clădiri din lemn din Europa.

• Clădiri hibride din beton, oțel și lemn.

Unele clădiri hibride încorporează toate cele trei materiale pentru a optimiza distribuția sarcinii. În aceste configurații, betonul servește ca nucleu structural rigid, în timp ce oțelul și lemnul sunt combinate pentru a oferi ușurință, izolare și rezistență la solicitări seismice.

Structuri hibride: toate avantajele

Conform unui studiu CTBUH*, la sfârșitul anului 2022, nouă dintre cele mai înalte zece clădiri din lemn din lume erau structuri hibride, subliniind și mai mult rolul tot mai important pe care această tehnologie îl joacă în construcțiile contemporane.

Avantajele tehnice ale construcțiilor hibride sunt incontestabile:

1. Rezistență structurală mai mare

Utilizarea combinată a materialelor cu proprietăți complementare permite construirea de clădiri mai rezistente:

Oțel: rezistență excelentă la tracțiune și flexiune.

Beton: rigiditate ridicată și rezistență remarcabilă la compresiune; ideal pentru fundații și nuclee rigide.

Lemn: raport ridicat rezistență/greutate și capacitate de disipare a energiei a conectorilor din oțel, ceea ce îl face ideal pentru zonele seismice.

2. Performanță seismică

• Conexiunile dintre lemn și oțel îmbunătățesc absorbția forțelor seismice.
• Structurile hibride din lemn și beton cresc rezistența laterală.

3. Greutate totală redusă

Utilizarea lemnului și a oțelului reduce sarcina asupra fundațiilor și simplifică proiectarea clădirilor cu mai multe etaje, îmbunătățind distribuția uniformă a greutății. Acest lucru permite o dependență redusă de materiale grele, cum ar fi betonul, îmbunătățind astfel sustenabilitatea și reducând în același timp costurile totale de construcție.

4. Timp de construcție mai rapid

Soluțiile modulare care utilizează oțel și lemn prefabricat reduc timpul de asamblare în comparație cu clădirile din beton armat. Prefabricarea reduce timpul de construcție la fața locului și îmbunătățește precizia construcției, minimizând erorile și reducând costurile de întreținere.

5. Sustenabilitate mai mare

• Lemnul masiv îmbunătățește izolația termică.
• Structurile hibride din oțel și lemn minimizează punțile termice.

Integrarea tehnologiilor inteligente în clădirile hibride sporește eficiența energetică, reduce consumul de energie și îmbunătățește confortul interior.

https://www.ctbuh.org/research/projects/the-future-potential-of-steel-timber-hybrid-buildings

Costurile clădirilor hibride: o investiție pe termen lung

Unul dintre principalele obstacole în calea adoptării pe scară mai largă a structurilor hibride este costul inițial, care este de obicei cu 5-10% mai mare decât cel al clădirilor convenționale din oțel sau beton. Cu toate acestea, pe termen mediu și lung, economiile de energie și costurile reduse de întreținere contribuie la compensarea investiției inițiale.

Cercetările efectuate de CTBUH indică faptul că un consum mai redus de energie și o eficiență mai mare la fața locului pot permite recuperarea integrală a costurilor în termen de 10-15 ani. În plus, utilizarea componentelor prefabricate contribuie la reducerea costurilor de construcție prin valorificarea economiilor de scară.

Un alt factor care influențează costurile este disponibilitatea tot mai mare a soluțiilor tehnologice avansate pentru proiectarea și gestionarea clădirilor hibride. Instrumente precum software-ul Building Information Modelling (BIM) permit o planificare mai precisă, mai puțin predispusă la erori, reducând risipa și îmbunătățind semnificativ eficiența construcției.

Evoluția reglementărilor
Până acum câțiva ani, normele de construcție erau orientate în mare măsură către materiale tradiționale, precum betonul și oțelul, în timp ce lemnul era utilizat în principal în structuri cu înălțime redusă. Astăzi, progresele înregistrate în tehnicile de construcție și inovarea materialelor au determinat revizuirea reglementărilor, permițând utilizarea lemnului în clădiri cu mai multe etaje.

Introducerea standardului Eurocod 5 pentru structurile din lemn a marcat o etapă importantă în acest proces, punând bazele pentru proiectarea de clădiri din lemn mai complexe, cu mai multe etaje. În același timp, creșterea gradului de conștientizare cu privire la sustenabilitate și nevoia urgentă de a reduce emisiile de carbon au determinat guvernele să promoveze adoptarea de soluții ecologice, cum ar fi construcțiile hibride. În 2027, odată cu adoptarea Eurocodului 8 – a doua generație de standarde europene – vor fi stabiliți noi parametri pentru structurile din lemn și hibride, deschizând calea pentru practici de proiectare și mai avansate.

Contribuția Rothoblaas la construcțiile hibride
Rothoblaas oferă soluții avansate pentru construcția de clădiri hibride într-o gamă largă de configurații, inclusiv lemn-oțel, lemn-beton și lemn-oțel-beton.

Un exemplu este sistemul TC FUSION, care susține construcțiile prefabricate și dezvoltarea de plăci de podea CLT rigide, asigurând o rezistență și stabilitate excepționale.

Rothoblaas susține construcțiile hibride prin producerea de conectori și elemente de fixare specializate, concepute pentru a optimiza conexiunea între diferite materiale și pentru a satisface cerințele proiectelor complexe. Printre acestea se numără ALUMEGA, care se remarcă prin versatilitatea sa în îmbinările grinzi-grinzi și grinzi-stâlpi, precum și prin capacitatea sa de a se adapta la rotația stâlpilor, menținând în același timp rezistența la forfecare sub sarcinile gravitaționale ale plăcilor de podea. ALUMEGA permite combinarea mai multor module, rezolvând în mod eficient toate conexiunile între lemn, beton și oțel.

Conectorii RADIAL și RING sunt ideali pentru prefabricare și asamblarea/dezasamblarea modulelor.

Pentru fixări de înaltă rezistență, șaibele rotite HUS sunt soluția perfectă pentru a îmbunătăți rezistența axială a șuruburilor cu cap înecat HBS.

Cu aceste soluții și altele – inclusiv sisteme de fixare, izolație termică și izolare fonică – Rothoblaas oferă proiectanților și constructorilor instrumentele necesare pentru a construi clădiri hibride eficiente, durabile și sustenabile, care să răspundă provocărilor construcțiilor moderne.

Construcția hibridă nu este doar esențială pentru proiectarea structurală modernă, ci reprezintă o oportunitate reală de dezvoltare. De aceea, Rothoblaas promovează formarea profesională prin cursuri specializate și susține cercetarea prin inițiative precum concursul BUILD THE (IM)POSSIBLE, dedicat proiectării clădirilor hibride. În acest context, provocarea constă în dezvoltarea de soluții inovatoare pentru proiectarea și construcția clădirilor hibride, în care ingineria lemnului se îmbină cu alte materiale. Site-ul web al concursului prezintă broșura „PRODUSE PENTRU CLĂDIRI HIBRIDE”, o resursă utilă pentru oricine se angajează să optimizeze procesele de construcție: DESCĂRCAȚI

https://buildtheimpossible.rothoblaas.com