Модерността среща традицията: възходът на дървените небостъргачи

25-етажният небостъргач Ascent в Милуоки има дървена хибридна структура с шест нива за паркиране в основата и 19 жилищни и развлекателни нива по-горе
(снимка: Thornton Tomasetti / публикувана в American Society of Civil Engineers)

Това е един от онези случаи, когато най-актуалната модерност среща най-отлежалата традиционност, само за да се роди нещо брилянтно. Съвременната технология за строителство с дърво прави възможно издигането на високи сгради, които да са здрави, огнеустойчиви, с благоприятен микроклимат и… по-екологични от тези от бетон и стомана.

В Университета на Торонто, точно срещу футболния стадион, работници издигат 14-етажна сграда с място за класни стаи и кабинети на преподаватели. Това, което е необичайно, е как я строят – чрез скрепване на гигантски греди, колони и панели, направени от дървo.

Всеки дървен елемент се доставя на платформа. После висок кран го повдига до правилното място и го държи, докато работниците го прикрепят. В полузавършен вид сградата прилича на дървена мебел в процес на сглобяване.

Строителната бригада използва технология за строеж от масивна дървесина. В този вид конструкция се използват масивни дървени греди, чиято дължина може да е колкото половината от дължината на футболно игрище. Те се използват вместо стоманени греди и бетон. Въпреки че все още е сравнително необичайно, това строителство става все по-популярно и започва да се появява в градове по целия свят.

Днес най-високата дървена сграда е 25-етажният небостъргач „Ascent” в Милуоки, завършен през 2022 г. Тази година обаче в процес на изграждане са 84 масивни дървени сгради, все с по осем етажа или по-високи, а други 55 са проектирани и ще се строят. 70% процента от съществуващите и бъдещите дървени сгради са в Европа, около 20 процента в Северна Америка, а останалите – в Австралия и Азия, според доклад на Съвета за високи сгради и градски местообитания.

Масивната дървесина, която се използва за градежите, е привлекателна алтернатива на енергоемките бетон и стомана, които – взети заедно – са виновни за почти 15 процента от глобалните емисии на въглероден диоксид. Въпреки че експертите все още обсъждат ролята на масивния дървен материал в борбата с изменението на климата, мнозина смятат, че той е по-добър за околната среда от сегашните подходи към строителството. Разчита се на дървесина, все пак тя е възобновяем ресурс.

Масивният дървен материал предлага и различна естетика, която може да накара една сграда да се усеща като по-приятна. „Хората са уморени от стомана и бетон”, казва Тед Кесик, строителен учен в Института за масивен дървен материал към Университета на Торонто, който насърчава масовите изследвания и разработки в областта на дървения материал. Със своя топъл, уютен вид и естествени краски дървеният материал може да бъде визуално по-приятен. „Хората наистина обичат да гледат дървото.”

Пак дърво, но по-здрава структура

Използването на дърво за сгради не е нищо ново, разбира се. Индустриализацията през 18-ти и 19-ти век доведе до появата на големи фабрики и складове, които често бяха построени от „тухли и греди” — рамка от тежки дървени греди с външни тухлени стени.

Тъй като сградите запознаха да стават все по-високи обаче, строителите се насочиха към материали като бетон и стомана. Дървените останаха полезни най-вече за къщи и други малки сгради, направени от обикновен масивен дървен материал.

Но преди около 30 години строители в Германия и Австрия започнаха да експериментират с нови техники за изработване на масивни дървени елементи от този лесно достъпен материал – дървото. Изследователите използваха различни методи, за да комбинират по-малки парчета дърво в големи, здрави и твърди греди и плоскости, които не изискват изсичане на големи стари дървета.

Резултатът е масивен дървен материал, който леко наподобява шперплат, но в много по-голям мащаб: по-малките късове се наслояват и слепват под налягане в големи, специализирани преси. По този начин могат да се произведат греди с дължина до 50 метра. Материалът се е слепено-ламинирана дървесина и може да замени голяма част от стоманените елементи. Панели с дебелина до 50 сантиметра, обикновено от кръстосано-ламинирана дървесина, заменят пък бетона за стените и подовете.

Тези дървесни композити могат да бъдат изненадващо здрави – по-здрави от стоманата. Но масивният дървен елемент е по-обемист, за да постигне същата здравина. Колкото по-висока е сградата, толкова по-дебели са дървените опори. В един момент те просто заемат твърде много място. Така че за по-високите масивни дървени сгради, включително небостъргача Ascent, архитектите често се обръщат към комбинация от дърво, стомана и бетон.

Съвременни технологии

Всичко това нямаше да е възможно без намесата на най-модерните технологии. За направата на дървените греди и плоскости се използват най-напред 3D моделиране и симулации. Дървените панели се проектират с помощта на усъвършенстван CAD софтуер, благодарение на което всеки дървен компонент има своите уникални параметри и съответно заема точно определено място в конструкцията. Тези дървени компоненти се подлагат и на дигитални симулации, за да се проследи поведението им в цялост.

Когато дизайнът на дървения компонент е готов, CAM софтуер „превежда” дизайна в машинно четим код за автоматизирани машини като CNC (машини с компютърно цифрово управление). Тези машини режат дървените панели прецизно и бързо. Този процес гарантира милиметрова точност при рязане и фрезоване за оформянето на прозорци, врати и др. отвори.

Технологията на баркода също се намесва тук. Обичайно всеки отделен дървен компонент в конструкцията има точно определена позиция и проследяването им става чрез баркодове.

Самото производство на дървесината е силно автоматизирано също. Слепването на отделните слоеве дървен материал е решаваща стъпка в процеса на изработка на дървените елементи. Автоматизираните системи контролират прецизно нанасянето на лепилото, осигурявайки равномерно разпределение и оптимална здравина.

За местенето и манипулирането с дървените колони и плоскости се използват, разбира се, роботи. За контрол на качеството пък се прилагат други цифрови технологии като например лазерно сканиране за откриване на дефекти в размерите.

Ами ако стане пожар?

В исторически план едно от най-очевидните опасения при използването на масивен дървен материал за високи сгради е пожарната безопасност. Доскоро много строителни норми ограничаваха дървените конструкции и ги разрешаваха само за ниски сгради.

Въпреки че не е необходимо да са напълно огнеупорни, сградите трябва да са проектирани така, че при пожар да издържат достатъчно дълго, за да дадат шанс на пожарникарите да овладеят пламъците и на обитателите – да излязат. Материалите, използвани в конвенционалните небостъргачи, например, трябва да запазят целостта си при пожар в продължение на три часа или повече.

За да демонстрират огнеустойчивостта на дървения материал, инженерите поставят дървените елементи в газови горивни камери и наблюдават тяхната цялост. Други тестове подпалват макети на масивни дървени сгради и записват резултатите.

Тези тестове постепенно убедиха регулаторите и клиентите, че масивният дървен материал може да издържи на горене достатъчно дълго, за да бъде безопасен при пожар. Това отчасти се дължи на факта, че има тенденция по външната страна на дървения материал още отрано да се образува полу-“овъглен” слой, изолирайки вътрешността от голяма част от топлината на огъня.

В крайна сметка масивната дървесина получи най-голямото „да” през 2021 г., когато Съветът по международните кодекси промени Международния строителен кодекс, който служи като модел по цял свят, и позволи масивно дървено строителство с височина до 18 етажа. Предвид тази промяна се очаква все повече и повече населени места да актуализират своите строителни кодекси, за да позволяват изграждането на високи дървени сгради.

Голямото предизвикателство

Има обаче други предизвикателства. „Влагата е истинският проблем, а не огънят”, казва Щефен Леман, архитект и учен по градска устойчивост в Университета на Невада, Лас Вегас.

Във всички сгради трябва да се контролира влагата, но това е критично важно за масивния дървен материал. Мокрото дърво е уязвимо: то започва да гние, завъжда гъбички, става храна за насекоми. Строителите имат практики, чрез които предотвратят намокрянето на дървото по време на транспортиране и строителство.

После те прилагат цялостен план за управление на влагата, включително проектиране на системи за отопление и вентилация, за да предпазят натрупването на влага. За допълнителна защита от насекоми дървото може да бъде обработено с пестициди или заобиколено от мрежа или други физически бариери – особено там, където се среща със земята.

Множество позитиви

Потенциалните предимства на масивния дървен материал са многобройни.

Борбата с глобалното затопляне означава намаляване на емисиите на парникови газове от строителния сектор, който е отговорен за 39 процента от емисиите в световен мащаб. Масивният дървен материал и други материали на биологична основа могат да бъдат важна част от усилието за намаляване на емисиите.

Според анализите, 18-етажният блок „Brock Commons” в Британска Колумбия например е спестил еквивалента на 2432 тона емисии на CO2 в сравнение с подобна сграда от бетон и стомана. От тази цифра 679 тона са спестени от самия процес, т.к. няма емисии на парникови газове от производството бетон и стомана. Други 1753 тона CO2 еквивалент са „заключени” в самата дървесина.

Освен това сградите от дърво са много по-уютни и приятни за обитаване. Те запазват топлината по-добре, а и биха могли да бъдат основа за по-здравословна интериорна среда.