Кулата Мьостарнет

Една 85 метрова сграда от дърво

Мьостарнет, или „Кулата на езерото Мьоса“ в Норвегия, е едно истинско достижение на новото мислене при архитекти и инженери, на новите технологии и загриженост за околната среда. Сградата с височина 85 метра е изградена от елементи на база дърво. Когато в използваните конструктивни елементи талпите са слепени така, че влакната да са ориентирани в две взаимно перпендикулярни посоки, наложилият се израз за получените дървени греди е „кръстосано слепени греди“ или 
cross-laminate timber, съкратено CLT.

Текст: списание Строители

Тази 18-етажна структура е висока 85,40m и официално е призната за най-високата сграда от този тип в света - с решение на Council on Tall Buildings and Urban Habitat, или CTBUH (Съвет за високи сгради и градско местообитаване). Кулата е проектирана от Voll Arkitekter, и изцяло е завършена през март 2019. Тя приютява жилищни апартаменти, хотел, плувен басейн и офиси. Общата разгъната застроена площ е около 11300m². Сградата е решена като кула, която се извисява над ниските околни хълмове и езерото. Размерите в план са 16,30х36,80m. Има един подземен етаж. Над кота ±0,00m, във височина от 68,20m, са побрани 18 етажа. Над тях, до височина 85,40m, има пергола, а най-високата точка, тази на върха на пръта със сигнална светлина, е на 88,80m. Различните нива предлагат различни функционални възможности. Партерният етаж е за широко обществено ползване. Там има ресторант, лоби-бар, рецепция, а в прилежащата ниска сграда има два плувни басейна с дължина по 25m.

Вторият етаж предоставя помещения под наем за работни срещи, както и технически помещения. След това има пет етажа, предназначени за офиси. Хотелските стаи са 72, разположени на 4 етажа. Най-горните пет етажа са частни апартаменти, с площ от 50÷180mI. Конструкцията на кулата е скелетна, пространствената неизменяемост е осигурена с диагонални връзки, а като любопитен факт ще споменем размерите на глулам-диагоналите - 1485mmх625mm. Етажните плочи са решени като хоризонтални дискове. Подовите плочи до ниво 11 са изработени от дървени греди, покрити с ламиниран фурнир и тънък, 50-милиметров пласт бетон, за осигуряване на необходимите акустични и вибрационни характеристики. Плочите над ниво 12 са изцяло от стоманобетон, за да се увеличи теглото и да се постигне необходимото динамично поведение на сградата при силен вятър. Дебелината им е 300mm, бетонът е изливан на място, върху носещи глулам греди. Сеизмичното натоварване не е отчитано, тъй като за региона ветровото натоварване е същественото.

Технически особености на сградата

При монтажа на основните носещи стени при асансьорни шахти и стълбищни клетки са използвани кръстосано слепени греди, които за краткост ще наричаме само CLT. Скелетно-гредовата структура е изпълнена от колони и греди от glued laminated timber, познати у нас като глулам, тоест греди от дървесни влакна и стърготини, слепени със специално лепило. Готовият глулам-елемент може да се монтира вместо стоманобетонна или стоманена колона. Основната разлика между CLT и глулам е в ориентацията на влакната. При CLT слепените елементи са подредени така, че влакната да са ориентирани в две взаимно перпендикулярни направления, докато при глулам влакната на слепените елементи са ориентирани в едно направление. Това е и отговорът на въпроса „Защо при линейните елементи са използвани глулам-елементи?" Тъй като за глулам има доста информация, по-натам ще разгледаме само CLT. Ако искаме да построим висока сграда, CLT и глулам ни предлагат равностойна замяна на стоманата или на така опасния за околната среда бетон.

Когато материал с добри якостни характеристики същевременно е и лек, това облекчава процеса на изграждане на сградата. Глулам-колоните са изработени с предварително пробити отвори. На място са сглобявани във вертикални ферми, с възможна височина до пет етажа - структура, която осигурява стабилност при вертикални и хоризонтални натоварвания. Така Мьостарнет е построен на пет етапа. При всеки етап са издигани по 4 етажа наведнъж. Използван е кулокран, с който са издигани предварително изготвените в заводски условия секции и подови плочи, за да бъдат поставени и свързани на място, и повдигащи платформи, които са стъпвали на вече изградените подови плочи. Външно пълзящо скеле е използвано само за монтажа на външните стени.

Материалът CLT (cross-laminated timber)

Това е изделие от дърво, което е резултат от слепването на слоеве дървен материал, изрязан от цели дървесни трупи. Всеки следващ пласт е ориентиран перпендикулярно на предходния. Тъй като се търси симетрия, обикновено двата външни пласта имат еднаква ориентация, следователно броят пластове обикновено е нечетен. Естественият дървен материал е анизотропен, а това означава, че физическите свойства се променят в зависимост от посоката, в която се прилага силата. Когато слоевете дърво са залепени под прав ъгъл, стуктурната твърдост на материала се подобрява и уеднаквява и в двете посоки. Свиването и разширяването на пластовете дърво е сведено до незначителни величини. Подобрени са възможностите на елементите да поемат статични натоварвания, както и да проявяват завидна устойчивост на напречните сечения.

Нещо повече, вече се очаква CLT да даде нови измерения на архитектурата. Слепването на перпендикулярните пластове позволява изработване на плочи и стени. Размерите на получените конструктивни елементи са внушителни - те варират от 2,40m÷4,00m във височина и достигат до 12,00m дължина. Същевременно тези елементи са леки, и транспортирането им става в контейнери или камиони с платформи. За първи път CLT са произведени в Австрия, като целта е била повторна употреба на дървени греди със занижени качества. Днес вече употребата на дърво за строителни цели е въпрос на опазване на околната среда. Как става това? Установено е, че при производството на най-широко използвания досега материал, бетона, се изхвърля в атмосферата по един тон СО2 за всеки кубик произведен бетон. Точно обратното, CLT съдържат „уловен въглерод“, а това е естествено натрупания въглерод в дървото в процеса на израстването му. Дори когато се отчетат всички вредни емисии при добив и преработка на дървения материал, тяхното количество никога не може да достигне количеството на „уловения въглерод“. Може да се каже, че емисиите на СО2 за всеки кубик произведени CLT са отрицателни.

Наричат CLT „бетонът на бъдещето“. Този материал е с много добри якостни характеристики, а има по-голяма възможност от стоманобетона за деформации, преди да настъпят необратими разрушения. Още едно предимство - ниското тегло. Стоманобетонът е с приблизително тегло 2500kg/m³, a CLT, при равностойни якостни показатели, тежи едва 400kg/m³. При сравнение със стоманата предимствата пак са за CLT. Топлоизолационните свойства на CLT са несравними с тези на бетона. За да се осигурят показателите, достигнати при използването на CLT с дебелина 10cm, трябва да се направи бетонна стена с дебелина 1,80m. Оказва се, че и при пожар поведението на този материал е много добро. Огънят напредва в дървените трупи със скорост 0,7÷0,8mm/min. Ако една стена от CLT е с дебелина 100mm, ще са необходими повече от два часа за нейното унищожаване, без материалът да е третиран. Този процес на бавно овъгляване не би трябвало да ни изненадва, тъй като той е естествено явление, позволяващо на дърветата да оцеляват при пожар в естествената им среда.

Фундаменти

Сградата е фундирана на стоманобетонна фундаментна плоча. Плочата е анкерирана към почвата със стоманени пилоти с дължина почти 50m, за да достигнат до здрава земна основа - отдолу лежащата скала. И пак ще кажем - повечето елементи са от дърво. Това е голямо предизвикателство пред инженерите. Има нормативна база, EN 1995-1-1:2004/A1:2008 Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings, но използването на глулам и CLT в такъв мащаб е нова стъпка, и част от проблемите са решавани в процеса на изграждане на кулата. Един пример - проследяване на поведението на конструкциятa по време на изграждането. Много важно е в процеса на проектиране да се намери подходящия модел за справяне с хоризонталните ускорения, предизвикани от вятър. В нормативните документи има критерии за комфорт, както и насоки за изчисление. За справяне с показателите на конкретната структура са поставени акселерометри, чиито показания са представяли реална картина на поведението на постепенно издигащата се кула. След окончателното завършване на строежа наблюдението продължава. Сега целта е да се натрупа база данни за поведението на готовата сграда, и да се направят сравнения с поведението на строящия се скелет. Тази информация ще бъде много важна за тези, които ще оптимизират в бъдеще строителството на високи сгради от дърво.

Мерки за безопасност и защита на дървената конструкция

Кулата Мьостарнет е проектирана при спазване на стандарта за проектиране на дървени конструкции Еврокод 5. Тя може да устои на силен пожар. За допълнително повишаване на пожарната безопасност в сградата е инсталирана необичайно мощна спринклерна система, разработена така, че наличните количества вода да са много големи. Кулата е оборудвана с отделни системи за контрол на разпространението на огъня хоризонтално и вертикално. Всеки етаж е проектиран и изпълнен като отделна секция, която да не позволи огънят да излезе извън нея, в случай на пожар. Външните стенни елементи са проектирани така, че да не допускат разпространение на огъня по фасадата. Димът, който при много пожари е основната причина за смъртни случаи, в тази сграда е възпиран да прониква от помещение в помещение, благодарение на изключително прецизните сглобки и уплътнения между отделните CLT елементи. Защитата на стоманените свързващи елементи е осигурена с използването на 2,5mm набъбваща лента Intumex L, която увеличава обема си 20 пъти при температура 150°С.

Влагата и климатичните въздействия са най-значимите неприятели на дървото. Тъй като носещите елементи в кулата Мьостарнет са от дърво, тяхната защита е от първостепенна важност. Решението е всички конструктивни елементи да са разположени зад фасадни и стъклени плоскости. По този начин на глулам структурите се дава възможност да „дишат“ във вътрешността на сградата. Само при изложената директно на външни въздействия пергола дървото е заводски третирано със специален импрегнатор на Cu-основа. Естествено, че щом е имало нужда от специална защита на дървото, то свързващите стоманени елементи също трябва да са сериозно защитени. Те са горещо поцинковани, и цинковото покритие е минимум 90µm. За някои от откритите дървени части в интериора се използват за почистване и поддръжка предимно масла на растителна основа. Видимите в интериора структурни елементи, като греди и диагонали, са обработени в бяло, за да се засили усещането на хармония и единение с цялостното обзавеждане.