Замена стали, бетона и кирпича на дерево – деревянные здания дешевле и чище
Хотя это может показаться нелогичным, было бы лучше, если бы мы строили здания из дерева, а не из бетона, кирпича, алюминия и стали.
Каждый год мы используем миллионы тонн этих современных материалов. Они обладают многими ценными свойствами, но требуют больших затрат энергии для создания, на их долю приходится около 16% производства ископаемого топлива на всей планете. Вместо этого мы могли бы использовать древесину, которая также является прочной, возобновляемой и имеющейся в изобилии — мы используем лишь часть имеющихся в мире лесных ресурсов.
Наше исследование, опубликованное в Журнале устойчивого лесного хозяйства, показало, что мировые леса содержат около 385 миллиардов кубических метров древесины, и каждый год прирастает еще 17 миллиардов кубических метров. Ежегодно заготавливается всего 3,4 миллиарда кубометров, в основном для сжигания натурального топлива; остальное гниет, сгорает в пожарах или увеличивает густоту леса.
Замена стали, бетона или кирпича на древесину и специально изготовленные эквиваленты древесины резко сократит глобальные выбросы углекислого газа, потребление ископаемого топлива и станет возобновляемым ресурсом. Более того, при правильном управлении это можно сделать без потери биоразнообразия или емкости хранения углерода.
Деревянный подход
В нашем исследовании, проведенном учеными из Йельской школы лесного хозяйства и экологических исследований и Колледжа окружающей среды Вашингтонского университета, мы оценили различные сценарии, включая сохранение нетронутых лесов, сжигание древесины для получения энергии и использование древесины в качестве конструкции. материал.
Каждый год заготавливается 3,4 миллиарда кубометров древесины, что составляет лишь 20% нового годового прироста. Увеличение заготовки древесины до 34% и более будет иметь несколько глубоких и положительных эффектов. Выбросы составляют 14-31% мирового CO 2 можно было бы избежать за счет создания меньшего количества стали и бетона и хранения CO 2 в клеточной структуре изделий из дерева.
Еще 12-19% ежегодного глобального потребления ископаемого топлива будет сэкономлено, включая экономию от сжигания древесных отходов и непродаваемых материалов для производства энергии.
Строительство из дерева потребляет гораздо меньше энергии, чем из бетона или стали. Например, деревянная балка пола требует 80 мегаджоулей (мДж) энергии на квадратный метр площади пола и выделяет 4 кг CO 2 . Для сравнения, квадратный метр площади пола, поддерживаемой стальной балкой, требует 516 мДж и выделяет 40 кг CO 2 , а пол из бетонных плит требует 290 мДж и выделяет 27 кг CO 2 .
Использование эффективных методов сбора урожая и производства, больше CO 2 экономится за счет предотвращения выбросов, материалов и энергии древесины, чем теряется из вырубленного леса — еще одна причина ценить леса и защищать их от бесконечной вырубки для нужд сельского хозяйства.
Деревянные материалы
Если принять во внимание транспортировку и сборку, 16% мирового ископаемого топлива, используемого для производства стали, бетона и кирпича, ближе к 20-30%. Эта потенциальная экономия топлива и выбросов углерода, уже существенная, будет становиться все более важной, поскольку спрос на новые здания, мосты и другую инфраструктуру резко возрастает по мере экономического развития в Азии, Африке и Южной Америке.
Деревянная конструкция моста в Квебеке (A, фото Жан-Марк Дюбуа), Stadthaus в Лондоне (B, фото Уилл Прайс), ангар для самолета в Монреале, Квебек (C) и 20-этажное деревянное здание (фото Michael Green Architecture) . Жан-Марк Дюбуа/Уилл Прайс/Майкл Грин Архитектура
Перекрестно-слоистая древесина, все чаще используемая в новых зданиях, изготовленная из чередующихся слоев перпендикулярных деревянных частей, имеет прочность, приближающуюся к прочности стали.В 2009 году девятиэтажное здание Stadthaus в Лондоне было построено с использованием CLT вместо стальных конструкций, а в Стокгольме было получено разрешение на строительство 34-этажного деревянного здания. Есть много других, уже построенных и находящихся в стадии разработки.
Сбор урожая также снижает вероятность того, что лес пострадает от катастрофического лесного пожара, и улучшит его способность противостоять ему. Поддержание сочетания лесных местообитаний и густоты деревьев в незарезервированных лесах поможет сохранить разнообразное биоразнообразие в экосистемах по всему миру. Заготовка древесины сэкономит ископаемое топливо и выбросы CO 2 и создать рабочие места, что даст местным жителям больше оснований для обеспечения выживания лесов.
BSI-030: Расширенное кадрирование | Buildingscience.
comСпустя сто пятьдесят лет коттедж в Иллинойсе 1 претерпевает довольно интересные изменения, и призраки Джорджа Вашингтона Сноу и Августина Тейлора 2 с опаской наблюдают за результатом.
Существующая в настоящее время отраслевая стандартная стенка — рама 2×4 с межцентровым расстоянием 16 дюймов с двойными верхними пластинами, тремя углами стоек, шпильками, скобами и двойными перемычками — заменяется рамой 2×6 с межцентровым расстоянием 24 дюйма с одинарными верхними пластинами, два угла шипа, без домкратов, без калек и одинарных заголовков (а во многих случаях вообще без заголовков). 3
Строить дешевле и быстрее, экономит энергию. Что не нравится? Он дешевле, потому что использует на 5-10 процентов меньше пиломатериалов (досок-ножек), и быстрее, потому что использует на 30 процентов меньше кусков. Он экономит энергию, так как обеспечивает на 60 процентов более глубокую полость (что позволяет на 60 процентов увеличить изоляцию полости) и снижает коэффициент каркаса с 25 до 15 процентов.
4
Элементы каркаса расположены дальше друг от друга, что упрощает монтаж коммуникаций – все стыкуется легче, что делает сантехника и жестящика более счастливыми – электрик сверлит меньше отверстий, а изолятор изолирует быстрее, потому что меньше полостей, хотя полости шире и глубже. Все выровнено, так что пути нагрузки прямые, что ведет к меньшему количеству, но более прочным соединениям, а линии чище, так что это просто выглядит и ощущается лучше. 5
Отличный вкус – меньше сытости.
Некоторые из передовых технологий фреймов восходят к самым истокам фрейминга — «линейный» фрейминг или «стековый» фрейминг, когда все выстраивается в линию, не новинка ( Рисунок 1 ). Но настоящие инновации появились в результате великолепного сотрудничества между Министерством жилищного строительства и городского развития США (HUD) и Исследовательским фондом Национальной ассоциации домостроителей (NAHB Research Foundation) в 1970-х годах.
В то время HUD действительно проводил исследования. 6 В рамках инициативы HUD под названием «Операция «Прорыв»» Исследовательский фонд NAHB предоставил «оптимальную инженерную структуру» или «структуру OVE». Сегодня мы называем это «продвинутым кадрированием». Почему название изменилось, никто не знает. 7
Рис. 1: Линейный каркас — изображение из «Американского строителя коттеджей», Джон Буллок, Стрингер и Таунсенд, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 1854 год.
Рис. 2. Расширенное кадрирование – Рама 2×6 с межцентровым расстоянием 24 дюйма с одинарными верхними пластинами, двумя углами стоек, без домкратных стоек, без калек и одиночных перемычек в несущих стенах и без перемычек в ненесущих стенах.
На рис. 2 показано текущее выражение расширенного кадрирования. Все выровнено так, что двойные верхние пластины не нужны ( Фотография 1 ). Отсутствие перемычек в ненесущих стенах.
Оконные проемы чистые, без шпилек и шпилек ( Фото 2 ). Внешние углы имеют две шпильки ( Фото 3 ). Гипсокартон крепится с помощью «зажимов для гипсокартона» ( Фото 4 ). И все это является кодом, принятым в типовых строительных нормах и правилах, любезно предоставленных целой группой для предвидения HUD и NAHB в начале 1980-х годов. Хотя это есть в кодексе, большинство чиновников не знают об этом, и еще меньше разработчиков. А инженеры? К слову об информационном разрыве. Противодействие со стороны инженеров-строителей в основном связано с тем, что с продвинутым каркасом им придется делать то, чем они не занимались с момента выпуска, — расчеты. Да, теперь им придется иметь дело с другими значениями, которых нет в таблицах. Им придется просмотреть учебник и перепрограммировать компьютер.
Фотография 1: Каркас штабеля – Все выровнено так, что двойные верхние пластины не нужны.
Фото 2: Оконный проем – Оконные проемы в ненесущих стенах чистые, без шпилек и калек.
Фотография 3: Угловой каркас – Мое первое усовершенствованное каркасное здание в 1982 году с использованием двухстоечного угла.
Фото 4: Опора для гипсокартона – Зажимы для гипсокартона приводят к плавающим углам, что хорошо, так как уменьшается растрескивание гипсокартона.
Одно из самых больших возражений со стороны строителей и должностных лиц по нормам и правилам связано с угловой опорой для гипсокартона и отделкой (, рис. 3, и , рис. 4, ). Объяснение того, что «плавающие углы» уменьшают растрескивание гипсокартона и, следовательно, являются улучшением, требует немного времени. Древесина всегда движется из-за изменения влажности. Гипсокартон не хочет двигаться – никогда. Когда вы присоединяете что-то, что всегда движется, к чему-то, что не хочет двигаться, возникает проблема. Мы называем это трещиной. Ключом к уменьшению растрескивания гипсокартона является меньшее его крепление.
Мы узнали об этом, когда в начале 80-х разработали подъем фермы, разработав плавающие углы и зажимы для гипсокартона. В то время самым простым зажимом для гипсокартона было разрезать кусок угловой планки на 2-дюймовые отрезки. Престо, угловая бусина. Лучший способ прикрепить гипсокартон «меньше» — это не иметь дерева, к которому его можно было бы прикрепить. Технически это называется добавлением дополнительной степени свободы движения. Остальные из нас просто назвали бы это умным.
Рис. 3: Угол с двумя стойками — Гипсокартон, поддерживаемый угловым зажимом, образующим «плавающий угол», уменьшающий трещины гипсокартона и обратное движение.
Рис. 4: Опора накладки . Обратите внимание, что накладка устанавливается поверх облицовки стены. В качестве альтернативы можно добавить 2×4 для поддержки облицовки стены и отделки; см. Фото 8 .
Там, где внутренние стены пересекаются с внешними стенами, у нас больше противоречий с сегодняшним передовым каркасом.
Я просто не понимаю вопросов, связанных с пластинчатым соединением и лестничной блокировкой ( Рисунок 5 и Рисунок 6 ). На самом деле, я понимаю проблемы. Все новое имеет тенденцию быть проблемой только потому, что оно новое. Даже если в этом случае «новому» на самом деле несколько десятков лет.
Рисунок 5: Пересечение внутренней стены – Металлическая соединительная пластина используется для соединения внутренней стены с внешней стеной.
Рис. 6: Лестничный блок – Горизонтальный блок, используемый для поддержки гипсокартона и связывания внутренней и внешней стен вместе.
Одна верхняя пластина кажется самой большой проблемой. Не со структурной точки зрения или с точки зрения конструктивности, а с точки зрения восприятия. Существует два способа соединения: с помощью металлической пластины (, рис. 7, ) или с помощью деревянного соединения (, рис.
8, ). Принятый подход полностью основан на предпочтениях создателя. Некоторым рамщикам нравится пластина, другим – сращивание. Это еще одна из тех вещей Мэри Энн против Джинджер.
Рис. 7: Соединение верхней панели — Металлическая пластина используется для соединения верхних панелей друг с другом.
Рис. 8: Соединение верхней пластины – Деревянный блок используется в качестве стыка для соединения верхних пластин. Обратите внимание, что «средний» стержень обрезан короче, чтобы приспособить стык дерева.
Одно могу сказать точно – для выравнивания стены не нужна двойная накладка. Дай мне перерыв. Это делают диафрагма пола и диафрагма крыши. Не дополнительная верхняя панель. Большинство из нас (да, я занимался каркасом в молодости — в давние времена, до потопа и войн…) выпрямляли стены при каркасе с помощью чего-то, что называется раскосами.
Реальное изменение, связанное с одинарными верхними пластинами, заключается в том, что при возведении стены высотой 8 футов шпильки должны быть на 1,5 дюйма длиннее.
Стандартные «предварительные нарезки» не работают. Вам нужны 94 дюйма, а не 92,5 дюйма. Легко, возьмите 8 нижних колонтитулов и обрежьте их. Одному парню требуется около 30 минут с пилой, чтобы сделать все стойки в типичном доме. На самом деле, многие производители так и делают, потому что «предварительно вырезанные» рамы стоят дороже, чем 8-футовые. Как это странно.
Несущие стены нуждаются в перемычках, а усовершенствованный каркас обычно включает использование одиночных перемычек, при этом перемычка выдвигается к внешней стороне стены ( Рисунок 9 ). Это удерживает верхнюю часть вдали от гипсокартона, чтобы бордюры не могли прикрепиться к ней, а усадка в верхней части не привела к трещине в гипсокартоне.
Рис. 9. Одинарный коллектор — коллектор выдвинут к внешней стороне стены. Это удерживает верхнюю часть вдали от гипсокартона, чтобы бордюры не могли прикрепиться к ней, а усадка в верхней части не привела к трещине в гипсокартоне.
Самое существенное изменение заключается в том, что стенки стали толще и нам нужно понять, что делать с 4 дюймами? Делаем фундамент шире? Мы теряем 4 дюйма к интерьеру? Фундамент тот же, но стены консольные? Решения. Решения. Это не тривиально. Внутренние размеры производственного жилья имеют большое значение и могут испортить планировку кухни, коридора и лестницы. Сайт также отстает – без шуток. Обычно это означает, что чертежи должны быть переделаны. И это самый большой удар по продвинутому кадрированию. Взять существующие планы этажей и перерисовать их — это от 1000 до 1500 долларов за план для производственного строителя. Конечно, это не проблема, если планы составляются с нуля, чтобы быть «продвинутым кадром».
А полы? Что насчет них? Каркас пола теперь находится на 24-дюймовых центрах, а это означает, что обшивка пола должна быть толще. Экономия на каркасе пола покрывает стоимость более толстой обшивки пола. Следующий.
Ребята, внутренние стены тоже обрамлены 24-дюймовыми центрами.
Но это 2х4. И почти все они не являются несущими, поэтому соединения практически не являются структурными (, фотография 5, ).
Фото 5: Каркас внутренней стены – Также на 24-дюймовых центрах. Но это 2х4. И почти все они не являются несущими, поэтому соединения практически не являются структурными.
Все становится интереснее, когда мы добавляем изоляционную оболочку. Теперь теплоизоляционная обшивка не является частью усовершенствованного каркаса. Просто большинство людей, которые сегодня используют усовершенствованный каркас, также используют изоляционную оболочку (, фотография 6, ). В изоляционной оболочке гидроизоляционный слой представляет собой наружную поверхность изоляционной оболочки, обмотанную лентой. Изолирующая оболочка не обеспечивает свойств «сопротивления скольжению» или «сдвига». Для этого нам нужны OSB или фанерные «скрепленные стеновые панели» (также известные как «стеновые панели») — и большинство строителей встраивают их в углы (9).
0067 Фотография 7 ). Это приводит к интересной угловой конструкции (, фотография 8, ). Сочетание усовершенствованного каркаса и изоляционной обшивки приводит к глубоким оконным проемам ( Фото 9 ). Возвраты окон обычно представляют собой гипсокартон с деревянной отделкой только внизу.
Фотография 6: Изолирующая обшивка – В случае с изоляционной обшивкой гидроизоляционный слой представляет собой наружную поверхность изоляционной обшивки, обклеенную лентой.
Фото 7: Стеновые панели OSB со связями – Изолирующая оболочка не обладает свойствами «сопротивления скольжению» или «сдвигу». Для этого нам нужны стеновые панели из OSB или фанеры, и большинство строителей встраивают их в углы.
Фотография 8: Угловой каркас с OSB и изоляционной обшивкой – Обратите внимание, что пенопластовая обшивка уменьшается поверх сдвиговой панели OSB, так что толщина обоих слоев обшивки совпадает с толщиной обшивки в области стены.
. Также обратите внимание на разделительную полосу между обшивкой и внешней поверхностью изоляционной обшивки, чтобы обеспечить обратную вентиляцию и дренаж облицовочного слоя и отделки.
Фотография 9: Глубокие оконные проемы – Комбинация усовершенствованного каркаса и изолирующей обшивки приводит к глубоким оконным проемам. Возвраты окон обычно представляют собой гипсокартон с деревянной отделкой только внизу.
Так почему же мы не видим много продвинутого кадрирования? Преимущественно институциональная инерция. Даже изменения, которые экономят деньги, экономят энергию, экономят ресурсы и сокращают количество обратных вызовов, внедряются медленно, потому что изменения в целом сложны. В 1970-х годах не было достаточных причин для изменения стандартного обрамления. Думаю, на этот раз мы увидим другой результат.
Сноски:
«Коттедж Иллинойса» представлял собой построенный на месте демонстрационный дом с деревянным каркасом, представленный на Парижской выставке 1867 года (1) как демонстрация американского технологического мастерства, которое произвело революцию в жилищном строительстве во всем мире.
(1) Солнечное десятиборье, проводимое в торговом центре в Вашингтоне, округ Колумбия, через столетие будет восприниматься последующими поколениями с таким же трепетом, с каким мы сегодня относимся к парижской выставке 1867 года.
и Августин Тейлор, возможно, являются «изобретателями» современного каркаса из палочек — по словам людей из Чикаго. У французов и некоторых жителей Далхаузи другое мнение.Мне нравится это предложение — гражданский человек, читающий его, не поймет — это как иностранный язык или попытка понять текстовые сообщения вашего ребенка.
R-значение усовершенствованной рамы в сборе составляет 13,9, а R-значение стандартной рамы в сборе составляет 7,7 с использованием простой процедуры расчета теплового потока с параллельными путями ASHRAE Fundamentals и стекловолоконных плит в качестве изоляции полости. Для вас, архитекторов, это 75-процентное улучшение теплового сопротивления. Для всех остальных это большое число.
Этот «внешний вид» не так иррационален, как может показаться на первый взгляд. Потенциальные покупатели, ходившие по этим типам рам во время строительства, почти сразу замечают разницу, и она находит отклик у них. Вещи «выстраиваются», и из-за этого все кажется более «рациональным».
Этот подход источает «качество», потому что вещи не выглядят «случайными», а «случайность» подразумевает «хаос», а «хаос» не утешает покупателя жилья. Некоторые строители заявили, что будут использовать этот подход, даже если он не будет быстрее, дешевле или энергоэффективнее — они будут использовать его просто потому, что он поможет продать дом. Аргумент о том, что такой подход приводит к «более дешевому» виду, потому что шипы расположены дальше друг от друга с одинарными верхними пластинами, не получил поддержки в походах по полю, в основном потому, что шипы толще. Замена 2×6 на 2×4 действительно делает стену «выглядящей» прочнее, даже если они находятся дальше друг от друга, и этот аргумент исчезает. Одинарную верхнюю пластину редко замечают, а если ее замечают, аргумент одинарной верхней пластины против двойной верхней пластины легко опровергается указанием на то, что все выровнено, поэтому двойная верхняя пластина для передачи нагрузки не нужна. Гражданские лица действительно «понимают» аргумент о переносе нагрузки.HUD создал Управление исследований и технологий в 1967 году. Джордж Ромни, отец Митта, был секретарем HUD и продвигал операцию «Прорыв» (с 1969 по 1978 год). Джордж Ромни уделял большое внимание строительным технологиям. Первый помощник госсекретаря, руководивший Управлением исследований и технологий, имел техническое образование, но к концу операции «Прорыв» руководить шоу стали экономисты. Исследования HUD так и не были восстановлены. Из операции «Прорыв» вышел основополагающий документ, созданный исследовательским фондом NAHB и опубликованный в ноябре 1977: «Снижение затрат на строительство дома с помощью OVE Design and Construction». Я получил копию в 1981 году, а к 1982 году построил свой первый «усовершенствованный каркасный» дом «OVE». У меня до сих пор мурашки по коже, когда я читаю это сегодня. Ух ты. Молодец НАХБ. Он охватывал все: модульные размеры, минимизацию площади поверхности при максимальном увеличении площади пола, многослойное обрамление, углы с двумя стойками, одинарные верхние панели, отсутствие перемычек или одинарные перемычки, в нем было все.
Этот подход источает «качество», потому что вещи не выглядят «случайными», а «случайность» подразумевает «хаос», а «хаос» не утешает покупателя жилья. Некоторые строители заявили, что будут использовать этот подход, даже если он не будет быстрее, дешевле или энергоэффективнее — они будут использовать его просто потому, что он поможет продать дом. Аргумент о том, что такой подход приводит к «более дешевому» виду, потому что шипы расположены дальше друг от друга с одинарными верхними пластинами, не получил поддержки в походах по полю, в основном потому, что шипы толще. Замена 2×6 на 2×4 действительно делает стену «выглядящей» прочнее, даже если они находятся дальше друг от друга, и этот аргумент исчезает. Одинарную верхнюю пластину редко замечают, а если ее замечают, аргумент одинарной верхней пластины против двойной верхней пластины легко опровергается указанием на то, что все выровнено, поэтому двойная верхняя пластина для передачи нагрузки не нужна. Гражданские лица действительно «понимают» аргумент о переносе нагрузки.
