Augstākā koka konstrukcija Norvēģijā "Treet"

Treet (norvēģu valodā – koks) ir 14 stāvu augsta koka konstrukciju dzīvojamā ēka, kas atrodas Bergenā, Norvēģijā. Projektēšanas process tika sākts 2011. gadā un pabeigts 2013. gadā. Pirmie zemes darbi sākās 2014. gada aprīlī, bet ekspluatācijā ēku paredzēts nodot 2015. gada rudenī. Tā būs viena no augstākajām šāda tipa koka ēkām pasaulē. Ēkas platība (lietderīgā) ir 5830 m2. Pagrabstāva, kurā atrodas autostāvvietas, tehniskās un uzglabāšanas telpas, lietderīgā platība ir 920 m2. Ēkas devītajā stāvā paredzēts izveidot sporta zāli un jumta terasi.

Projekta un ēkas īpašnieks ir Norvēģijas dzīvojamo ēku attīstītājs BOB – Bergen og Omegn Boligbyggelag. Norvēģijas lielākais līmētās koksnes ražotājs Moelven Limtre šim projektam piegādā un montē līmēto koksni un CLT (angļu valodā Cross Laminated Timber – masīvas plātnes, kas veidotas, vairākos slāņos perpendikulāri salīmējot koka dēļus). Igaunijas uzņēmums Kodumaja piegādā un montē rūpnieciski izgatavotus saliekamos moduļus, kas veido dzīvokļus. Projekta arhitekts ir Bergena bāzētais uzņēmums Artec. Būvkonstrukciju projektēšanu un projekta vadību nodrošina Sweco.

Ēkas galvenās būvkonstrukcijas veido nesošās līmētās koksnes stieņu sistēmas un divi stinguma stāvi. Rūpnieciski ražotie ēkas moduļi tiek montēti uz dzelzsbetona pazemes autostāvvietas un uz abiem stinguma stāviem. CLT šajā projektā izmanto, lai izveidotu lifta šahtas, iekšējās sienas un balkonus, taču CLT nav galvenā nesošā būvkonstrukcija. Stikla un metāla fasādes apdare pasargā nesošās koka būvkonstrukcijas no ārējo vides faktoru ietekmes.

Bergena ir Norvēģijas otra lielākā pilsēta, kas atrodas valsts rietumu piekrastē. Šī ēka atrodas Bergenas centrā blakus tiltam, kas sniedzas pāri fjordam Puddefiorden. Ēkas augšējie septiņi stāvi atrodas virs minētā tilta augstākā punkta. Līmētās koksnes kopnes, kas izvietotas gar ēkas fasādēm, piešķir ēkai noturību. CLT sienas ir neatkarīgas, un tiek pieņemts, ka tās nesniedz nekādu pienesumu ēkas horizontālās stabilitātes nodrošināšanā. Saliekamie moduļi veido ēkas galveno apjomu. Tos iespējams montēt citu citam virsū līdz četru stāvu augstumam, līdz ar to viss ēkas moduļu būvapjoms ir sadalīts šādās daļās: 1.–4. stāvs, 5. stāvs, 6.–9. stāvs, 10. stāvs un 11.–14. stāvs.

Ēkas konstruktīvā shēma

Konstruktīvās shēmas koncepta ideja var tikt pielīdzināta skapim, kas ir pildīts ar atvilktnēm. Šajā gadījumā skapi veido līmētās koksnes kopnes, savukārt atvilktnes – rūpnieciski izgatavotie saliekamie moduļi.

Pamatiezis atrodas aptuveni piecus metrus zem autostāvvietas grīdas. Ēkas pamati veidoti no vairāk nekā simt pāļiem, no kuriem vairāki ir paredzēti arī stiepes piepūļu uzņemšanai.
Ēku pakļaujot vēja slodžu ietekmei, dažos atgāžņos un kolonnās veidojas stiepes piepūles. Šīs piepūles tiek pārnestas uz pamatiem, enkurojot līmētā koka elementus pie pamata.
Tipiskie kolonnas šķērsgriezuma izmēri ir 405x650 mm un 495x405 mm. Tipiskie atgāžņu šķērsgriezuma izmēri ir 405x405 mm. Ēkas pamatne ir taisnstūrveida ar aptuvenajiem izmēriem 23x21 metrs. Saliekamo A un B tipu moduļu izmēri ir 4x8,7 metri un saliekamā C tipa moduļa izmēri ir 5,3x8,7 metri.

Starp ēkas saliekamajiem moduļiem un nesošajām līmētās koksnes kopnēm ir paredzēta 34 mm sprauga. Šāds attālums ir pietiekams, lai nodrošinātu būvniecības pielaides, kā arī izvairītos no tā, ka horizontālo pārvietojumu dēļ saliekamie moduļi un līmētās koksnes kopnes varētu atdurties viens pret otru.

Ēkas augstums ir 45 metri. Maksimālais vertikālais attālums starp koka konstrukciju zemāko un augstāko punktu ir 49 metri.

Ārējais apšuvums un stiklojums tiek stiprināti pie līmētās koksnes kopnēm, līdz ar to saliekamie moduļi netiek pakļauti tiešām vēja slodžu iedarbēm.

Nesošās koka būvkonstrukcijas ar dažiem izņēmumiem ir nosegtas ar metāla fasādes apšuvumu vai stiklojumu. Šāds risinājums pasargā tās no ārējo vides faktoru iedarbības.

Elementiem, kas atrodas iekštelpās, tiek pieņemta servisa klase 1, savukārt elementiem, kas atrodas sienu aukstajā pusē, tiek pieņemta servisa klase 2.

Ugunsizturības prasības

Ugunsaizsardzības pasākumu kopums paredz šai ēkai nodrošināt 90 minūšu ugunsizturību galvenajām nesošajām ēkas būvkonstrukcijām. Pārējām nesošajām ēkas konstrukcijām, piemēram, gaiteņiem un balkoniem, kas būvēti no CLT, jānodrošina 60 minūšu ugunsizturība. Papildus tiek paredzēti arī citi uguns aizsardzības pasākumi, piemēram, ugunsdrošās krāsas uzklāšana uz koka konstrukcijām, sprinkleru sistēmas ierīkošana, kā arī paaugstināta spiediena nodrošināšana evakuācijas kāpņu telpās.

Ēkas ugunsizturības projektēšana tiek veikta saskaņā ar EC 5. Tiek lietota tā sauktā samazinātā šķērsgriezuma metode, kas nosaka efektīvo atlikušo šķērsgriezumu pēc pārogļošanās.
Ar pārogļošanās ātrumu 0,7 mm/min 90 minūtēs šķērsgriezums samazinās par 63 mm. Lai iegūtu atlikušo efektīvo šķērsgriezumu, papildus tiek pieskaitīti vēl 7 mm pie pārogļošanās biezuma. Ņemot vērā šo informāciju, visi tērauda savienojumi, loksnes un tapas tiek projektētas vismaz 70 mm attālumā no ārējām elementu skaldnēm. Visas spraugas starp savienotajiem koka elementiem tiek aizpildītas ar ugunsdrošo pildījumu.

Neatkarīgais ugunsizturības projekta eksperts bija Norvēģijas uzņēmums Skansen Consult. Ugunsizturības projekts tika akceptēts 2013. gada februārī.

Materiāli

Visas nesošās konstrukcijas ir veidotas no koka. Līmētā koksne ir izmantota kopnēs. CLT ir izmantots lifta šahtās, kāpņutelpās un iekšējās sienās. Saliekamie moduļi tiek veidoti no koka karkasa.

Līmētās koksnes klase ir GL30c un GL30h saskaņā ar EN 14080:2013. CLT lieces raksturīgā stiprība ir fmk=24 Mpa, un tā īpašības ir pielīdzināmas C24 klases koksnei. Lielākā daļa no līmētās koksnes ir ražota no Norvēģijas egles.

Tērauda lokšņu klase savienojumos ir S355, un šis tērauds tiek karsti cinkots. Tērauda tapu tips ir A4-80 (skābes izturīgs nerūsējošais tērauds).

Slodzes

Aprēķina slodžu noteikšanai tika izmantots EC ar Norvēģijas nacionālajiem pielikumiem. Vēja slodzes izrādījās dominējošās aprēķina slodžu kombinācijās. Aprēķinātais maksimālais vēja ātrums bija v=44.8 m/s, veidojot slodzi q=1,26 kN/m2. Vēja slodze tika apskatīta kā īslaicīga statiska slodze, pieliekot to katrai ēkas plaknei, kā arī apskatot vēja slodzi diagonālajos virzienos (45 grādi, 135 grādi u. tml.). Vēja tuneļa testi nebija nepieciešami, jo ēkas ģeometriskā forma ir pietiekami regulāra.

Bergena atrodas vienā no Norvēģijas seismiskajām zonām, taču zemes paātrinājums ir mazs, salīdzinot ar citām valstīm: ag40Hz=0,9 m/s2 un aprēķina paātrinājums a=0,7 m/s2. Saskaņā ar Norvēģijas standartiem seismisko slodžu iedarbes var neapskatīt, ja vēja slodzes ir noteicošās.

Pašsvars līmētai koksnei un CLT tika pieņemts 4,5 kN/m3 un dzelzsbetona plātnēm 25 kN/m3.

Ēkā tiek izmantotas šādas lietderīgās slodzes:
* dzīvokļi: 2,0 kN/m2; koplietošanas telpas (gaiteņi, kāpņutelpas): 3,0 kN/m2;
* balkoni: 4,0 kN/m2; sporta zāle: 5,0 kN/m2.

Aprēķina rezultāti

Ēkas konstrukciju statiskajam aprēķinam tika izmantota datorprogramma Robot Structural Analysis Professional 2013. Līdztekus aprēķinā tika izmantotas arī iepriekš sagatavotas Excel darba lapas, kā arī roku aprēķini.

Visas līmētās koksnes kopnes ir modelētas ar to patiesajiem izmēriem un stingumiem. Kopnes ir modelētas ar locīklām visu stieņu galos. Stinguma stāvu apakšējie līmeņi ir sajūgti ar tērauda saitēm, lai izvairītos no lokālām deformācijām un vibrācijām.

Lielākajā daļā elementu noteicošais robežstāvoklis izrādījās ULS. Dažu elementu dimensionēšanā noteicošā bija ugunsizturība. Tā kā ēka ir relatīvi viegla, īpaša vērība tika pievērsta dinamikas aprēķinam.

Lielākā spiedes piepūle kolonnā ir 4287 kN, savukārt lielākā stiepes piepūle kolonnā ir 296 kN. Lielākā stiepes piepūle atgāznī ir 930 kN.

Līmētās koksnes kopņu deformācijas aina parādīta 9. attēlā. Maksimālā horizontālā deformācija ēkas augšdaļā ir 71 mm, kas atbilst L/634. Šāda tipa ēkām normatīvi parasti izvirza prasību deformācijām L/500.

Norvēgijas inženieru uzņēmums Norconsult veica neatkarīgu ēkas konstrukciju aprēķinu ekspertīzi un apstiprināja to 2013. gada rudenī.

Montāža

Ēkas būvniecība pārsvarā sastāv no iepriekš rūpnieciski izgatavotu elementu montāžas. Loģistikas un montāžas optimizācija ir svarīga, lai iegūtu plūstošu būvniecības procesu. Saliekamo konstrukciju montāžu veic Kodumaja un Moelven Limtre, kas izmanto torņa celtni un kāpjošās platformas. Ēkas būvniecības procesam var sekot līdzi tiešsaistē: http://www.sweco.no/no/Norway/Nyheter/2014/Webcam_Treet/