Betono hibridinės konstrukcijos tampa vis svarbesniu šiuolaikinės statybų rinkos elementu. Betono derinimas su kitomis medžiagomis – ne mada, o tvarumo, didesnio saugumo, ilgaamžiškumo ir architektūrinės laisvės galimybės.
Derinant betoną su kitomis medžiagomis galima pasiekti geresnį atsparumą, sąnaudų balansą, nei naudojant vien tradicinį betoną. Kol kaimyninės šalys gana sėkmingai taiko hibridines betono konstrukcijas, mums dar yra erdvės jas integruoti. Jei tik norime tvaresnės ir modernesnės statybų ateities.
Sujungus betoną ir plieną kompensuojami trūkumai
Kompozicinės betono ir plieno konstrukcijos naudojamos statybos pramonėje daugiau nei 100 metų ir statybose laikomos jau tradicinėmis. Betono ir plieno kompozitinės konstrukcijos pradėtos plačiau naudoti po Antrojo pasaulinio karo, kai buvo jaučiamas plieno trūkumas ir reikėjo inovatyvių sprendimų, kaip plieną išnaudoti racionaliai sujungiant jį su kitomis medžiagomis.
„Tiek plienas, tiek betonas turi savo gerųjų savybių ir trūkumų. Sujungę šias medžiagas į vieną konstrukciją, galime išnaudoti jų pranašumus ir padaryti konstrukciją efektyvesnę, pavyzdžiui, padaryti didesnius tarpatramius, sumažinti gabaritus išlaikant tą pačią arba netgi didesnę laikomąją galią“, – sako Vadimas Kitovas, Kauno technologijos universiteto (KTU) Statybos ir architektūros fakulteto docentas praktikas.
Mokslininkas pabrėžia, kad akivaizdūs medžiagų trūkumai yra galimybės mokslininkams jas tobulinti. „Betonas yra silpna medžiaga tempimui, o plienas tai kompensuoja. Šios medžiagos vis tobulinamos: kuriamas vis stipresnių savybių betonas ir plienas. Ypač didelio stiprumo betonas sujungiamas su ypač didelio stiprumo plienu kol kas tik tyrimų lygiu. Tačiau po jų šios hibridinės konstrukcijos, taikomos praktiškai, atneš dar daugiau efektyvumo statyboms“, – prognozuoja V. Kitovas.
Nepaisant atskirų medžiagų trūkumų, betono ir plieno konstrukcijos išskirtinai plačiai naudojamos JAV, Jungtinėje Karalystėje, taip pat Skandinavijos šalyse, Vokietijoje, Austrijoje, Šveicarijoje. Lietuvoje taip pat yra įvairių panaudojimo atvejų, pavyzdžiui, statant objektus su požemine automobilių stovėjimo aikštele.
„Norėdami padaryti aikštelę patogesnę vartotojui, galimas kolonų išdėstymas, pavyzdžiui, kas tris vietas. Tai būtų gana dideli tarpatramiai, sijos mažesnės, todėl statybininkams nereikia taip giliai kastis į gruntą, o vairuotojams patogiau manevruoti. Laimi visi“, – pavyzdį pateikia KTU mokslininkas.
Panaudojus tokias betono ir plieno konstrukcijas, galima išgauti didesnę architektūrinę laisvę. Visai kito mastelio pavyzdys – „Mokslo sala“. „Statant muziejų panaudotos kompozicinės kolonos – plieno vamzdis, užpildytas betono. Tai labai liaunos – 8,3 m apvalios kompozitinės kolonos, kurių skerspjūvio skersmuo tik 273 mm“, – pažymi mokslininkas.
Savo vietos rinkoje dar laukianti betono ir anglies pluošto kompozicinė konstrukcija
Betono ir plieno konstrukcijos plačiai naudojamos dešimtmečius, o betono ir anglies pluošto kompozicinės konstrukcijos vis dar vystosi. Šiuo metu atliekama daug tyrimų šioje srityje, rengiamos pluoštinių konstrukcijų projektavimo normos, kurias patvirtinus 2026 m. lauktinas proveržis.
Naujos anglies pluošto konstrukcijos šiuo metu nėra plačiai taikomos praktiškai. „Šiuo metu betono ir anglies pluošto kompozicinės konstrukcijos naudojamos nebent seniems objektams stiprinti (pavyzdžiui, metalinis tiltas Paneriai–Lentvaris, gelžbetoninio tilto konstrukcijų stiprinimas Jurbarke, viaduko Mauručiuose konstrukcijų stiprinimas), kur dėl atsivėrusių plyšių senos gelžbetoninės konstrukcijos praranda standumą, atsiranda per didelių įlinkių. Priklijuotos anglies pluošto juostos gali sustiprinti pasenusias gelžbetonines sijas arba perdangas“, – dėsto V. Kitovas.
Kompozicinės konstrukcijos: daugiau architektūrinės laisvės, tvarumo ir atsparumo ugniai
Taikant kompozicines konstrukcijas galima ne tik pritaikyti laisvesnius sprendimus, bet ir išgauti didesnį tvarumą, nes sumažinamas betono, kuris išskiria daug CO2, kiekis.
„Pavyzdžiui, pasirinkus kompozicines kolonas, galima mažinti skerspjūvį ir projektuoti tvaresnę konstrukciją. Plienas gali būti antrinė perdirbta žaliava, ir tai jau savaime sumažina CO2 taršą, konstrukcijai reikia mažiau betono, – pabrėžia V. Kitovas ir priduria, kad kompozicinės konstrukcijos gali būti laikomos žaliąja alternatyva kontroversiškai rinkoje vertinamam betonui bent tuo, kad sumažiname CO2 emisijų kiekį ir kartu konstrukcijos storį, pavyzdžiui, perdangos storį, o tai aktualu daugiaaukščiams pastatams.
Jei sumažinsime vieno aukšto perdangos storį, per visus aukštus sudėjus sumažintume bendrą pastato aukštį: reikės mažiau medžiagų fasadui dengti, šildyti pastatą. Taigi net ir pastato eksploatacijos laikotarpiu pasirinkus kompozicines konstrukcijas galima pažaboti CO2 kiekį.
Architektūrinė laisvė ir tvarumas – ne vienintelės hibridinių konstrukcijų teikiamos galimybės. Su šiomis konstrukcijomis galima pasiekti didelį atsparumą ugniai.
„Plieninę konstrukciją reikia saugoti nuo gaisro, reikalingos papildomos medžiagos, kuriomis reikia padengti konstrukcijos paviršių, o hibridinės konstrukcijos yra savaime atsparios ugniai“, – sako KTU Statybos ir architektūros fakulteto docentas praktikas.
Mokslininkai toliau ieško būdų, kaip dar padidinti kompozicinių konstrukcijų tvarumą. „Dabartinės betono ir plieno kompozicinės konstrukcijos nėra pritaikytos antriniam panaudojimui, kadangi jos galiausiai pavirsta vientisa konstrukcija, bet atliekama daug tyrimų, kaip išvystyti jungtį tarp plieno ir betono, kad po pastato gyvavimo laiko ji būtų atskiriama, demontuojama ir medžiagos būtų naudojamos dar kartą“, – pasakoja docentas ir priduria, kad žiedinė ekonomika yra būtina statybų rinkos dalis.
Skaitmeninės technologijos, kaip BIM modeliai ir bibliotekos, taip pat turi didelę svarbą konstrukcijų antrinio panaudojimo kontekste. Pastato gyvavimo trukmė gali siekti 50 ar net daugiau metų.
Tinkamai įvesta ir saugoma informacija apie pastato konstrukcijas leis net ir po daugelio metų tinkamai įvertinti, kokios medžiagos, jungtys panaudotos, kokie vyko gamybos procesai. Tai leis apdorojus visą informaciją priimti saugius sprendimus dėl antrinio konstrukcijų panaudojimo galimybių.
„DA-CH erdvė“ – betono ir medienos kompozicinių konstrukcijų lyderė
Tvarumas, mažesnė CO₂ emisija, estetika – pranašumai, kuriuos suteikia betono ir medienos kompozicinės konstrukcijos. Daugiausia šios konstrukcijos vystomos vadinamojoje „DA-CH“ erdvėje (Vokietija, Austrija, Šveicarija).
„Bene ryškiausia šių konstrukcijų taikymo tendencija, kai viena pastato dalis yra gelžbetoninė, o kita – medinė. Tas padalijimas gali būti gelžbetonio laiptinė, likęs pastatas – medinis. Tai ypač mėgstama Vokietijoje, daugiausia dėl gaisrinės saugos ir konstrukcijų stabilumo. Kiti dažni atvejai – kompozicinės perdangos: gelžbetonio plokštė ir medienos sijos“, – tendencijas pristato Paulius Milčius, tvarumo ir statybų konsultacijų įmonės „Natura consulta“ vykdomasis partneris.
„DA-CH“ erdvės šalys – nedvejotinos lyderės medinių hibridinių konstrukcijų rinkoje, o daugiausia nuopelnų galima priskirti inžinieriui austrui Hubertui Rhombergui, vadovaujančiam šeimos įmonei „Rhomberg Group“. Jis taip pat yra įmonės „CREE Buildings“ įkūrėjas ir vadovas, įmonės specializacija – tvarūs aukštos statybos projektai naudojant medieną.
„CREE“ sistema – nuolat tobulinamas inovatyvumas
Žurnalui „Statyba ir architektūra“ P. Milčius pasakojo, kad daugiausia serijinių konstrukcijų išvysčiusi yra to paties inžinieriaus H. Rhombergo įkurta įmonė „CREE by Rhomberg“, kurios specializacija – modulinės medienos ir hibridinės statybos sistemos.
Ši pažangi technologija leidžia greitai ir efektyviai statyti aukštus pastatus iš medienos ir betono hibridinių konstrukcijų. Taikant šią sistemą galima statyti iki 30 aukštų pastatus, pasiekiant iki 100 m aukštį.
„CREE by Rhomberg“ yra įtakinga kompanija regione: sugebėjo sukurti ekosistemą, turi šalyse savo atstovus partnerius, teikia mokymus, konsultuoja. Franšizės turėtojas dalijasi patirtimi su kitais partneriais ir tai reiškia greitesnį mokymąsi ir sistemos tobulinimą“, – kompleksišką požiūrį dėsto P. Milčius.
Austro sukurta „CREE“ sistema – tai gelžbetonio plokštė perdangoje, po kuria yra klijuotosios sluoksninės medienos (GLT) sijos. „CREE“ sistema populiarėja pastaruosius 20 metų. Taikant šią technologiją, Europoje išplėtojama vis įspūdingesnių projektų. Du Vokietijoje veikiantys rangovai „Bruninghoff“ ir „Zech bau“ bei Portugalijoje „Grupo Casais“ sėkmingai plėtoja objektus su „CREE“ sistema, dar sugebėdami ją ir patobulinti.
Pavyzdžiui, sukurti mazgą tarp gelžbetonio ir medienos, kad būtų galima po eksploatacijos medžiagas demontuoti.
Ši technologija vertinga ne tik dėl tvarumo bei estetikos. Medienos hibridinės konstrukcijos suteikia plačių galimybių, nes yra inovatyvios. „Betonas nėra tiesiog užliejamas ant medžio sijos: į medį yra įsukami varžtai, klijuojamos metalinės plokštės, medis gali būti išdrožtas tam tikra forma ir pan.
Šios jungtys tarp medžio ir betono bei likusios konstrukcijos ir yra inovacijos, kurios leidžia išlengvinti ir padaryti konstrukciją estetiškesnę, taip pat sumažinti CO₂ pėdsaką ir pačių medžiagų kiekį. Hibridinės konstrukcijos taip pat pagerina gaisrinės saugos lygį“, – pranašumus vardija tvarumo ir statybų konsultacijų įmonės vykdomasis partneris.
Medienos derinimas su kitomis medžiagomis suteikia stabilumo ir užtikrina didesnę gaisrinę saugą. Atskirai mediena gali užtikrinti statybos sklandumą.
„Naudojant medienos konstrukcijas paklaidų rizika statybose yra gerokai mažesnė. Įdomus pavyzdys: statant Helsinkio centrinę biblioteką „Oodi“, kur laikančiosios konstrukcijos buvo iš gelžbetonio ir plieno, o stogas – iš milžiniškos surenkamos kompozicinės medienos plokštės, paaiškėjo, kad gelžbetonio konstrukcijos nuokrypiai siekė po dešimt ar net keliolika centimetrų.
Laimei, statytojai palaukė, kol gelžbetonio konstrukcijos iškils, ir jas išmatavo. Kitu atveju būtų katastrofa, jei jie iš gamyklos būtų atsivežę stogą ir jis būtų tiesiog netikęs. Tai pavyzdys, koks medis yra tikslus, – pasakoja tvarumo ir statybų konsultacijų įmonės „Natura consulta“ vykdomasis partneris.
Betono ir medienos hibridinių konstrukcijų variacijos
Hibridinės konstrukcijos daugiausia pritaikomos visuomeniniams ir biurų pastatams, dažniausiai ten naudojamos betono plokštės su medienos sijomis. Statant gyvenamuosius objektus arba viešbučius, iki šiol dažniausiai naudota CLT plokštės ir betono konstrukcija. Tai daroma dėl estetikos, paprastesnio mikroklimato valdymo, pakanka retesnių tarpatramių.
Vienas tokios architektūros pavyzdžių – 2019 m. Vienoje iškilęs „HoHo Wien“ – 24 aukštų mišrios paskirties (daugiausia – viešbučių) pastatas, kuriam panaudotos klijuotos sluoksniuotos medienos kolonos bei kryžmai sluoksniuotos medienos (CTL) ir betono hibridinės perdangos.
Objektui medienos ir betono kompozicinius elementus tiekė kompanija „Mayr-Melnhof Holz“ – vienas didžiausių CLT medienos koncernų pasaulyje.
P. Milčius pasidalijo ir daugiau medienos-betono hibridinių konstrukcijų variantų, kurie taikomi pasaulyje ir gali būti pavyzdys Lietuvos rinkai. Suomių įmonė „Metsa Wood“ gamina konstrukcinę sluoksniuoto lukšto medieną (LVL) – tvirčiausią ir efektyviausiai medį panaudojančią inžinerinės medienos rūšį. „Kerto® LVL“ naudojama ir sijoms, ir plokštėms. „Metsa Wood“ sugebėjo išvystyti technologiją, kur LVL medienos plokštę kombinuoja su gelžbetonio plokšte ir iš jų dviejų gamina kompozicines sienas.
Hibridinių konstrukcijų perspektyvos Lietuvoje
Dalis Europos vis plačiau naudoja hibridines konstrukcijas statyboms, kaimynai lenkai ir estai po truputį žengia koja kojon su tendencijomis. Kokios galimybės laukia mūsų rinkos?
„Lietuviai sugeba eksportuoti į užsienį surenkamuosius gelžbetonio komponentus, tad surenkamųjų betono ir medienos komponentų eksportas irgi būtų realus. Neverta užsidaryti vien savo rinkoje“, – drąsina P. Milčius.
Lietuvą pašnekovas skatina siekti kūrybiškumo arba perimti tai, ką kitos rinkos jau gerai išmano, pavyzdžiui, siekti tapti „CREE“ sistemos partneriais.
„Linkiu, kad priimtas įstatymas dėl bent 50 proc. organinių medžiagų naudojimo naujuose visuomeniniuose pastatuose būtų sklandžiai įgyvendintas, nes tai paskata statybų sektoriaus transformacijai“, – sako tvarumo ir statybų konsultacijų įmonės vykdomasis partneris.
