На стоманобетонните плочи за междуетажни прегради се падат 40% от емисиите на въглероден диоксид при строителството на сгради. Досега за сложните многоетажни конструкции нямаше практична алтернатива на стоманобетона. Изследователи от Университета в Щутгарт разработиха системата UniversalTimberSlab, която представлява междинни прегради от дърво и бетон, имащи за цел да намалят екологичното въздействие, без да се губи функционалността. Конструкцията също така позволява по-гъвкаво планиране на помещенията и разполагане на повече етажи благодарение на по-малката дебелина на преградите, като същевременно се запазва същата носеща способност.

UniversalTimberSlab представлява плоска плоча с точкова опора, предназначена за дълги двустранни разстояния между опорите. Нейната носеща конструкция се опира на колони, поради което вътре в сградата не са необходими носещи преградни стени, стените могат да се разполагат свободно в зависимост от предназначението на помещенията. Това позволява създаването на по-гъвкави планове за офиси, магазини, ресторанти и жилищни помещения, както и тяхното променяне в бъдеще при препрофилиране на сградата.

При същата височина на таваните тази конструкция може да позволи разполагането на повече етажи в сградата. В сравнение с традиционните дървени преградни плочи UniversalTimberSlab намалява височината на носещата конструкция с 30–70 cm, а площта на фасадата до 20%. Системата използва дървесина като възобновяем материал и сглобяеми сегменти от лепен брус, което се очаква да опрости производството и да намали разходите.

В хода на разработката беше въведен нов метод за сегментиране на таваните. Големите плочи се разделят на отделни сглобяеми елементи, които могат да се комбинират не само по еднаква схема, но и да създават конструкции със сложна форма. Влакната в дървените сегменти са ориентирани в посоката на действащите натоварвания, което позволява по-ефективно използване на материала. За проектирането също така бяха разработени цифрови инструменти, включително на базата на изкуствен интелект, които позволяват бързо сравняване на варианти за планиране, разходи, височина на таваните и екологични характеристики.

Демонстрационният образец

Пълномащабен демонстрационен образец бе изграден за три месеца за фестивала Future Cleantech. Плочата с размери 9 × 5 m имаше двустранен открит участък 8 × 4 m и дебелина 36 cm. Според данните от университета при съпоставимо натоварване и разстояние между опорите конструкцията беше толкова тънка, колкото стоманобетонна плоча, но изискваше с две трети по-малко стоманобетон. По време на тестването конструкцията беше допълнително натоварена с 20 тона, за да се провери нейната носеща способност.

Преди физическите тествания изследователите проведоха компютърно моделиране, за да оценят деформацията и вибрациите на конструкцията. Резултатите от експеримента потвърдиха изчисленията: максималната деформация възлезе на 12 mm, а собствената честота на прекритието надхвърли 8 Hz. Според оценката на екипа, образецът отговаряше на изискванията за прогиб и вибрации за многоетажни сгради.

Следващият етап е преходът от демонстрационен образец към реално строителство. Първият пилотен проект вече е в процес на разработка, град Оберкохен в Баден-Вюртемберг планира триетажна сграда Zukunftsforum с площ от 1400 m². В него ще бъдат разположени изложбени зали, работни пространства, ателиета и лаборатории. Изследователите разчитат, че използването на съществуващите технологии за производство на лепена дървесина ще позволи мащабирането на UniversalTimberSlab за по-големи строителни проекти.