クロスで構築する 5 つのメリット

Jul 22, 2023

建設は世界の二酸化炭素排出量の約 40% を占めており、人為的な気候変動の主な要因の 1 つであるため、設計者、建設業者、その他の業界関係者は、再生可能素材と持続可能なデザインをプロジェクトに組み込むことで、環境フットプリントの削減に取り組んでいます。

直交積層木材 (CLT) は、米国全土の住宅および商業構造物の両方で人気のある材料として浮上しています。 1990 年代にヨーロッパで元々開発された CLT は、構造グレードの木材を数層交差させて接着して作られた木材製品です。

CLT は、5 分の 1 の軽さにもかかわらず、コンクリートと同等の強度重量比を備えているという点でユニークです。 CLT が初めて国際建築基準に組み込まれた 2015 年以来、この材料は壁、屋根、床、さらには天井を形成するための持続可能な代替品として使用されてきました。

ノースカロライナ州立自然資源大学森林生物材料学科のルーベン・B・ロバートソン教授であるスティーブ・ケリー氏は、最近、米国森林製品研究所と提携して、高層木造建築物にCLTを使用することによる経済的および環境的利点とコストを調査しました。

私たちは、耐火性や耐震性から炭素隔離に至るまで、住宅やその他の構造物の建設に CLT を使用する利点について詳しく知るために、バイオマスからのエネルギーと材料の持続可能な生産に研究を焦点を当てているケリー氏に話を聞きました。 私たちが知ったことは次のとおりです。

ほとんどの科学者は、石炭や天然ガスなどの化石燃料をエネルギーとして燃やすなど、人間の活動による温室効果ガスの排出が、過去 1 世紀にわたって地球温暖化を加速させてきたことに同意しています。

建築資材の製造は世界の温室効果ガス排出量の 11% を占めており、1 トンのセメントを生産すると、大気中に最も多く存在する温室効果ガスである二酸化炭素が約 1 トン排出されます。

CLT は木材でできているため、建物の耐用期間中に炭素を貯蔵し、追加の炭素を捕捉することもできます。 実際、研究者らは、ハイブリッド中層 CLT 商業ビルは、建物の設計に応じて、地球温暖化係数を 15 ～ 26% 削減できることを発見しました。

ケリー氏は、木材は鉄鋼やコンクリートほどエネルギーを大量に消費しないため、CLTの製造プロセスでの炭素排出量が少ないと述べた。 また、持続可能な方法で管理された森林から木材が収穫されると、CLT は炭素循環を生み出します。

森林は炭素吸収源として機能します。木は大気から二酸化炭素を除去し、光合成によって二酸化炭素を木材に変えます。 木が伐採され、建物の建設に使用されると、建物内に炭素が蓄積され続けます。

地主が木を伐採するたびに1本か2本の新しい木を植えると、新たな成長によって炭素隔離の新たなサイクルが始まり、そのサイクルは木が伐採されてCLTパネルとして構造物に組み込まれるまで続きます。

米国全土で毎年数十万件の建造物火災が発生しているため、建設プロジェクトに可燃性木材を使用するという決定は危険に思えるかもしれません。 しかし、研究によると、適切に設計された CLT 構造は大幅な耐火性を提供します。

Wood and Fiber Science誌に掲載された2019年の研究では、CLT構造は崩壊するまで90分以上の燃焼に耐えられることが判明した。 それに比べ、木造平屋建て住宅はわずか17分で倒壊した。

ケリー氏は、CLTはキャンプファイヤーの大きな丸太のように機能し、厚いパネルが十分にゆっくりと燃焼するため、火災にさらされた場合でも建物の構造が長時間安定していると述べた。

CLTパネルの表面は、火災にさらされると黒い「焦げ」の層になります。 この層は断熱材として機能し、パネルの未燃コアを温度の過度の上昇から保護します。

「CLTパネルを厚くすればするほど、保護炭層の形成が良くなります」とケリー氏は言う。

ケリー氏は、より高い木造建築物の建築基準要件を満たすために必要とされるように、CLTを乾式壁の保護層でカプセル化することで、防火性をさらに高めることができると付け加えた。

米国地質調査所によると、約 1 億 4,300 万人のアメリカ人が、今後 50 年間 (建物の平均寿命) にわたって、地震によって構造的損傷が生じる可能性がある地域に住み、働いています。

建物の耐震性能は建材の強度と重量に関係します。 ケリー氏によると、CLTは強くて丈夫で軽量な素材で、地震に対して優れた性能を発揮するという。

さらに、CLT 構造はフレームが軽量であるため、完全に鋼鉄やコンクリートで作られているものと比較して、地震時に倒壊して住民に大きな負担を与える可能性が低くなります。

2007年、イタリアと日本の共同研究チームは、7階建てのCLTビルを「振動台」上でテストした。 研究者らは、この建物が 50,000 棟以上の建物を破壊した 1995 年の神戸地震の地震力に耐えることができることを発見しました。

CLT は耐震性能を向上させることができますが、建築家は安全要件を満たすために材料の組み合わせを頻繁に使用します。

ケリー氏によると、高層ビルの床など一部の用途では、木材の柔軟性に限界があり、構造を「強化」する1～2インチのコンクリートを追加することで克服できるという。

「時は金なり」という古い格言は特に建設プロジェクトに当てはまります。建設業者が利益を上げる能力は、期限までにプロジェクトを完了できるかどうかにかかっています。

コンクリートやその他の従来の建築材料とは異なり、CLT パネルはオフサイトの製造施設で事前に製造し、内部支持要素間に必要な接合部が少ないため、より短時間で設置できます。

ケリー氏は、コンクリートの設置プロセスには型枠、支保工、鉄筋による補強が必要だと述べた。 一方、CLT を使用すると、建設作業員がプレハブ パネルをクレーンで所定の位置に運び、コネクタを設定して、コンポーネントを結び付けることができます。

2016 年、ブリティッシュ コロンビア大学は、CLT とコンクリートと鉄骨コンポーネントのハイブリッド設計を組み込んだ 18 階建ての学生集合住宅、ブロック コモンズを 70 日以内に完成させました。

「CLTは層ごとに組み立てることができるため、非常に簡単に設置することができます」とケリー氏は言う。 「周囲の道路を1年以上閉鎖しなければならない可能性がある都市部に建物を建てている場合、これは大きな利点です。」

ケリー氏は、「建設時間を短縮することで、コストを節約できるだけでなく、地域社会を幸せに保つことにもつながります。」と付け加えました。

アメリカの建物は何千もの材料で作られており、その多くは中国やその他の国から輸入されています。 この資材のアウトソーシングは建設業者にとってコストを節約できる一方で、米国の雇用統計に悪影響を及ぼします。

多くの米国企業が製造能力を他国に委託しているため、米国社会は潜在的な雇用の機会を失い、健全な経済成長を維持するための重要な要素となっています。

労働統計局のデータによると、1969 年以降、アメリカの製造業はすでに 750 万人の雇用を失っています。建設業界は CLT を使用することで、地元の製造施設の雇用を支援できます。

ケリー氏は、CLTパネルは南東部と太平洋岸北西部の両方の私有林で見られるさまざまな樹種から作ることができ、その一部は木材生産のために管理されていると述べた。

木が伐採されると、加工のために地元の製材所や製造施設に運ばれます。 同時に、伐採された森林は再植林され、持続可能性のサイクルが終了します。

「鉄鋼もコンクリートも長距離を輸入または輸送される可能性がある」とケリー氏は述べた。 「この産業を発展させるにあたり、木材は建設現場からわずか50～160マイル離れた製造施設から調達されるべきです。」