Als bezoekers het centrum van Vancouver binnengaan via de wijk False Creek Flats, is het eerste wat ze zien de Hive: een kantoorgebouw van tien verdiepingen, gebouwd van hout en in de vorm van een gigantische bijenkorf. Achter de buitenkant met zwemvliezen verbergt het gebouw een intelligent ontwerpsysteem dat het gebouw onderhoudt veilig voor aardbevingen door het te laten zwaaien, schudden en bezinken.
The Hive, ontworpen door een in Toronto gevestigde architectuurstudio Dialoogis het hoogste aardbevingsbestendige gebouw gemaakt van dit materiaal massa hout in Noord-Amerika. Door het massieve hout te vervangen door een constructie van staal en beton, legde het gebouw in totaal 4.403 ton CO2 vast; het equivalent van het van de weg halen van 1.300 auto’s gedurende een jaar. En volgens Martin Nielsen, een dialoogpartner, is massief hout van nature beter bestand tegen seismische activiteit dan staal en beton.
Ondanks deze voordelen zijn grote houten constructies zoals de Hive zeldzaam. Terwijl houten constructie is gebruikelijk Vóór de 20e eeuw waren deze materialen door de massaproductie van staal en beton de dominante bouwmaterialen van de afgelopen eeuw. De laatste tijd is er echter weer belangstelling voor massale houtbouw in steden zoals New York, Milwaukeeen Vancouver, onder andere, als een manier om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Momenteel zijn er ca 2.700 massieve houten gebouwen zowel gebouwd als in aanbouw in de VS – meer dan twee keer zoveel als in 2022.
In regio’s die gevoelig zijn voor aardbevingen, zoals West-Canada, betekent deze hernieuwde belangstelling dat architectenbureaus als Dialog hetzelfde beginnen te doen experimenteren met strategieën waardoor massale houten gebouwen gebruikelijker en veiliger zouden kunnen worden. Met Hive is hun oplossing een verbindingssysteem dat zijn primaire ontwerp ontleent aan de platentektoniek.
“Beton is het ergste”
Het Hive-concept begon ongeveer tien jaar geleden toen een biologisch landbouwbedrijf op zoek naar een nieuw hoofdkantoor Nielsen benaderde. Hoewel de klant de ruimte uiteindelijk niet kon gebruiken (het gebouw zal nu dienen als kantoor van de verzekeringsmaatschappij van British Columbia), bleef het oorspronkelijke mandaat van kracht: een duurzaam, op hout gebaseerd gebouw dat de weg zou helpen vrijmaken voor toekomstige massale houtontwikkeling in Canada.
Het gebruik van hout om op grote schaal te bouwen is zeker niet ongebruikelijk. Er bestaan andere voorbeelden, zoals in Milwaukee MKE-gebouw 25 verdiepingen beklimmende 18 verdiepingen tellende Mjøstårnet-toren in Noorwegen, en de Universiteit van British Columbia Tallwood Brock Commons-huis met 18 verdiepingenmaar de meeste zijn uitzonderingen op de regel. Het probleem, zei Nielsen, is dat bouwvoorschriften en -beleid sinds de industriële revolutie gebaseerd zijn op staal- en betonconstructies. De kostenefficiëntie van beton, evenals de potentiële risicofactor voor houtbranden, zijn twee belangrijke factoren die in de loop van de tijd onderdeel zijn geworden van het beleid.
Zelfs nadat ontwikkelaars de zware taak hebben volbracht om goedkeuring te krijgen voor massale houtbouw, worden ze geconfronteerd met veel hogere verzekeringspremies. En in het geval van Hive, dat zich in een regio bevindt waar strikte bouweisen gelden vanwege potentiële seismische activiteit, kreeg Dialog te maken met de extra eis om een zeer aardbevingsbestendige houten constructie te ontwerpen.
Maar hoewel staal en beton al tientallen jaren standaard bouwmaterialen zijn, heeft hout volgens Nielsen feitelijk een natuurlijk vermogen om aardbevingskrachten te weerstaan. In feite wordt het al eeuwenlang gebruikt in gebieden die gevoelig zijn voor aardbevingen, incl in het oude Japanwaar pagodes en houten paviljoens zijn ontworpen om mee te bewegen met seismische activiteit, en niet ertegenin.
“Beton is het ergste”, zei Nielsen. “Het is erg stijf, broos en breekt.” Zodra het kapot gaat, voegde hij eraan toe: “Het is afval.” Bij een zware aardbeving kunnen stijve stalen en betonnen gebouwen blijven staan, maar wordt de constructie vaak beschadigd. Maar “hout heeft een lichte kromming”, vervolgt Nielsen. “Bij een grote aardbeving kan het glas uiteraard loskomen, maar de constructie blijft stevig.”
Hoe speciale verbindingen Hive veiliger maken tegen aardbevingen
De meeste post-geïndustrialiseerde gebouwen vertrouwen op een betonnen kern (waar in bijna elke wolkenkrabber de liftschachten en trappenhuizen zich bevinden) als primaire stabiliserende steun. The Hive heeft helemaal geen kern; in plaats daarvan zijn de seismische krachtbestendige eigenschappen verborgen in de façade.
Tijdens de eerste testfase besloot het team van Nielsen een structureel systeem met omtrekversterking te gebruiken om overmatig gebruik van beton te voorkomen. Zonder kern om de stabiliteit van het gebouw te behouden, moeten de buitenmuren stevig zijn en aardbevingsbewegingen kunnen absorberen.
Om te beginnen hebben de ontwerpers een mock-up van de structuur gemaakt, waarbij gebruik wordt gemaakt van diagonale houten balken om de krachten gelijkmatig over de tien verdiepingen van het gebouw te verdelen. Tijdens het testen ontdekten ze dat deze diagonaal geplaatste granaat onvoldoende was om een mogelijke breuk bij een aardbeving te voorkomen. Dus gingen de ingenieurs terug naar de tekentafel en kwamen met iets dat ‘tektonische verbindingen’ werd genoemd.
Dit tektonische verband werd ontdekt na de dodelijke aardbeving in Christchurch, Nieuw-Zeeland, in 2011, toen tientallen mensen omkwamen in ingestorte gebouwen. Dit is het onderdeel dat ervoor zorgt dat de verbindingen van de stabilisatorbalken lichtjes kunnen verschuiven in het geval van een aardbeving, waardoor het hele gebouw kan buigen om de impact te absorberen.
“Het is altijd verticaal gecentreerd, zodat de structuur opnieuw kan worden gebruikt”, zei Nielsen. “Normaal gesproken moet je bij een seismische gebeurtenis het gebouw neerhalen. Het gebouw probeert die krachten af te voeren, en of het nu beton of staal is, het gebouw zal bezwijken of volledig falen. Tektonische koppeling is dus een interessante ontwikkeling.”
Dialog voegde deze verbindingen toe aan het hele ontwerp en ging vervolgens naar de Universiteit van Alberta, waar ze een volledige mock-up van een hele verdieping van het gebouw maakten om seismische krachten te simuleren. Deze kleine, onmerkbare zwaaiverbinding bleek effectief: The Hive doorstond tests op aardbevingsgereedheid en werd goedgekeurd voor constructie.
Een houtrevolutie
Toen het tijd werd om Hive daadwerkelijk te bouwen, werkte Dialog samen met lokale bedrijven om hout uit duurzaam beheerde bossen te betrekken. De hoeveelheid hout die is gebruikt om het gebouw te maken, zou volgens Nielsen slechts 42 minuten nodig hebben om op natuurlijke wijze in heel British Columbia te regenereren.
Ondertussen vereist de houtverwerking een minimale uitstoot van broeikasgassen en zorgt ervoor dat elk blok CO2 gedurende de hele levensduur van het gebouw ingesloten blijft – met andere woorden, uit de atmosfeer. Bij brand is Hive ter plaatse voorzien van een sprinklerinstallatie en watertank. Elk blok heeft een extra breedte van bijna tien centimeter, zodat de houtstructuur bij het verbranden enkele uren stevig blijft.
“Het aanbod van hout is niet het probleem”, zegt Nielsen. “We hebben gesproken met bosbouwers, houthakkers en bosecologen, en we kunnen al onze gebouwen uit hout bouwen.”
Nielsen gelooft dat gebouwen zoals de Hive de eerste stap zijn naar meer steun voor massale houtbouw. Nadat Dialog de eerste weergaven van het project had gepubliceerd, accepteerde het bedrijf deze zelfs financiering van $ 3,5 miljoen CAD (ongeveer $2,5 miljoen USD) van National Resources Canada, een federale organisatie die zich inzet voor het stimuleren van houtinnovatie, $ 500.000 CAD (ongeveer $366.000 USD) uit de provincie British Columbia.
Het bedrijf is nu al van plan zijn ambities op het gebied van massahout nog verder te verwezenlijken. Nu, zegt Nielsen, heeft hij een ontwerp klaar voor een massief houten gebouw van negentig verdiepingen. Hij heeft daarvoor alleen nog een klant nodig.
“We zijn erg optimistisch over de toekomst”, zei Nielsen. “De Canadese federale overheid heeft 13 miljard dollar toegezegd om meer woningen te bouwen, en wij vinden dat elk onderdeel van die woningen van hout moet worden gemaakt.”
