Catherine De Wolf: Hoge bomen vangen veel wind

Door de bevolkingsgroei en de hieruit voortvloeiende behoefte aan extra woningen is de aandacht voor het verminderen van embodied carbon van primordiaal belang. In 2040 zal driekwart van de wereldbevolking in steden wonen, in vergelijking met de helft vandaag. Elke week verhuizen 1.2 miljoen mensen naar steden. In 2030 zullen drie miljard mensen nieuwe woningen nodig hebben[1]. Toekomstige ingenieurs en architecten moeten wereldwijd beantwoorden aan deze stijgende woonbehoeften maar tegelijkertijd aandacht blijven besteden aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen. Hoge gebouwen zijn een deel van de oplossing om urban sprawl te bestrijden en daarmee de CO₂-uitstoot van transport te verminderen. De volume-oppervlakte ratio van wolkenkrabbers verlaagt de behoefte aan verwarming en dus het gebruik van operationele energie. Echter, de uitdaging van de huidige hoge gebouwen bestaat in hun inherente behoefte aan meer structurele materialen. Fazlur Khan[2] introduceerde het begrip "hoogtepremie": met een groeiend aantal verdiepingen, neemt het gewicht niet alleen toe als gevolg van versterkende kolommen en muren, maar ook door de toenemende windbelasting. Onderzoek is nodig naar het optimaliseren van structuren en materiaalgebruik in hoge gebouwen. We kunnen bijvoorbeeld massief hout gebruiken om wolkenkrabbers te ontwerpen.

Grote bedrijven zoals Skidmore, Owings & Merrill (SOM) bestuderen de mogelijkheid om houten wolkenkrabbers te bouwen. In architectuur, ingenieurs- en milieuwetenschappen zoeken we naar de juiste materialen voor bepaalde toepassingen. Soms is een hybride structuur het beste antwoord. Conventionele gebouwen gebruiken beton en staal, respectievelijk verantwoordelijk voor iets minder dan 10%[3]^,[4] en 9%[5] van de antropogene uitstoot van broeikasgassen. SOM testte en valideerde onlangs met succes een nieuwe houten bouwtechniek met betonnen aansluitingen voor wolkenkrabbers. Door materialen te combineren kunnen we meerdere eigenschappen zoals brandveiligheid, sterkte en gewicht optimaliseren.

In de nabije toekomst zullen steeds meer hogere gebouwen in hout en hybride materialen worden gebouwd. Een voorbeeld van een volledig houten structuur voor een gebouw van acht verdiepingen is het Wood Innovation and Design Centre, die verschillende innovatie- en architectuurprijzen heeft gewonnen. In zijn TED-talk vertelt de ontwerper Michael Green het verhaal van zijn cliënten die de houten kolommen omhelzen alsof het bomen waren. Hij merkt op dat hij nooit iemand een stalen of betonnen kolom heeft zien omhelzen.

 “Wood is the most technologically advanced material I can build with. It just happens to be that Mother Nature holds the patent of it and we are not comfortable with that. But that’s the way it should be: nature’s fingerprints in the built environment.”

Michael Green, February 2013, TED talk, Vancouver.

Ik bewonder ook de warmte van houten structuren en structurele optimalisatie. Er is echter nog extra onderzoek nodig om zeker te weten dat deze nieuwe technieken effectief de carbon footprint van gebouwen kunnen verminderen. Na de piramides, de kathedralen, de Eiffeltoren, de Empire State Building en de vele recente wolkenkrabbers, is het belangrijk om iconische architectuur te optimaliseren. Innovatie in groeiende steden en wolkenkrabbers, die tegelijkertijd de klimaatopwarming bestrijdt, zal de nieuwe uitdaging zijn. Alternatieve materialen, maar ook structurele vindingrijkheid zijn van vitaal belang voor de volgende generatie hoge gebouwen.

[1] UN-Habitat (2016) Housing & slum upgrading, from: unhabitat.org/urban-themes/

[2] Khan F.R. and Rankine J. (1981) Tall building systems and concepts. New York: American Society of Civil Engineering, 1337p.

[3] JRC (2015) “Trends in global CO2 emissions.” PBL Netherlands Environmental Assessment Agency, European Commission

[4] Fernandez J. (2006) Material Architecture: emerging materials for innovative buildings and ecological construction, Architectural Press, An imprint of Elsevier, USA: Burlington.

[5] Pauliuk, S., Milford, R., Mülller, D., and Allwood, J. (2013) “The Steel Scrap Age” Environmental Sciency & Technology