Aluminiumfasader og trematerialer
Mange nye signalbygg med massivtre som bærestruktur benytter hovedsakelig aluminium i glassfasader og vinduer. Avhengig av hvordan samvirket mellom treverk og aluminiumfasader prosjekteres, vil en kunne stå overfor ulike utfordringer når fasader av metall og glass skal kombineres med trematerialer.
Boligblokken i Bergen med det beskrivende navnet «Treet» stod ferdig allerede for tre år siden. Siden har flere nærings- og boligbygg med massivtre som bærestruktur sett dagens lys. Nybygget til SR Bank i Stavanger er i ferd med å ta form og det samme gjelder for kontorbygget «Valle Wood» i Oslo.
I Brumunddal er Mjøstårnet i ferd med å sette en foreløpig verdensrekord med mer enn 85 meter byggehøyde. Alle byggene har imidlertid noe mer utstrakt bruk av treverk som fellesnevner, nemlig at det i ytterhuden hovedsakelig er benyttet aluminium i glassfasader og vinduer. Avhengig av hvordan samvirket mellom treverk og aluminiumfasader prosjekteres, vil en kunne stå overfor ulike utfordringer.
Materialkombinasjoner i fasaden
Fasadesystemer av aluminium eller stål ivaretar primærfunksjonene i bygningens ytterhud. Regn- og vindtetthet, isolerende egenskaper, gjerne kombinert med støy-demping, innbrudds- og brannmotstand finnes som ferdige pakkeløsninger der en bred palett av arkitektoniske muligheter også hører med. I tillegg sørger innvendige bæreprofiler i ulike dybder for at fasade-systemene langt på vei kan håndtere statiske krav.
Med en primær bærestruktur i massivtre kan i utgangspunktet påhengsfasaden henges opp utenpå på tradisjonelt vis med hjulkammer-profiler som håndterer vindkrefter og egenlast.
Det er også mulig å benytte såkalte null-profiler uten hulkammer som monteres direkte på en bæreprofil av treverk. Løsningen er produksjonsmessig arbeidskrevende og en skal påse at materialene kan bevege seg uhindret i forhold til hverandre ved temperatur-endringer.
Når det vertikale stenderverket består av tre med påmonterte null-profiler (se eksempel 1) er sjansen stor for at samme utførelse må gjennomføres horisontalt. Horisontale profiler med hul-kammer vil nemlig ikke uten videre kunne sammenføyes med vertikale null-profiler. Tunge glass i trelags utførelse og gjerne store formater, krever robuste profiler som kan ta opp lastene med mindre de får hjelp av bakenforliggende treverk.
Eksempel 1.
For Finansparken i Stavanger er det benyttet en modifisert null-profil. Denne skal ta opp egenlast og vindpåkjenninger av glass-skiver som er montert 90° på fasaden og inn i profilen.
Løsningen fordrer et omfattende antall skruer for å sikre tilstrekkelig samvirke mellom aluminiumprofilen og treverket.
Nok et viktig moment å være klar over, gjelder situasjoner der trestenderverket utføres med større bredder enn aluminium-profilene på utsiden. En vil da ende opp med trange spalter mellom treverk og glasset der en risikerer kondensproblemer og muggdannelse.
Materialhybride elementfasader?
Elementfasader innebærer at ferdig-produserte enheter henges opp på fasaden og tres i hverandre ved at to profilhalvdeler sammenføyes.
Byggemåten har sine fordeler siden komplette enheter kan gjøres ferdig under kontrollerte forhold på verksted og monteres effektivt på byggeplass.
Teoretisk kan en se for seg muligheten av et elementsystem der bæringen i treverk kombineres med ytterhuden av aluminium, men en slik kombinasjon vil foreløpig være vanskelig å realisere gjennom en leverandør.
En kombinasjon av to materialer vil bli dyrere material- og arbeidsmessig siden en komplett funksjon kan ekstruderes i aluminium i en operasjon. Ulike material-egenskaper og leverandører samt en mer omstendelig fremstilling og montasje vil sannsynligvis gjøre et slikt system ulønnsomt.
Tre som utvendig materiale
Elementfasadene på «Valle Wood» er utført på tradisjonelt vis, men med utvendig kledning i treverk framfor glass, metall eller stenplater.
I andre sammenhenger har treverk vært evaluert som et mulig alternativ for utvendige dekklister av aluminium på fasadesystemer. Dette vil i praksis endre en allerede dokumentert løsning, slik at systemgarantier ikke lenger vil være gyldige, og fasadens tetthet over tid vil være usikker all den stund tre er et levende materiale.
Teoretisk kan en tenke seg at fasade-systemets utvendige klemprofil, dvs. den som fastholder glasset, benyttes i kombinasjon med treverk. Dette vil i så fall kun være et estetisk grep siden den ikke vil erstatte noen vesentlig mengde aluminium, og det vil igjen være snakk om en fordyrende løsning som fordrer mer vedlikehold.
Utfordringer / løsninger
Ny teknologi åpner for spennende mulig-heter med tre som byggemateriale.
Motivasjonen for dagens økende bruk drives først og fremst av samfunnets krav til bærekraft.
Videre ser vi på tre som et typisk nordisk materiale som vi liker å betrakte som et kortreist produkt, selv det tilbakelegger lange fraktavstander før det når fram til byggeplassen. Treverk som skiftes ut i bygg ses gjerne på som fullstendig resirkulerbart selv om det med sitt innhold av impregnering og overflatebehandling faktisk sorterer under spesialavfall.
På liknende måte fortelles historier om aluminium som et fullstendig resirkulerbart materiale som for «evig tid» kan gjenvinnes fullstendig med lavt energiforbruk. Dette er også riktig, men når vi samtidig vet at menneskets akselererende aktiviteter på jordoverflaten årlig krever nesten 75 prosent mer materiale enn hva som er tilgjengelig som skrap forstår vi at anvendelsen av dette materialet også har sin pris.
Lang levetid på aluminium i bruk kombinert med sterk etterspørsel krever omfattende utvinning av nye råstoffer.
Alle materialer har sine styrker og svakheter, både funksjonelt og i miljø-perspektiv. Det er derfor viktig å evaluere helhetlig bruk av materialer. Tre og aluminium har begge styrker og svakheter. For å ivareta funksjonene i bygningens ytterhud illustrerer praktisk anvendelse at aluminium besitter viktige og nyttige egenskaper.
Materialet krever begrenset vedlikehold og det har svært lang levetid. Komponenter med åpningsfunksjon vil med enkelt vedlikehold fungere problemfritt gjennom produktets levetid.
Som vi har sett kan fasader utføres i en kombinasjon av tre og aluminium, men byggemåten er mer arbeidskrevende. Kombinasjonen av to ulike materialer fordrer ekstra oppmerksomhet i detaljeringen.
Kombinasjonen vil påvirke det arkitektoniske uttrykket, men det er ikke opplagt at en totalt sett oppnår noen miljømessig gevinst.
I et byggemarked der de med visjoner for fremtiden ser for seg en økende grad av industriell, automatisert produksjon kan en forestille seg at først og fremst enkelt formbare materialer vil stå sterkt sammen med komponenter som kan demonteres og gjenbrukes uten energikrevende nyproduksjon.
Forhåpentligvis vil likevel fortsatt et mangfold av materialer med sine estetiske og bygningstekniske egenskaper være med og bidra til bygg og omgivelser som er gode å oppholde seg i.
Artikkel er skrevet av Thomas Aasen og er tidligere publisert i Glass & Fasade.
Bærekraftige fasader av aluminium og glass?
Innovativ teknologi åpner for å skape dristig arkitektur kombinert med multifunksjonelle fasadeløsninger. Smart planlagt, gjerne i et bredt tverrfaglig samarbeid, og utført med riktig anvendelse av materialene vil fasader av aluminium og glass være bærekraftige alternativer i fremtidens bygg.
Innovasjonstakt og omstillingsevne fremheves i ulike bransjer som nødvendige egenskaper for at virksomheter skal ha livets rett over tid. Byggebransjen har lenge vært beskyttet mot større endringer og er beskyldt for å være sidrumpet og konservativ. Kanskje skyldes det måten næringen er organisert på ved at ulike faggrupper involveres uavhengig av hverandre? Byggets grovstruktur finner sin form tidlig i planleggingsprosessen og ulike produktleverandører får begrenset mulighet til å tilby og argumentere for nyvinninger og alternative løsninger innen sitt fagfelt. Kanskje kommer også nye løsninger i konflikt med andre produsenters fasttømrede domene der byggverkets beste må vike for kortsiktig egennytte.
Tverrfaglig samarbeid gir resultater
En av de viktige erkjennelsene fra arbeidet med «Powerhouse»-prosjektene var at tverrfaglig samarbeid er verdifullt og gir et bedre sluttresultat enn tradisjonell organisering av byggeprosessen.
Det gjennomførte rehabiliteringsprosjektet på Kjørbo har vist at energipositive bygg er gjennomførbare i Norge. Få trodde det på forhånd og slett ikke at det kunne realiseres ved hjelp av eksisterende standardprodukter og løsninger.
Byggets miljømessige fotavtrykk genereres av energiforbruket over byggets levetid sammen med energiforbruket og CO2-avtrykket de enkelte byggematerialene representerer fra framstilling til gjenvinning eller deponering.
En bygnings yttervegger har avgjørende betydning for energiforbruk og komfort for brukerne. Fasader av aluminium og glass har tidvis blitt beskyldt for å representere energisluk som må unngås. Materialene anklages også for å påvirke energiregnskapet negativt siden de inneholder mye bundet energi. Begge deler kan være riktig.
«Men ved klok planlegging og anvendelse kan materialene bidra positivt til en bygnings kvaliteter.»
Hvorfor fasader av aluminium og glass?
Utstrakt bruk av aluminium som fasademateriale vokste frem gjennom siste halvdel av det tjuende århundre. Til å begynne med manglet profilsystemene brutt kuldebro eller de hadde begrensede isolerende egenskaper. Det samme gjaldt glassene som ble benyttet. På 1980-tallet var profilsystemer for vinduer, dører, påhengsfasader og glasstak utseendemessig utviklet slik vi kjenner dem i dag. Med hensyn til isolerende egenskaper har begge materialer over de siste tretti årene gjennomgått en revolusjon der glass oppnår U-verdier på 0,5w/m2K mens profiler av aluminium i mange tilfeller underskrider det såkalte passivhus-kravet på 0,8.
Forbedret teknologi åpner for at store og tunge glass kan monteres i fasadesystemene. Glassflatene åpner for kontakt mellom bygningens indre og naturen utenfor. Dagslys og utsyn utgjør viktige faktorer for trivsel. Uønsket solinnstråling kan innebære økt behov for kjøleenergi, men benyttet på en kreativ måte representerer de samme solstrålene et tilskudd til oppvarmingen av bygget.
Med aluminium kan spesialløsninger til et prosjekt enkelt utformes uten store kostnader. Elementfasader der alle funksjoner implementeres i store enheter produsert på verksted reduserer risikoen for feil og åpner for hurtig montasje uten bruk av stillaser på byggeplass. Takket være formbarheten og lav vekt på byggematerialet er dette mulig. Lavere vekt på fasadene reduserer også belastningen på byggets hovedstruktur som dermed kan dimensjoneres med redusert materialbruk.
Aluminium korroderer ikke under normale forhold, krever lite vedlikehold og har derfor lang levetid. Med dagens nivå på isolerende egenskaper vil en fasade av aluminium rent teknisk kunne bestå langt utover femti års levetid som ligger til grunn for EPD-beregninger.
Aluminium vedlikeholdes i prinsippet med såpe og vann og påføres heller ikke maling eller beis som representerer en vedlikeholds- og miljøutfordring.
Aluminium som vugge-til-vugge produkt
Aluminium er et svært vanlig grunnstoff som finnes bundet til andre materialer i jordskorpen, hovedsakelig i et belte rundt ekvator. Råstoffet til aluminium raffineres fra bauksitt i en prosess som ved første gangs fremstilling er relativt energikrevende. Verdenssamfunnets økende fokus på energiforbruk og bærekraft er imidlertid en pådriver for en kontinuerlig effektivisering av produksjonsmetodene. I følge Hydro er energiforbruket ved produksjon av primæraluminium ved deres fabrikker redusert med 70% over de siste 100 årene og utslippet av klimagasser er redusert med mer enn 75% siden bare siden 1990.
Gjennom medlemskap i ASI, Aluminium Stewardship Initiative, arbeider de store aktørene innen produksjon og foredling av aluminium for å sikre en bærekraftig fremtid ved å utvikle felles standarder, sertifiseringer og transparens.
Flere fordeler med aluminium som byggemateriale er allerede nevnt; det har lav vekt kombinert med gode statiske egenskaper. Det er svært holdbart og krever minimalt med vedlikehold.
Det faktum at 75% av aluminium benyttet i bygg fremdeles er i bruk forteller også om et holdbart materiale bidrar til lang levetid på bygningsmassen.
Aluminium er i prinsippet 100% resirkulerbart. I følge EAA, European Aluminium Association, samles nesten 95% inn fra rivnings-prosjekter innen bygg og nesten hele volumet benyttes inn i nyproduksjon. Ved annen gangs produksjon av aluminium behøves kun ca. 5% av energien som krevdes ved første gangs produksjon.
«Det betyr at for hver gang aluminium gjenbrukes forbedres metallets miljøprofil.»
Dette er grunnen til ønske om større andel resirkulert aluminium inn i byggeprosjekter. Rent teknisk er dette mulig da det har vært gjort vellykkede forsøk med opp mot 80% andel resirkulert materiale i profiler til vindusproduksjon. Prosesser for effektiv storskala håndtering av høykvalitets aluminium produkter er foreløpig ikke etablert av den enkle grunn at tilgjengelig skrapmateriale kun utgjør 20-25% av verdens etterspørsel. Så lenge all innsamlet aluminium gjenbrukes vil ikke en høyere resirkulert andel styrt til byggeindustrien gi et forbedret miljøregnskap.
Når det gjelder tall for bruk av resirkulert materiale i nyproduksjon presiserer EAA at det er viktig å skille mellom «recycled content» og «end-of-life recycling rate». Førstnevnte kalkulerer inn skrapmateriale og avkapp fra produksjon, dvs. aluminium som i prinsippet produseres to ganger før det anvendes. «End-of-life recycling rate» forteller derimot hvilken andel av nyproduksjonen som faktisk stammer fra innsamlede allerede anvendte aluminiumsprodukter.
Fasadens innvirkning på Breeam-poeng
Som bygningens ytterhud er fasadens funksjoner avgjørende for behov for oppvarming og kjøling. Glass i fasaden slipper inn dagslys og potensielt nyttbar solenergi. Transparente flater sørger for utsyn og kontakt med omgivelsene. Åpningsbare elementer kan bidra til bygningens «åndedrett» som sørger for kjøling om natten sommerstid eller komfortventilasjon på dagtid. Utover den energimessige betydningen er flere av funksjonene viktige for menneskelig trivsel og dermed produktivitet.
Rådgivningsfirmaet Drees & Sommer har for Schüco International evaluert hvilke kategorier der fasader av aluminium og glass kan påvirke Breeam sertifisering positivt. Fire av ti områder har betydning og igjen to av disse, «helse og innemiljø» samt «energi», influeres vesentlig av bygningens ytterhud. Evalueringen gir følgende bilde:
Prøvedrift og oppfølging: Dokumentasjon av leverte løsninger samt manualer for service og vedlikehold kommer inn under denne kategorien.
Helse og innemiljø: Dette er en viktig kategori som omfatter «visuell komfort» der god anvendelse av glass og / eller andre transparente materialer i fasaden påvirker dagslysutnyttelsen samt utsyn mot himmelen. Løsninger for skjerming mot uønsket sollys løses med blendingstiltak som ideelt sett ikke utelukker dagslysutnyttelse.
For «inneluftkvalitet» gis det bl.a. poeng for naturlig ventilasjon.
«Termisk miljø» og «lydforhold» påvirkes videre av fasaden.
Energi: Utgjør en annen viktig kategori der fasaden utgjør en viktig komponent for byggets energieffektivitet
Materialer: «Bærekraftige materialvalg» underbygges ved at fasader av glass og aluminium kan dokumenteres med EPD, ECOproduct-sertifikater og fravær av miljøgifter etter den såkalte A20-listen.
Ansvarlig innkjøp av materialer dokumenteres bl.a. ved at ISO 14001-sertifisert.
Fakta miljødokumentasjon:
I land og regioner finnes ulike miljøsertifiseringssystemer, ofte flere i samme land. Totalt sett er Breeam, LEED og DGNB de mest benyttede. LEED, som ble etablert allerede i 1988 av US Green Building Council er sterk på det amerikanske kontinentet og i deler av Asia mens Breeam er utbredt i Europa. Sistnevnte ble grunnlagt av britiske BRE, British Research Establishment, i 1990. DGNB er et system som benyttes nasjonalt i Tyskland og så dagens lys i 2007.
De enkelte systemene er ikke direkte sammenliknbare og sertifiseringene kan dermed ikke vurderes opp mot hverandre. De har felles kriterier, men disse vektlegges forskjellig.
I Norge er i dag Breeam NOR, som er et system tilpasset norske forhold, enerådende. Breeam NOR eies av Norwegian Green Building Council som har medlemmer fra hele verdikjeden i byggenæringen.
BREEAM NOR er utviklet i fellesskap av medlemmene i NGBC som ble etablert i 2010. To år senere ble den første utgaven av Breeam NOR lansert. Denne er senere oppgradert med en ny utgave i 2016.
NGBC har også lagt til rette for at Breeam In-Use (for sertifisering av bygg i drift) og Breeam Communities (for sertifisering av områder) kan benyttes, men da med eventuell sertifisering utført av britiske BRE.
Denne artikkelen er tidligere publisert i Glass & Fasade.
Tekst Thomas Aasen
Forslag til Eurokode for konstruktivt glass på høring
Det skjer interessante og viktige ting rundt utarbeidelse av europeiske standarder for
glass. Teknisk komité 250 i CEN – Den europeiske komiteen for standardisering, utarbeider nå Eurokode for konstruktivt glass.
Av Nils Landa, Bolseth Glass. Medlem CEN TC250/SC11 og TC129/WG8
Komiteen foreslår at glass skal prosjekteres etter samme metoder som andre konstruksjonsmaterialer. Eksempelvis stål, aluminium og betong hvor dimensjonering er basert på NS-EN 1990 Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner. Samtidig tas det hensyn til glassets særegne egenskaper som et skjørt materiale – sprøtt brudd, sensitivt overfor harde støt og slag samt risiko for spontangranulering av varmebehandlet glass.
Foreløpig forslag til Eurokode, Konstruktivt glass – Prosjektering og konstruksjonsregler, består av tre deler:
Del 1: Grunnlag for prosjektering og materialer
Angir blant annet definisjoner, krav til sikkerhet, karakteristiske fastheter og generelle prinsipper rundt dimensjonering av glass komponenter.
Del 2: Glass komponenter belastet ut av planet
Typiske komponenter er glass i vinduer, fasader, dører, gulv og tak utsatt for vindlaster, egenlaster, snølaster og nyttelaster normalt på glassplanet.
Del 3: Glass komponenter belastet i planet, samt tilhørende mekaniske forbindelser
Typiske komponenter er avstivende glassfinner, søyler, bjelker og rammekonstruksjoner utsatt for trykk-, skjær- og bøyespenninger i glassplanet.
Forslaget er til dels omfattende og det en må kalle teknisk komplisert, i alle fall sett i forhold til hva som har vært vanlig i glassbransjen i Norge av regler for dimensjonering av glass. Standardene er utformet under forutsetning av at brukeren har kompetanse og erfaring i prosjektering av konstruksjoner generelt, og i tillegg har kjennskap til glass som materiale og hvordan det kan anvendes i konstruksjoner.
Det innføres helt nye metoder for å klassifisere og prosjektere glass. Glass komponenter skal klassifiseres etter konsekvensene av et glassbrudd, definert som Glass-komponent bruddkonsekvens klasser CCC-0 til CCC-3, og hvor det stilles ulike krav til sikkerhet og dimensjonerings prosedyre i hver klasse.
VEDLEGG «Figur 1.PDF» illustrerer dette.
I CCC-1, -2 og -3 stilles det krav om dokumentasjon i Brudd-grensetilstand (Fracture Limit State, FLS) som i denne standarden er definert som tilstanden i det øyeblikket glasset går i brudd. Det skal altså dokumenteres at glass komponenten har ufarlig brudd for å hindre blant annet personskade. Dette er i tråd med dagens NS 3510. Det vil være tilstrekkelig dokumentasjon at man bruker eksempelvis laminert glass klasse 2(B)2 etter NS 3510 for aktuelt bruksområde og CCC-n klasse.
I CCC-2 og -3 stilles det også krav om at glasset skal ha en viss bæreevne etter brudd i ett eller flere glasslag. Dette kalles Post Brudd-grensetilstand (PFLS, Post Fracture Limit State). I et konstruktivt rekkverk eller i en takbjelke med laminert glass kan det da være krav om at intakte glasslag, som ikke har brudd eller skade, skal ha en viss bæreevne i en nærmere definert tidsperiode. Eksempelvis at den skadede glass konstruksjonen skal bære egenvekten og 25% av nyttelasten i ett døgn, inntil området er sikret og skadet glass er fjernet.
En liten detalj kan nevnes. I bruddkonsekvens klasse CCC-1, -2 og -3 foreslås det krav om Heat Soak testing av termisk herdet glass. Dette har det ikke vært tradisjon for i Norge, og stiller nye krav til bransjen med hensyn til produksjonsutstyr.
Arbeidet med Eurokode for glass er ventet å ta noen år før det kan sluttføres. Foreløpig forslag fra januar 2018 er nå på såkalt informativ høring frem til 30. mars 2018. Forslaget er ikke ferdigstilt i alle deler, men komiteen ønsker allikevel tilbakemeldinger fra bransjen for å sikre riktig kvalitet og brukervennlig utforming av standarden. Det er ventet nytt forslag sommeren 2018 etter at kommentarene fra høringen er gjennomgått i CEN TC250/SC11.
I tillegg til Eurokode for glass arbeider CEN TC129/WG8 med prEN 16612 og 16613. Disse
har vært ute på høring og har blitt godkjent for videre bearbeiding til endelige standarder. prEN 16612 omhandler dimensjonering av ikke-konstruktivt glass i vanlige vinduer og fasader, altså glass som i hovedsak er utsatt for vindlaster normalt på glassflaten. prEN 16613 omhandler laminerte glass og laminatfolier. Standardene er nå under sluttføring i TC129/WG8 hvor de innkomne kommentarene fra høringen blir gjennomgått, besvart og tatt hensyn til i de endelige standardene. Det antas at disse blir utgitt som europeiske og derav også norske standarder i løpet av 2018 eller senest 2019.
LES OGSÅ: Nils Landa er «vår mann» i Brüssel
Kontaktpersoner høring forslag Eurokode for konstruktivt glass:
Standard Norge v/Lisbet Landfald, lla@standard.no
Standard Norge v/Roald Sægrov, ros@standard.no