استفاده از چوب در ساخت و ساز

استفاده از چوب در ساخت و ساز با وجود درختان ، و محصولات مشتق آنها ، هزاران سال توسط جوامع سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است. ساخت و سازهای معاصر ساختمانهای بلند از الوار ، كاملاً یا جزئی ، نشان از علاقه روزافزون به پتانسیل برای ساخت چوب با مقیاسی كه قبلاً قابل دستیابی نبوده است. از آنجا که چوب تنها مصالح ساختمانی قابل توجه است که پرورش می یابد ، تمایل طبیعی داریم که ساختمان در چوب برای محیط زیست مناسب است. اما واقعاً تحت چه شرایطی چنین است؟

مزایای زیست محیطی استفاده از چوب ساده نیست. اگرچه این یک محصول طبیعی است ، از مقدار زیادی انرژی برای خشک کردن و پردازش آن استفاده می شود. بخش اعظم این می تواند از زیست توده درختی ناشی شود ، اما این امر نیاز به سرمایه گذاری در گیاه دارد ، که همیشه در صنعتی که در بین بسیاری از تولیدکنندگان کوچک توزیع شده ، ممکن نیست. و با چوب چه باید بسازیم؟ آیا آسمان خراش های چوبی از این منابع طبیعی استفاده خوبی دارند یا جنبه های دیگری از مهندسی عمران و سازه یا زیرساخت های کلان وجود دارد که این یک استفاده بهتر از چوب است؟ در اینجا ، ما یک تصویر جامع را در نظر می گیریم که از مقیاس علمی دیواره سلولی گرفته تا مهندسی و سیاست های جهانی که می تواند حداکثر جنگل ها و ساخت چوب را به عنوان یک مزیت برای مردم و کره زمین بسازد.

چوب برای ساخت و ساز یکی از بسیاری از محصولات جنگلی است که در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد. در ساختمانها اعم از بزرگ و کوچک استفاده می شود. در اینجا ما برای ساخت ساختمانهای شش یا چند طبقه از چوب ، و بیوشیمی و شیمی اصلاح چوب که می تواند ساختمانهای بسیار بزرگتری را فعال کند ، در نظر می گیریم. برای آینده قابل پیش بینی جهانی عرضه فراوان وجود دارد و اگرچه گرایش جهانی به سمت جنگل زدایی وجود دارد ، اما عموماً ناشی از پاکسازی زمین برای کشاورزی به جای ورود به جنگل است. با این وجود ، ورود به سیستم غیرقانونی یک نگرانی است.

چگونه باید از چوب استفاده کرد؟

در حالی که طرح های ممکن بی حد و حصر وجود دارد ، و ساخت و سازها هم از لحاظ مهندسی و هم در کارهای فرهنگی پایه گذاری می شوند ، از چوب مقاومت نسبت به وزن بالایی برخوردار است و در سازه هایی که وزن زیادی از وزن خود را حمل می کند ، بیشترین کارآیی را دارد. در بسیاری از مناطق جهان کدهای ساختمان سازی مهندسی را از دست می دهند ، بنابراین ارتفاعات بسیار کمتر از آنچه ممکن است در چوب باشد محدود شده است. ما همچنین سؤالات مهم مربوط به عمر سرویس سازه های چوب را تحت تأثیر قرار می دهیم ، که عمدتا تحت تأثیر عملکرد آتش و حساسیت به رطوبت قرار گرفته اند ، و اینکه چگونه می توان با اصلاح ماده طبیعی و استفاده از جزئیات طراحی مؤثر ، این کار را افزایش داد. در حالی که چنین تغییراتی ممکن است دوره جداسازی کربن را به دلیل طولانی شدن عمر افزایش دهد ، اما ممکن است پیامدهای مضر برای سناریوهای پایان عمر داشته باشد.

چرا باید از الوار استفاده کرد؟

چوب های ساختمانی و محصولات جنگلی مهندسی شده برخی از محصولات با ارزش ترین درختان هستند. این نشان می دهد که استفاده از ساختاری برای اقتصادهایی که به جنگلداری متکی هستند مهم است. علاوه بر این ، در پی استفاده اولیه به عنوان ساختار ، بسیاری از کاربردهای ثانویه یا سوم برای ضایعات ساختمانی چوب وجود دارد که ارزش آن را حفظ می کند.

چه زمانی باید از الوار استفاده کرد؟

الوار می تواند از مزایای اقتصادی برای ساخت و ساز برخوردار باشد ، زیرا چوب های مدرن عمدتاً کارخانه ای هستند که برای مونتاژ سریع آماده می شوند. هر دو بازار محلی و جهانی برای چوب وجود دارد ، بنابراین هر یک می توانند در ارزیابی ارزش استفاده از چوب در مقیاس بزرگ اهمیت داشته باشند. فواید زیست محیطی در برخی پروژه ها نشان داده شده است ، اما اندازه گیری یا تعمیم آنها همیشه آسان نیست.

این مقاله مروری قصد دارد تا یک تصویر بزرگ از تأثیرات زیست محیطی استفاده از چوب در ساخت و ساز و گزینه های تأثیرگذار بر این ارائه دهد. تازگی این مقاله این است که بطور خلاصه دانش فعلی را پوشش می دهد و بینش های مهمی را در مقیاس های مختلف در طیف وسیعی از رشته ها ارائه می دهد ، که همه اینها در تأثیر محیطی استفاده از چوب نقش دارند: درختان به عنوان یک منبع ، زیست شناسی سلول های چوبی و ساختار مولکولی ، جنگلداری و شیوه های مدیریت ، پردازش به محصولات ، اصلاح دوام ، طراحی و مهندسی برای برنامه های کاربردی در مقیاس کامل ، ملاحظات پایان عمر و استفاده جهانی ، تجارت و سیاست ها. پس از این ارزیابی ، ما همچنین جهت تحقیقات آینده را برجسته می کنیم که نتایج محیطی را برای ساختن با چنین مواد طبیعی شکل می دهد.

تنوع درخت

توانایی تبدیل شدن به “درخت” در طول تکامل گیاهان بارها به دست آمده است ، بنابراین می توان تنوع زیادی بین گونه های درخت ایجاد کرد. در عصر ما ، وفورترین گروه های تشکیل دهنده درخت در داخل آنژیوسپرم ها (گروه گیاهانی که گل و دانه محصور تولید می کنند) هستند ، اما تقریباً تمام ژیمنوسپرم ها (گیاهانی که بذرهای کشف نشده مانند صنوبر ، کاج ، صنوبر) تولید می کنند نیز هستند. از نظر صنعتی ، چوب به دست آمده از آنژیوسپرم ها (پیاز ، اغلب برگ های برگریز برگ برگ ، از جمله بلوط ، توس ، راش ، خاکستر) به چوب سخت گفته می شود ، و آن را از ژیمنوسپرم ها ، چوب نرم. قابل ذکر است که این نامگذاری لزوماً منعکس کننده خواص واقعی چوب نیست. بالسا (چوب سخت) بسیار نرمتر از چوب نرم نرم است.

درختان – بزرگترین ارگانیسم های روی زمین

گونه های مختلف با نرخ های مختلف رشد می کنند. نمونه هایی از درختان در حال رشد سریع Trema micrantha است که برای بهبود محل اراضی جنگلی استفاده می شود و می تواند پس از هفت سال به 20 متر برسد ، درختان رویال امپرس ، اکالیپتوس (سه متر در سال) و بید و صنوبر. مطالعات انجام شده در مورد حداکثر ارتفاع ممکن درختان موضوعات مختلفی از قبیل الزامات هیدرولیک ، یا گسترش محدود برگ و فتوسنتز در بالای درخت را در نظر می گیرند . علی رغم چنین محدودیت هایی ، بلندترین درختان زنده روی زمین ، Sequoia sempervirens ، که در پارک ملی کالیفرنیا ردوود (شکل 2) یافت می شود ، با بلندترین ارتفاع 115.7 متر می تواند به بیش از 100 متر برسد. بلندترین درخت گزارش شده اکالیپتوس regans در استرالیا بود و حداقل به 143 متر رسید. بزرگترین درختان (از نظر حجم) Sequoiadendron giganteum هستند که حجم تنه آنها تقریباً 1500 m3 تخمین زده شده است. درختان همان گونه که در شرایط متنوع رشد می کنند ممکن است بسیار متفاوت رشد کنند. افزایش درخت زیر درخت درختی که در فضای باز رشد می کند ، دو برابر بیشتر از درختی است که در جنگل ها رشد می کند. یک درخت آزاد ایستاده به طور متوسط ​​2.5 سانتی متر در سال به درخت خود اضافه می کند ، با درختان سریع (مانند سکانس غول پیکر ، چوب ساحلی ساحلی ، صنوبر سیتکا و صنوبر داگلاس) به 5-7.5 سانتی متر می رسد. بعضي از درختان ، به عنوان مثال كاج اسكاتيايي ، آهسته تر رشد مي كنند . تطبیق رشد بهینه و سودمندی درختان برای ساخت و ساز کار ساده ای نیست. به عنوان مثال ، درخت اصلی که برای ساخت و ساز در انگلستان پرورش یافته است صنوبر سیتکا ، یک مخروط وارداتی از شمال غربی اقیانوس آرام آمریکای شمالی است. این می تواند به 40 تا 70 متر ارتفاع برسد ، اما در انگلیس ، جایی که شرایط خفیف تر از محیط بومی آن است ، سرعت رشد آن سریعتر است اما چگالی حاصل از چوب کمتر است. برای برداشت معمولی آن برای 35-45 سال رشد کرده و به ارتفاع 16-23 متر و با قطر تنه 25-40 سانتی متر (با اندازه گیری 1.3 متر از سطح زمین) رسیده است.

زمان چرخش طولانی تر (همانطور که در درختان 80 ساله اندازه گیری می شود) ممکن است چوب را با خصوصیات ساختاری بهبود یافته فراهم کند .

رشد و ساختار درخت

رشد یک تنه توسط دو نوع رویداد حاصل می شود که هر یک توسط قسمت های تخصصی گیاه کنترل می شود. اول توسط شاخه (مریستم آپیکال) واقع در بالای درخت واسطه است و مسئول رشد عمدتا به سمت بالا است. این رشد برای همه گیاهان عروقی معمول است.

درختان همچنین توانایی رشد ثانویه (بر خلاف گیاهان غیر درخت) دارند ، به این معنی که ساقه آنها ضخیم تر می شود. این رشد توسط فعالیت تکثیر کننده کامبیوم عروقی ، گروهی از سلولهای تقسیم کننده که بین آن قرار دارند ، ایجاد می شود و باعث ایجاد زایلم (بافت هدایت کننده آب در قسمت داخلی تنه) و فلوئم (بافت مسئول انتقال مواد مغذی و واقع در آن می شود) می شود.

به دلیل مکانیسم های رشد ثانویه ، قدیمی ترین قسمت درخت در مرکز تنه است. آوند چوبی جوانی است که آب را انجام می دهد. مواد رزین و پلی فنولها متعاقباً این سلولهای مرده را از حمله قارچی محافظت می کنند . نکته مهم برای ساخت و ساز ، چوب قلب و چوب درختان دارای خواص مختلفی هستند.

چوب در لایه های چوب قلب و چوب درختان یکنواخت است. به طور کلی ، درختان حلقه های سالانه تولید می کنند. چنین حلقه هایی منعکس کننده محیط متغیر است. رشد سریع در طول بهار ، چوب اولیه را تولید می کند که متراکم تر بوده و از سلول های بزرگی با دیواره های باریک تر تشکیل شده است که امکان حمل و نقل آب کارآمد را برای پشتیبانی از فتوسنتز شدید فراهم می کند. این دوره با رشد آهسته تر دنبال می شود و “چوب لاته” حاصل می شود ، که توسط سلولهای بسته بندی شده و کوچکتر بسته می شود و تولید آنها برای زمستان متوقف می شود.

هر حلقه سالانه شامل هر دو چوب زود هنگام و اواخر است. در چوب های نرم ، انتقال می تواند تدریجی ، متمایز یا ترکیبی از هر یک باشد.

در چوب های سخت ، رگها ممکن است در چوب اوایل و اواخر (عروق بزرگ در چوب زودرس چوب متخلخل حلقه مانند بلوط ، نارون) از نظر ظاهری متفاوت باشند یا از ظاهر یکنواخت تری برخوردار باشند

برخی از درختان گرمسیری به دلیل رشد مداوم آنها ممکن است رشد سالانه نداشته باشند. در جاهایی که شرایط بطور چشمگیری از چندین بار در سال به طور مطلوب تغییر می کند ، رشد مجدداً آغاز می شود و منجر به ظهور بیش از یک حلقه رشد در سال می شود.

جنگلها به عنوان بخشی از زنجیره تأمین چوب

پتانسیل استفاده گسترده تر از چوب به عنوان مصالح ساختمانی قابل توجه است . افزایش استفاده از چوب ، نگرانی در مورد جنگل زدایی را ایجاد نمی کند. ابتکارات مختلف به دنبال تنظیم استحکام چوب است تا اطمینان حاصل شود که از جنگل های با مسئولیت پذیری سرچشمه می گیرد. علاوه بر این ، مساحت جنگل های اروپا از سال 1990 حدود 107 هکتار (یا حدود 6٪) افزایش یافته است .

جنگل ها بخشی از زنجیره تأمین چوب های چوب نرم و چوب های جنگلی مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز هستند. زنجیره تأمین برای هر ماده اصلی ساخت و ساز (به عنوان مثال فولاد ، بتون ، آجر ، چوب ، سیمان ، شن و ماسه و مصالح) کاملاً مشخص است. با این حال ، زنجیره تأمین چوب منحصر به فرد است. سایر مصالح ساختمانی نیاز به سنگ ، سنگ معدن یا خاک دارند تا به صورت مکانیکی از سطح زمین خارج شوند. برعكس ، چوب لازم است كه سطح خاك دست نخورده باقی بماند ، نهال ها مجاز به جوانه زنی و جنگل ها قبل از برداشت هر گونه درختچه پرورش می یابند.

جنگل ها از نظر مقیاس زمانی بشر طولانی زندگی می کنند ، که توصیه می شود برای برداشت جنگلها بین 35 تا 70 سال ، بسته به نوع و مکان (به طور متوسط ​​یک یا دو چرخش در سال برای بیشتر محصولات غلات) انجام شود. به همین ترتیب ، تغییر در جنگل های ما می تواند بر جامعه و محیط زیست تأثیر بگذارد. با این حال ، باید در نظر داشته باشید که حتی طولانی ترین چرخش جنگل ها فقط چشم پوشی در هر مقیاس زمین شناسی است ، یعنی مقیاس زمانی برای دوباره پر کردن منابع زمین (سنگ ها ، سنگ معدن و خاک) مورد نیاز در زنجیره تأمین سایر مصالح ساختمانی.  در این راستا ، چوب تنها مصالح ساختمانی است که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و می توان آن را واقعاً پایدار دانست.

استفاده از زمین ، مواد مغذی و آب برای جنگلداری

هرگونه تغییر کاربری اراضی بر استفاده ما از منابع طبیعی زمین تأثیر می گذارد. افزایش متوسط ​​تقاضای چوب از ساخت و ساز ، حداقل تا حدودی با مدیریت کارآمد جنگل های موجود و پردازش چوب  بدون تغییر کاربری اراضی ممکن است برآورده شود. در صورت نیاز به زمین بیشتر برای جنگلداری ، منطقی است (به دلیل راندمان حمل و نقل و استفاده از زیرساختهای موجود) بخش اعظم این تقاضا را از طریق گسترش غرفه های جنگلی کنونی برآورده سازد. بخش عمده ای از جنگل های اروپا عمدتاً در عرض های جغرافیایی شمالی یا در حاشیه مناطق کوهستانی اروپای مرکزی و جنوبی قرار دارد . چنین شرایط کوهستانی ، وخیم و سخت ، فرصت کمی برای تولید محصولات غذایی ایجاد می کند و از این رو ، گسترش جنگل های موجود اروپا چالش اندکی برای امنیت غذایی ایجاد نمی کند. بارش باران در این مناطق به طور معمول زیاد است ، بنابراین افزایش جذب آب توسط درختان (اغلب از خاک عمیق ، غیرقابل دسترسی به سایر پوشش گیاهی ، ) در جنگلهای گسترده نگرانی اساسی ایجاد نمی کند.

نتیجه گیری :

در کمترین مقیاس ، باید درک کنیم که چگونه عناصری که ساختار چوب را تشکیل می دهند ، در مقیاس کلان به خواص مختلف آن کمک می کنند. در بزرگترین مقیاس ، ساختمانهای بزرگ با مهندسی با چوب ممکن است به خواص ماده ای نیاز داشته باشند که هنوز در الوار وجود ندارند. در هم آمیختن این دو مقیاس از طریق تحقیق باید پتانسیل موجود در استفاده از مواد گیاهی در مقیاس بزرگ در محیط ساخته شده را افزایش دهد.