Design and Characteristics of a Single-Storey Hybrid Wood–Soil Structure
- 1. American University in Cairo
- 2. Housing and Building National Research Center
Description
The need to reduce the effects of climate change has been increasing. One of the pathways to answer such a need is green construction. Hybrid wood–soil (HWS) structures are eco-friendly in addition to being cost-effective. Within this study, a single-storey building has been architecturally and structurally designed and tested. A conventional reinforced concrete (RC) structural system was designed and considered as a control case to be compared to the design at hand, which is an HWS system incorporating locally cultivated Casuarina Glauca wood and an in situ earth-based mixture. The two design alternatives are compared in terms of cost and carbon emissions. The HWS has proven to be economically viable and eco-friendly when compared to RC. The following stage within the research was to validate that the HWS structure will be structurally sound when erected. First, the effectiveness of the finger jointing process of the wooden members was experimentally assessed through performing bending tests on a finger-jointed specimen. Furthermore, half-scale models of one room within the structure have been manufactured from Casuarina Glauca wood and tested laterally to investigate the resistance of the HWS structural system to lateral loads. The first model was tested laterally without the earth-based infill and plaster materials to assess the behavior of the structural elements and measure its deformations. The second model was tested after applying the earth-based materials to obtain the true structural behavior of the system and the effect of the earth-based materials on its resistance to lateral loads. The results were used to assess the degree of the structural effectiveness of this HWS and the contribution of its components to its lateral stiffness.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تتزايد الحاجة إلى الحد من آثار تغير المناخ. أحد المسارات لتلبية مثل هذه الحاجة هو البناء الأخضر. هياكل التربة الخشبية الهجينة (HWS) صديقة للبيئة بالإضافة إلى كونها فعالة من حيث التكلفة. ضمن هذه الدراسة، تم تصميم واختبار مبنى من طابق واحد معماريًا وهيكليًا. تم تصميم نظام هيكلي تقليدي للخرسانة المسلحة (RC) واعتباره حالة تحكم يجب مقارنتها بالتصميم المطروح، وهو نظام HWS يتضمن خشب Casuarina Glauca المزروع محليًا وخليطًا أرضيًا في الموقع. تتم مقارنة بديلي التصميم من حيث التكلفة وانبعاثات الكربون. أثبتت HWS أنها مجدية اقتصاديًا وصديقة للبيئة عند مقارنتها بـ RC. كانت المرحلة التالية من البحث هي التحقق من أن هيكل HWS سيكون سليمًا من الناحية الهيكلية عند تشييده. أولاً، تم تقييم فعالية عملية ربط الأصابع للأعضاء الخشبية تجريبيًا من خلال إجراء اختبارات الانحناء على عينة موصولة بالإصبع. علاوة على ذلك، تم تصنيع نماذج نصف الحجم لغرفة واحدة داخل الهيكل من خشب Casuarina Glauca واختبارها جانبيًا للتحقيق في مقاومة النظام الهيكلي HWS للأحمال الجانبية. تم اختبار النموذج الأول أفقياً دون مواد الردم والجص الأرضية لتقييم سلوك العناصر الهيكلية وقياس تشوهاتها. تم اختبار النموذج الثاني بعد تطبيق المواد الأرضية للحصول على السلوك الهيكلي الحقيقي للنظام وتأثير المواد الأرضية على مقاومتها للأحمال الجانبية. تم استخدام النتائج لتقييم درجة الفعالية الهيكلية لـ HWS هذه ومساهمة مكوناتها في صلابتها الجانبية.Translated Description (French)
La nécessité de réduire les effets du changement climatique s'est accrue. L'une des voies pour répondre à un tel besoin est la construction verte. Les structures hybrides bois-sol (HWS) sont écologiques en plus d'être rentables. Dans le cadre de cette étude, un bâtiment de plain-pied a été conçu et testé sur le plan architectural et structurel. Un système structurel conventionnel en béton armé (RC) a été conçu et considéré comme un cas témoin à comparer à la conception en cours, qui est un système HWS intégrant du bois Casuarina Glauca cultivé localement et un mélange à base de terre in situ. Les deux alternatives de conception sont comparées en termes de coût et d'émissions de carbone. Le HWS s'est avéré économiquement viable et écologique par rapport au RC. L'étape suivante de la recherche consistait à valider que la structure du HWS sera structurellement solide lorsqu'elle sera érigée. Tout d'abord, l'efficacité du processus d'assemblage des doigts des éléments en bois a été évaluée expérimentalement en effectuant des tests de flexion sur un spécimen assemblé par les doigts. En outre, des modèles à demi-échelle d'une pièce de la structure ont été fabriqués à partir de bois Casuarina Glauca et testés latéralement pour étudier la résistance du système structurel HWS aux charges latérales. Le premier modèle a été testé latéralement sans les matériaux de remplissage et de plâtre à base de terre pour évaluer le comportement des éléments structurels et mesurer ses déformations. Le deuxième modèle a été testé après application des matériaux à base de terre pour obtenir le véritable comportement structurel du système et l'effet des matériaux à base de terre sur sa résistance aux charges latérales. Les résultats ont été utilisés pour évaluer le degré d'efficacité structurelle de ce HWS et la contribution de ses composants à sa rigidité latérale.Translated Description (Spanish)
La necesidad de reducir los efectos del cambio climático ha ido en aumento. Una de las vías para responder a tal necesidad es la construcción ecológica. Las estructuras híbridas de madera y suelo (HWS) son ecológicas además de rentables. Dentro de este estudio, se ha diseñado y probado arquitectónica y estructuralmente un edificio de una sola planta. Se diseñó un sistema estructural de concreto armado convencional (RC) y se consideró como un caso de control para comparar con el diseño en cuestión, que es un sistema HWS que incorpora madera de Casuarina Glauca cultivada localmente y una mezcla in situ basada en tierra. Las dos alternativas de diseño se comparan en términos de coste y emisiones de carbono. El HWS ha demostrado ser económicamente viable y ecológico en comparación con el RC. La siguiente etapa dentro de la investigación fue validar que la estructura del HWS será estructuralmente sólida cuando se erija. Primero, se evaluó experimentalmente la efectividad del proceso de unión con los dedos de los miembros de madera mediante la realización de pruebas de flexión en una muestra unida con los dedos. Además, se han fabricado modelos a media escala de una habitación dentro de la estructura a partir de madera de Casuarina Glauca y se han probado lateralmente para investigar la resistencia del sistema estructural HWS a las cargas laterales. El primer modelo se probó lateralmente sin los materiales de relleno y yeso basados en tierra para evaluar el comportamiento de los elementos estructurales y medir sus deformaciones. El segundo modelo se probó después de aplicar los materiales de base terrestre para obtener el verdadero comportamiento estructural del sistema y el efecto de los materiales de base terrestre sobre su resistencia a las cargas laterales. Los resultados se utilizaron para evaluar el grado de efectividad estructural de este HWS y la contribución de sus componentes a su rigidez lateral.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم وخصائص هيكل الخشب والنفط الهجين المكون من طابق واحد
- Translated title (French)
- Conception et caractéristiques d'une structure hybride bois-sol à un étage
- Translated title (Spanish)
- Diseño y características de una estructura híbrida de madera y suelo de una sola planta
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4399625368
- DOI
- 10.3390/buildings14061785
References
- https://openalex.org/W2018385114
- https://openalex.org/W2084274325
- https://openalex.org/W2100665554
- https://openalex.org/W2150667057
- https://openalex.org/W2973522864
- https://openalex.org/W2995150377
- https://openalex.org/W2996000396
- https://openalex.org/W3084367954
- https://openalex.org/W3110121285
- https://openalex.org/W4220973139
- https://openalex.org/W4281287372
- https://openalex.org/W4320918488