Edifici ibridi: cosa sono e perché stanno guadagnando spazio nel settore edilizio

Le strutture ibride, costruite con materiali differenti, sono sempre più diffuse nelle aree urbane, dove la domanda di edifici multipiano è in aumento.
Ingegneri e architetti attenti all'ottimizzazione dei processi costruttivi e alla sostenibilità hanno individuato nelle costruzioni ibride la soluzione ideale per rispondere alle esigenze di mercato.
Gli edifici ibridi, come i grattacieli di legno con basamento e nucleo in calcestruzzo, sono il risultato di un approccio costruttivo orientato alla realizzazione di edifici a più piani e a strutture ad alte prestazioni.

Il principio alla base dell’edilizia ibrida è semplice, perché combina i materiali sfruttandone le caratteristiche migliori. Del calcestruzzo sono apprezzati la facile reperibilità e la rigidezza, del legno la sostenibilità e la leggerezza, dell'acciaio la resistenza. L’uso combinato di materiali risponde alle esigenze dell’ingegneria strutturale contemporanea, che considera la funzionalità dell’edificio e le prestazioni normate, come la resistenza al fuoco, e allo stesso tempo punta a ridurre l’impatto ambientale, limitando le emissioni di carbonio.

Strutture miste legno calcestruzzo: le più diffuse

In Europa e nel resto del mondo, la combinazione legno-calcestruzzo è tra le più utilizzate. Anche se una costruzione in legno è sempre una commistione di due materiali, dato che le fondazioni sono in calcestruzzo, il concetto di edificio ibrido è solitamente associato ai grattacieli in legno che i general contractor e le amministrazioni pubbliche stanno commissionando.

Anche se è possibile realizzare edifici principalmente in legno, la scelta di abbinarlo al calcestruzzo offre vantaggi significativi in termini di sicurezza, durabilità e possibilità di costruire edifici multipiano. La tecnologia legno-calcestruzzo sfrutta in particolare i solai rinforzati. In questo caso, i due materiali lavorano insieme per ottimizzare le prestazioni strutturali: il calcestruzzo resiste alla compressione e aumenta la capacità di carico, mentre il legno, grazie alla sua capacità di flettersi, offre resistenza a trazione.

Ascent MKE, l’edificio in legno più alto al mondo è un edificio ibrido

La torre di Milwaukee, riconosciuta come la più alta al mondo tra le strutture in legno, si caratterizza per la sua natura ibrida. I suoi 86,5 metri di altezza si sviluppano su un basamento di 7 piani in cemento armato, destinato a spazi commerciali, con i successivi 18 piani in legno massiccio, destinati a uso residenziale, che poggiano sul cemento armato.

Anche il sistema strutturale laterale è composto da due nuclei in cemento che hanno sia una funzione strutturale sia funzionale: aumentano la stabilità della struttura in legno e sono un ascensore e un blocco di scale.

L’Ascent è considerato come il più alto grattacielo in legno al mondo, ma la sua realizzazione non sarebbe stata possibile senza un nucleo in cemento armato. Tuttavia, è stata proprio la leggerezza del legno a permettere una costruzione rapida, massimizzando lo spazio abitativo e lavorativo. Le pareti esterne in legno, infatti, sono il 40% più sottili rispetto a quelle realizzate con altri materiali da costruzione, pur garantendo le stesse prestazioni in termini di isolamento termico. Inoltre, il legno massiccio migliora il comfort abitativo grazie alle proprietà di isolamento termico, acustico e alla rapidità di assemblaggio.

Struttura mista acciaio legno: leggerezza e resistenza

Un’altra combinazione vincente è quella tra acciaio e legno. In questa configurazione, l’acciaio viene impiegato per il telaio verticale, mentre il legno è utilizzato per le strutture orizzontali. La costruzione a secco è uno dei principali vantaggi di questa tipologia di ibrido: l’assenza di calcestruzzo riduce i tempi di realizzazione e previene il rilascio di umidità, evitando rischi di ristagno e problemi nelle finiture in legno.

L'uso combinato di acciaio e legno permette di ottenere edifici ibridi più leggeri e flessibili, riducendo il peso complessivo senza compromettere la sicurezza. Questo sistema costruttivo ottimizza la distribuzione dei carichi, migliorando la stabilità strutturale e aumentando la sostenibilità dell’edificio.

Il Sara Kulturhus di Skellefteå, in Svezia, è un esempio significativo di edificio ibrido che combina legno e acciaio. Con un'altezza di 80 metri distribuiti su 20 piani, è uno degli edifici in legno più alti d'Europa.

Edifici ibridi cemento-acciaio-legno

Alcuni edifici ibridi utilizzano tutti e tre i materiali per ottimizzare la distribuzione dei carichi. In questi casi, il cemento funge da nucleo strutturale rigido, mentre acciaio e legno vengono combinati per garantire leggerezza, isolamento e resistenza alle sollecitazioni sismiche.

Strutture ibride: tutti i vantaggi

Secondo uno studio del CTBUH*, alla fine del 2022 nove dei dieci edifici in legno più alti al mondo erano strutture ibride, a conferma del crescente ruolo di questa tecnologia nell’edilizia contemporanea.

I vantaggi tecnici della costruzione ibrida sono indiscutibili:

1. Maggiore resistenza strutturale

L’impiego combinato di materiali con proprietà complementari permette di ottenere edifici più resistenti:

Acciaio: eccellente resistenza a trazione e flessione.

Calcestruzzo: elevata rigidezza, ottime prestazioni alla compressione, ideale per fondazioni e nuclei rigidi.

Legno: grande rapporto resistenza/peso e capacità dissipative delle connessioni in acciaio, ideali per le zone sismiche.

2. Efficienza sismica

• Le connessioni legno-acciaio migliorano l’assorbimento delle forze sismiche.

• Le strutture ibride legno-calcestruzzo aumentano la resistenza laterale.
  

3. Riduzione del peso complessivo

L’uso di legno e acciaio riduce il carico sulle fondazioni e semplifica la progettazione degli edifici multipiani, consentendo una distribuzione del peso più uniforme. Questo consente di ridurre l’impiego di materiali pesanti come il calcestruzzo, con benefici in termini di sostenibilità e una riduzione dei costi complessivi di costruzione.

4. Accelerazione dei tempi di costruzione

Le soluzioni modulari in acciaio e legno prefabbricato riducono i tempi di montaggio rispetto alle costruzioni in calcestruzzo armato. La prefabbricazione permette di ridurre il tempo di cantiere e migliorare la precisione nella realizzazione delle strutture, riducendo gli errori e i costi di manutenzione.

5. Maggiore sostenibilità

• Il legno massiccio migliora l’isolamento termico.

• Le strutture miste acciaio-legno riducono i ponti termici.

• L’integrazione di tecnologie smart all’interno degli edifici ibridi ottimizza l’efficienza energetica, riducendo il consumo di energia e aumentando il comfort abitativo.

*https://www.ctbuh.org/research/projects/the-future-potential-of-steel-timber-hybrid-buildings

Costi degli edifici ibridi: un investimento a lungo termine

Uno dei principali ostacoli alla diffusione delle strutture ibride è il costo iniziale, generalmente più alto del 5-10% rispetto a una costruzione tradizionale in acciaio o calcestruzzo. Tuttavia, nel medio-lungo termine, il risparmio energetico e i minori costi di manutenzione compensano l’investimento iniziale.

Secondo una ricerca condotta dal CTBUH, la riduzione dei consumi energetici e la maggiore efficienza in cantiere permettono di recuperare l’investimento extra in un periodo di 10-15 anni. Inoltre, l’uso di componenti prefabbricati consente di ridurre i costi di costruzione grazie alle economie di scala.

Un altro fattore che influisce sui costi è la crescente disponibilità di soluzioni tecnologiche avanzate per la progettazione e la gestione degli edifici ibridi. Software come Building Information Modeling (BIM) permettono una progettazione più precisa e meno soggetta a errori, riducendo gli sprechi e migliorando l’efficienza nella costruzione.

L’evoluzione normativa

Fino a pochi anni fa, i codici edilizi erano fortemente orientati verso l’utilizzo di materiali tradizionali come il calcestruzzo e l’acciaio, mentre il legno veniva utilizzato prevalentemente in strutture a bassa altezza. Ora, l’evoluzione delle tecniche costruttive e l’innovazione nei materiali hanno portato a una revisione delle normative, consentendo l’utilizzo del legno in edifici multipiano.

L’introduzione delle normative Eurocodice 5 per le strutture in legno ha segnato una tappa fondamentale in questo processo, fornendo le basi per la progettazione di edifici in legno più complessi e multipiano. Contestualmente, l'attenzione crescente verso la sostenibilità e la riduzione delle emissioni di carbonio ha spinto i governi a incentivare l'adozione di soluzioni ecologiche, come quelle ibride. Nel 2027, con l'adozione degli Eurocodici 8, la seconda generazione degli standard europei, si stabiliranno nuovi parametri per le strutture in legno e ibride, aprendo la strada a una progettazione ancora più avanzata.

Il contributo di Rothoblaas all’edilizia ibrida

Rothoblaas fornisce soluzioni avanzate per la realizzazione di edifici ibridi nelle varie configurazioni legno-acciaio, legno-calcestruzzo e legno-acciaio-calcestruzzo.

Un esempio è il sistema TC FUSION, che permette di lavorare con la prefabbricazione e di realizzare solai rigidi in X-LAM, garantendo standard elevati in termini di resistenza e stabilità.

A supporto della costruzione ibrida, Rothoblaas produce una connettori e fissaggi che ottimizzano la connessione tra materiali diversi e rispondono alle esigenze di progetti complessi. Tra questi, ALUMEGA spicca per la sua versatilità nelle giunzioni trave-trave e trave-pilastro e per la sua capacità di seguire la rotazione del pilastro conservando la resistenza a taglio per carichi gravitazionali provenienti dal solaio. Con ALUMEGA si possono affiancare più moduli e risolvere tutte le connessioni su legno, calcestruzzo e acciaio.

I connettori RADIAL e RING sono ideali per la prefabbricazione e l’assemblaggio/smontaggio dei moduli.

Per i fissaggi ad alta resistenza, ci sono le rondelle tornite HUS, ideali per aumentare la resistenza assiale del collegamento delle viti a testa svasata HBS.

Con queste e altre soluzioni (fissaggio, isolamento termico, isolamento acustico), Rothoblaas fornisce a progettisti e costruttori gli strumenti necessari per realizzare edifici ibridi efficienti, resistenti e sostenibili, rispondendo così alle sfide della contemporaneità.

L'ibrido non è soltanto al centro della progettazione strutturale contemporanea, ma una concreta opportunità di sviluppo. Per questo, Rothoblaas promuove la formazione professionale con corsi specializzati e sostiene la ricerca con iniziative come il concorso BUILD THE (IM)POSSIBLE, dedicato alla progettazione di edifici ibridi. In questo caso, la sfida è trovare nuove soluzioni per la progettazione e la realizzazione di edifici ibridi, dove l’ingegneria del legno incontra materiali diversi. Sul sito del concorso è disponibile la brochure PRODOTTI PER EDIFICI IBRIDI che potrebbe essere utile a tutti quelli che credono nell’ottimizzazione dei processi costruttivi: SCARICA