» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Декабрь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №9 2017

Автор: Юминова Мария Олеговна, Крестьянинова Алена Юрьевна, студент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Материалы и конструкции для строительства деревянных зданий

Статья просмотрена: 1364 раз

УДК  694

МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ДЕРЕВЯННЫХ ЗДАНИЙ

Крестьянинова Алёна Юрьевна

студент

Юминова Мария Олеговна

студент

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,  г.Санкт-Петербург

 

Аннотация. Здания из дерева продолжительное время имеют высокую популярность благодаря их экологичности, энергоэффективности и доступности сырья. В России более развито малоэтажное строительство, в то время как технологии западных стран продвинулись до многоэтажного. В данной работе представлено сопоставление отечественного и зарубежного опыта, проведены обзор и соотнесение технологий строительства зданий с конкретными видами деревянных панелей – CLT, LVL, SIP, ПКБ - произведено их качественное и количественное сравнение. В результате проведенного исследования доказано, что при варьировании характеристик материалов можно достичь необходимых показателей строящейся конструкции. Показаны перспективы развития многоэтажного деревянного домостроения в России.

Ключевые слова: деревянное домостроение, стеновые панели, каркасная и бескаркасная технологии, энергоэффективность, утеплитель, сопротивление теплопередаче.

 

Введение

При выборе материала для строительства дома руководствуются параметрами, определяющими его устойчивость, долговечность, экономичность, экологичность и архитектурную составляющую. Древесина - природный материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Свойства древесины определяются породой дерева, ее строением и тем, к какой части ствола она относится[1]. Деревянные конструкции применяются в промышленном и гражданском строительстве по всему миру.

Промышленное строительство:

- несущий каркас с ограждающими (панелями и обшивками) и другими конструктивными элементами (обрешетками, стропилами, щитами, связями).

Гражданское строительство:

- внутренние опоры в виде стоек, продольных и поперечных стен.

Свойства древесины как материала для строительства

Широкое распространение получили малоэтажные деревянные дома в таких развитых странах, как США, Канада, Финляндия и др. Из представленной ниже сравнительной таблицы видно, что строительство из дерева имеет ряд преимуществ над такими стандартными материалами, как камень и сталь.

В таблице 1 представлены основные показатели различных строительных материалов и приводится их сравнение.

Таблица №1. Сравнительные характеристики различных строительных материалов.

Показатель

Кирпич

Дерево

Керамзито-

бетон

Пенобетон

Газобетон

Полистирол-бетон

Плотность, кг/м^3

1400-1700

500

850-1800

600-1000

400-600

300-600

Теплопроводность, Вт/м̊С

0,5

0,14

0,4-0,8

0,14-0,22

0,10-0,14

0,1-0,145

Прочность, кгс/см^2

100-200

385-440

35-75

15-25

25-45

15-35

Водопоглощение, %массы

12-18

23-30

8-14

10-16

25

До 4

Морозостойкость, циклы

100

От 70

От 50

От 35

От 25

До 4

Достоинства древесины:

- дерево – возобновляемый природный ресурс;

- высокая удельная прочность - отношение предела прочности при растяжении вдоль волокон к плотности: 100/500 = 0,2;

- стойкость к солевой агрессии и воздействию других химически агрессивных сред;

- малый коэффициент теплопроводности поперек волокон (стена из бруса толщиной 200 мм эквивалентна по теплопроводности кирпичной стене толщиной 640 мм);

- малый коэффициент линейного расширения вдоль волокон, в 3-10 раз меньше, чем металлов (в деревянных зданиях нет необходимости устраивать температурные швы);

- экономичность, (для строительства дома из древесины требуется техника с меньшей грузоподъемностью, чем для строительства из камня и бетона);

- более короткие сроки строительства: Archspeech публиковал исследование австралийских ученых, где строительство проекта из дерева занимало по расчетам на 6 недель меньше, в сравнении с идентичными проектами из бетона и стали[2];

- экологичность, здоровый климат в здании, более высокое качество жизни.

- строительство домов из дерева в Европе, США, Канаде и Австралии является частью движения по внедрению "зеленых" технологий, поскольку уменьшает "карбоновый след" в атмосфере [3] и приводит к значительному уменьшению парникового эффекта;

- пожаростойкость: разработано множество методов для предотвращения возгорания древесины[4][5](применение огнезащитных пропиток-антипиренов, установка современных пожарных водоводов – спринклеров и т.д.). При условии возгорания массивная древесина больших сечений более безопасна, чем металл, так как дольше сохраняет свою несущую способность. Также деревянные стены не пропускают дым, удерживая его до полутора часов;

- энергосбережение: сооружения из высокотехнологичных материалов на основе дерева потребляют 65кВт на 1 кв.м в год, тем временем панельные – 170-190кВт;

- одинаковая влажность в помещении и в теплое время года, и в отопительный сезон;

- высокая звукоизоляция по сравнению с звукоизоляцией бетона,

Но существует и ряд отрицательных факторов, в связи с которыми привычные бетонные дома до сих пор лидируют в количестве застройки. К недостаткам относится:

- анизотропия материала;

- подверженность загниванию и поражению паразитами;

- изменение физико-механических характеристик под воздействием внешних факторов;

- усушка, разбухание и растрескивание под влиянием атмосферных воздействий;

- наличие пороков, существенно снижающих качество изделий и конструкций;

- ограниченность сортамента лесоматериалов;

- недостаточность развития технологий и опытных специалистов, инженеров-строителей в данной сфере, недоверие людей к современным технологиям и долговечности подобных строений.

Конструктивные типы

Любое строение представляет собой конструктивную систему, являющуюся совокупностью несущих опорных (передача нагрузки на фундамент) и пролетных (сбор нагрузки по площади) конструкций, обеспечивая жесткость, прочность и устойчивость, отвечать общему архитектурному замыслу проекта, требованиям удобства, целесообразности, экономичности за счет рационализации конструктивных схем, применения экономичных материалов и ускорения сроков строительства. Основные нагрузки принимают на себя опорные несущие конструкции.

При деревянном домостроении используется два вида конструкций: каркасы и стены. Соответственно, типы конструктивных систем – каркасная и бескаркасная. Существует комбинированная технология, сочетающая оба типа.

3.1 Каркасная конструкция

Каркасная основа – несущие балки и колонны – собирается из штучных строительных материалов (деревянный брус, металл) непосредственно на участке, либо из готовых заводских элементов,  и представляет собой «скелет» здания, который затем обшивается с внешней и внутренней стороны листовыми (OSB, фанера, ЦСП) или погонажными материалами (вагонка, имитация бруса, блок-хауз) и заполненного внутри утеплителем.

За счет каркаса здание имеет высокую пространственную жесткость и устойчивость к деформациям. В зависимости от расположения несущих элементов могут быть конструктивные схемы с поперечным, продольным и перекрестным расположением ригелей. Обеспечивается большая свобода планировки, но применение для жилых строений ограничено из-за выступающих конструкций каркаса.

Достоинства каркасных домов: высокая скорость возведения дома, относительно низкая стоимость строительства, меньшая вероятность повреждения дома от конструктивных ошибок или свойств грунта, легкость конструкций — не требует сооружения массивного фундамента, ремонтопригодность фундамента под каркасным домом, многообразие вариантов архитектурных решений в следствие низкого веса конструкции[6].

Недостатки каркасных домов: неспособность здания поддерживать заданную температуру длительное время без соответствующих отопительных приборов, большинство каркасных конструкций содержат мостики холода, разрушающие каркас за счет выпадения на нем конденсата и снижающие энергоэффективность дома; недостаточная прочность: традиционные каркасные дома базируются на прямоугольных конструкциях каркаса, которая не является жесткой для боковых деформаций, например, от ветровой нагрузки. Данный недостаток устраним использованием облицовки фасада плитами продольной высокой твердости (OSB, ЦСП, СМЛ), а также применением дополнительных наклонных балок в каркасе дома для создания треугольных ячеек.

3.2 Бескаркасная конструкция

Бескаркасная (стеновая) основа формируется из вертикальных плоскостных опор и перекрытий, образующих жесткие пространственные объемы здания. Расстояния между несущими стенами определяют пролеты здания.

Достоинства бескаркасной технологии: дома возводятся быстро и в любое время года, не требуется использование дорогостоящей строительной техники, не требуется массивный фундамент, вариативность архитектурных форм и отделки.

Недостатки: низкая ремонтопригодность, низкая вандалостойкость, в России не осуществляется строительство бескаркасных многоэтажных зданий.

3.3 Комбинированная конструкция

В данной системе тип опорных конструкций может меняться в плане здания и по высоте (каркас в нижних этажах, несущие стены – в верхних этажах и наоборот), образуя смешанные или частные сочетания конструктивных систем. Подобные решения имеют большую актуальность, так как применяются в связи с функциональными особенностями здания и экономическими предпосылками.

Современные материалы на основе древесины

Для повышения прочностных характеристик используются не пиломатериалы, а высокотехнологичные строительные материалы, для производства которых используется клей, антипиреновые пропитки, различные утеплители, применяются приспособления для сушки и пресс.

Наиболее распространенные конструкции панелей на основе древесины: CLT-панели, LVL панели, СИП-панели, Пассивный клееный брус.

4.1 CLT-панели

Широкое распространение получила система CLT-панелей (Cross Laminated Timber). Они изготавливаются по технологии перекрестного склеивания дощатых щитов под высоким давлением, направление волокон в каждом новом слое перпендикулярно предыдущему, толщина каждого слоя составляет около 3 мм, чередующееся направление значительно увеличивает прочность панели по сравнению с природным деревянным аналогом и не уступает в характеристиках бетону и стали. В размерах подобные панели достигают до 3,5 метров в ширину и 24 метров в длину, применяется в качестве вертикальных и горизонтальных элементов несущего каркаса здания, ограждающих конструкций. Отличаются легкостью, пожаробезопасностью, высокими показателями прочности, тепло и звукоизоляции. В настоящее время выпускаются CLT плиты толщиной от 60 до 400 мм.

Типы конструкций из CLT плит можно разделить на три группы[7]:

- решение с основными структурными элементами и стойки или колонны из CLT плит в несущих стенах (максимум 12 этажей);

- решение со конструктивным основанием и внутренние стены с колоннами или стойками из CLT плит на наружных стенах (до 20 этажей);

- решение с внешними стенами и структурным ядром из CLT плит (до 20 этажей);

Одним из самых ярких примером использования этой технологии можно считать жилой комплекс Via Cenni в западном районе Милана, построенный в прошлом году. При строительстве было использовано 6000 м3 панелей. Из трехслойных CLT-панелей были возведены стены, а для полов и перекрытий были использованы пятислойные и восьмислойные заготовки. Соединение панелей происходило с помощью болтов и шурупов без применения дополнительного оборудования. Шахты лифта и несущие колонны были выполнены также из дерева, для устройства фундамента применялся бетон.

Достоинства: возможность поддержания комфортного климата внутри помещения, длительный срок службы, свобода в выборе архитектурного решения, возможность внедрения в конструкцию металла, стекла и других материалов в конструктивных и архитектурных целях, увеличение полезной площади помещения за счет уменьшения толщины стен.

Недостатки [8]: дополнительные затраты из-за утепления стен при строительстве в холодном климате, применение дорогостоящего оборудования и необходимость использования труда высококвалифицированного персонала для производства материала, использование клея, содержащего формальдегид; недостаточность данных о поведении строения с течением времени из-за малого срока существования технологии.

4.2 LVL панели

Для выполнения каркаса многоэтажного здания широко используется LVL-брус - конструкционный материал, изготовленный по технологии склейки нескольких слоев лущеного шпона хвойных пород (сосна, ель, лиственница) толщиной порядка 3 мм. По сравнению с обычной деревянной балкой, он также обладает значительно большей прочностью, сравнимой производителями с металлическими и железобетонными конструкциями. В отличие от обычного дерева, LVL не подвержен воздействию микроорганизмов, не деформируется от сырости, устойчив к химической агрессии.

Материалы CLT и LVL могут комбинироваться друг с другом. Например, каркас здания может состоять из LVL бруса, а стены и перекрытия – из панелей CLT. Скорость монтажа вырастает в разы из-за технической возможности транспортировки готовых блоков и модулей к месту проведения работ[9].

Существуют также гибридные варианты строительства, когда основные элементы каркаса монтируются из железобетона, а ограждающие конструкции и второстепенные балки – из композиционной древесины. Причинами такого подхода могут являться жесткие требования пожарной безопасности.

Для облицовки стены используют древесные плиты или материалы на основе гипса - фиброцементные плиты, влагостойкие фанеры, OSB, гипсостружечные плиты, гипсокартон.

4.3 СИП-панели

СИП (SIP) - структурная изоляционная панель, применяющаяся при возведении каркасных и бескаркасных сооружений. Конструкция СИП-панели представляет собой следующее: снаружи находятся слои жесткого материала – OSB-плиты, между наружными слоями проложен слой пенополистирола. По краям СИП-панели вмонтированы деревянные брусья, на одном конце брус образует паз, при помощи которого и происходит соединение панелей. Внешние слои СИП панелей обеспечивают устойчивость к механическим воздействиям, в частности к поперечному и продольному сжатию. Внутренний слой служит утеплителем. Слои склеены между собой.

Основное преимущество СИП панелей в том, что они могут быть использованы как готовая стена дома, не нуждающаяся в дополнительном укреплении и утеплении.

Снаружи находятся слои OSB-3 (полное название - ориентированная стружечная плита). В процессе изготовления плиты OSB-3 происходит прессовка стружек дерева под высоким давлением и температурой с применением синтетического воска и ряда смол. Для усиления прочности соединения стружек используется также соли борной кислоты. Обычно в наружных слоях OSB стружка ориентирована продольно, а во внутренних поперечно - такое сочетание слоев усиливает прочность соединения и позволяет превосходить по физико-механическим свойствам МДФ и ДСтП.

Плиты OSB-3 просты в обработке, склеиваются любыми видами клея, удерживают в себе различного рода крепежный материал, имеют высокий уровень влагостойкости. Различают несколько разновидностей OSB панелей, но в строительных работах применяют именно OSB-3, так как они предназначены для изготовления несущих конструкций даже в условиях высокого уровня влажности[10].

Стоимость СИП панелей у разных производителей – от 500 до 1200 руб. за м2

Сегодня СИП-технология применяется для возведения жилых и коммерческих зданий во всем мире. Более 80% жилых домов в США, Канаде и Европе построены с использованием СИП-панелей.

Достоинства материала: быстрые сроки возведения или ремонта зданий; строительство может производиться в любое время года, практически вне зависимости от температуры окружающего воздуха; высокие показатели теплоизоляции (показатели теплопроводности от 0.022 Вт/Мк); низкая нагрузка на фундамент постройки в следствие небольшого веса конструкции – возможна установка здания на фундамент из винтовых свай; лёгкость транспортировки. Для перевозки и установки СИП панелей не требуется такое большое количество специальной тяжелой техники, по сравнению с деревянными или каменными домами; не требуется дополнительная отделка стен; высокая звукоизоляция; отсутствие реакции на воздействие химически агрессивных веществ или биологических факторов (плесень, грибок); низкая цена по сравнению с аналогами.

Недостатки материала: не выдерживают существенную дополнительную нагрузку, нельзя использовать для хранения и работы тяжелой производственной техники; высокая вероятность косметического повреждения (царапины); промерзание или «мостики холода» панелей в местах соединения из-за отсутствия утеплителя; деструкция или "усыхание" плит материала, приводящие к постепенному их уменьшению и появлению щелей между плитами; выделение токсичного формальдегида с поверхности OSB-плит.

4.4 Пассивный клееный брус

Пассивный клееный брус (ПКБ) – это клееный профилированный брус с утеплителем.
При изготовлении бруса используется: хвойные породы древесины: сосна, ель; водостойкий двухкомпонентный клей шведской компании AKZO NOBEL; конструкционный утеплитель – CARBON XPS – экструдированный пенополистирол. Благодаря такому техническому решению, продукт обладает повышенными звуко- и теплоизоляционными свойствами.

ПКБ тщательно высушен, в среднем его влажность составляет 9±1%, он более прочен и менее подвержен различным неблагоприятным воздействиям (гниению и т.п.) по сравнению с типовым брусом. Усадка не превышает 1%, что дает возможность значительно сократить сроки возведения дома (не требуется длительное ожидание осадки сруба). Пожаростойкость бруса не ниже 2 класса без дополнительной обработки [11].

На производстве панели склеиваются в плиты по размеру необходимой стены. На заранее установленный фундамент ставятся перекрытие и стены. Стеновые панели скрепляются между собой саморезами, швы заполняются строительной пеной. Характерные элементы проемов для дверей и окон вырезаются уже на месте. Затем выполняются декоративные элементы конструкции, такие как балконы, террасы, веранды.

Достоинства: низкие энергозатраты на содержание дома; многообразие вариантов архитектурных решений; простота сборки конструкции, не требуется специальное оборудование; возможность выполнения перекрытий из ПКБ без дополнительного армирования; высокая теплоизоляционная способность.

Недостатки: стоимость панелей из ПКБ превышает стоимость аналогичных материалов; использование пенополистирола, разрушающегося при высоких температурах; использование клея, содержащего формальдегид; недостаточность данных о поведении строения с течением времени из-за малого срока существования технологии.

Сравнение представленных материалов и технологий

Были рассмотрены материалы и технологии, использующие панели на основе дерева, далее проведено сравнение их между собой.

5.1 Сопоставление материалов.

Ниже приведено сравнение утеплителей и сопоставление характеристик панелей.

В СИП-панелях в качестве утеплителя используется вспененный пенополистирол EPS (Expand Poly Styrene), а в ПКБ – экструдированный пенополистирол XPS (Extrusion Poly Styrene). Оба материала производятся из одного сырья – суспензионного полистирола, состоящего из отдельных гранул, но из-за принципиальных отличий в технологии производства имеют разные эксплуатационные характеристики.

В таблице 2 приведены сравнительные характеристики двух видов пенополистирола (согласно [12]).

Таблица 2. Сопоставление технических показателей EPS - XPS

Технические показатели

Соответствующие стандарты

Единицы измерения

Вспененный пенополистирол EPS

Экструдированный пенополистирол XPS

Пределы плотности при производстве

ГОСТ 15588-86

кг/м3

14 - 35

27 - 45

Плотность

DIN 53420

кг/м3

20 кг/м 3

30 кг/m3

28 кг/m3

32 кг/m3>

Прочность при сжатии

с деформацией 10%

DIN 53121

Н/мм2
кг/см2

0,14
1,4

0,22
2,2

0,15
1,5

0,30
3,0

При длительном сжатии с деформацией <2%

Н/мм2
кг/см2

>0,028
0,28

0,049
0,49

0,060
0,6

0,011
1,1

Адсорбция воды

DIN 53428

% от объема

4,0

3,5

0,1

0,1

Класс огнестойкости

DIN 4102

B1, B2 или E

B2/B1

B2 и B1

B1

B1

Исходя из данных таблицы, по всем показателям экструдированный пенополистирол превосходит вспененный, несмотря на чуть более высокую стоимость. EPS является более дешевым в сравнении с XPS такой же плотности. Кроме этого, XPS невозможно использовать на участках, где имеется альтернатива выбора материала с более низкой плотностью (поскольку при производстве XPS соблюдается определенный лимит плотности). В таком случае, при применении EPS с более низкой плотностью достигается как обеспечение необходимого уровня термоизоляции, так и большие преимущества в стоимости материала. По теплопроводности EPS и XPS имеют незначительную разницу в показателях.

Следующее различие между двумя типами панелей – материал, защищающий утеплитель от воздействия внешней среды и создающий внешний каркас. В СИП панелях это OSB - спрессованная древесностружечная плита с ориентированной плоской щепой (соответствует Европейскому стандарту EN-300-OSB). Для прочности и устойчивости к погоде щепа пропитывается клеем и гидрофобной эмульсией. В ПКБ в качестве ограждающей конструкции применяется клееный брус – склеенные тонкие деревянные ламели. При изготовлении ОСП используется щепа, что уменьшает ее стоимость.

В таблице 3 приведены технические показатели OSB в сравнении с клееным брусом.

Таблица 3. Сопоставление технических показателей OSB и клееного бруса

Удельные характеристики

Единицы измерения

OSB

Клееный брус

Плотность

Кг/м3

600-650

430-480

Прочность при сжатии

МПа

18-22

41-45

Влагостойкость (коэффициент набухания)

%

17-25

<1%

Вид клея

 

формальдегидные смолы

Полиуретановый клей

Теплопроводность

Вт/м*С

0,13

0,1

Отсюда видно, что клееный брус превосходит OSB по всем параметрам, в том числе, по внешнему виду, хотя его стоимость выше.

5.2 Сравнение технологий постройки

Ниже приведено сравнение технологий постройки.

Для сравнения: бескаркасная конструкция из CLT, бескаркасная конструкция из ПКБ, каркасная конструкция из LVL, каркасная конструкция из SIP (фахверк).

Сравнение можно провести по следующим критериям:

Наличие мостиков холода:

- В СИП в местах соединения панелей вставляются деревянные брусья, теплопроводность которых значительно выше основной части панели;

- В каркасной технологии «скелет» здания является сквозным, таким образом тепло внутреннего помещения передается внешней среде через него;

- При использовании панелей из ПКБ потери тепла минимальны, так как панели цельные, скрепляются между собой в углах поворота, что максимально препятствует локальным теплопотерям;

Сопротивление теплопередаче:

Оно рассчитывается по формуле(1):

                                                                                             (1).

где aв, aн - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции соответственно, Вт/(м2 ·°С), принимаемые принимаются по таблице 4 [13];

Rs - термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента, (м2 ×°С)/Вт, определяемое для невентилируемых воздушных прослоек по таблице 1, для материальных слоев по формуле(2):

,                                                                         (2).

Где δs - толщина слоя, м;

λs - теплопроводность материала слоя, Вт/(м оС), принимаемая по результатам испытаний в аккредитованной лаборатории; при отсутствии таких данных она оценивается по приложению С СП 50.13330.2012.

-  СИП панели с утеплителем 150мм:

             2 ×°С)/Вт

-  ПКБ с утеплителем 120мм:

             2 ×°С)/Вт

-  CLT 200мм:

             2 ×°С)/Вт

-  LVL 200мм:

             2 ×°С)/Вт

Простота сборки конструкции:

Материалы с утеплителем достаточно легкие, поэтому для сборки конструкции не требуется специального оборудования. Для монтажа конструкций из материалов без утеплителя необходимо использовать подъемные краны.

-  Вес ПКБ с утеплителем 100мм = 39кг на 1м2 панели

-  Вес СИП с утеплителем 150мм = 18,75кг на 1м2 панели

- Вес каркасного дома увеличивается за счет тяжелого каркаса, но он же является несущей конструкцией и принимает на себя вес крыши, перекрытий и стен.

На основе рассмотренных технологий и материалов разработана таблица наилучшего сочетания при постройке малоэтажных и многоэтажных домов.

Рисунок 1. Виды конструкций и соответствующие им деревянные панели

Технология строительства многоэтажных домов с применением панелей из древесины

По всему миру представлены наглядные примеры эффективной работы многоэтажных деревянных зданий[14].  Самые известные из них:

- 14-этажный жилой комплекс Treet Bergen, г. Берген, Норвегия.

Здание представляет собой 48 модулей высокой заводской готовности (с смонтированными инженерными коммуникациями и отделкой). Для увеличения устойчивости и сопротивляемости ветровым нагрузкам в конструкцию здания дополнительно были включены железобетонные плиты, разделяющие группы модулей на несколько секторов.

- 10-этажное здание «Forté» в г. Мельбурн, Австралия.

Здание возведено из композитных CLT-блоков. Фундамент и первый этаж выполнены из железобетона: это позволяет защитить деревянную конструкцию от атак термитов. Все остальные элементы - деревянные, включая лифтовые и лестничные шахты.

- 17-этажное студенческое общежитие, г. Ванкувер, Канада. Введение в экспулатацию-2017г. Здание запроектировано в LVL каркасе с перекрытиями и ограждающими конструкциями из CLT -панелей. Стальные коннекторы обеспечивают жесткость соединений деревянных колонн и балок. Здание разделено на несколько ядер железобетонными плитами, увеличивающими вес всей конструкции и придающими ей дополнительную жесткость.

- 9-этажный жилой дом Stadthaus г. Лондон, UK. Здание построено из перекрестно склеенных панелей. Оконные и дверные проемы, монтажные пазы, технические отверстия, каналы для электропроводки сделаны в панелях на заводе, на высокоточном обрабатывающем центре. Затем здание было утеплено, облицовано фиброцементными панелями.

- 9-этажный жилой дом по проекту бюро Wingårdhs Arkitekter, г. Стокгольм, Швеция. Несущий каркас возведен из модулей CLT-панелей, которые заанкерены к фундаменту 23-х миллиметровыми металлическими стержнями, поднимающимися до уровня мансарды.

В 2017 году стартует строительство деревянного многоэтажного квартала в старинном шведском городе Эребру. Окончание строительства намечено на 2019 год. План предусматривает 9 отдельно стоящих многоэтажных зданий и благоустройство деревянного причала.

К 2023 году планируется построить в Стокгольме небоскреб из дерева высотой 34 этажа. Предполагается, что данное здание будет получать энергию от солнечных батарей, которые будут располагаться на крыше.

Также деревянные 30-этажные небоскребы появятся в Австрии (Донбирн).

Каждый проект является уникальным, и технологии строительства разрабатываются индивидуально с учетом ресурсных, окружающих и иных условий.  

Но уже сейчас зарубежные специалисты рассчитывают здания до 15 этажей по технологии из CLT-блоков и до 40 этажей с железобетонным ядром.

Положение в России

Россия располагает 1/5 мировых ресурсов древесины, более чем половиной общих запасов ценных хвойных пород. Лесной фонд составляет 45% территории страны. Цена на бетон и металл растет, а цена на древесину может измениться в меньшую сторону в связи с развитием производственной цепочки и технологий.

Однако по российским нормативам деревянное строительство выше трех этажей в нашей стране запрещено (высотой не более 5 метров и площадью – до 500 ). В настоящее время разрешается строить многоэтажные дома только по комбинированной технологии, когда в качестве перекрытий, колонн и других элементов, обеспечивающих жесткость конструкции здания, используется железобетон[15]. На них крепятся и опираются деревянные панели с деревянным каркасом, которые являются навесными и не несущими стенами. Панели обязательно покрываются штукатуркой, либо применяются в составе многослойной ограждающей конструкции, например, с вентилируемым фасадом, облицовкой из керамогранита или кирпичной кладкой. По действующим в России пожарным нормам такие конструкции можно применять для зданий, высотность которых не превышает 75 м. Около пяти лет назад такая технология совместно с Санкт-Петербургским государственным архитектурно-строительным университетом была разработана и внедрена ДСК «Славянский» (входит в состав группы компаний «Балтрос», реализующей проекты федерального значения «Новая Ижора» и «Славянка»). Строительство по данной технологии велось в санкт-петербургском пригороде г.Пушкин до 2015 года, далее комбинат деятельность прекратил по причине отсутствия заявок на большие проекты.

На сегодня единственным интересным проектом с точки зрения рассматриваемой темы на территории России является строящееся офисное здание GOOD WOOD Plaza. 6-ти уровневая штаб-квартира строительной корпорации GOOD WOOD в п. Елино, Московская область возводится из клееных деревянных конструкций и стекла. Проект с конструктивом из стоечно-ригельных систем с вертикальными связями и системой подкосов. Здание образуют сетки из 60 колонн и 600 балок-ригелей с ячейками 4,5 x 4,5 метров на бетонном фундаменте. Деревянные подкосы напоминают кроны деревьев. Дизайн разработан специально для привлечения внимания и поднятия репутации дерева как строительного материала. Завершение строительства намечено на август 2017г.

Таблица 4. Нормативы в различных странах по высоте деревянного домостроения

Страна

Норматив высотности

1

Россия

3 этажа

2

Финляндия

4 этажа

3

Германия

<18м над уровнем пола

4

Швейцария

6 этажей

5

Британская Колумбия

6 этажей, деревянный каркас

6

Австрия

<22м над уровнем пола

7

Великобритания

Нет лимита

8

Норвегия

Нет лимита

9

Новая Зеландия

Нет лимита

Также CLT-панели пока не входят в нормативную базу РФ, которая регламентирует пожарную безопасность. Для каждого проекта приходится получать множество согласований и заключений, заново проводить испытания материалов, составлять обоснования, решать вопросы с местными властями, различными ведомствами и органами надзора. Не существует стандартного пути получения разрешительной документации на строительство деревянных многоэтажных зданий.

Производство LVL-панелей, известных в России под названием «Ультралам», и OSB-плит, российский аналог ориентированно-стружечные плиты ОСП, освоено более 10 лет назад, но, в связи с пожарными нормами, используется в качестве конструкционного материала только в малоэтажном частном строительстве.

Любые примеры многоэтажного строительства в России с использованием деревянных конструкций относятся к разряду «уникальных» и «экспериментальных».

Но в деревянном строительстве заинтересованы- строительные компании постепенно начинают продвигать альтернативные идеи и лоббировать изменение законодательства. Это направление дает существенные перспективы: заметное увеличение вакантных рабочих мест и быстроналаживаемое производство.

На сайте Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации в августе 2016 года появилась информация об актуализации законодательства в отношении деревянного строительства, включении новых материалов в нормативные и технические базы, подготовке правила для многоэтажного строительства в стране. По поручению Правительства России, соответствующий ведомственный документ «Свод правил по проектированию конструкций с узлами на вклеенных стержнях» разрабатывается центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В.А. Кучеренко. Публичное обсуждение проекта длилось до 12 сентября 2017г.

Целью разработки проекта изменений к своду правил является совершенствование конструктивных требований к проектированию деревянных конструкций, обеспечивающих защиту жизни и здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества, обеспечение требований механической безопасности зданий и сооружений в соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Основной задачей изменения является повышение эффективности возведения зданий с деревянными конструкциями при повышении уровня надежности конструкций на основе опыта применения утвержденных ранее сводов правил с учетом результатов выполнения научно-исследовательских работ.

28.08.2017 была принята Актуализированная версия СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции. Данный нормативный документ позволит возводить здания из деревянных панелей большей высотности.

Заключение

Деревянное домостроение имеет ряд преимуществ над бетонным:

- экономия денежных и временных ресурсов,

- экологичность,

- многообразие вариантов архитектурных решений и т.д.

Здания из деревянных панелей отвечают нормам «зеленого» энергоэффективного строительства, могут возводиться на территориях со сложными инженерно-геологическими условиями, в том числе – с сейсмической активностью, наличием горных подработок и свойств просадочности.

Для малоэтажного коттеджного строительства деревянные панели являются эффективным материалом. Применяя каркасную и бескаркасную технологии, можно решить некоторые проблемы, с которыми сталкиваются при строительстве: значительное уменьшение теплопотерь, упрощение сборки конструкции, снижение количества потребляемой зданием энергии, увеличение прочностных характеристик и др.

Однако, для строительства многоэтажных зданий даже частичный переход к давно освоенному материалу - дереву - будет означать следующий шаг в продвижении высоких технологий сферы строительства. Данную инновацию сдерживает консерватизм среди населения и компаний, чьи действия не выходят за рамки получения прибыли.

Так же, в частности в России, реализовать и поставить на серийное производство подобное строительство трудозатратно в связи с определенными факторами:

1. отсутствие и недоработки нормативных документов в области деревянного домостроения;

2. CLT плиты не регламентируются нормативной базой РФ;

3. российские компании уже заняли определенную нишу и имеют прибыль от своего дела, переход в другую область производства займет определенное количество ресурсов и потребует инвестиций.

Таким образом, развитие деревянного строительства в России открывает большие перспективы как для строителей, так и для потребителей. При варьировании характеристик материалов и технологий строительства можно построить сооружение с оптимальными для заказчика свойствами.

Многоэтажное деревянное строительство является перспективным направлением для развития в России, так как правильное использование ресурсов может значительно повысить рейтинг страны на рынке строительных услуг.




Список литературы:

  1. СП 70.13330.2012 "СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции".
  2. Бойтемиров Ф.А. Конструкции из дерева и пластмасс: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования. М.: Издательский центр "Академия", 2013. 288 с.
  3. Еремина Т.Ю., Гравит М.В., Дмитриева Ю.Н. Средства огнезащиты строительных конструкций. Анализ общих положений российских и европейских нормативных документов // Архитектура и Строительство России. 2012. № 8.С.24–29.
  4. Еремина Т.Ю., Гравит М.В., Дмитриева Ю.Н. Конструктивные средства огнезащиты. Анализ европейских нормативных документов // Архитектура и Строительство России. 2012. № 9.С.31– 36.
  5. Етумян А.С., Смирнов Н.В., Булгаков В.В., Гравит М.В., Иванов Ю.С. Исследование пожарной опасности деревянных конструкций с использованием метода EN 13823 (SBI) / /Материалы XXIV Международной научно-практической конференции по проблемам пожарной безопасности, посвященной 75-летию создания института. Тезисы докладов.Ч.1. – М: ФБГУ ВНИИПО, 2012. С. 339-341.
  6. The wood from the trees: The use of timber in construction/Michael H. Ramage and other//Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017 – 68 – p. 333-359.
  7. KLH. Component catalogue for cross-laminated timber. KLH Massivholz GmbH. Version: 01.2012, Cross-Laminated Timber
  8. Adoption of unconventional approaches in construction: The case of cross-laminated timber/ Kell Jones and other// Construction and Building Materials. – 2016 – 125 – p.690-702.
  9. Antti Ruuska/ Efficiency in the delivery of multi-story timber buildings/ Antti Ruuskaa,Tarja Häkkinena// Energy Procedia - 2016 – 96 – p. 190 – 201.
  10. Jana Rumlová/ The timber truss: The studying of thebehaviour of the spatial framework joint/ Jana Rumlová, Roman Fojtík// Perspectives in Science – 2016 – 7 – p. 299—303.
  11. СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты (с Изменением N 1).
  12. ГОСТ 20850-84 "Конструкции деревянные клееные".
  13. СП 50.13330.2012 "Тепловая защита зданий".
  14. The future of wooden multistory construction in the forestbioeconomy/ Anne Toppinen and other// Journal of Forest Economics – 2017 – 23 – p.28-41.
  15. Михалева С.А., Деревянные высотки в России- инновационный взгляд на современное строительство// Международный научно-исследовательский журнал, Екатеринбург, 2016г.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: