Обзор современного зарубежного опыта использования деревянных конструкций

Обзор современного зарубежного опыта использования деревянных конструкций Review of modern foreign experience in using wooden structures

Платов Савелий Александрович,

Московский Государственный Строительный Университет

Platov Savely Alexandrovich,

Moscow State University Of Civil Engineering Аннотация. В данной статье представлен обзор современного зарубежного опыта использования деревянных конструкций.

Рассмотренные гибридные деревянные конструкции со временем обязательно получат распространение и в российской строительной практике, что обеспечит дополнительные объемы потребления клееной древесины и массивных и каркасных деревянных панелей. Summary. This article provides an overview of modern foreign experience in the use of wooden structures.

The considered hybrid wooden structures will eventually become widespread in Russian construction practice, which will provide additional volumes of consumption of glued wood and solid and frame wooden panels.

Ключевые слова: деревянные конструкции, древесина, изготовители, технологии, строительство, монтаж, элементы перекрытия.

Keywords: wooden structures, wood, manufacturers, technologies, construction, installation, floor elements.

Массивные деревянные конструкции нередко называют альтернативой железобетону в XXI веке. Однако вполне возможно, что комбинация этих материалов может принести гораздо больше пользы, чем их конкуренция. Ведь самые передовые идеи часто возникают именно на стыках технологий и отраслей.

Так называемые страны DACH (аббревиатура по буквам почтовых индексов: D — Германия, A — Австрия, CH — Швейцария) — лидеры мирового деревянного строительства. Там разрабатываются, тестируются и распространяются по всему миру новые виды деревянных конструкций, технические и архитектурные решения в деревянном строительстве и, разумеется, технологии изготовления элементов из древесных материалов; пример — перекрестно-клееные панели CLT, повсеместное

освоение производства которых совпало с тенденцией строительства высотных деревянных зданий и послужило стимулирующим фактором подобного строительства[5].

Как бы то ни было, всего за один десяток лет объемы применения древесины в строительстве общественных зданий, промышленных объектов и сооружений транспортной инфраструктуры за рубежом многократно возросли.

С учетом того, что деревянные конструкции полностью соответствуют современным противопожарным требованиям, сегодня они являются полноценным заменителем конструкций из стали и бетона.

Одновременно получило развитие и другое направление в строительстве: создание гибридных конструкций (Holz-Hybridbauweise) — то есть конструкций из древесины в сочетании с другими материалами, прежде всего с бетоном.

Преимуществом этих конструкций перед массивными деревянными во многих случаях является низкая стоимость, а также улучшенные эксплуатационные характеристики зданий, возводимых из них.

Сегодня в Германии, Австрии и Швейцарии есть ряд фирм (таких как германская Brüninghoff или швейцарская ERNE), которые настолько далеко продвинулись в проектировании, изготовлении и возведении гибридных конструкций, что их невозможно отнести к какой-либо определенной отрасли: они являются одновременно плотницкой мастерской, заводом ЖБИ и металлообрабатывающим производством[1].

Но самое главное — они накопили опыт проектирования сооружений и зданий из гибридных конструкций, который позволяет максимально использовать достоинства каждого материала.

Можно выделить две основные разновидности деревянно-гибридного строительства: создание несущих конструкций, в которых деревянная и железобетонная части одного элемента работают как целое; возведение зданий, в которых несущие конструкции выполняются из железобетона, а ограждающие — из древесины и древесных материалов[3]. Примеров деревянно-гибридных конструкций первого типа уже довольно много в Германии, Австрии и Швейцарии. В самом простом случае это перекрытие из деревянных балок, или массивных панелей CLT, или бреттштапель, на котором прямо на месте строительства отливают монолитную бетонную плиту (то есть деревянная часть играет роль несъемной опалубки).

В^В ипс

Рисунок 1 - Монтаж деревянно-бетонных элементов перекрытия заводского изготовления компании Маут-Ме1пЬо£

Рисунок 2 - Монтаж массивных деревянных панелей перекрытия при строительстве здания ЕЗ в Берлине. По завершении монтажа на панели строители крептн арматурную сетку, затем заливали бетон. В результате получалось мощное перекрытие этажа

При этом деревянная часть работает в растянутой зоне перекрытия, а бетонная часть — в сжатой, что означает оптимальное использование свойств материалов. Такое перекрытие называют Holz-Beton-Verbunddecke. Для сцепления деревянной и бетонной частей используют специальные перфорированные пластины HBV, другой металлический крепеж, а также специальные врубки на деревянных элементах или профиль на них.

Плюсы гибридизации заключаются в следующем. Повышается несущая способность без увеличения толщины деревянного элемента. При свободном пролете более 6 м экономия от замены деревянного перекрытия гибридным становится весьма значительной, при меньших пролетах деревянные массивные панели могут быть заменены балками, что

является важным фактором снижения себестоимости там, где не производятся массивные панели (например, в России).

Повышаются уровень шумоизоляции и степень огнестойкости конструкции. Кроме того, перекрытие снизу (потолок нижнего этажа) смотрится декоративно. В деревянной панели можно вырезать отверстия под светильники, датчики и спринклеры системы пожаротушения, а всю проводку и трубы спрятать в бетонной части перекрытия.

Таким образом, сокращается объем отделочных работ на объекте. В конечном итоге деревянно-бетонное перекрытие оказывается экономичней и деревянного, и железобетонного, отвечающих таким же требованиям по несущей способности и шумоизоляции, а качество строительства выше.

Именно таким образом устроены перекрытия в знаменитом восьмиэтажном здании E3 в Берлине. На массивные деревянные панели перекрытий, изготовленные по технологии бреттштапель, была прикреплена арматура, а затем залит бетон. Деревянная часть оставлена видимой в интерьере. Высокая несущая способность полученных перекрытий позволила использовать широкие свободные пролеты, благодаря чему в квартирах большие открытые пространства и гибкая планировка, индивидуальная на каждом этаже.

Рисунок 3 - Элемент перекрытия австрийской компании Cree и его монтаж Избетона выполнена не только верхняя плита, но и опорные балки

Деревянно-бетонные конструкции весьма перспективны для строительства автомобильных мостов. Здесь в качестве примера можно назвать автомобильный мост, построенный в Нидерландах германской компанией Schaffitzel Holzindustrie. На пролетное строение этого моста длиной 40 м (пролеты длиной 16 и 24 м) израсходовано 112 м3 клееной древесины и 66 м3 бетона. Это гибридная конструкция, в которой клееные деревянные балки (каждая шириной 1400 мм) работают как целое с монолитной

железобетонной плитой полотна проезжей части. Балки получены путем склеивания элементов обычного сечения.

Рисунок 4 - Мост, построенный фирмой Schaffitzel Holzindustrie в

Нидерландах

Гибридизацию широко практикуют и при ремонте старых зданий с балочными деревянными перекрытиями. За счет усиления перекрытий бетоном удается сохранить старую конструкцию, повысив при этом несущую способность перекрытий, их шумоизолирующую способность и огнестойкость.

Рисунок 6 - Строение деревянно- бетонного элемента ERNE с минераловатным материалом для изоляции шума. Для соединения деревянной части с бетонной использованы перфорированные стальные

пластины

По мере распространения деревянно-бетонных перекрытий операции по их изготовлению все больше переносятся на завод; сегодня подобные элементы, поступающие на стройплощадку в виде деревянно-бетонного сэндвича, выпускаются уже

в промышленных масштабах. Достаточно сказать, что у одной из ведущих компаний — изготовителей ^^ австрийской Mayr-Melnhof, есть совместное производство со строительной компанией, где на элементы CLT добавляется бетонная часть.

Многие фирмы занимаются изготовлением деревянно-бетонных элементов, основой для которых, помимо панелей ^^ служат панели бреттштапель, Lignotrend, элементы из клееных балок и т. д.

Рисунок 7 - Монтаж фасадных панелей полной заводской готовности при возведении первого корпуса UBC Brock Commons

Оригинальное решение для перекрытий предлагает в рамках собственной строительной системы австрийская компания Cree: из железобетона изготавливаются не только верхняя плита, но и главные балки, которыми элемент опирается на клееные деревянные колонны, за счет чего исключается влияние усушки и разбухания древесины на конструкцию здания. Благодаря этому решению по строительной системе компании Cree можно возводить здания до 30 этажей и высотой до 100 м. Пока самое высокое строение Cree — восьмиэтажное здание Life-Cycle Tower в г. Дорбирне (Австрия)[7].

Рисунок - Разрезы здания Н7 в г. Мюнстер

Для создания гибридных конструкций можно использовать не только цельную и клееную древесину, но и древесные материалы, прежде всего LSL (Laminated Strand Lumber) — материал нового поколения, сочетающий достоинства балок LVL и плит OSB, он может изготавливаться в виде толстых (до 180 мм), широких и длинных (до 12 м) плит[1].

Гибридное перекрытие из панелей LSL с железобетоном было успешно протестировано в Канаде при возведении корпуса наук о земле Университета Британской Колумбии. Канадский архитектор Майкл Грин в рамках разработанной им строительной системы FFTT предусматривает возможность использования перекрытий из плит LSL толщиной 89 мм с изоляционным материалом и слоем железобетона толщиной 75 мм для пролетов до 12 метров[5].

Таким образом, ситуация на текущий момент представляется довольно благоприятной для тех, кто хочет использовать в строительстве современные деревянные конструкции. В том числе может получить развитие гибридное строительство.

По нашему мнению, у технологии, в которой монолитный железобетонный каркас сочетается с деревянными каркасными панелями (как в рассмотренном выше проекте Aktiv-Stadthaus) были бы прекрасные перспективы в строительстве многоквартирных домов в нашей стране[6].

Во-первых, это сочетание было бы довольно легко и быстро воспринято проектировщиками, заказчиками и надзорными органами.

Во-вторых, оно было бы экономически эффективным.

В России умеют довольно быстро и дешево возводить монолитный железобетонный каркас; при использовании клееных деревянных конструкций строителям будет непросто добиться такой же стоимости. Однако затем этот каркас долго заполняют газобетонными блоками, дополнительно утепляют, облицовывают кирпичом. Получается дорого и совсем не быстро.

При долевом строительстве срок не имеет большого значения для застройщика — капитал дольщиков может быть заморожен на любое время. При строительстве же на заемные средства, особенно при текущих банковских процентах, и по госзаказу, т. е. по установленным для региона расценкам, крайне важно возводить здания быстро. И стеновые панели с готовой отделкой для фасада могут оказаться наиболее экономичным решением не только по расходу материалов и затратам труда, но и по срокам строительства, а значит, по стоимости капитала.

Плюсом этого решения является также возможность загрузить простаивающие большей частью мощности заводов деревянного каркасно-панельного домостроения, которые в прошлом активно создавались по всей стране. При этом качество строительства значительно повысится за счет заводского изготовления фасадных элементов.

В целом все рассмотренные гибридные деревянные конструкции со временем обязательно получат распространение и в российской строительной практике, что обеспечит дополнительные объемы потребления клееной древесины и массивных и каркасных деревянных панелей.

Список использованной литературы 1. Беличенко М.Ю. Строительство многоэтажных зданий на основе древесины / М.Ю. Беличенко, Л.Р. Ахметdва // Проблемы современной науки и инновации, 2016. № 12. — C. 31-38.

2 Вавилова Т.Я. Актуальные тенденции использования деревянных конструкций в архитектуре // Архитектура и дизайн: история, теория, инновации, 2016. №1. —C. 153158.

3. Кривошапко С.Н. Из истории строительства деревянных оболочек / С.Н. Кривошапко, К.П. Пятикрестовский // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 2014. №1. — C. 3-18.

4. Сивенков А.Б. Огнестойкость клееных деревянных конструкций типа LVL // Технологии Техносферной Безопасности, 2015. №3 (61). — C. 116-120.

5. Brandner R. Cross laminated timber (CLT) in compression perpendicular to plane: Testing, properties, design and recommendations for harmonizing design provisions for structural timber products // Engineering Structures, 2018. (171). — P. 944-960.

6. Caniato M. [и др.]. Acoustic of lightweight timber buildings: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017. (80). — P. 585-596.

7.Moradpour P. [и др.]. Laminated strand lumber (LSL) reinforced by GFRP; mechanical and physical properties // Construction and Building Materials, 2018. (158). — P. 236-242.

References

1. Belichenko M. Yu. Construction of multi-storey buildings based on wood / M. Yu. Belichenko, L. R. Akhmetova // Problems of modern science and innovation, 2016, no. 12, pp. 31-38.

2 Vavilova T. Ya. Current trends in the use of wooden structures in architecture / / Architecture and design: history, theory, innovation, 2016. no. 1. — C. 153-158.

3. Krivoshapko S. N. From the history of construction of wooden shells / S. N. Krivoshapko, K. P. Pyatikrestovsky / / Construction mechanics of engineering structures and structures, 2014. no. 1. — C. 3-18.

4. Sivenkov A. B. fire Resistance of glued wooden structures of LVL type / / technosphere Safety Technologies, 2015. №3 (61). — C. 116-120.

5. Brandner R. Cross laminated timber (CLT) in compression perpendicular to plane: Testing, properties, design and recommendations for harmonizing design provisions for structural timber products // Engineering Structures, 2018. (171). — P. 944-960.

6. Caniato M. [et al.]. Acoustic of lightweight timber buildings: A review / / Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017. (80). — P. 585-596.

7. Moradpour P. [et al.]. Laminated strand lumber (LSL) reinforced by GFRP; mechanical and physical properties // Construction and Building Materials, 2018. (158). — P. 236-242.