ОБЗОР МИРОВОГО ОПЫТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ КЛЕЁНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

УДК 624.011.14

А. А. Герасимович, С. А. Агафонов

ОБЗОР МИРОВОГО ОПЫТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ КЛЕЁНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В статье произведен обзор мирового опыта проектирования и строительства многоэтажных зданий на основе клееных деревянных конструкций. Рассмотрены реализованные и проекты многоэтажных зданий на основе клееных деревянных конструкций, которые планируется реализовать в ближайшем будущем. Приведены основные тенденции при проектировании и строительстве многоэтажных зданий на основе клеёных деревянных конструкций.

Ключевые слова: многоэтажное здание, клееные деревянные конструкции, CLT-панель, клееный брус, брус из шпона, конструкции, проект

В настоящее время в мире с каждым годом всё более активно развивается направление по проектированию и строительству многоэтажных зданий на основе клееных деревянных конструкций (КДК). Странами-лидерами по проектированию и строительству многоэтажных зданий из КДК в настоящее время являются Норвегия, Австрия, Канада и Великобритания.В начале статьи необходимо отметить, что в настоящее время вопрос классификации зданий по этажности в России носит дискуссионный характер, так как единого мнения нет ни у специалистов, ни в нормативных документах. Например, в Федеральном законе «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008 №123-ФЗ под многоэтажным понимается здание высотой более 3-х этажей. В документах «О Правилах землепользования и застройки» в различных субъектах Российской Федерации многоэтажные здания определяются по-разному, где-то многоэтажными считаются здания от 5 до 9 этажей, где-то от 3-17 этажей и т. д. Согласно другим нормативным документам, в частности СП 42.13330.2016 "Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений" в России многоэтажными, считаются здания высотой 9 и более этажей. Анализ научных и обзорно-аналитических статей по данной теме показал, что у специалистов в настоящее время нет единого понимания в определении многоэтажного здания, кто-то считает многоэтажным здание выше 3-х этажей, кто-то выше 7-ми этажей, кто-то выше 8-ми и т. д, что вызвано, конечно, прежде всего отсутствием конкретики и единого и чёткого определения многоэтажного здания в нормативной документации. В разных странах мира, многоэтажное здание также определяется по-разному, но в большинстве стран это, как правило, здания выше 5-7 этажей. Авторы статьи больше склоняются к классификации зданий по этажности предложенной в СП 42.13330.2016 "Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений". Поэтому в данной статье под многоэтажными зданиями понимаются здания высотой 9 и более этажей.В работе [1], отмечено что активное проектирование и строительство многоэтажных зданий из КДК в мире началось после возведения в 2009 г. 9-ти этажного жилого здания Stadthaus в г. Лондоне (Великобритания) (рис. 1).

Высота данного здания составляет 29,75 м. Архитектурное решение фасада здания, формируется плиткой разных цветов. Несущей основой здания являются поперечные и продольные стены. В качестве «ядер жесткости» выступают лестнично-лифтовые узлы (ЛЛУ). Нужно отметить, что все несущие конструкции здания, включая ЛЛУ изготовлены из CLT - панелей, ни стальные ни железобетонные конструкции в качестве несущих конструкций за исключением первого этажа не используются. Использование железобетона связано с тем, что несмотря на то, что ^Т-панели обладают стабильностью геометрических размеров даже при существенном изменении температуры и влажности, однако в случае их применения в качестве горизонтальных перекрытий набухание и усушка по толщине может приводить к деформациям. Поэтому первый этаж здания Stadthaus, учитывая более высокую вероятность увлажнения перекрытий и стен, выполнен из монолитного железобетона, а CLT-панели верхних этажей от влажности защищены с помощью гипсостружечных плит и штукатурки [2].

© Герасимович А.А., Агафонов С.А., 2020.

Научный руководитель: Чусов Александр Николаевич - доцент, кандидат технических наук, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого, Россия.

Рис. 1. Многоэтажное жилое здание Stadhaus: а) общий вид; б) вид изнутри (после отделки) [2]

В 2012 г., в Австралии, в г. Мельбурне было введено в эксплуатацию 10-ти этажное здание Fort Living. Высота здания составляет 32,2 м и на сегодняшний день оно является самым высоким жилым зданием в мире построенным из CLT - панелей. Фундамент и первый этаж здания также, как и в здании Stadhaus выполнены из монолитного железобетона. Все остальные элементы, включая ЛЛУ выполнены из CLT-панелей [3]. Ниже на рис. 2 показан общий вид и вид одного из помещений здания изнутри.

Рис. 2. Многоэтажное жилое здание Fort Living: а) общий вид; б) вид одного из помещений изнутри [3]

Один из наиболее интересных реализованных проектов многоэтажных жилых зданий на основе КДК является многоэтажный жилой комплекс Via Cenni (г. Милан, Италия), строительство которого было завершено в 2013 г. Жилой комплекс состоит из четырёх 9-ти этажных зданий высотой 28 м, которые объединены общим цокольным этажом и галереями. Общая площадь жилого комплекса составляет 17 тыс. м2 и проектом в нём предусмотрены 124 квартиры. В настоящее время это самый большой по площади жилой комплекс из CLT - панелей в мире (рис. 3) [4].

Рис. 3. Многоэтажный жилой комплекс Via Cenni: а) архитектурная модель жилого комплекса;

б) общий вид одного из зданий [4]

Все несущие конструкции, включая ЛЛУ, выступающие в качестве «ядер жёсткости», а также перекрытия выполнены из CLT-панелей.С инженерной точки зрения проект интересен конструкцией стен и перекрытий. Толщина стен зданий с высотой ступенчато уменьшается: толщина стен первого этажа составляет 200 мм, 2,3 и 4 этажей - 180 мм, 5 и 6 этажей - 160 мм, 7 и 8 этажей - 140 мм и 9 этажа - 120 мм. Толщины перекрытий также переменны в зависимости от действующих нагрузок и длины пролётов и составляют 120, 230 и 200 мм соответственно [4]. В работе [5], отмечено, что по сравнению с аналогичными железобетонными конструкциями, использование КДК позволяет снизить массу строительных конструкций до 4-5 раз, что свою очередь значительно снижает нагрузки на фундамент здания и основание. Лёгкий вес в сочетании с высокими прочностными характеристиками позволили и позволяют применять КДК при строительстве всё более высоких зданий.

В 2015 г. было введено в эксплуатацию еще одно знаковое многоэтажное здание, построенное с применением КДК - общежитие для студентов Университета Британской Колумбии в г. Ванкувере (Канада) Brock Commons. Данное здание имеет 18 этажей, а его высота составляет 54 м [5]. Фундамент, колонны цокольного этажа и ЛЛУ, выполняющие функции «ядер жёсткости» выполнены из железобетона. Каркас здания и междуэтажные перекрытия последующих 17-ти этажей выполнены из клеёного бруса с предустановленными узлами быстрого соединения и пятислойных CLT-панелей. Фасадные панели декорированы под массив дерева и чёрный цвет. Для защиты от непогоды на панели нанесено гидроизоляционное покрытие [6]. На рис. 4 показан фасад здания и вид изнутри.

:б)1

Рис. 4. Здание общежития Brock Commons: а) фасад; б) вид изнутри (без отделки) [7]

В 2015 г., в г. Бергене (Норвегия) был сдан в эксплуатацию 14-ти этажный жилой дом Treet (пер. с норвежск. «Дерево»). На момент ввода в эксплуатацию это было самое высокое здание в мире на основе КДК, его высота составляет 52 м. Особенностью проекта является сочетание в несущей конструкции каркасных деревянных модулей и ферм из клеёного бруса. Для дополнительной защиты от атмосферных воздействий несущую основу и модули из КДК защищают остекленные балконы и элементы стальной облицовки (рис. 5) [8].

Рис. 5. Многоэтажное жилое здание Treet: а) фасад; б) интерьер одной из квартир [8]

Как было отмечено выше КДК достаточно легки, что позволяет обходиться не столь массивными фундаментами, как при строительстве зданий из железобетона или кирпича. Однако без дополнительной нагрузки, сами по себе, они не всегда могут обеспечить требуемой устойчивости при больших ветровых нагрузках. Для увеличения устойчивости данного здания на 5, 10 и 14 этажах были запроектированы перекрытия с использованием бетона, которые выполняют роль своеобразного «пригруза» [8].

Осенью 2016 г., в г. Вене (Австрия) было введено в эксплуатацию многоэтажное (24 этажа) многофункциональное здание построенное на основе КДК - HoHo Wien (англ. назв. HoHo Vienna) высотой 84 м [9]. В здании расположены квартиры, офисные помещения, гостиничные номера ресторан и фитнес-центр. Общая площадь здания составляет 25 тыс. м2[9] (рис. 6).

а)'

.. 1ÜHLL В б)

Рис. 6. Многоэтажное многофункциональное здание HoHo Wien: а) общий вид; б) вид одного из помещений изнутри [9]

В качестве несущей основы здания выступают железобетонные «ядра жёсткости» и каркас, выполненный из КДК. Для устройства перекрытий и возведения наружных стен использованы CLT-панели. Доля использования КДК в данном здании оценивается в 75%. В 2019 г. в г. Брумундалле (Норвегия) было введено в эксплуатацию многоэтажное (18 этажей) многофункциональное здание Mj0stärnet Tower высотой 85,4 м (высота с громоотводом 88, 8), которое на момент написания статьи является самым высоким зданием из КДК в мире. Общая площадь здания составляет 11,3 тыс. м2. В здании расположены частные квартиры, офисные помещения, гостиничные номера, фитнес-центр и ресторан [10]. Ниже на рис. 7 показаны фотографии фасада и вид помещений здания изнутри, сделанные авторами статьи.

а)

г) н « I на^нир Д)|

Рис. 7. Многоэтажное многофункциональное здание Mj0stärnet Tower: а) и б) фасады; в) и г) конструктивные узлы; д) лестничная клетка

В качестве несущей основы здания используется клеёный брус из шпона Kerto LVL (англ. назв. Laminated Veneer Lumber). Уникальность данного здания заключается в том, что несущей основой здания является каркас из клеёного бруса. Несущие конструкции из других материалов не в данном здании не используются. Из железобетона выполнен только фундамент здания, а плиты перекрытия с 11 по 18 этаж с использованием бетона [10]. Причём плиты перекрытия, также как в жилом здании «Treet» рассмотренном выше выполняют функцию своеобразного «пригруза» для повышения устойчивости здания при действии ветровых нагрузок.

В России к сожалению на момент написания стаьи не реализовано ни одного многоэтажного здания выполненого из КДК. Офисное здание GOOD WOOD PLAZA (высотой 19,75, имеет 6 уровней и 4 этажа), проект которого был разработан компаней GOODWOOD и строительство которого скоро должно завершится по сути своей не является многоэтажным (рис.8).

Рис. 8. SD-модель офисного здания GOOD WOOD PLAZA (д. Елино, Московская обл.) [11]

Отсутствию развития в данном направлении способствует недостаточность необходимой нормативной базы, инертность мышления многих специалистов, чрезмерная жёсткость и несбалансированность норм по пожарной безопасности и т. д. Вместе с тем в 2020 г. вступили в силу новые нормативные документы: СП 451.1325800.2019 «Здания общественные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования» (вступил в силу 23.04.2020) и СП 452.1325800.2019 «Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования и строительства (вступил в силу 28.04.2020). В данных нормативных документах разрешено возводить здания из деревянных конструкций, включая КДК высотой до 28 м, что несомненно должно способствовать применению КДК для строительства многоэтажных зданий в России.

Можно выделить следующие тенденции при проектировании и строительстве многоэтажных зданий на основе КДК в мире :

увеличение высоты зданий;

многофункциональность зданий;

применение так называемых комбинированных (гибридных) конструктивных систем, т.е. совмещения КДК с железобетонными или стальными конструкциями.

Можно предположить с большой долей вероятности, что уже в краткосрочной перспективе (5-10 лет) будут построены здания из КДК высотой более 100 м. Например, в США проектной организацией Skidmore, Owings and Merrill (SOM). В настоящее время идут научно-исследовательсикие и проектные работы над проектом 42-х этажного здания Timber Tower Research Project (рис.9 у которого большая часть основных несущих элементов будут выполнены из КДК. Два нижних этажа здания предполагается полностью возвести из бетона. В конструкциях последующих этажей на КДК приходится 70%, на бетон - 30% [12].

Другим интересным объектом работы над проектом которого идут в настоящее время в Канаде является проект 40 этажного офисного здания Office Building of the Future проектировщиком, которого является CEI Architecture. Конструкция здания включает в себя два железобетонных ЛЛУ, выступающих в качестве «ядер жёсткости» и четыре железобетонные колонны большого попреечного сечения, которые идут на всю высоту здания. В качестве горизонтальных элементов проектом предусмотрены фермы из КДК и опирающиеся на них CLT-панели. В качестве дополнительной поддержки для консольных ферм на фасадах здания предусмотрены колонны из клеёного бруса [12] (рис. 9).

В настоящее время компаниями PLP Architecture, Smith and Wallwork engineers и Центром Инноваций в области природных материалов при Кембриджском университете (University of Cambridge) разрабатываются проекты двух многофункциональных зданий, выполненных из КДК высотой 300 м и состоящей из 80-ти этажей башни Oakwood Tower и 130 м многофункциональным зданием Oakwood Tower 2 [13].

Строительство здания Oakwood Tower планируется осуществить в г. Лондоне (Великобритания), Oakwoo Tower 2 в Нидерландах (информация о предполагаемом месте строительства в открытых источниках отсутствует). В [15] отмечено, что многослойный фасад здания Oakwood Tower 2, согласно проекту, состоит из перекрещивающегося клеёного бруса и создаёт плетёное подобие. Особенностью данного здания также является то, что все колонны будут проходить по всей высоте здания. Ниже на рис. 10 показаны визуализированные проекты данных зданий.

Рис. 9. Проекты многоэтажных зданий на основе КДК: а) Timber Tower Research Project;

б) Office Building of the Future [12]

f\

Рис. 10. Визуализированные проекты многоэтажных многофункциональных зданий на основе КДК: а) Oakwood Tower; б) Oakwood Tower 2; в) Oakwood Tower 2 (вид сверху) [13]

В Японии компанией «Sumitomo Foresty» разработан проект 70-ти этажного многофункционального здания высотой 350 м с элементами озеленения. Согласно проекту доля древесины

в проекте будет составлять порядка 90%. Реализацию данного проекта планируется осуществить к 2041 г. [14] Ниже на рис. 11 показан визуализированный проект данного здания.

Рис. 11. Визуализированный проект многоэтажного многофункционального здания Sumitomo Foresty: а) общий вид здания; б) элемент фасада с озеленением; в) вид изнутри здания; г) элемент

конструктивной системы здания [14]

В заключение статьи нужно отметить в настоящее время все больше стран мира начинают уделять внимание многоэтажным зданиям на основе КДК. Можно сказать с большой долей вероятности, что применнение КДК при проектировании и строительстве многоэтажных зданий на основе КДК будет одними из самых перспективных и востребованных направлений в строительстве, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективах.

Библиографический список

1. Беличенко, М.Ю., Ахметова, Л.Р., Дроздов, В.А. Строительство многоэтажных зданий на основе древесины// Проблемы современной науки и инновации. - 2016. - №12. - С. 31-38.

2. Многоэтажное жилое здание Stadthaus. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://norvex.pro/company/blog/vysotnoe-derevyannoe-domostroenie-9-etazhnyy-zhiloy-dom-stadthaus-london/ (дата обращения 06.10.2019).

3. Многоэтажное жилое здание Fort Living. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.woodsolutions.com.au/inspiration-case-study/forte-living (дата обращения 05.12.2019).

4. Многоэтажный жилой комплекс Via Cenni. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://norvex.pro/company/blog/zhiloy-kompleks-via-cenni-milan-italy-s-mnogoetazhnymi-zdaniyami-iz-kleenoy-drevesiny-clt-paneley/ (дата обращения 15.10.2019).

5. Беляева Р. В., Разводов Р. И. Эффективность применения клеёных деревянных конструкций в современном строительстве// Академический Вестник УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН. 2019. - №1. С. 74 - 78.

6. Общежитие Brock Commons [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://vancouver.housing.ubc.ca/wp-content/uploads/2017/02/Brock-Commons.pdf

7. Poirier E. A. Tannert T. Brock commons phase 1 : overview// Design and preconstruction of a tall wood building. - British Columbia, Canada.The University of British Columbia, 2016. - 24 p.

8. Здание TREET Норвегия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.magicad.com/ru/case/kodumaja-tree-rus/ (дата обращения 25.10.2019).

9. Многофункцмональное многоэтажное здание HoHo Wein. [Электронный ресурс]. Режим до-ступа:http://norvex.pro/company/blog/hoho-wien-vena-avstriya-24-etazhnoe-zdanie-iz-dereva-i-zhelezobetona-derevyannoe-domostroenie-v-goro/ (дата обращения 14.12.2019).

10. Abrahamsen R. Mj0stârnet - 18 storey timber building completed. Internationsles Holzbau Forum. 2018. - 13 p.

11. Офисное здание GOOD WOOD PLAZA. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.gwd.ru/about/good-wood-plaza/ (дата обращения 04.10.2019).

12. Проекты будущего. Многоэтажные здания из КДК. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=4100 (дата обращения 30.11.2019).

13. Oak Wood Tower. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.plparchitecture.com/oakwood-timber-tower-2.html (дата обращения 05.12.2019).

14. Многоэтажное здание Sumitomo Foresty. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://kuzpress.ru/innovation/22-04-2019/67137.html (дата обращения 05.12.2019).

ГЕРАСИМОВИЧ АЛИСА АНДРЕЕВНА - магистрант, Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого, Россия.

АГАФОНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого, Россия.