Оценка эффективности применения клееных деревянных конструкций в строительстве большепролетных сооружений

АРХИТЕКТУРА

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ

СООРУЖЕНИЙ Холявкин А.О.

Холявкин Артем Олегович - магистрант, кафедра организации строительства,

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург

Аннотация: в статье поставлен вопрос эффективности применения несущих конструкций из клееной древесины в большепролетном строительстве, обоснованной возможностью сокращения сроков строительства, количества задействованной техники и состава монтажных работ. Рассмотрены показатели трудоемкости монтажа большепролетных клееных деревянных конструкций. На основании приведенных данных о реализованных проектах, где в качестве несущих использованы клееные деревянные конструкции, а также теоретических расчетов произведен сравнительный анализ объема затрат трудовых и материальных ресурсов на изготовление единицы площади объекта строительства для металлических и деревянных каркасов соответственно. Ключевые слова: большепролетное строительство, энергоэффективное строительство, большепролетные клееные деревянные конструкции, эффективность строительного производства.

УДК 694.1

Древесные материалы относятся к наиболее востребованным видам строительных материалов на территории стран Европы и Америки, также возрастающую заинтересованность проявляют Китай и Япония. Широкой распространенности применения в первую очередь способствует соотношение физико-механических показателей и малой плотности, а также высокая степень механизации обработки, внесезонная доступность использования, стойкость к химическому воздействию, диэлектрическая проницаемость. Перечисленные факторы позволяют значительно сократить бюджет строительно-монтажных работ, сроки и возведения зданий и сооружений.

Большепролетные конструкции из клееной древесины (БКДК) наиболее эффективно применимы в строительстве концертных залов и кинотеатров, спортивных арен, аквапарков и бассейнов, торгово-развлекательных центров и многих других объектов общественного, религиозного, промышленного и сельскохозяйственного назначения [2]. В настоящее время одной из главных задач развивающейся отрасли строительства большепролетных сооружений является уменьшение массы конструкций. Современные технологии обработки материала в совокупности с усовершенствованием методик расчета, позволяют значительно снизить общий вес здания.

Удельная прочность материала определяется отношением расчетного сопротивления материала к его плотности [1].

Таблица 1. Удельная прочность материалов

древесина сосна (на сжатие и изгиб) 1300/0,5 = 2600 м

сталь класса 38/23 (на растяжение, сжатие и изгиб) 21000/7,85 = 2670 м

бетона М200 (на сжатие) 900/2,2 = 410 м

На примере реализованных на территории объектов большепролетного строительства рассмотрим эффективность применения БКДК.

В 2001 году в морском порту Санкт-Петербурга построено складское сооружение для хранения калийных удобрений с каркасом из клееной древесины. В плане склад имеет размер - 66,5 х 300 м, отметка верха конструкции - 45 м. Каркас сооружения представляет собой трехшарнирные рамы пролетом 66,5 м, расположенные с шагом 6 м. Сборочный элемент «полурама» длиной 53 м, имеет сечение 400 х 1800 мм, на строительной площадке конструируется из трех деталей в длину на специально установленном передвижном стенде из объединенных между собой железнодорожных платформах. Укрупнительная сборка блоков осуществлялась путем сваривания блоков в полурамы, омоноличивания стыков при помощи полимербетона, подвергнуты антикоррозионной и противопожарной защите. За укрупнительной сборкой следовала подача в зону монтажа накаткой по железнодорожным путям.

Изготовленные в городе Королев КДК, принятым габаритом 18м, доставлялись в Санкт-Петербург железнодорожным транспортом.

Таким образом, эксплуатируемый на территории Санкт-Петербурга складской комплекс по хранению и перегрузке минеральных удобрений является крупнейшим в Европе, где впервые применена технология изготовления узловых соединений, устойчивых к коррозионному воздействию, впервые в конструкции рам больших пролетов терминала запроектированы укрупнительные стыки по технологии ЦНИИСК на наклонно вклеенных стержнях, позволяющие снизить трудоемкость монтажной сборки в четыре раза по сравнению с аналогичными. Объемный вес деревянных конструкций сооружения - 3000 т, масса металлических конструкций для монтажной оснастки - 500 т, стоимость изготовления - 280 млн руб., стоимость монтажа несущих конструкций - около 120 млн руб.

Большепролетные конструкции из клееной древесины (БКДК) наиболее эффективно применимы в строительстве концертных залов и кинотеатров, спортивных арен, аквапарков и бассейнов, торгово-развлекательных центров и многих других объектов общественного, религиозного, промышленного и сельскохозяйственного назначения.

Рассмотрен проект строительства «Большой ледовой арены для хоккея с шайбой на 12 тыс. мест», одного из объектов 0лимпиады-2014, представляющий собой пространственную сетчатую оболочку в виде купола овальной в плане формы (мин. диаметр - 142 м, макс. диаметр - 194 м).

Разработанный ООО «СевКавНИПИагропром» проект сооружения, охарактеризован следующими значениями: объемный вес металлических конструкций сооружения - 4020 т, масса металлических конструкций для монтажной оснастки - 1210 т, стоимость изготовления - 438,5 млн руб., стоимость монтажа несущих конструкций - 220 млн руб. Завышенный расход материалов, высокая трудоемкость монтажа и общая усложненность конструкции привлекла внимание ЦНИИСК, предложивших наиболее простой вариант проекта с использованием несущих конструкций из КДК. Главной причиной рассмотрения альтернативного проекта послужила надежность использования клееных деревянных конструкций в районах с повышенной сейсмической активностью.

Принятое конструктивное решение об уменьшении пролета со 137 до 100 м в совокупности с запроектированной формой арочных конструкций позволило перераспределить усилия в конструкциях, предоставляя возможность для размещения сантехнического оборудования.

Схема трехшарнирных арочных несущих конструкций, имеющих центром опоры прямоугольное в плане кольцо размерами 16 х 49 м, не только сокращает количество монтажных стыков в полуарках, но и дает возможность снизить трудоемкость монтажа деревянного каркаса, сводя к минимуму возможность разрушения конструкций от сейсмических воздействий. Соединение шарниров с деревянными элементами осуществлено с использованием системы ЦНИИСК, позволяющей восприятие циклических и динамических воздействий [7].

Сопоставление базовых технико-экономических значений способов реализации проекта ледовой арены основного, и, проекта, выполненного с использованием КДК, наглядно подтвердило преимущества второго варианта, определяемые показателями: снижение веса несущих конструкций на 1400 т; сокращение количества необходимой оснастки на 600 т; снижение стоимости монтажа конструкций покрытия на 48 млн руб., что в общем объеме охарактеризовало эффективность применения КДК в строительстве в 320 млн руб. Влияние снижения нагрузки от собственного веса покрытия на нижележащие конструкции и фундаменты в расчетах не было учтено [7].

Еще одним примером применения большепролетных клееных деревянных конструкций в строительстве является смонтированный в Санкт-Петербурге в составе торгово-развлекательного комплекса, каркас самого крупного в России купола из деревянных ребер сквозного сечения. Проект ТРК разработан петербуржскими архитекторами, а конструкции покрытия аквапарка московским институтом, ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.

Главной особенностью возводимого сооружения, осложняющей строительство, являются его габаритные размеры. Составляющие купольную конструкцию высотой 45 м, ребра закреплены в двух точках: снизу примыкают к железобетонной стене диаметром 90 м, распределяющей нагрузки на фундаменты; верхняя точка фиксируется металлическим кольцом, 5 м в диаметре. Несущие меридиональные полуарки, представляющие собой изогнутые в виде серпа фермы, длиной порядка 63 м, также требовали принятия нестандартных решений в области использованных конструктивных решений сборки и монтажа.

Основные узловые стыки поясов ферм запроектированы с применением технологии наклонно вклеенных стержней, позволяющей выполнять укрупнительную сборку элементов на монтажной сварке, не оказывая влияние на прочность сопряжений. Опорные узлы деревянных ферм на железобетонные конструкции оснащены вклеенными в торцы поясов закладными деталями, упрощающими их монтаж. Предусмотрены меры защиты от прогрессирующего обрушения здания.

Укрупнительная сборка блоков меридиональных ребер согласно ППР производилась на вспомогательных кондукторах и стапелях в проектных габаритах, после чего укрупненные элементы с помощью подъёмных механизмов устанавливались в проектное положение с верхней точкой опоры на удерживающей металлической конструкции, расположенной в центре основания купола башне.

Сельское строительство, также характеризуется рассредоточенностью объектов и меньшими объёмами строительно--монтажных работ на одной площадке; значительным удельным весом хозяйственного способа при производстве работ; сложными условиями транспортировки конструкций; дефицитом рабочей силы; простыми конструктивными решениями большинства типов зданий и другими особенностями, которые обуславливают необходимость широкого внедрения легких эффективных конструкций высокой степени заводской готовности.

Использование легких конструкций в условиях рассредоточенного сельского строительства и недостаточно развитой сети автомобильных дорог с твердым покрытием позволяет, в частности, применять автомобили и краны меньшей грузоподъёмностью и тем самым снижать себестоимость строительно-монтажных работ.

Деревянные клееные конструкции в 5 раз легче бетона, и потому в мансардном строительстве можно обойтись без тяжелого грузоподъемного оборудования (балка КДК длиной 15 м не превышает 100 кг). Сегодня, когда цены на металл значительно выросли, применение КДК экономически целесообразно.

На основании обобщенных данных, полученных из опыта отечественного и зарубежного строительства, можно заключить, что применение клееных деревянных конструкций в строительстве промышленных и складских зданий с химически агрессивной средой дает экономию материальных и трудовых ресурсов на единицу площади на 9-15% по сравнению с металлическими конструкциями, в спортивных зданиях и сооружениях, а также в общественных (выставочные павильоны, кинозалы) - 15%, в малоэтажном домостроении - 15%, в транспортных сооружениях (пешеходные и автодорожные мосты) -13-18%, в сельских производственных и складских зданиях - не более 20% [2].

Усредненные показатели эффективности перехода на конструктивные решения с применением БКДК: снижение массы покрытия в зависимости от объекта строительства - 3-4 раза, трудоемкость монтажа - до 20%, расход стали - до 50%.

Список литературы

1. Турковский С.Б., Погорельцев А.А., Преображенская И.П. // Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве (система ЦНИИСК) / Под общ. ред. С.Б. Турковского и И.П. Преображенской. М.: Стройматериалы, 2013. 308 с.

2. Бобылев С.Н. Экологизация экономического развития / С.Н. Бобылев. М.: Экономика, 2011. 320 с.

3. Калугин А.В. Деревянные конструкции: учеб. для вузов. Ассоциации строительных Вузов, М., 2003.

4. Погорельцев А.А. Большепролетные линзообразные фермы из клееной древесины бассейна в Санкт-Петербурге / А.А. Погорельцев // Сборник научных трудов «Современные строительные конструкции из металла и древесины». ОГАСА. Вып. № 14. Ч. 2. Одесса, 2010. С. 119-123.

5. ЕНиР Сборник Е6-1В, Е6-8, Е6-9.

6. ЕНиР Сборник Е5-1, Е5-1-1, Е5-1-3, Е5-1-6 - Е5-1-13.

7. ЛесПромИнформ № 2, 3, 4 (102)'2014. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://lesprominform.ru/jarchive/joumals/itemshow/100/ (дата обращения: 27.04.2018).

8. МИНПРОМТОРГ // [Электронный ресурс] // Режим доступа: http:// http://minpromtorg.go v.ru/ (дата обращения: 27.04.18).