ДЕРЕВО, КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ЗАМЕНА ЖЕЛЕЗОБЕТОНУ

В статье автор рассматривает характеристики композитной древесины, относительно высотного строительства. Осуществлен разбор технических параметров (прочность, износостойкость, теплопроводность, экологичность и др.) композитной древесины; освещены преимущества использования его перед металлическими и бетонными конструкциями; рассмотрены изготавливаемые из данного деревянного сырья материалы; приведены результаты исследований с целью демонстрации отдельно взятых характеристик композитного дерева; приведен пример решений по пожарной безопасности в высотном здании выполненном из композитной древесины.

ДЕРЕВО, КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ЗАМЕНА ЖЕЛЕЗОБЕТОНУ

ГСНТИ: 67

Брюс Дарья Олеговна,

Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого

студентка кафедры Строительство уникальных зданий и сооружений

г. Санкт-Петербург, Россия

E-mail: dariabryus@gmail.com

АННОТАЦИЯ.

В статье автор рассматривает характеристики композитной древесины, относительно высотного строительства. Осуществлен разбор технических параметров (прочность, износостойкость, теплопроводность, экологичность и др.) композитной древесины; освещены преимущества использования его перед металлическими и бетонными конструкциями; рассмотрены изготавливаемые из данного деревянного сырья материалы; приведены результаты исследований с целью демонстрации отдельно взятых характеристик композитного дерева; приведен пример решений по пожарной безопасности в высотном здании выполненном из композитной древесины.

Ключевые слова: зеленое строительство, композитное дерево, высотное строительство из дерева, деревянный небоскреб, CLT, LVL

Одной из наиболее острых проблем в современном мире является непрерывно возрастающая урбанизация. По данным ВОЗ, на сегодняшний день впервые в истории более 50% населения мира живет в городских районах. А к 2050 году прогнозируется увеличение данного показателя до 70% [2]. Плотность населения в городах будет возрастать, актуализируя необходимость в расширении городского строительства: 3 миллиардам человек, которые появятся в последующие 20 лет, понадобится жильё.

В то же время строительная сфера, как известно, наносит значительный урон экологии. Производство строительных материалов и изделий требует большого количества ресурсов и связано с выделением пыли, газов, сажи и образованием различного вида отходов.В качестве основных строительных материалов на данный момент используются сталь и бетон. Процесс их изготовления является одной из самых энергозатратных сфер производства и сопровождается значительным выбросовCO2. Так, при производстве стали выделяется около 3% парниковых газов, а при производстве бетона – более 5%, ввиду чего возникает необходимость выбора между размещением трёх миллиардов людей и сохранением климата, подверженного необратимым изменениям вследствие накопления CO2.

Одним из путей разрешения данной дилеммы является строительство из дерева, набирающее популярность в Америке и Европе. В странах Евросоюза существуют даже государственные программы, в соответствии с которыми к 2020 году объем строительства зданий из дерева должен достигнуть 80% от общего количества новостроек [5]. И причин такого внимания к дереву несколько.

C:\Users\Maria\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\woodtower1.jpg
Рис.1. 9-ти этажный дом Stadthaus, Лондон, Великобритания

Прежде всего, дерево является единственным возобновляемым природным строительным материалом и обладает удивительным свойством в срубленном состоянии удерживать в себе накопленный в течение жизни углерод. Один кубический метр дерева сохраняет приблизительно одну тонну углекислого газа и способен «запирать» его в себе в среднем на 185 лет [3].

Помимо экологичности, дерево обладает рядом других экономических достоинств – к примеру, менее длительным срокомстроительства. Австралийская организация TimberDevelopmentAssociation (TDA) опубликовала результаты исследования, согласно которым строительство проекта из дерева занимало по расчетам на 6 недель меньше в сравнении с идентичными проектами из бетона и стали [7;9]. Кроме того, работа с деревом менее энергозатратна и трудоемка ввиду применения простых инструментов и оборудования, к примеру, кранов меньшей грузоподъемности.

Также древесина обладает высокими прочностными показателями по отношению к удельному весу, в результате чего в сейсмоопасных районах композитная древесина рекомендована для строительства сборных многоэтажных домов. Такие дома способны выдержать землетрясения силой до 9 баллов и обеспечить высокий уровень безопасности.

clt-fire-test.jpg
Рис. 2 Испытание композитной древесины на огнестойкость.

Помимо прочего, фактором, повышающим надежность данной конструкции, будет являться ее огнестойкость. Вопреки существующему мифу, проведенные огневые испытания подтверждают, что в сравнении со сталью, дерево обладает лучшей пожаростойкостью: прочностные характеристики и устойчивость строительных конструкций из древесины сохраняются в течение 45 минут после начала пожара, тогда как предел огнестойкости металла в незащищенном состоянии составляет 15 минут. Внешние слои древесины в условиях высоких температур обугливаются, препятствуя доступу кислорода, благодаря чему скорость прогорания конструкции составляет порядка 3,5 см в час.Таким образом, наращивая сечения элементов конструкций,можно сохранять несущую способность в течение заданного времени. Кроме того современные стройматериалы из дерева подвергаются дополнительной обработке антипиренами в условиях завода, что сводит показатели их горючести к минимуму [5]. Так же для увеличения пожаростойкости можно использовать плиты из гипсокартона: исследования показали, что стены из трех и пятислойной клееной фанеры, защищенные плитами из гипсокартона, могут выдержать порядка 100 -110 минут воздействия огня, а пол — вплоть до 120 минут (7-слойный пол — 178 мин).Такие показатели соответствуют требованиям российского СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» [4;6].

Дерево, как современный строительный материал –это не традиционные «пиломатериалы», используемые в индивидуальном малоэтажном строительстве, а композитные материалы, отличающиеся высокой прочностью и долговечностью, изготовленные на основе современных технологий. Одной из таких разработок являются CLT и LVL, созданные в 90-х годах прошлого века Австрийской ассоциацией деревянной промышленности.

CLT (Cross-Laminated-Timber, перекрестно-клееные панели)– это конструкционный материал, представляющий собой деревянные панели до 24 метровв длину, до 3,5 метров в ширину, толщиной до 0,5 метра, а массой 480-500 кг/м3.Слои в таких панелях располагаются во взаимно перпендикулярных направлениях, проклеиваются не содержащим формальдегида клеем и прессуются под давлением 6 кг на см2(60 тонн на 1 м2) [8]. Соединение деревянных панелей происходит на молекулярном уровне. В конечном итоге из древесины получается монолит, по несущей способности и огнестойкости не уступающий железобетону.

clt-layers.jpg
Рис.3. Схема укладки слоев в CLT

По системе перекрестного склеивания для стоек каркаса и перекрытий производят так же и брус LVL (Laminated-Veneer-Lumber). Такими брусьями можно перекрывать пролетв 36м, а фермами из LVL – в 42м и более. В отличие от обычного дерева, LVL не дает усадки,не деформируется от сырости, не подвержен воздействию микроорганизмов и устойчив к химической агрессии [5].

C:\Users\Maria\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\2.jpg
Рис.4. Пример совместного использования CLT и LVL, Brock Commons, Ванкувер, Канада.

В конструктивной схеме здания CLT и LVL могут комбинироваться: каркас здания может состоять из LVL бруса, а стены и перекрытия – из панелей CLT. Также применяются гибридные варианты, где основные несущие элементы монтируются из железобетона, а ограждающие конструкции и второстепенные балки – из композиционной древесины.

Таким образом, по своим прочностным показателям продукты из композитной древесины могут быть применимы для возведения построек вплоть до 30 этажей в высоту. Однако на данный момент самым высоким зданием из дерева будет является 18-ти этажное (53м) общежитие Brock Commons, университет Британской Колумбии (University of British Columbia), Ванкувер. В эксплуатацию уже построенное здание будет сдано летом 2017 года [1].

1-1.png
Рис.5. Пример совместного использования CLT и LVL, Brock Commons, Ванкувер, Канада

Проект был разработан Acton Ostry Architects совместно с Architekten Hermann Kaufmann, Fast+EPP и GHL Consultants Ltd. Здание представляет собой гибридную конструкцию из двухэтажного бетонного подиума с двумя несущимиядрами (ЛЛУ), поддерживающими 17 деревянных этажей, перекрытых дощатоклееными полами (5-слойные панели CLT) с армированными балками и кровлей с металлическим настилом. Вертикальная нагрузка на перекрытия распределяется на сетку колонн LVL, расположенных с шагом в 4м. Жесткость соединений деревянных колонн и балок обеспечивается наличием стальных коннекторов. Сборный фасад здания состоит из 8-метровых секций со стальным каркасом и установленными предварительно окнами, и облицован панелями из спрессованного ламината.

Основным сдерживающим фактором на пути развития деревянного строительства является опасение, что получившееся строение не будет пожаробезопасным. Это нашло отражение в строительных нормах, вводящих лимит на максимальную высотность деревянных зданий: в большинстве стран североамериканского континента это максимум 4 этажа. В некоторых странах Европы бывает и больше, например, в Швейцарии — до 6 этажей [4]. Ввиду этого, проект потребовал специального урегулирования (SSR) и соответствия стандартам безопасности зданий, принятых в Британской Колумбии. Именно поэтому в конструкции здания первый этаж и несущие ядра были выполнены из железобетона, а не из композитной древесины.

Пожарная безопасность Brock Commons обеспечивается следующими мероприятиями:

  • деревянные элементы конструкций, а также большая часть стальных соединений защищены плитами из гипсокартона;
  • здание полностью оснащено системой разбрызгивателей;
  • здание разделено на блоки, что позволяет локализовать пожар в отсеке его возникновения;
  • эвакуационные лестницырасположены внутри бетонных ядер;
  • инженерные сети также расположены в пределах невозгораемой части первого этажа;
  • кроме того, в здании предусмотрен пожарный стояк с кранами для рукавных линий, являющийся стандартной системой для высотных зданий северной Америки.

Основной задачей этого проекта стала демонстрация жизнеспособности деревянных конструкций для строительной отрасли. В перспективе, после реализации проекта общежития BrockCommons, появится достаточная база результатов испытаний сборных конструкций из дерева для высотных зданий, а также база аналитической информации мониторинга исследовательских программ. Постепенно это приведет к тому, что нормы и правила для высотных деревянных зданий будут существенно пересмотрены.

Таким образом, высотное строительство из древесины является весьма перспективной областью с точки зрения экономики и экологии,однако даже в передовых странах реализация проектов зданий и сооружений из дерева выше 3-6 этажей (12-20м) сталкивается со множеством препятствий: 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. Такие смелые проекты как BrockCommons – это огромный шаг на пути развития строительства из композитной древесины, как глобального явления.

СПИСОК ЛИТЕРТУРЫ:

  1. Байназаров Н. В Канаде построили самое высокое деревянное здание в мире. Rusbase [Электронный ресурс]. URL: https://rb.ru/news/the-tallest-wooden-building/ (дата обращения: 27.06.2017)
  2. Бюллетень Всемирной организации здравоохранения [Электронный ресурс]. Выпуск 88, номер 4, апрель 2010 г., 241-320. URL: http://www.who.int/bulletin/volumes/88/4/10-010410/ru/ (дата обращения: 27.06.2017)
  3. Изделия из дерева «запирают» в себе углерод в среднем на 185 лет — АЗЕРТАДЖ — Азербайджанское государственное информационное агентство [Электронный ресурс]. 2012. URL: http://azertag.az/ru/xeber/Izdeliya_iz_dereva__quotzapirayut_quot_v_sebe_uglerod_v_srednem_na_185_let-96784 (дата обращения: 27.06.2017)
  4. Мурашева В. Немного о деревянномнебоскребостроительстве. [Электронный ресурс]. ESTP — Экспертный Строительный Портал. 2014. URL: http://estp-blog.ru/rubrics/rid-6093/(дата обращения: 27.06.2017)
  5. Разумов А. Многоэтажное деревянное строительство [Электронный ресурс] // Технология и организация строительства. Строительный портал «МАИСТРО». 2016. URL: http://elima.ru/articles/index.php?id=111 (дата обращения: 27.06.2017)
  6. СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений (с Изменениями N 1, 2) СНиП от 13 февраля *1997 года №21-01-97, СП (Свод правил) от 13 февраля 1997 года №112.13330.2011 [Электронный ресурс]. Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: http://docs.cntd.ru/document/871001022 (дата обращения: 27.06.2017)
  7. Строительство из дерева позволяет сэкономить до 15% бюджета// Статьи. [Электронный ресурс] Энциклопедия архитектуры. Интернет-издание Archspeech. 2015 URL: http://archspeech.com/article/stroitel-stvo-iz-dereva-pozvolyaet-sekonomit-do-15-byudzheta (дата обращения: 27.06.2017)
  8. Технические характеристики клееных панелей [Электронный ресурс]. Новая эпоха деревянной архитектуры. Новая эпоха деревянного строительства. URL: http://crosslam.ru/tehnicheskie-harakteristiki-kleenyh-paneley (дата обращения: 27.06.2017)
  9. Commercial Building Costing Cases Studies – Traditional Design versus Timber. Forest and Wood Products Australia. [Электронныйресурс] 2015. URL: http://www.archdaily.com/768975/study-shows-that-timber-buildings-cost-less-to-build (дата обращения: 27.06.2017)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *