Использование древесины при проектировании высотных зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технология многослойных клееных панелей

2. Свойства и преимущества технологии клееных панелей

2.1 Технические характеристики клееных панелей

2.2 Экологические свойства технологии клееных панелей

2.3 Прочность деревянных клееных панелей

2.4 Огнестойкость конструкций из клееных панелей

2.5 Долговечность конструкций из клееных панелей

2.6 Теплопроводность клееных панелей

2.7 Сейсмостойкость зданий из клееных панелей

2.8 Звукоизоляционные свойства клееных панелей

3. Конструктивные схемы деревянных небоскребов

4. Примеры домов из клееных деревянных панелей

Перечень использованных источников



Введение

многослойный клееный панель деревянный

Новая европейская технология клееных деревянных панелей совершает революцию на строительном рынке. Фактически появилась высокотехнологичная и экологически чистая альтернатива железобетонному домостроению. Эта технология, обозначаемая аббревиатурой CLT (Cross-Laminated Tiimber) охватила большинство стран Европы и стала распространяться в Австралии, США, Канаде.

На ее основе производятся многослойные деревянные клееные панели крупного формата.

Конструкции из этих панелей обладают множеством уникальных качеств, недостижимых при традиционном деревянном строительстве, например:

прочность и огнестойкость клееных панелей не уступают железобетону;

они в 6 раз легче железобетона;

сейсмостойкость зданий, построенных по этой технологии - до 12 баллов по шкале Рихтера;

они соответствуют высшим европейским экологическим стандартам:

низкая теплопроводность панелей сохраняет тепло в зданиях;

точность и стабильность габаритных размеров панелей обеспечивают очень высокую скорость возведения зданий.

Эти качества были с успехом использованы в коттеджном строительстве в Европе и позволили быстро возводить надежные, энергоэффективные, экологически чистые дома с идеальным микроклиматом внутри помещений.

По мере практического использования этой технологии стало ясно, что ее потенциал не исчерпывается малоэтажным строительством. В Европе, США, Канаде появились и стали реализовываться проекты 6, 9 и 10-ти этажных зданий, размещаемых в городской застройке.



Наряду с этим стали появляться интересные проекты складских, производственных зданий, транспортных объектов, спортивных сооружений. Ниже показан пример производственного здания в Фёгене, Австрия.

Успешная реализация таких проектов привела архитекторов, инженеров, экологов к постановке более масштабных и амбициозных задач.

Технология многослойных деревянных панелей стала рассматриваться как средство решения экологических проблем глобального масштаба. Огромная доля вредных выбросов в атмосферу на планете приходится на производство железобетона, а также на его транспортировку. Производство же древесины является экологически чистым. При этом деревянные строения активно поглощают вредные вещества и очищают атмосферу.

Помимо этого проведенные исследования показали, что прочностные свойства и огнестойкость современных деревянных конструкций и, главным образом, многослойных деревянных панелей, позволяют строить высотные здания до 30 этажей, а с использованием гибридных схем - до 40 этажей и выше.

В результате современная технология производства многослойных деревянных конструкций стала серьезно рассматриваться как реальная альтернатива железобетону, призванная очистить атмосферу, сократить энергопотребление и создать здоровый микроклимат в помещениях. В этом направлении стали делаться практические шаги. В частности в ряде стран стали пересматриваться строительные нормы в сторону увеличения предельной этажности деревянных зданий.

Одновременно с этим стали появляться все более смелые и амбициозные проекты.

В их числе - концептуальный проект Big Wood американского архитектора Майкла Чартерса, отмечен на конкурсе проектов небоскребов, проведенном журналом eVolo в 2013 году. Это - высотный многофункциональный комплекс из деревянных конструкций высотой 44 этажа в деловом центре Чикаго.

Несмотря на бурные темпы развития этой технологии во многих странах мира, в России она пока не получила должного развития. Однако, учитывая, что в России исключительно благоприятные условия для ее применения, новая эпоха деревянного домостроения в нашей стране не за горами. И к этому надо быть готовым.



1. Технология многослойных клееных панелей

Многослойные клееные деревянные панели производятся на европейских предприятиях из слоев древесины как правило, хвойных пород, высушенных до уровня влажности 12%. Направление волокон каждого последующего слоя располагается под прямым углом относительно предыдущего слоя. Эти слои склеиваются высококачественным, не содержащим формальдегида и растворителя клеем, прошедшим тестирования по высшим критериям технических характеристик. Клей наносится по всей поверхности слоев и по стыкам досок. Затем слои прессуются под высоким давлением 6 кг/см2.

Панели могут состоять из трех и более слоев. Количество слоев обычно нечетное. В качестве сырья для изготовления панелей используются стандартные пиломатериалы. Во внутренних слоях допускается использовать древесину более низких сортов, чем во внешних слоях. Несмотря на то, что для изготовления панелей используется, в основном, древесина мягких (хвойных) пород, допускается применение древесины твердых пород, например, тополь, а также гибридных схем, включающих древесину различных пород.

Такая технология во много раз увеличивает прочность и несущую способность панелей как в продольном, так и в поперечном направлениях, обеспечивает высокую сопротивляемость скручиванию, достигается высокая стабильность геометрических размеров изделий на весь период жизни строения. Это обеспечивает также высокую огнестойкость и сейсмостойкость конструкций.

Эти изделия применяются в качестве несущих стеновых панелей, перегородок, перекрытий, парапетов, несущих элементов лестниц, балконов и др. Для наружных и внутренних стен изготавливаются многослойные панели, обеспечивающие требуемый уровень теплоизоляции, шумопоглощения, влагозащищенности.



На строительную площадку поставляются как отдельные конструктивные элементы, так и готовые крупные строительные блоки (кухни, санузлы, сложные объемные элементы. Построенные здания обладают высокими статическими характеристиками, высокой огнестойкостью , высокой сейсмостойкостью.

На основе этих изделий могут строиться различные виды зданий и сооружений: малоэтажные и многоэтажные жилые дома, общественные и торговые здания, спортивные сооружения, производственные и складские корпуса.



2. Свойства и преимущества технологии клееных панелей

Инновационная технология, применяемая при изготовлении многослойных клееных деревянных панелей, наделяет эти панели рядом уникальных свойств, которые открывают принципиально новые перспективы развития деревянного строительства.

2.1 Технические характеристики клееных панелей

Технология, многослойных клееных деревянных панелей известна на Западе под аббревиатурой CLT (Cross-Laminated Timber). На ее основе производятся деревянные панели длиной до 16-ти метров, шириной до 3-х метров, толщиной до 0,5 метра. Слои укладываются во взаимно перпендикулярных направлениях, проклеиваются экологически чистым, не содержащим формальдегида клеем и прессуются под давлением 6 кГ на см2 (60 тонн на 1 м2).

В результате панели приобретают свойства монолита и по несущей способности и огнестойкости не уступают железобетону. Их масса составляет 480 - 500 кг/м3. Высокая прочность и большие предельные габаритные размеры панелей позволяют создавать большепролетные перекрытия без промежуточных опор.

Общие технические характеристики панелей

Максимальные размеры панелей: длина - 16.5 м., ширина - 2.95 м., толщина - 57-500 мм. ? Количество слоев панели составляет от 3 до 9. Стабильность геометрических размеров: в продольном направлении изменения пренебрежимо малы: в поперечном - 0.2 миллиметра на 1% изменения влажности окружающей среды при стандартной вложности панели 12+/-2%. Огнестойкость - от 30 до 90 минут. Масса панели составляет 480 - 500 кг/куб.м.

Ниже представлены сводные значения параметров изделий:

Показатели	Значения показателей
Максимальные размеры	Максимальная длина: 16500 мм, максимальная ширина: 2950 mm, максимальная ширина: 500 мм.
Толщина панелей	3-s TT: 57, 72, 94, 120 мм. 3-s TL: 57, 60, 78, 90, 95, 108, 120 мм. 5-s TT: 95, 125, 128, 158, 200 мм. 5-s TL: 117, 125, 140, 146, 162, 182, 200 мм. 7-s TL: 202, 226 мм. 7-ss TL: 208, 230, 260, 280 мм (двойные наружные продольные слои) 8-ss TL: 248, 300, 320 мм (двойные продольные слои снаружи и в середине панели) TT = Верхний слой перпендикулярен направлению панели. TL = Верхний слой параллелен направлению панели s = Количество слоев в панели Возможны индивидуальные параметры толщины панели
Рекомендованные (с целью минимизации отходов) значения ширины панелей	2400 / 2500 / 2720 / 2950 мм.
Деформация	В плоскости панели: пренебрежимо малое. Перпендикулярно плоскости панели: 0.24 мм/м на 1% влажности
Влажность	12% (+/- 2%) - сушка в сушильных печах
Огнестойкость	0,67 мм/мин только для наружных слоев. 0,76 мм/мин для других слоев
Воздухонепроницаемость	Воздухонепроницаемость строений зависит от плотности панелей и конфигурации стыков. Тесты на панелях размером (1000 x 1000 мм) показали, что 3- х слойные и 5-ти слойные панели являются воздухонепроницаемыми. Тесты, проведенные на готовых модулях помещений длиной 8000 мм, шириной 4200 мм и высотой 2500 мм с 3-х слойными стеновыми элементами (примерный объем 84 куб.м.) и 3-х слойными элементами перекрытий с установленными окнами и дверями но без изоляции и без облицовки фасадов показали высокий уровень воздухонепроницаемости, то есть n50< 0.6 h-1
Теплопроводность (л - value)	0,13 W/(m2K)
Удельная теплоемкость	2,0 KJ/(kgK)

2.2 Экологические свойства технологии клееных панелей

Древесина - единственный возобновляемый конструкционный материал, применявшийся в строительстве в течение тысячелетий. Сегодня мы видим его возрождение на принципиально новом качественном уровне. Появление нового продукта высоких технологий - клееных деревянных панелей сделало экологически чистое дерево реальной альтернативой железобетону в индустриальном домостроении.

В развитых странах при производстве строительных работ и сносе зданий создается 40--50 % всех отходов. Около 40 % всего объема энергопотребления и 30 % выбросов двуокиси углерода приходится на эксплуатацию зданий.

Производство строительной продукции имеет 5% долю энергопотребления и выбросов углекислого газа. На долю транспортных средств, занятых в строительстве, приходится 25% выбросов от всего транспортного трафика. Наибольший объем вредных выбросов отмечается при изготовлении цемента и составляет, по разным источникам, около 5--8 % от общего объема выбросов углекислого газа.

Технология клееных деревянных панелей требует, по сравнению с железобетоном, гораздо меньших затрат энергии как на стадии производства панелей так и этапе монтажа на строительной площадке. Это соответственно сокращает количество выделяемой в атмосферу двуокиси углерода.

Также одним из наиболее существенных моментов с точки зрения экологии является то, что дерево является мощнейшим поглотителем углекислоты из окружающей атмосферы. Деревянный 1-2-х этажный дом средних размеров поглощает из атмосферы около 30 тонн углекислого газа. Ежегодное повышение доли потребления древесины в сфере строительства в Европе на 4 % соответствует ежегодному сокращению выбросов углекислого газа в объеме 150 миллионов тонн.

Кроме того, и процесс производства этих панелей и процесс строительства не загрязняют окружающую среду вредными отходами производства.

Теплопроводность клееных панелей очень низкая, и эти панели сами по себе являются теплоизоляционным материалом. Поэтому дома, построенные по этой технологии, являются весьма энергоэффективными и являются наилучшим решением для реализации концепции "пассивных домов", кторые не требуют внешних источников отопления даже в регионах с холодным климатом.

Клей, применяемый при производстве панелей экологически безопасен, не содержит формальдегида, растворителей, канцерогенных веществ.



2.3 Прочность деревянных клееных панелей

Благодаря применяемой инновационной технологии изготовления, клееные деревянные панели обладают уникальными для деревянных конструкций прочностными характеристиками.

Взаимно перпендикулярное расположение смежных слоев обеспечивает одинаковую прочность панелей как в продольном, так и в поперечном направлениях и это дает им прочностные свойства, более характерные для железобетона, нежели для дерева. Это дает также дополнительные архитектурные возможности, в частности, возможность организации большепролетных перекрытий, дополнительная свобода в организации консольных и навесных решений.

Высокая прочность клееных деревянных панелей в сочетании с малым удельным весом (в 5 раз легче железобетона), а также огнестойкость и сейсмостойкость конструкций позволяют возводить высотные дома целиком из дерева, строить прочные, устойчивые здания в зонах высокой сейсмической активности. Для обеспечения достаточной прочности двухэтажного здания достаточно в качестве несущих стен использовать 3-х слойные панели толщиной около 9 см.

Для проведения испытания на сейсмостойкость было построено 7-этажное здание из клееных деревянных панелей. Несущие стены 1-го и 2-го этажей имели толщину 142 мм. Стены более высоких этажей имели меньшую толщину (см. рисунок). Здание оказалось практически неповлежденным после серии сильшейших землетрясений.

Прочностные свойства панелей

Показатели	Значения показателей
Модуль упругости параллельно направлению волокон (Е0, mean)	12 000 MPa
То же, перпендикулярно направлению волокон (E90, mean)	370 MPa
Модуль упругости при сдвиге параллельно направлению волокон (Gmean)	690 MPa
То же, перпендикулярно направлению волокон, модуль упругости при крутящем сдвиге (G R, mean)	50 MPa
Предел прочности при изгибе параллельно направлению волокон (f m,k)	24 MPa
Предел прочности при растяжении перпендикулярно направлению волокон (f t, 90, k)	0,12 MPa
Предел прочности при сжатии перпендикулярно направлению волокон (f c, 90, k)	2,7 MPa
Предел прочности при сдвиге параллельно направлению волокон (f v, k)	2,7 MPa
То же, перпендикулярно направлению волокон (прочность при крутящем изгибе) (f R, V, k)	1,5 MPa

Механические воздействия в продольном направлении

Показатели	Значения показателей
Модуль упругости параллельно направлению волокон (Е 0, mean)	12 000 MPa
Модуль упругости при сдвиге параллельно направлению волокон (Gmean)	250 MPa
Предел прочности при изгибе параллельно направлению волокон (fm,k)	23 MPa
Предел прочности при растяжении параллельно направлению волокон (f t, 0, k)	16,5 MPa
Предел прочности при сжатии параллельно направлению волокон (fc, 0, k)	24 MPa
То же, концентрированно, параллельно направлению волокон (f c, 0, k)	30 MPa
Предел прочности при сдвиге параллельно направлению волокон (fv, k)	5,2 MPa

Другие механические свойства

Показатели	Значения показателей
Стабильность размеров	Содержание влажности за весь срок службы не достигает уровня, который привел бы к нежелательным деформациям панелей



2.4 Огнестойкость конструкций из клееных панелей

Огнестойкость многослойных клееных деревянных панелей существенно превосходит любые другие виды деревянных конструкций. Этому способствуют многослойность панелей, их высокая плотность, препятствующая распространению огня, свойства применяемого клея и др. Другой важный показатель -- низкая теплопроводность панелей. Когда одна сторона панели нагрета до температуры около 1000 градусов по Цельсию, другая сторона долгое время сохраняет комнатную температуру.

Расчетная скорость обугливания конструкций на основе клееных деревянных панелей - от 0,67 мм/мин до 0,76 мм/мин. Эта скорость зависит от принятых проектом способов стыковки панелей.

Предел огнестойкости зависит от количества слоев в панели. В среднем предел огнестойкости 3-х слойных панелей составляет 30 мин, а для 5-слойных панелей такой же толщины и при такой же нагрузке - 60 мин. При тщательной проработке проектных и конструктивных решений предел огнестойкости может быть существенно увеличен. Так, например, в проекте 9-этажного дома в Лондоне, построенного полностью из деревянных клееных панелей, предел огнестойкости конструкций составляет не менее 90 мин. Есть примеры проектных решений, которые обеспечивают для таких конструкций предел огнестойкости 120 мин. и более.



Показатели огнестойкости

Показатели	Значения показателей
Панели за исключением настила полов	Еврокласс D-s2, d0
Панели для настила полов	Еврокласс DFL-s1
Скорость обугливания. (При условии прогорания только наружного слоя. Сокращение поперечного сечения, на затронутого огнем до 10%. По крайней мере 3 мм. наружного слоя не должно быть затронуто огнем.)	0,67 мм/мин.
Скорость обугливания внутренних слоев	0,76 мм/мин.

2.5 Долговечность конструкций из клееных панелей

Благодаря применяемой технологии изготовления, многослойные деревянные клееные панели имеют более высокие показатели долговечности по сравнению с обычными деревянными конструкциями. Деформации после длительного периода эксплуатации, характерные для традиционных деревянных конструкций - набухание, усыхание и ползучесть в конструкциях из клееных деревянных панелей даже в многоэтажных зданиях пренебрежимо малы, что открывает новые перспективы для применения этой технологии. Долговечность правильно спроектированных зданий из клееных деревянных панелей составляет от 50 лет и выше. Однако, при проектировании необходимо учитывать, что панели могут терять свои качества, если их внутренняя влажность превышает 20% в течение продолжительного периода времени. Поэтому следует предусматривать дренажные и вентиляционные пустоты между поверхностью панели и облицовочным слоем. Кроме того, панели должны отстоять от поверхности земли на высоте не менее 15 см. для предотвращения забрызгивания нижних частей панелей во время дождя.

2.6 Теплопроводность клееных панелей

Клееные деревянные панели идеально подходят для проектирования энергоэффективных домов. Почти герметичная среда помещений не позволяет уходить теплу через щели, как это происходит в обычных домах. Высокая теплоемкость дерева помогает обеспечивать температурную стабильность помещений в течение дня.

Теплоизоляционные свойства многослойных клееных деревянных панелей аналогичны соответствующим свойствам древесины, из которой они изготовлены. Эти свойства меняются в зависимости от толщины панелей.

В этом плане наиболее важными свойствами являются теплопроводность л(интенсивность теплового потока, проходящего через материал) и теплоемкость c (способность поглощения и сохранения тепла).

Коэффициент теплопроводности многослойных клееных деревянных панелей ведущих европейских производителей равен 0,13 W(m,K). Это в 10 раз ниже чем у бетона и существенно ниже теплопроводности пеноблоков (0,2 W(m,K). Например, многослойная деревянная панель толщиной 65 мм. обеспечивает такую же теплоизоляцию,, как пенобетонный блок толщиной 100 мм.

Теплоемкость многослойных клееных деревянных панелей составляет 2,0 KJ(kgK). Это более, чем в 2 раза превышает теплоемкость бетона и кирпича (0,88 и 0,84 соответственно).



Сравнительная таблица теплопроводности некоторых строительных материалов

Строительный материал	Теплопроводность (л)
Многослойные клееные деревянные панели	0,13
Древесина (доски)	0,15
Красный глиняный кирпич (сплошной)	0,56
Красный глиняный кирпич (пустотелый)	0,35 - 0,41
Силикатный кирпич	0,8
Железобетон	1,7
Пенобетон (1000 кг/м3)	0,29
Пенобетон (300 кг/м3)	0,08
Керамзитобетон (1800 кг/м3)	0,66
Керамзитобетон (50 кг/м3)	0,14

Некоторое улучшение теплопроводности многослойных клееных деревянных панелей по сравнению с обычной древесиной обеспечивается за счет слоев клея, который является прекрасным теплоизолятором.

2.7 Сейсмостойкость зданий из клееных панелей

Клееные деревянные панели обладают чрезвычайной прочностью, легкостью и пластичностью. Это -- идеальное сочетание свойств, обеспечивающих сейсмостойкость зданий. Сейсмические испытания показали, что здания из клееных панелей могут выдерживать сильнейшие землетрясения без потери прочности и долговечности. Высокий показатель прочности конструкций по отношению к удельному весу снижает силу сейсмического воздействия на здания и обеспечивает высокий уровень их сейсмической безопасности.

В 2007 году были проведены испытания на сейсмостойкость на крупнейшем испытательном стенде в Японии. На этих испытаниях 7 -- этажное здание из клееных деревянных панелей выдержало серию сильнейших землетрясений и не было существенно повреждено. После завершения испытаний здание было демонтировано, транспортировано обратно (в Италию) и там было возведено вновь для дальнейшего практического использования.

2.8 Звукоизоляционные свойства клееных панелей

Звукоизоляционные свойства деревянных конструкций всегда были довольно скромными. Их слабое место - фланговая передача звука (передача звука по фланговым конструкциям). В этом случае звук распространяется по конструктивным элементам и передается в другие помещения.

В то же время конструкции, основанные на использовании многослойных деревянных клееных панелей имеют преимущества перед другими видами деревянных конструкций. Первое преимущество связано с высокой точностью и стабильностью геометрических размеров панелей. Благодаря этому стыки панелей получаются очень плотными, почти герметичными. Второе преимущество - клей, которым склеиваются смежные слои панелей и который является прекрасным звукоизолятором.

Тем не менее и в этом случае проблема флангового распространения звука остается актуальной. Результаты тестов показали, что в конструкциях без специальных мер шумозащиты только 3% шумов происходят от прямого шумового воздействия, остальные 97% поступают по фланговым конструкциям.



По действующим строительным нормам звукоизоляция стен и перегородок должна быть не ниже 40 дб, междуэтажных перекрытий -- 48 дб. Ниже приведены некоторые показатели шумозащиты для многослойных клееных панелей разной толщины.

Показатели шумозащиты

Показатели	Значения показателей
Стеновая панель толщиной 94 мм.	Около 33 dB
Стеновая панель толщиной 146 мм.	около 37 dB

Пути решения проблем звукоизоляции

Внешняя облицовка стен

Обеспечивает наилучшую защиту от ударного шума. Здесь хорошо подойдут каркасно-обшивные слои с минимальной жесткостью обшивки на изгиб. Для обшивки хорошо подойдет гипсокартон толщиной не более 20 мм. Заполнение ячеек каркаса минеральной ватой позволит устранить резонансные эффекты.

Пустотные стены

Этот вариант лучше всего подходит для защиты от высоких уровней шума. (более 55 dB). Важно, чтобы наружные слои были воздухонепроницаемы, а пустоты были сплошными во избежание фланговых шумов. Заполнение пустот минеральной ватой также позволит избежать резонансных эффектов.

Покрытия полов

Есть два варианта покрытий, в зависимости требуемого уровня шумозащиты: влажные и сухие. В первом варианте организуется слой из цементного или гипсового раствора. Во втором варианте используется гипсокартон.

Первый вариант (влажный) наиболее эффективен при больших уровнях шума. Гипсовый раствор обеспечивает лучшую защиту, потому толщина гипсового слоя должна составлять около 50 мм, в то время как цементный - около 65 мм.

Плавающие полы

Это решение предусматривает организацию покрытия пола на мягком гибком звукозащитном слое. При этом покрытие пола изолируется от стен мягкой бордюрной лентой. Эффективность звукозащитного слоя определяется применяемым материалом, его толщиной и плотностью. В качестве материала может служить специальная уплотненная минеральная вата или другой волоконный материал.

Подвесной потолок

В этом решении пустотный слой в подвесном потолке заполняется звукоизоляционным материалом. Это могут быть цементно-фибролитовые плиты, плиты из минеральной ваты и могут снизить уровень шума на 3 - 5 dB.



3. Конструктивные схемы деревянных небоскребов

Группа разработчиков под руководством архитектора Майкла Гринапредложила универсальную конструктивную схему для строительства деревянных зданий высотой до 30 этажей. Схема имеет несколько вариантов для различной этажности зданий.

Разработаны 4 варианта конструктивных схем деревянных многоэтажных зданий. Каждый вариант ориентирован на определенную высоту здания.

Например, вариант 1 предусматривает строительство деревянных зданий высотой до 12 этажей. Эта возможность обеспечивается за счет создания из клееной древесины центрального вертикального коммуникационного ядра и колонн по периметру, формирующих несущий каркас.

Варианты 2 и 3 рассчитаны на строительство зданий высотой до 20 этажей и включают дополнительные конструктивные элементы. Вариант 2 дополнен внутренними несущими стенами, а вариант 3 - наружными.

Вариант 4 объединяет решения по вариантам 2 и 3, то есть, в варианте 4 дополнительно применены внутренние и наружные несущие стены.

Панели несущих стен соединены обвязочными балками из пластичной стали. Это создает необходимую "податливость" конструкций для обеспечения сейсмостойкости.

Каждый из этих вариантов дает новые возможности и одновременно определяет дополнительные ограничения в части архитектурных решений.

Например, вариант 1 предоставляет возможность гибких планировочных решений за счет свободного размещения внутренних перегородок. Варианты 3 и 4, наиболее пригодны жилых домов, где появившиеся мощные внутренние несущие стены разделяют отдельные квартиры, обеспечивая дополнительную звукоизоляцию.

	Краткое описание
	Вариант 1. До 12 этажей. Несущую основу составляют вертикальное коммуникационное ядро, выполненное из клееных деревянных панелей и периметральные колонны из клееного бруса. Отсутствие внутренних несущих стен дает большую свободу планировочных решений. Отсутствие наружных несущих стен дает свободу для гибких решений фасадов. Это также открывает возможности для будущих изменений после завершения строительства.
	Вариант 2. До 20 этажей. Усилен внутренними несущими стенами и позволяет увеличить высоту здания до 20 этажей. Здесь, как и в варианте 1, отсутствие наружных несущих стен дает возможность для гибких фасадных решений. Внутренние несущие стены снижают гибкость планировочных решений, однако хороши как межквартирные ограждения в жилых зданиях. Кроме того, эта конструктивная схема переводит здания в разряд высотных и делает их более конкурентоспособными на офисном рынке.
	Вариант 3. До 20 этажей. Этот вариант схож с вариантом 2, однако вместо внутренних несущих стен и периметральных колонн применяются наружные несущие стены. Благодаря этому сохраняется возможность гибкой внутренней планировки. С другой стороны, наружные несущие стены ограничивают гибкость фасадных решений. Здесь невозможно применять сплошное прозрачное остекление и поэтому желательно использовать заглубленные или эркерные окна. Кроме того, эти стены обеспечивают лучшую теплоизоляцию. Своим обликом такие здание лучше всего подходят для жилья.
	Вариант 4. До 30 этажей. Этот вариант объединяет варианты 2 и 3, то есть включает вертикальное коммуникационное ядро, внутренние несущие стены наружные несущие стены. Это решение позволяет достичь наибольшей высоты здания и в то же время является наименее гибким из всех 4-х вариантов. Внутренние несущие стены ограничивают сферу использования здания в основном жилым сектором. Фасадные решения ограничены возможностями варианта 3. Основное преимущества зданий этого типа - их высота.



Стальные обвязочные балки из ковкой, пластичной стали, соединяющие панели несущих стен

Резюме

Рассмотренная конструктивная схема рассматривается авторами как универсальная основа для проектирования высотных деревянных зданий. Эта система обеспечивает гибкость планировочных и композиционных решений при некотором снижении степени этой гибкости в зданиях высотой более 20 этажей: эти здания в наибольшей степени подходят для жилищного строительства.

Разработка этой конструктивной схемы показала, что дерево, как строительный материал, отвечает всем требованиям, предъявляемым к строительству высотных зданий и не сдерживает фантазию архитекторов в их творческом поиске.



4. Примеры домов из клееных деревянных панелей

Архитекторы предложили технологию строительства 30-этажных деревянных домов

Дерево - самый экологически чистый материал. Это возобновляемый ресурс, поглощающий углекислый газ и очищающий атмосферу. Однако, до настоящего времени применение древесины в строительстве ограничено малоэтажным строительством в соответствии с противопожарными требованиями.

Однако уже столетия назад было известно, что тяжелая плотная древесина обладает большей огнестойкостью по сравнению со стальными конструкциями. Это вызвано тем, что во время горения на наружной поверхности древесины образуется обугливающийся слой, защищающий древесину от дальнейшего горения и предотвращающий разрушение конструкций. В связи с этим при проектировании толщина деревянных конструкций берется с определенным запасом.

Современные деревянные конструкции, в первую очередь клееные деревянные панели, выполненные по технологии CLT (cross-lsminated timber), обладают всеми преимуществами плотной тяжелой древесины без необходимости использования крупных деревьев. Хорошим примером этого является 9-этажный деревянный жилой дом в Лондоне.

Недавние исследования канадских архитекторов под руководством Майкла Грина продемонстрировали широкие перспективы гибридных систем, которые могут быть использованы при строительстве зданий высотой до 30 этажей. Они показали, что сегодня многослойная древесина становится безопасной, экономичной и экологически чистой альтернативой традиционным строительным материалам, применяемым при возведении высотных зданий.

Внутреннее вертикальное коммуникационное ядро здания, несущие стены, перекрытия выполнены из клееных деревянных панелей. Панели несущих стен соединены обвязочными балками из пластичной стали. Это создает необходимую "податливость" конструкций для обеспечения сейсмостойкости. Более подробную информацию о конструктивных схемах высотных деревянных домов можно получить на странице Конструктивные схемы деревянных небоскребов.

Экологические, экономические, прочностные и другие ценные свойства древесины как строительного материала показали, что дерево может стать одним из основных материалов в массовой строительной индустрии. Это будет зависеть от практического осознания населением важности и ценности экологически чистой окружающей среды, а также от эффективного управления лесными ресурсами с тем, чтобы не привести к их сокращению из-за массовой вырубки леса.

Проект 40-этажного деревянного офисного здания

По мере роста и обострения проблем, связанных с экологическими последствиями развития строительной индустрии, тема противопоставления деревянного строительства железобетонному становится предметом все более оживленных дебатов.

Реальный сдвиг в этом направлении определили несомненные экологические преимущества строительной древесины и малые энергетические затраты при ее производстве. Дополнительным преимуществом стала архитектурная привлекательность, выраженная в теплых колоритах интерьеров и новых фасадных композициях.

Архитектурное бюро CEI Architecture совместно с группой инженеров-строителей представило на конкурс, организованный Ассоциацией коммерческой недвижимости и девеломпмента, проект 40-этажного офисного здания, в котором реализована гибридная схема, сочетающая деревянные и железобетонные конструкции. При этом основная цель - максимальное использование древесины. Объем железобетона сведен к минимуму и используется для основных несущих элементов здания - центрального вертикального ядра и внешних колонн.

В основе конструкций полов и перекрытий композитные решения, сочетающие дерево и бетон. Дерево используется там, где преобладают нагрузки на растяжение, бетон работает в нагрузках на сжатие.

По внешнему периметру здания, чередуясь через этаж, установлены деревянные фермы. Это позволяет организовать большие внутренние пространства без промежуточных опор. Четыре внешние железобетонные колонны на всю высоту здания поддерживают деревянные фермы. Колонны расположены в 30 футах (9.14 метрах) от углов здания, создавая консольные отступы от краев ферм. Это обеспечивает оптимальное распределение нагрузок в конструктивной схеме здания. Кроме того, такая схема создает дополнительную устойчивость здания от боковых, горизонтальных нагрузок, вызванных ветром или землетрясением.



Системы водоснабжения и канализации сконфигурированы отдельно для каждого 10-этажного блока здания. Канализационные потоки, поступающие из раковин и другого сантехнического оборудования (но не из туалетов) в полном объеме направляются на орошение зимнего сада и зеленых ограждений. Таки образом снижается нагрузка на городскую канализационную систему.

Стоимостные расчеты показали, что финансовые затраты на строительство такого здания примерно на 50% ниже по сравнению со строительством, используюшим традиционные конструктивные схемы.

10-этажный жилой комплекс из дерева в Мельбурне

10-этажный комплекс в Мельбурне включает 50 жилых апартаментов площадью 75-95 кв.м. каждый. Комплекс строится в соответствии с европейской концепцией "пассивного дома" - экологически чистого строительства с чрезвычайно низким объемом энергопотребления.

Одна из особенностей комлекса - практически нулевое выделение двуокиси углерода как в процессе строительства, так и эксплуатации.

Жилые дома-башни из деревянных панелей в Лондоне

Этот проект - совместное предложение двух архитектурных фирм: "NL Architects" и "WHAT Architecture" на конкурс для лондонского Колвилл Эстейт. Авторами проекта предпринята попытка смягчить угнетающее воздействие больших архитектурных масс высотной застройки путем их разбивки на отдельные вертикальные сблокированные мини-башни, напоминающие разновысокие колонны.

Проект состоит из 2-х корпусов, состоящих из сблокированных мини-башен. Каждая такая мини-башня представляет собой вертикальную "стопку" отдельных жилых апартаментов. Весь комплекс состоит из 199 апартаментов и является частью плана реконструкции Колвилл Эстейт.



Корпуса имеют различную высоту и различную конфигурацию в плане. Один из корпусов имеет по 6 апартаментов на каждом этаже, другой - по 5 апартаментов. Ступенчатая форма зданий позволяет им гармонично вписаться в общую ткань окружающей застройки.

В условиях нарастающей плотности городской застройки качество внешнего окружения приобретает особую важность. В связи с этим кровли разновысоких мини-башен организованы как коллективные террасы, представляющие собой "небесные сады" и создающие дополнительный комфорт для обитателей этих домов. Каждая такая терраса может иметь свое назначение: для пассивного отдыха, для барбекю, для игры в пинг-понг и т.д.

Конструкция здания состоит многослойных клееных деревянных панелей, являющихся прочным и, в то же время, легким материалом на основе хвойной древесины. Высокая степень заводской готовности панелей существенно сокращает продолжительность и стоимость строительства, Точная подгонка панелей, изготовленных на оборудовании с программным управлением повышает качество монтажа и долговечность конструкций.

Мега-проект деревянного небоскреба в Чикаго

Сделан еще один шаг на пути к воплощению идеи строительства экологически чистых деревянных высотных зданий. Амбициозный концептуальный проект "Big Wood" американского архитектора Майкла Чартерса, отмеченн на конкурсе проектов небоскребов, проведенном журналом eVolo в 2013 году.

Это - многофункциональный комплекс высотой 44 этажа, расположенный в деловом центре Чикаго, В качестве строительного материала и конструктивной основы комплекса "Big Wood" предусматривается использование многослойной древесины. Автор проекта исходит из того, что дерево - один из лучших материалов как для архитекторов, так и для строителей, благодаря которому сокращаются вредные выбросы в атмосферу и создается здоровая среда обитания. Расчеты показали, что на долю строительной индустрии приходится 39% выбросов углекислоты в атмосферу. Основная цель автора - построить самый экологически чистый небоскреб в мире и в будущем использовать дерево как надежную основы для жилищного и офисного многоэтажного строительства.

Фактически Чартерс стал продолжателем начинания канадского архитектора Майкла Грина, активно продвигающего технологию строительства высотных домов из дерева.

Помимо исключительных экологических качеств, дерево является технологической и экономической альтернативой стали и бетону. Последние исследования показали, что на основе многослойной древесины можно с успехом строить дома высотой до 30 этажей, а использование гибридных, смешанных конструктивных схем позволит поднять этажность еще выше. Кроме того, применяемые деревянные конструкции обладают высокой огнестойкостью, тек как прессованная многослойная древесина при пожаре не прогорает, а подвергается лишь поверхностному обугливанию.

Комплекс "Big Wood" включает три различных типа жилья, магазины, библиотеку, медиа-центр, спортивный комплекс, общественный парк, сады.

Подобно стремительному развитию строительных технологий в начале 1900-х годов, Чартерс рассматривает свой проект как катализатор новой эпохи многоэтажного строительства, призванной навсегда изменить облик наших городов.

34-этажный деревянный небоскреб в Стокгольме

Проект разработан в 2013 году проектной фирмой Berg C.F. Mшller Architects. Проектом предусматривается строительства 34-х этажной башни. Колонны и балки здания выполнены из плотной древесины. Все стены и перекрытия выполнены из деревянных конструктивных элементов. Оконные переплеты также из дерева. Внутреннее коммуникационное ядро здания, в том числе лифтовые шахты, выполнены из железобетона.

Основные преимущества деревянных конструкций архитекторы описывают следующим образом:

Дерево - один из самых прогрессивных строительных материалов. При его производстве нет выброса вредных веществ, в первую очередь двуокиси углерода. Деревянные конструкции очень легкие и одновременно очень прочные. Эти конструкции более огнестойкие, чем сталь и бетон. Это обусловлено тем, что под воздействием огня влажность, составляющая 12-15% древесной массы испаряется перед тем, как дерево реально возгорается. Кроме того, обугленные поверхности создают дополнительную огнезащиту. Внутри помещений дерево создает оптимальный микроклимат, имеет высокие звукоизоляционные свойства, обеспечивает температурную стабильность и может использоваться без дорогостоящей отделки.

Благодаря использованию деревянных конструкций, жилые помещения выглядят теплыми и комфортабельными и больше напоминают коттеджи, чем квартиры. Проектное решение в целом полностью подчинено целям комфорта, энергосбережения и экологической чистоте. Каждая квартира будет иметь остекленную энергосберегающую террасу, а на крыше здания будут установлены солнечные панели. На первом этаже - кафе, центр по уходу за детьми, общественный центр с маленьким рынком, фитнес-центром, помещениями для хранения велосипедов, общим зимним садом.

План здания вызывает особый интерес. На этажах нет общих коридоров, "съедающих" пространство, которое могло быть использовано под жилье. Вход в квартиры организован непосредственно с маленького холла у лифтов. Пожарные выходы обеспечиваются через балконы, расположенные по всему периметру здания.

Перечень использованных источников

1. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 368 с.

2. Михайличенко А.Л., Сметанин И.С. Древесиноведение и лесное товароведение. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 224 с.

3. Бывших М.Д., Горбенко А.Ф. и др. Древесиноведение и лесное товароведение. - Минск: Высшая школа, 1989. - 279 с.

4. Лапиров-Скобло С.Я. Лесное товароведение. - М.: Высшая школа, 1991. - 463 с.

5. Садовничий Ф.П. Древесиноведение и лесное товароведение. - М.: Высшая школа, 1989.- 224 с.

6. Перелыгин Л.М., Уголев Б.Н. Древесиноведение. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 286 с.

7. Ярмолинский А.С., Калашников П.А., Бахтеяров В.Д. Лесное товароведение. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 204 с.

8. Ванин С.И. Древесиноведение. - М. - Л.: Гослесбумиздат, 1989. - 581 с.

9. Мелехов И.С Лесоведение. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 408 с.

10. Москалева В.Е. Строение древесины и его изменение при физических и механических воздействиях. - М.: Высшая школа, 1989. - 165 с.

11. Осипенко Ю.Ф., Рябчук В.П. Лесное товароведение. - Л.: Высшая школа, 1987. - 279 с.

12. Перелыгин Л.М. Древесиноведение. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 316 с.

13. Перелыгин Л.М. Строение древесины. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 200 с.

14. Полубояринов О.И. Плотность древесины. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 160 с.

15. Соболев Ю.С. Древесина как конструкционный материал. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 248 с.

16. Уголев Б.Н. Испытания древесины и древесных материалов. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 252 с.

17. Уголев Б.Н. Деформативность древесины и напряжения при сушке. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 174 с.

18. Чудинов Б.С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1989. - 270 с.

19. Григорьев М.А. материаловедение столяров и плотников. - М.: Высшая школа, 1981. - 283с.

Размещено на Allbest.ru

...