Строительство деревянных небоскрёбов
Аника ЧебанЭнергосбережение и экология строительных процессов и материалов выходят на первое место. В связи с этим Европе и Северной Америке начали строить небоскрёбы, из дерева основываясь на идее энергосбережения и очищения атмосферы от углекислого газа. В Финляндии доля деревянных домов составляет 40 %, в Германии здания из древесины занимают 20 % строительного рынка, в Австрии около 30 % домов построено с применением деревянных конструкций.
Строительство небоскрёбов из дерева производится по технологии Cross-laminated timber или X-lam – из крупногабаритных перекрёстно-клееных панелей (CLT panels). Из древесины ели изготавливают колонны, стропила и балки. Высушенные деревянные ламели толщиной от 10 до 45 мм под давлением не менее 0,6 Н/мм2 перекрестно наклеивают друг на друга при помощи связующего состава, который не содержит фенолформальдегидных смол. Благодаря перпендикулярному расположению волокон нивелируется анизотропность* древесины, почти до минимума сводится эффект усыхания и значительно увеличивается несущая способность. Чаще всего используются панели толщиной от 3 до 7 слоёв. На производстве из получившихся элементов в соответствии с разработанными чертежами вырезают панели вместе со всеми необходимыми проёмами и каналами под электропроводку и коммуникации. Максимально возможные габариты – 16,5 м × 2,95 м × 0,5м.
Панели маркируют и вместе с детальной сборочной схемой перевозят на строительную площадку. Это один из самых длительных этапов, так как крупногабаритные деревянные материалы путешествуют из одной страны в другую по суше и по морю. На строительной площадке остаётся только собрать все элементы в правильной последовательности. Инженеры признаются, что большинство ошибок возникает при сборке, но если удается избежать этого, то процесс возведения идёт гораздо быстрее, чем при возведении железобетонных зданий. Четыре строителя и подъёмный кран собирают 8–10-этажное деревянное здание за 9–10 недель. Кроме скорости возведения к плюсам многоэтажных зданий из древесины можно отнести чистоту стройплощадки и относительную тишину монтажного процесса.
Самые большие нагрузки в конструкции возникают в стыках между панелями стен и в местах примыкания к стенам перекрытий. Панели соединяют друг с другом при помощи штифтов, стальных пластин и ряда поставленных крест-накрест шурупов, достигающих 550 мм в длину. Клееные панели обладают высокими акустическими качествами: у них значительно более высокая плотность, чем у массивного бруса, а допуски при подгонке на строительной площадке не превышают +/-5 мм, а в железобетоне они составляют 10 мм. Такое плотное прилегание увеличивает герметичность, сокращает тепловые потери и облегчает состыковку элементов конструкции. Конструкций из CLT-панелей при высокой несущей способности относительно лёгкие: небольшой вес облегчает транспортировку, снижает нагрузку на фундамент и ускоряет процесс монтажа.
Согласно проведённым исследованиям на долю строительной индустрии приходится 39 % от общего количества выбросов углекислоты в атмосферу. Дерево – экологический чистый материал, и поэтому является технологической и экономической альтернативой стали и бетону. Исследования показали, что многослойную древесину можно использовать для строительства домов высотой до 30 этажей, а использования смешенных конструктивных схем позволит, увеличить этажность. Применяемые деревянные конструкции обладают высокой огнестойкостью, так как прессованная многослойная древесина при пожаре подвергается поверхностному обугливанию.
Многие специалисты ставят под сомнение пожарную безопасность многоэтажных деревянных зданий. Все знают, что дерево горит, а сталь нет, но степень горючести не является показателем огнестойкости. Древесина обладает низкой теплопроводностью и может сохранять целостность структуры долгое время. Поджечь бревно, балку или толстую деревянную панель очень сложно, но если она все-таки загорелась, то горит очень медленно и по предсказуемой схеме. При прогреве древесины до температуры 280 °C на её поверхности образуется обуглившийся слой, который тлеет и изолирует собой сердцевину, осложняя поступление кислорода внутрь, что замедляет процесс горения. Тление массивной древесины происходит со скоростью около 0,5–0,8 мм в минуту: за 60 минут от 200 мм балки прогорит только 30–50 мм внешнего слоя. Опасность обрушения наступает примерно при температуре 500 °C, так как защитный угольный слой раскаляется и воспламеняется. Предел огнестойкости – зависит от величины сечения и размеров: чем больше габариты, тем сложнее происходит возгорание и медленнее идёт процесс горения.
При этих же температурах негорючая, но теплопроводная сталь плавится, деформируется в разных направлениях уже при температуре 450–500 °C и теряет свою несущую способность. Необработанная огнезащитным слоем стальная конструкция обрушивается через 15 минут после начала пожара, при этом невозможно рассчитать, где именно произойдёт обрушение. Основное преимущество деревянной конструкции при пожаре – это повышенная огнестойкость и предсказуемость поведения. Для предупреждения возгорания зданий из дерева производится заводская обработка конструкций антипиренами, а для нейтрализации источника – устанавливаются системы оповещения и спринклерные системы.
Главный инженер по пожарной безопасности американской компании Arup Дэвид Барбер (David Barber) считает, что опасность представляют как раз дома, в которых применяются конструкции и элементы из стали. Это так, потому что уже при 600 °С сталь меняет структуру, а с ней и несущую способность. А в в очаге пожара температура огня доходит до 1 000 °С. Поэтому для стальных конструкций требуется защита, иначе они просто расплавятся. А вот дереву защита, оказывается, вовсе не нужна! Это доказывает обычный лесной пожар, во время которого дерево обгорает снаружи на определенную глубину, но при этом не умирает и не падает. Более того, внутри дерева сохраняется слой, способствующий последующей регенерации. Ниже приведём наиболее значимые проекты самых высоких зданий из дерева.
|
|
| www.crosslam.ru |
В норвежском городе Берген идёт строительство здания Treet. Вертикальную нагрузку несут клееные (gluelam) вертикальные деревянные фермы (колонны сечением 495 мм × 495 мм и 405 мм × 650 мм, раскосы – 406 мм × 405 мм), а из CLT-панелей возведены лестницы, лестничные и лифтовые шахты, стены и перекрытия. Период огнестойкости основной несущей системы (фермы) составляет 90 мин., а вторичной (CLT-панелей) – 60 мин.
|
|
| www.crosslam.ru |
Фасад облицован 5 000 панелями размером 1 200 мм × 230 мм, на 70 % состоящими из переработанных отходов деревообрабатывающей промышленности. Их рисунок напоминает игру светотени, создаваемую в течение дня на фасадах окружающей застройкой и деревьями.
|
|
| www.crosslam.ru |
При выборе типа несущего остова архитекторы руководствовались критериями веса конструкции: под строительным участком проходит труба водостока XIX века, которую было необходимо сохранить. Железобетонное здание было бы тяжёлым, поэтому выбор пал на перекрестно-клееные панели.
|
|
| www.crosslam.ru |
Фасады облицованы алюминиевыми панелями, балконы, являющиеся продолжением панелей перекрытия, покрыты полиуретановой гидроизоляционной мембраной, а затем – плиткой по стяжке. Деревянные CLT-панели оставлены открытыми только на потолках лоджий и на одной стене в интерьере каждой квартиры.
 |
|
|
Высотная конструкция из перекрестно-клееных панелей впервые используется в условиях сейсмоопасного региона: на окраине Милана. Жилой комплекс общей площадью 17 000 м2 состоит из четырёх 9-этажных башен, соединенных 2-уровневым стилобатом. В комплексе – 124 квартиры (площадью от 50 до 100 м2). Башни 13,6 × 19,1 м в плане и 27,95 м высотой – однотипные, но не одинаковые: индивидуальный облик формируется рисунком балконов.
Конструктивная толщина стен уменьшается на 20 мм через каждые два-три этажа: на первом она составляет 200 мм, на девятом – 120 мм. Полы – 200 и 230 мм (7 слоев). Пролёты меньше 5,8 м перекрываются 5-слойной панелью (200 мм), а пролёты меньше 6,7 м – 7-слойной 230-миллиметровой. Стыкуются панели с помощью специальных соединительных шурупов от 200 до 550 мм длиной.
 |
| www.crosslam.ru |
Многофункциональный комплекс Big Wood высотой 44 этажа построят в деловом центре Чикаго. Конструктивная особенность комплекса заключается в использовании многослойной древесины. Автор проекта американский архитектор Майкл Чартерс считает, что дерево – один из лучших материалов для строительства, благодаря которому сокращаются вредные выбросы в атмосферу и создаётся здоровая среда обитания.
 |
| www.creebyrhomberg.com |
Майкл Грин – автор проекта 35-этажного деревянного высотного здания под названием Baobab в Париже. Его построят из перекрестно-склеиваемых панелей (CLT), которые будут производиться на заводе, а к месту поставляться готовыми комплектами. Строительный процесс будет напоминать сборку мебели IKEA и не займёт много времени, а значит, позволит сэкономить на производстве работ.
|
|
| www.crosslam.ru |
В Ванкувере началась постройка 18-этажного небоскрёба из деревянных конструкций. Завершение строительства запланировано на сентябрь 2017 года, после чего здание общежития для студентов Университета Британской Колумбии (высотой 53 м) станет самым высоким в мире зданием из дерева. У него простой прямоугольный план ограждающих конструкций. Новое общежитие рассчитано на проживание 404 студентов в 272 студиях и 33 апартаментах.
Стоимость конструкций из CLT-панелей высокая, что связано с отсутствием конкуренции. На рынке существует всего 2–3 крупных производителя таких строительных материалов, и большая доля затрат приходится на их транспортировку материалов из Австрии – основного поставщика, по всему миру. Производители CLT-технологии утверждают, что будущее – за деревянными небоскрёбами. Комбинируя железобетонное ядро с деревянной вторичной несущей системой или, наоборот, деревянные стойки и балки – с монолитными перекрытиями, можно возводить здания в 25–30 и даже 40 этажей.
В настоящее время в мире проектировщики разрабатывают новые архитектурные решения для деревянных небоскрёбов и многочисленные инженерные расчёты. Этапы строительства 8-этажного деревянного бизнес-центра в Дорнбирне LCT ONE (LifeCycle Tower) подробнее можно посмотреть здесь:
|
|
 |
Посмотреть видео по технологии строительства деревянного высотного здания можно здесь:
* Анизотропия древесины и древесных материалов (от греч. anisos — неравный и tropos — направление), неодинаковость физических свойств древесины и древесных материалов в разных направлениях. Анизотропия древесины растущего дерева обусловлена её волокнистой структурой. Сердцевинные лучи с вытянутыми по радиусам ствола осями клеток несколько уменьшают различие механических и других свойств, древесины вдоль и поперёк волокон. Древесина с малым содержанием сердцевидных лучей (хвойные породы, особенно ель и сосна) имеет больше различий в свойствах вдоль и поперёк волокон по сравнению с древесиной лиственных, пород. Анизотропия древесины должна быть учтена при её использовании в конструкциях. При прессовании и моделировании увеличивается прочность в направлениях, не совпадающих с направлением волокон. Для повышения прочности изделий из древесины её иногда перерабатывают в шпон. Путём соответствующего наложения и склеивания листов шпона получают менее анизотропные материалы: фанеру и древесные слоистые пластики.
СТАТЬИ ПО ТЕМЕ:
