CC BY
8
Перспективы и преимущества возведения многоэтажных
деревянных зданий
Анна Викторовна Гранева, Алёна Максимовна Свириденко
Национальный исследовательский Московский государственный строительный
университет, Москва
Аннотация: Дерево как строительный материал имеет древние корни и долгую историю использования. С развитием технологий и стремлением к проживанию в лучших экологических условиях, интерес к использованию дерева для возведения многоэтажных зданий растет. Данная статья посвящена перспективам развития деревянных многоэтажных зданий в России, в частности, с применением ^Т-панелей, популярность которых растет во всем мире. В качестве методов исследования применялись сравнительно-сопоставительный, статистический и логический анализы. В статье рассматриваются современные методы и технологии строительства многоэтажных деревянных зданий, включая их преимущества с точки зрения экологии, энергоэффективности и дизайна, проводится сравнительный анализ зданий из железобетона и ^Т-панелей, предлагается технологическая схема реконструкции зданий с использованием ^Т-панелей, в том числе с надстройкой дополнительных этажей. Освещаются вызовы и перспективы дальнейшего развития этой технологии, предложены стратегические решения для снижения стоимости СиГ-панелей.
Ключевые слова: ек-панели; строительство из древесины; деревянные конструкции; реконструкция, реновация; высотное деревянное домостроение.
Введение
С растущим в обществе осознанием важности устойчивого развития и экологической ответственности, строительная индустрия начинает обращать внимание на альтернативные материалы и методы строительства, которые смогли бы стать заменой железобетону. Дерево, как биоразлагаемый и возобновляемый, имеющий тысячелетнюю историю применения, ресурс, становится привлекательным вариантом для возведения многоэтажных
зданий, преимуществом которых является также экологичность и энергоэффективность.
Применение CLT-панелей (Cross Laminated Timber, перекрёстно-ламинированная древесина) активно распространяется по всему миру. Так в 1 996 году, был спроектирован первый жилой дом в 8 этажей с использованием CLT-панелей. Британские архитекторы спроектировали девятиэтажный деревянный дом, который считается первым многоэтажным жилым деревянным зданием. Многоэтажные деревянные здания построены в Швеции, Австралии, Канаде и др. Лидерами по потреблению CLT-панелей являются такие страны, как Австрия, Германия, Великобритания, Швейцария, Швеция и Норвегия. Эти регионы, с разнообразными климатическими условиями, демонстрируют универсальность и адаптируемость CLT-панелей в различных вариантах возведения объектов капитального строительства. Наряду с этим стали появляться интересные проекты складских, производственных зданий, спортивных сооружений [1].
Данная статья посвящена перспективам развития деревянных многоэтажных зданий в России. В качестве методов исследования применялись сравнительно-сопоставительный, статистический и логический анализы.
Перспективы применения многоэтажных деревянных зданий в
жилищном строительстве
Клееные структурные панели из древесины предоставляют собой прочное основание для стен и полов многоэтажных зданий. Эти панели могут быть предварительно изготовлены в условиях завода и затем доставлены на стройплощадку.
Деревянные панели могут быть использованы не только для нового строительства, но и в качестве основного материала для реконструкции морально и технически устаревших пятиэтажек.
Снос пятиэтажек - мероприятие не только затратное, но и сопровождающееся рядом экологических проблем (выбросы углерода, неперерабатываемые материалы, загрязнение почвы, водоемов и воздуха; при сносе здания может происходить выброс пыли, которая содержит в себе вредные вещества, такие как асбест, свинец и другие тяжелые металлы, которые могут оказывать негативные воздействия на здоровье людей; использование специализированной техники и оборудования, что приводит к дополнительным выбросам парниковых газов).
Использование СЬТ-панелей при проведении реконструкции зданий (рис.1) имеет несколько преимуществ:
- меньший вес по сравнению с традиционными для многоэтажного домостроения материалами, что ведет к экономии затрат на транспорт, грузоподъемные механизмы, ресурсов для возведения фундаментов и т.п.,
- экологичность (при склеивании ламелей не используются меламиновые или формальдегидные смолы),
- отсутствие усадки,
- хорошая сейсмоустойчивость,
- высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства,
- использование древесины как строительного материала способствует уменьшению выбросов углеродного диоксида,
- деревянные здания могут быть разобраны и переработаны после своего срока службы,
- энергоэффективность дополняется возможностью использования солнечных панелей и других возобновляемых источников энергии, что очень важно для возведения зданий по зеленым технологиям.
Рис. 1. Возведение здания из СЬТ-панелей
Основная задача зеленого строительства - снижение уровня потребления ресурсов всего жизненного цикла здания, на протяжении которого происходит загрязнение окружающей среды. Это выхлопные газы от строительной техники, пыль, выброс большого объёма CO2, например, во время процесса отвердевания бетона [2].
Применение деревянных панелей позволит уменьшить использование металла и бетона, повсеместно используемыми в строительстве сегодня, на долю которых приходится в 1 6 % общей сложности га2 выбросов в мире [3].
Важным преимуществом использования деревянных панелей для многоэтажного строительства является простота монтажа конструкций. Для монтажа здания из СЬТ-панелей необходимо звено плотников, легкие электроприборы и подъемный кран. Монтаж одной панели занимает около 20 минут [4]. Панели поступают в зону монтажа в полной заводской готовности, так как все проемы и технологические отверстия выполняются на заводе. Сам процесс возведения здания, напоминает сборку конструктора [5-7], независящий от времени года и температуры окружающей среды.
Панели выпускают любой конфигурации и из разных сортов древесины, что позволяет не ограничивать полет фантазии архитекторов и дизайнеров.
Несмотря на многочисленные преимущества, строительство многоэтажных деревянных зданий также сталкивается с проблемами. Одной из них является необходимость разработки строгих строительных норм и стандартов для обеспечения безопасности и прочности таких зданий. Важно учитывать вопросы противопожарной безопасности и устойчивости к экстремальным погодным условиям, а также то, что стоимость СЬТ панелей значительно выше по сравнению с другими строительными материалами.
Можем предложить несколько стратегических решений, которые потенциально снизят стоимость СЬТ-панелей:
1 . Масштаб производства. Увеличение масштаба производства может привести к экономии, снижая стоимость единицы продукции.
2. Местные источники. Учитывая то, что 20% запасов древесины находится в России, использование древесины местного производства может снизить транспортные расходы и поддержать экономику региона.
3. Оптимизированная конструкция. Проектирование конструкций с использованием панелей стандартных размеров может минимизировать отходы и снизить затраты, связанные с панелями по индивидуальному заказу.
4. Автоматизация. Внедрение автоматизированных производственных процессов может повысить эффективность производства и снизить трудозатраты.
5. Вертикальная интеграция. Контроль всей цепочки поставок, от сырья до готовой продукции, может снизить затраты.
. Дальнейшие исследования и новые разработки могут привести к более эффективным технологиям производства и использованию менее дорогих клеев или других материалов без ущерба для качества.
7. Повышение осведомленности и спроса на СЬТ-панели может привести к созданию более конкурентного рынка с более экономически эффективными решениями.
8. Важно учитывать общую стоимость возведения объекта, а не только первоначальные материальные затраты. СЬТ-панели потенциально могут сократить время строительства и трудозатраты, что, если учесть его в общем бюджете, может сделать его более рентабельным, чем традиционные материалы, несмотря на более высокую первоначальную стоимость панели.
Опыт восточной Европы и бывшей ГДР показывает, что реконструкция устаревшего жилищного фонда не только эффективна и экономически выгодна, но и позволяет повысить эстетическую привлекательность пятиэтажных кварталов, расширить спектр удобств для жильцов и даже соответствовать современным требованиям энергоэффективности [ 8 ]. Традиционная модернизация пятиэтажек -облицовка фасадов с целью повышения энергоэффективности зданий и надстройка этажей, которая зависит от несущей способности фундамента и особенности конструктивной схемы здания. Как правило, это возведение металлического каркаса, на который и опирается надстройка и который необходимо заполнить ограждающими конструкциями, либо возведение -2 этажей из пеноблоков, при условии положительного заключения инженерных изысканий. Выполнение этих работ требует больших финансовых и временных затрат, а также в стесненных городских условиях усложняет комфортное проживание граждан.
Альтернативой традиционным материалам для реконструкции старого жилого фонда могут стать деревянные панели. Небольшой вес конструкции позволяет устроить надстройку на здание с минимальной несущей способностью, исключает необходимость использования сложной и дорогостоящей грузоподъемной техники, позволяет проводить работы в любое время года и в минимальные сроки, так как технология возведения здания не предусматривает технологические перерывы.
Их легкость, прочность и соответствие требуемой эффективности делают их идеальным выбором для укрепления старых конструкций и создания новых элементов внутреннего дизайна (рис.2) [9, 10].
Кроме того, использование СЬТ панелей в реновации может способствовать экологической устойчивости проекта, так как древесина является возобновляемым ресурсом, и производство СЬТ-панелей обычно имеет низкий уровень выбросов углекислого газа.
Рис. 2. Реконструкция здания СЬТ-панелями
В настоящее время подавляющее количество многоэтажных жилых домов возводят из монолитного железобетона. Здания из железобетона традиционно отличаются повышенной прочностью, огнестойкостью, долговечностью и устойчивостью к статическим и динамическим нагрузкам. Однако анализ показывает (таблица 1 ), что производственный процесс железобетона сопровождается значительным энергопотреблением, использованием большого объёма природных ресурсов, что снижает его экологическую эффективность.
^^конструкции демонстрируют аналогичные показатели прочности и устойчивости, при этом способствуют повышению экологичности строительства.
аблица 1
Сравнение возведения здания из СЬТ-панелей и железобетона
№ Критерии сравнения Возведения здания из СЬТ-панелей Возведения здания из железобетона
1 Экологическая устойчивость ^Т панели изготавливаются из древесины, которая является возобновляемым ресурсом Железобетон требует большого количества энергии и природных ресурсов
2 Возведение ^Т-панели легче и быстрее устанавливаются, что снижает трудоёмкость работ, монтаж не зависит от погодных условий, что может сократить время строительства Затраты времени на технологические перерывы для твердения бетона, необходимость использования машинных механизмов с большой грузоподъемностью
3 Дизайн и архитектурные возможности Легкость создания различных дизайнерских решений и архитектурных форм, изготовление заготовок в заводских условиях Для возведения здания сложной архитектурной формы необходима специально разработанная для одного объекта опалубка
4 Теплоизоляци онные свойства Древесина имеет хорошие теплоизоляционные свойства, что снижает энергозатраты на отопление и кондиционирование воздуха Обязательное использование утеплителей, что приводит к большему расходу времени при монтаже фасада, удорожание конструкции
Заключение
Рассмотрев особенности СЬТ-панелей с целью применения их для возведения или реконструкции многоэтажных зданий, можно сделать следующие выводы:
1. СЬТ-панели обладают высокой прочностью и устойчивостью, что делает их идеальным материалом для усиления конструкций при реконструкции зданий.
2. Использование CLT-панелей при реконструкции позволяет сохранить экологическую устойчивость здания, так как древесина является экологически чистым и возобновляемым ресурсом.
3. CLT-панели могут быть изготовлены заранее и быстро установлены на месте реконструкции, что ускоряет процесс и сокращает затраты.
4. При реконструкции с использованием CLT панелей можно улучшить теплоизоляцию здания, что поможет снизить энергозатраты на отопление.
5. CLT-панели могут быть использованы для создания новых архитектурных форм и конструкций при реконструкции здания, что позволяет сделать его внешний вид более современным и с лучшими теплофизическими качествами.
Сравнительный анализ показывает, что выбор между железобетоном и CLT должен опираться не только на механические и эксплуатационные характеристики материалов, но и на их воздействие на окружающую среду, стоимость всего жизненного цикла здания, а также на требования к скорости и удобству строительства.
ехнология возведения многоэтажных зданий из дерева представляет собой многообещающую область исследований и разработок ввиду широкого спектра преимуществ рассматриваемого материала [ 1 1 , 1 2]. С учетом правильного проектирования, строго соблюдаемых норм и технологических инноваций, деревянные здания могут стать символом устойчивого и инновационного будущего строительной индустрии.
Литература
1. Косов И.И. Деревянные панели CLT в строительстве общественных зданий // Международный журнал прикладных наук и технологий Integral. 20 1 9. № 2- 1 . С. 253-259.
2. Смитюк Ю. Отказ от бетона и цемента может сократить выбросы CO2 URL: nauka.tass.ru/nauka/7618061 (дата обращения: 12.04.2022).
3. Осетрина Д.А, Савельева Ю.К. Мировой опыт проектирования домов с нулевым выбросом углерода и их технологии Международный научно-исследовательский журнал № 5 (119). Часть 4. Май DOI: //doi.org/10.23670/IRJ.2022.119.5.106
4. Мавлюбердинов А.Р., Хоцанян Д.Н. Технологические особенности возведения многоэтажных жилых зданий из CLT-панелей. Известия КГАСУ, 20 1 8, № 1 (43). с. 219-225.
5. Gerhard Schickhofer CLT - European experiences // Institute for timber engineering and wood technology. 2011, р. 18.
6. Cross Laminated Timber - CLT // structurecraft.com: интернет-изд. 2016. URL: // stmcturecraft.com/materials/mass-timber/cross-laminated-timber (дата обращения: 01.02.2018).
7. CLT Houses // multicomphort.ee. 2013. URL: // multicomfort.pl/en/ prefabricated-houses/technology/ (дата обращения: 03.02.2018).
8. Надстройка — привлекательно для жильцов, прибыльно для инвесторов URL: // profnastil.com/services/advices/advices_298.html
9. Т еперь можно использовать CLT-панели. URL: //zsrf.ru/directway/2022/01/24/teper-mozhno-ispolzovat-clt-paneli
10.Личаев А.И. Энергоэффективность деревянных зданий их CLT панелей. Сборник докладов XV Международного молодежного форума. Б елгород, 2023. С. 74-77
11.Дворцова А.С., Ушаков А.Ю. Перспектива применения CLT-панелей в многоэтажном строительстве // Строительство: наука и образование. 2023. Т. 1 3. Вып. 4. Ст. 5. URL: //nso-journal.ru. DOI: 10.22227/23055502.2023.4.5
12.Казаков Ю.Н. Исследование эффективности технологии строительства зданий с применением экспериментальных clt-панелей из перекрестно-клееной древесины в Санкт-Петербурге // Строительство и техногенная безопасность. Специальный выпуск. Материалы VI Международной научно-практической конференции «Методология безопасности среды жизнедеятельности. 2023» С. 1 87-193.
References
1. Kosov I.I. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh nauk i tekhnologiy Integral. 20 1 9. № 2-1. pp. 253-259.
2. Smityuk YU. Otkaz ot betona i tsementa mozhet sokrati' vybrosy CO2 [Eliminating concrete and cement can reduce CO2 emissions]. URL: nauka.tass.ru nauka 7618061 (date assessed: 12.04.2022).
3. Osetrina D.A, Savel'yeva YU.K. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal No 5 ( 1 1 9 ) Chast 4 Mai DOI: doi.org 10.23670 IRJ.2022.119.5.106
4. Mavlyuberdinov A.R., Khotsanyan D.N. Izvestiya KGASU, 20 1 8, № 1 (43), pp. 219-225.
5. Gerhard Schickhofer CLT European experiences Institute for timber engineering and wood technology. 2011, p. 18.
6. Cross Laminated Timber - CLT structurecraft.com: internet-izd. 2016. URL: structurecraft.com materials mass-timber cross-laminated-timber (data obrashcheniya: 01.02.2018).
7. CLT Houses multicomphort.ee. 2013. URL: multicomfort.pl/en/ prefabricated-houses/technology (data obrashcheniya: 03.02.2018).
8. Nadstroyka privlekatel'no dlya zhil'tsov, pribyl'no dlya investorov [The superstructure is attractive for residents and profitable for investors]. URL: profnastil.com/services/advices/advices_298.html.
M Инженерный вестник Дона, №4 (2024) ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4y2024/9120
9. Teper' mozhno ispol'zovat' CLT-paneli sayt Za-Stroy.RF [Now you can use CLT panels on the Za-Stroy.RF website]. URL: zsrf.ru/directway/2022/01/24/teper-mozhno-ispolzovat-clt-paneli.
10. Li chayev A.I. Energoeffektivnost' derevyannykh zdaniy ikh CLT paneley. Sbornik dokladov XV Mezhdunarodnogo molodezhnogo foruma. Belgorod, 2023. pp. 74-77.
11. Dvortsova A.S., Ushakov A.YU. Perspektiva primeneniya CLT-paneley v mnogoetazhnom stroitel'stve Stroitel'stvo: nauka i obrazovaniye. 2023. T. 13. Vyp. 4. St. 5. URL: nso-journal.ru. DOI: 10.22227/2305-5502.2023.4.5
12. Kazakov YU.N. Issledovaniye effektivnosti tekhnologii stroitel'stva zdanii s primeneniyem eksperimental'nykh c lt-panelei iz perekrestno-kleyenoi drevesiny v Sankt-Peterburge Stroitel'stvo i tekhnogennaya bezopasnost'. Spetsial'ny vypusk. Materialy VI mezhdunarodno nau hno-prakti hesko konferentsii «Metodologiya bezopasnosti sredy zhiznedeyatel'nosti 2023». pp. 187-193.
Дата поступления: 23.02.2024 Дата публикации: 31.03.2024
