Многоэтажные здания из дерева

Мы все как-то привыкли, что дерево используется для строительства невысоких домов, в один-два этажа. Но разработчики из США считают возможным использовать древесину для строительства зданий высотой до 30 этажей.

В Европейском союзе реализуется программа «Деревянная Европа», согласно которой доля жилья из дерева в общем объёме малоэтажного фонда к 2020 году должна достичь 80 %.

Энергосбережение 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. Специалисты строительной лаборатории Экспертного центра "ИНДЕКС" объясняют: "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"- рассказывают эксперты.

"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."