Формирование архитектуры среднеэтажных и многоэтажных деревянных гражданских зданий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Афонин Виталий Сергеевич

• Афонин Виталий Сергеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Афонин Виталий Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ СРЕДНЕЭТАЖНОГО И МНОГОЭТАЖНОГО ДЕРЕВЯННОГО ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

1.1 Этапы эволюции проектирования и строительства среднеэтажных и многоэтажных деревянных гражданских зданий (СМДГЗ). Научное состояние вопроса

1.2. Факторы, влияющие на целесообразность применения СМДГЗ при застройке отечественных населенных пунктов

1.3 Современный опыт проектирования и строительства СМДГЗ

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ СРЕДНЕЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ЗДАНИЙ

2.1 Инженерно-технологические особенности проектирования и строительства СМДГЗ

2.2 Конструктивные особенности формирования архитектуры СМДГЗ

2.3 Объёмно-планировочные и декоративно-стилистические особенности СМДГЗ

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ТИПОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРЫ СРЕДНЕЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

3.1 Методы и приёмы формирования архитектуры СМДГЗ

3.2 Типологическая модель СМДГЗ

3.3 Рекомендации по формированию архитектуры СМДГЗ, направления дальнейших исследований151 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

174

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование архитектуры среднеэтажных и многоэтажных деревянных гражданских зданий»

Актуальность темы исследования

Тенденции мировой архитектуры, направленные на экологичное строительство, стимулируют применение природных строительных материалов, для которых характерна возобновляемость ресурсов и безотходная утилизация. Начавшаяся в конце 2019 года пандемия коронавируса спровоцировала расширение экоцентричных подходов к организации жилища или места работы. С одной стороны, это привело к стремлению большого количества людей к жизни за городом, к дезурбанизации, с другой стороны, к осознанию необходимости изменений в городской среде в сторону её большей экологичности и санитарно-эпидемиологической безопасности. Глобальное расширение практики применения материалов на основе древесины в архитектуре многоэтажных зданий в полной мере отражает современные подходы, нацеленные на экологичность городской среды и снижение воздействия строительства на биосферу в целом, и различные экосистемы в частности. Ввиду того, что в России принимаются меры по поддержке деревянного строительства и разработаны нормативы, способствующие проектированию и строительству деревянных зданий с этажностью от трёх до двенадцати этажей 1 , исследование принципов формирования архитектуры многоэтажных деревянных зданий и выработка рекомендаций по применению материалов на основе древесины является актуальным направлением научного исследования.

Деревянное зодчество традиционно было широко распространено в России и имеет богатую историю своего развития. Однако начиная с 50-х гг. прошлого века, в связи с расширением применения железобетона и кирпича, объёмы возведения зданий и сооружений из дерева отошли на второй план [3]. Долгое время деревянные постройки ассоциировались с частным малоэтажным,

1 В России будет обеспечено широкое внедрение многоэтажного деревянного домостроения // Сайт Минстроя России [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://minstroyrf.gov.ru/press/v-rossii-budet-obespecheno-sЫrokoe-vnedrenie-mnogoetazhnogo-derevyannogo-domostroeniya/ (дата обращения: 15.08.2022).

преимущественно загородным домостроением, со строительством дач, домов загородного отдыха, бань, гостиниц и ресторанов, культовых сооружений. Также известна практика применения клеёной древесины в большепролётных конструкциях. В то же время многоквартирные жилые дома из дерева вызывают ассоциации с ветхими, устаревшими бараками, и только в последние годы наблюдается повышение интереса к строительству из лесоматериалов многоквартирных домов, но уже на качественно ином уровне, с использованием таких современных материалов, как LVL (Laminated veneer lumber) брус и перекрёстно-клееные панели (CLT — cross laminated timber).

Учитывая тот факт, что Россия по запасам древесины является самой богатой в мире страной, тенденция актуализировать данный традиционный материал в современной российской архитектуре имеет большие перспективы.

В настоящее время наблюдается активизация деревянного домостроения в сфере малоэтажного строительства2. Однако, по объёмам потребления древесины на жителя Россия находится на 26 месте3, отставая от таких стран, как США, Канада, Финляндия, Швеция и другие. Для сравнения, объём потребления древесины в строительстве на 1000 жителей в России по данным статистической базы данных УЭК ООН равен 76,45 м3. В то время как в Австрии — 698,28 м3, в Швеции — 661,2 м3 4

Многоэтажное деревянное строительство позволяет увеличить внутренние объёмы потребления лесоматериала в России, что соответствует «Стратегии развития лесного комплекса до 2030 г.»5. Заинтересованность государства в строительстве из дерева, как многоэтажного жилья, так и объектов социальной

2

Что мешает развивать в России рынок деревянного домостроения // Ассоциация деревянного домостроения [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://wwwлpadd.m/news/chto-meshaet-razvivat-v-rossii-rynok (дата обращения: 27.03.2017).

Кирпич хорошо, а доска здорово // Российская газета URL: https://rg.ru/2012/05/10/stroyka.html (дата обращения: 27.03.2017).

4 Потребление пиломатериалов // Европейская экономическая комиссия ООН [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://w3.unece.org/PXWeb2015/pxweb/ru/STAT/STAT_26-TMSTAT1_060-TM21_CN/020_ru_TM21_13_r.px/table/tableViewLayout1/ (дата обращения: 04.09.2022).

5Стратегия развития лесного комплекса России до 2030 года (утверждена от 11 февраля 2021 г.).

инфраструктуры, выражена в Стратегии такими мерами, как введение нормы об использовании деревянных конструкций при строительстве в рамках государственного заказа в объёме 20 %, а также в ипотеке на деревянное домостроение. По поручению Правительства РФ, при поддержке Минстроя России и Минпромторга России в 2022 году проходил конкурс, направленный на разработку типовых проектов деревянных домов, и нацеленный на дальнейшую реализацию домокомплектов высокой заводской готовности, через создание реестра экономически эффективной проектной документации повторного использования Минстроя России.6

Если в проектировании и строительстве малоэтажных архитектурных объектов в России накоплен большой опыт, то строительство многоэтажных и среднеэтажных деревянных гражданских зданий (далее — СМДГЗ) является практически незатронутой сферой архитектурно-строительной деятельности, требующей исследований и разработок. В частности, актуальным является рассмотрение зарубежного опыта в целях поиска архитектурных средств выражения деревянной многоэтажной архитектуры, анализ и систематизация подходов к формированию архитектурного облика, их оценка с позиций применимости в экономических и нормативных реалиях Российской Федерации, переосмысление архитектурных приёмов русского деревянного зодчества в современной практике, с целью развития национальной идентичности архитектуры.

Степень разработанности темы:

Ввиду своей новизны, тема многоэтажного деревянного гражданского строительства недостаточно разработана отечественными исследователями: автору не удалось найти сведений о докторских диссертациях, однако данное направление затрагивалось в кандидатских диссертациях Самолькиной Е.Г.[73], Дементьева Д.А.[26]., предметом которых служила современная деревянная архитектура,

6 Открытый Всероссийский конкурс на разработку типовых проектов жилых домов и социально-культурных объектов с использованием деревянных несущих строительных конструкций. // Сайт конкурса https://woodenbuildings.ru/ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://woodenbuildings.ru/about/ (дата обращения: 04.09.2022).

пространственная структура деревянного жилища, а также в многочисленных научных публикациях на тему многоэтажного деревянного строительства и его перспектив в России (статьи Акшова Э.А. [1], Бойтемировой И.Н.[6,7], Чистяковой А.Г. [6], Любаковой Д.А.[7], Карельского А.В., Лаврова М.Ф., Лаврова Ф.Ф., Ермолина В.Н., Чернова Е.В., Михалёвой С.А., Бардина И.Н. и других авторов). Не в полной мере изучены вопросы строительства СМДГЗ в сейсмических районах, механической безопасности, узловых соединений деревянных конструкций для применения в многоэтажном строительстве. Для решения указанных вопросов, а также в целях расширения применения деревянных конструкций при строительстве зданий из древесины перекрёстно-клееной, бруса многослойного клееного, в том числе из шпона, срубных конструкций, Минстроем России совместно с МЧС России разработан и утвержден План мероприятий («дорожная карта») по развитию деревянного домостроения на период до 2024 года от 16.06.2022 № 13-П/08 [64].

Мероприятиями дорожной карты предусмотрено выполнение ряда прикладных научных исследований и определение характеристик деревянных конструкций (пределы огнестойкости, динамические характеристики, сдвиговая прочность и жёсткость, устойчивость), а также разработка и (или) актуализация документов по стандартизации в области обеспечения пожарной безопасности и строительства зданий и сооружений из деревянных строительных конструкций.

По результатам выполненных работ подготовлены предложения по внесению изменений до конца 2024 года в:

—Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и другие документы в области обеспечения пожарной безопасности [64];

—документы по стандартизации в области строительства зданий и сооружений из деревянных строительных конструкций в части обеспечения механической и сейсмической безопасности (в том числе СП 14.13330.2018 «СНиП П-7-81*Строительство в сейсмических районах», СП 64.13330.2017 «СНиП П-25-80 Деревянные конструкции») [64].

Реализация мероприятий дорожной карты позволит, в случае получения положительных результатов в рамках запланированных исследований и экспериментов, проектировать и строить многоэтажные и среднеэтажные в сейсмических районах с применением деревянных конструкций на первоначальном этапе от 3 до 5 этажей, в дальнейшем—до 12 этажей.

Помимо решения технических вопросов применения древесины необходимо вести научную работу по направлению «Архитектура зданий и сооружений», которая позволит использовать результаты технических разработок и натурных испытаний в архитектурной практике. В настоящее время не определены подходы к формированию архитектурного решения, способы придания СМДГЗ национального своеобразия.

Существует значительное количество научных работ, посвящённых теме российского деревянного зодчества и истории развития деревянной архитектуры (Ащепков Е.А., Баландин С.Н., Бодэ А.Б., Габе Р.М., Гнедовский Б.В., Забелло С.Я., Иванов В.Н., Красовский М.В., Максимов П.Н., Ополовников А.В., Орфинский В.П., Раппопорт П.А., Севан О.Г. и другие). В меньшей степени, однако достаточно глубоко исследована тема российской современной деревянной архитектуры (Борисов С.В., Гавриков Д.С., Дементьев Д.А., Денисов С.А., Ильвицкая С.В., Коробьина И.М., Красилова Л.А., Малинин Н.С., Поморов С.Б., Ревзин Г.И., Самолькина Е.Г., Фролова Н.И., и др.). Гилетич А.Н., Гиясов Б.И., Макеев А.А., Погорельцев А.А., Серегин Н.Г., Хасанов И.Р. и другие занимались исследованием пожаробезопасности СМДГЗ. Технические и нормативные аспекты данной темы рассматривали Ведяков И.И., Гранев В.В., Дубынин Н.В., Колесников П.П., Кривцов Ю.В., Лейкина Д.К., Ломакин А.Д., Макаревич А.А., Солодова А.Ю., Стоянов В.О., Стрекалев А.Н. и др. Вопросы экологичного, устойчивого строительства исследовали Долгова В.О., Дубынин Н.В., Ильвицкая С.В., Истомин Б.С., Колесникова Т.Н., Петрова З.К., Сапрыкина Н.А., Сухинина Е.А., Шубенков М.В., Этенко В.П. и другие. Конструктивные свойства современных материалов на основе древесины рассматривали Арискин М.В., Воякин А.С., Запруднов В.И., Лабудин Б.В., Одегов В.В., Погорельцев А.А., Стоянов В.О., Турковский С.Б.

Теоретическая база исследования в значительной степени представлена трудами зарубежных специалистов: Crespell P., Douglas B., Falk A., Flatscher G., Gagnon S., Green M. (разработка системы строительства FFTT), Hasewend B., Karacabeyli E., Landreman A., Macguire E., Matzinger I., Nusmuller W., Popovski M. (вопросы сейсмоустойчивости многоэтажных деревянных зданий), Price Y., Robert H. (вопросы огнестойкости), Ryan E. Smith (исследования материала ICLT), Schickhofer G., Scholz A., Teibinger M. и другие.

К работе привлечены данные по исследованию свойств современных материалов на основе древесины, приведённые в трудах таких организаций, как APA (The Engineered Wood Association), Canadian Wood Council, Timber Development Association, SEE Wood, KLH Massivholz GmbH, American Wood Council, FPInnovations и других.

Проведены исследования практики проектирования и строительства многоэтажных деревянных зданий, осуществляемой такими компаниями, как GoodWood, CY architecture, Geir Brekke of Lund & Partnere, Gert Wingârdh, Waugh thistleton architects, C.F. M0ller Architects, Rogers Stirk Harbour + Partners, Hermann Kaufmann ZTgmBH, MGA, Hawkins\Brown Architects, SOM, Miller Hull, Perkins+Will и другими)

Проблема исследования: Наша страна обладает большим объёмом древесины, как возобновляемого природного ресурса, который можно эффективно использовать в строительстве многоэтажных зданий и сооружений, следуя принципам устойчивого развития7. Появление домокомплектов промышленного производства, серий проектов жилых домов и общественных зданий, а также индивидуальных проектов с применением деревянных конструкций, позволит

7

Устойчивое развитие — развитие, обеспечивающее удовлетворение потребностей нынешнего поколения и не подрывающее при этом возможности удовлетворения потребностей будущих поколений [30]. Принципы устойчивого развития делятся на экологические, экономические, и социальные, и нашли своё отражение в ряде нормативных документов. В частности, понятие устойчивого развития территорий отражено в Градостроительном кодексе РФ [89] и подразумевает обеспечение безопасности, благоприятных условий жизнедеятельности человека, ограничение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и обеспечение охраны и рационального использования природных ресурсов в интересах настоящего и будущих поколений при осуществлении градостроительной деятельности.

внедрить новые технологии в лесопромышленную и строительную отрасль, что послужит драйвером их развития. В России ведётся научно-исследовательская работа в рамках дорожной карты по развитию деревянного домостроения, по результатам которой будут инициированы изменения в нормативной документации, разработаны технические и технологические решения, однако важной составляющей внедрения результатов этой работы в архитектурную практику является разработка типологических основ проектирования СМДГЗ, выработка рекомендаций и составление руководства по проектированию таких зданий с комплексным учётом составляющих архитектурной деятельности8. Для разработки такого руководства необходимо проанализировать зарубежный опыт проектирования многоэтажных деревянных зданий, классифицировать подходы к формированию архитектурного облика таких объектов, соотнести их с российскими реалиями и выявить возможные пути развития архитектуры среднеэтажных и многоэтажных деревянных зданий в России.

Цель исследования: разработать типологические основы проектирования СМДГЗ на основе синтеза экономической, функциональной, конструктивной, технологической, архитектурной, традиционной, гуманистической, экологической составляющих архитектурной деятельности.

Задачи исследования:

1. Выявить этапы развития проектирования и строительства СМДГЗ.

2. Выявить факторы, влияющие на целесообразность применения СМДГЗ при застройке отечественных населённых пунктов.

3. Разработать типологическую модель СМДГЗ на основе синтеза составляющих архитектурной деятельности.

4. Определить особенности жилых и общественных СМДГЗ.

5. Разработать рекомендации по формированию архитектуры СМДГЗ.

8

В рамках научной работы выделены экономическая, функциональная, конструктивная, технологическая, архитектурная, традиционная, гуманистическая, экологическая составляющие архитектурной деятельности.

Объект исследования: гражданские среднеэтажные и многоэтажные здания, возводимые с применением новационных технологий деревянного строительства.

Рассматриваются проекты и постройки с этажностью пять и более этажей, в которых деревянные конструкции применяются в виде несущих, самонесущих или ограждающих конструкций, в соответствии с СП451 «Здания общественные с применением деревянных конструкций» [83] и СП452 «Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций» [84]. Высотные здания и комплексы (по определению СП477.1325800.2020 [86]) не являются объектом исследования.

Предмет исследования: архитектура среднеэтажных и многоэтажных деревянных гражданских зданий (конец ХХ - начало XXI веков).

Границы исследования: рассматриваются проекты и постройки гражданских деревянных зданий этажностью пять и более этажей с конца XX до 2023 года. При анализе этапов развития СМДГЗ справочно приведены постройки более ранних этапов (начиная с VII века до н.э.). Территориальные границы исследования включают страны, в которых имеется опыт проектирования и строительства таких зданий из дерева и материалов на его основе (ряд европейских стран, США, Канада, Австралия, Япония, Россия).

Гипотеза исследования: на основе составляющих архитектурной деятельности (экономической, функциональной, конструктивной, технологической, архитектурной, традиционной, гуманистической, экологической) возможна разработка типологических основ проектирования СМДГЗ, повышающих качество архитектурных решений таких зданий, способствующих созданию комфортной среды для жизнедеятельности человека.

Научная новизна исследования:

- впервые выявлены этапы развития проектирования и строительства СМДГЗ на основе изучения технологий деревянного строительства, а также проектов и построек зданий;

- определены основные и специфические факторы, влияющие на целесообразность строительства СМДГЗ;

- выявлены и систематизированы типологические особенности архитектуры СМДГЗ;

- систематизированы типы конструктивных систем СМДГЗ;

- выявлены и апробированы новые методические подходы архитектурного формообразования СМДГЗ;

- разработана типологическая модель СМДГЗ.

В целом, доказаны преимущества СМДГЗ в экономических, функциональных, конструктивных, технологических, архитектурных, гуманистических, экологических аспектах по сравнению с наиболее распространёнными зданиями с железобетонным или стальным стоечно-балочным каркасом и стенами из мелкоштучных каменных материалов.

Теоретическая значимость исследования

Исследование расширяет научное знание об архитектуре СМДГЗ, и его результаты применимы в образовательном процессе, в дальнейших научных исследованиях, при разработке методических рекомендаций, а именно:

1. Выявленные в ходе научной работы методические подходы и рекомендации по проектированию СМДГЗ могут быть использованы в аналогичных исследованиях деревянных зданий малой этажности и надстраиваемых объектов, а также для исследований промышленных зданий.

2. Типологическая модель СМДГЗ, разработанная в ходе исследования, может быть положена в основу дальнейших научных работ, дополнена и расширена для её применения при проектировании зданий и сооружений из других строительных материалов.

Практическое значение исследования

1. Научно обоснованные результаты исследования могут быть применимы в отечественной практике проектирования СМДГЗ, что будет способствовать формированию архитектуры таких зданий в соответствии с современным уровнем требований.

2. На основе исследования могут быть изданы рекомендации по проектированию СМДГЗ, которые будут впоследствии использоваться в проектной деятельности.

Методика исследования включает:

- ретроспективный анализ и систематизацию информации из литературных источников и электронных ресурсов;

- архитектурно-типологический сравнительный анализ архитектурных объектов (проектов и построек СМДГЗ) в мировой практике;

- синтез и обобщение для выявления особенностей и построения типологической модели СМДГЗ;

- экспериментальное конкурсное проектирование, как метод апробации основных положений исследования.

Источниками исследования служат: труды отечественных и зарубежных специалистов, проекты и постройки зданий, нормативные документы и требования к строительству деревянных зданий.

Положения, выносимые на защиту:

1. Целесообразность применения СМДГЗ при застройке отечественных населённых пунктов.

2. Архитектурно-планировочные, конструктивные, функциональные, инженерно-технологические, градостроительные, экономические, экологические, гигиенические, исторические особенности и преимущества СМДГЗ.

3. Методы и приёмы формирования архитектуры СМДГЗ.

4. Типологическая модель СМДГЗ.

5. Рекомендации по проектированию СМДГЗ.

Степень достоверности и апробация результатов исследования:

Достоверность и апробация результатов исследования определяется: использованием научных методов анализа; исследованием формирования современных среднеэтажных и многоэтажных деревянных зданий с учётом комплекса факторов (экономического, функционального, конструктивного, технологического, архитектурного, климатического, градостроительного

традиционного, гуманистического, экологического); обсуждением полученных результатов на научных и научно-практических конференциях различного уровня.

Основные положения научной работы были апробированы в рамках выполненного автором конкурсного проекта многофункционального здания с применением деревянных конструкций в г. Дурбан (Африка), а также в коллективном конкурсном проектировании многоэтажного деревянного здания для г. Череповца. Основные положения работы докладывались на пяти научно-практических конференциях, на международном форуме деревянного строительства «Дерево в архитектуре», и в ходе трёх лекционно-практических курсов «Современная деревянная архитектура» Московской Архитектурной Школы МАРШ. Основное содержание диссертации отражено в 12 научных публикациях, пять из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура работы. Диссертационное исследование состоит из двух томов. Первый том объёмом 196 страниц состоит из текстовой части, включающей введение, три главы, заключение, список литературы из 205 наименований. Второй иллюстрированный том объёмом 115 страниц состоит из основной части 2 приложений, 2 актов о внедрении результатов научной работы.

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ СРЕДНЕЭТАЖНОГО И МНОГОЭТАЖНОГО ДЕРЕВЯННОГО ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

1.1 Этапы эволюции проектирования и строительства среднеэтажных и многоэтажных деревянных гражданских зданий (СМДГЗ). Научное состояние вопроса.

История использования дерева в качестве строительного материала для зданий и сооружений уходит корнями в первобытное время. Известно, что первые деревянные дома в истории человечества появились в десятом тысячелетии до нашей эры [88]. Первыми странами, в которых получило развитие строительство из дерева, являются страны нынешнего Средиземноморья - Древняя Греция, Палестина, территория нынешней Турции [88]. Этому способствовала густая растительность и обилие лесов на их территориях. Первые деревянные постройки представляли собой шалаши и хижины небольших размеров. Раннее применение древесины обусловлено рядом ценных качеств, дающих ей преимущества перед другими материалами. К таким качествам относится лёгкая обрабатываемость, сравнительно небольшой вес, доступность на лесных территориях, плавучесть, гибкость, достаточно высокая прочность.

Крупные деревянные сооружения стали появляться в период ранней античности. В первую очередь это храмы и общественные здания. Примером служит не сохранившийся до наших дней храм Апполона в Ферме, относящийся примерно к 640—630 годам до н. э. [49]. Его размеры по стилобату - 12,13 м х 38,23 м. Конструкция стен была такая же, как и в других храмах этого периода: нижняя часть стены, сложенная из камня, служила цоколем для сырцовой кладки. Перекрытие и крыша были деревянные, кровля — черепичная. Наружная колоннада состояла из 38 деревянных колонн, поставленных на высокие круглые каменные базы [49]. Впоследствии характерные черты деревянных храмов переносятся на архитектуру каменных сооружений древних греков.

Существуют свидетельства о высоком техническом уровне использования дерева в зданиях и сооружениях древних римлян. Доказательствам этому служат

мосты, построенные через реки Дунай и Рейн. Мост Траяна, или мост Апполодора через реку Дунай был первым прочным и долговечным мостом через эту реку и соединял берега современных Румынии и Сербии (см. том 2, прил. А, Таблица 8). Больше тысячи лет он оставался самым длинным построенным мостом в мире, как по своей общей протяжённости, так и по ширине арочных пролётов [54]. Мост был построен в 103-105 годах по проекту Аполлодора Дамасского в сжатые сроки в преддверии готовившейся Траяном войны с даками. Он имел деревянную конструкцию проезжей части, установленную на каменных опорах с пологими деревянными арками [54]. Общая длина моста составляла более километра (предположительно 1135 м). Деревянная конструкция арок была разрушена при императоре Аврелиане после отхода римлян из Дакии, приблизительно в 270 году нашей эры [54].

Помимо мостов из дерева, строились некоторые инсулы (доходные дома в Риме), оборонительные и осадные башни, и другие сооружения. Римлянам были знакомы и фахверковые конструкции, которые использовались в верхних этажах римских инсул при сооружении балконов и эркеров [92]. Фахверковое строительство в дальнейшем получит широкое распространение и развитие в средние века в ряде европейских стран, где по данной технологии стали возводиться дома высотой пять и более этажей.

В Азии традиции деревянного строительства зародились в древнем Китае [99], а затем были переняты Японией и другими странами. Подавляющее большинство строений в древнем Китае и Японии строились из дерева. Это было обусловлено значительной площадью лесных территорий в этих странах, климатическими особенностями и высокой вероятностью стихийных бедствий, в условиях которых дерево хорошо себя зарекомендовало.

Культура обработки материала была связана с народными традициями и верованиями. Так в Японии ещё с VII—VIII веков н. э. происходит становление религии Синто, обожествляющей природные силы и явления [99]. Для приверженцев этой религии обработка таких природных материалов, как дерево, носила сакральный характер.

Технология строительства, как в Китае, так и в Японии была основана на принципе стоечно-балочной системы из дерева с заполнением из другого материала. «При сооружении зданий возводили стилобат, на котором устанавливали деревянные столбы, несущие кровлю. Стилобаты, высота которых зависела от ранга хозяина дома, сооружались из земли, по которой укладывался слой мелкой гальки, защищавшей дерево от сырости. Стены не несли кровли, а играли только роль перегородок, заполняющих промежутки между столбами, что позволяло распределять двери и окна в зависимости от условий естественного освещения» [99, с. 430].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Афонин Виталий Сергеевич, 2024 год

Источник:

https://www.weyerhaeuser.com

Технико-механические характеристики: Поведение OSL под воздействием нагрузок зависит от используемой ориентации волокон. Так, при сжатии вдоль волокон несущая способность аналогична LSL, но уступает LVL и PSL, из-за чего в многоэтажных зданиях данный материал в качестве несущего не используется, однако иногда применяется в объектах средней этажности. Иные качества (огнестойкость,

oriented strand lumber (OSL) -клеёная древесина из разнонаправленной щепы. Материал по принципу изготовления подобен LSL, однако отличается размерами волокон и их направлением: волокна ориентируются определенным образом в зависимости от последующего использования материала.

Отношение длинны щепы к её толщине примерно 1:75. Для LSL

Это отношение равно 1:150. Достоинства:

Аналогично LSL Использование: Применяется в производстве столярно-строительных изделий и в малонагруженных конструкциях (здания малой и средней этажности).

Источник: LVL сегодня и в будущем // Продерево URL:

https://proderevo.net/industries/wooden-house-construction/M-segodnya-i-v-budushchem.html (дата обращения: 20.05.2019).

2. Массивные деревянные панели - класс материалов, который

представляет собой плоскостные элементы, состоящие из нескольких слоев, набираемых из пиломатериалов и скрепляемых между собой различными способами. В зависимости от метода соединения выделяют панели на клею (CLT, или перекрестно-клееные панели), на гвоздях (NLT), на дюбелях (DLT), с пазогребневыми соединениями (ICLT)

влагостойкость - соответствуют LSL). Как и LSL, выпускается различных типоразмеров, подробнее ознакомится с которыми можно на сайте производителей (напр. Alberta Wood Products, Weyerhaeuser).

В России материал не производится.

Сравнение характеристик мировых и отечественных технологий

производства многослойной деревянной панели

Массивная

Характеристики сиг Massive Holz Mauer Thoma Holz деревянная панель «Древоблок» «Унипанель»

Страна-производитель Великобритания Германия Австрия Россия Россия

Ель, сосна Ель, пихта, Хвойные

Тип древесины или лиственница Сосна, ель сосна, лиственница Сосна и лиственные породы

Сорт древесины 0-3 0 3 0 3 0-3 0-3

Толщина доски, мм 20 24 20-80 25 30

Способ скрепления ламелей Клей поли-уретановый риявежо НВ 8-1ше Алюминиевые рифленые штифты lt Деревянные дюбели (лиственные породы древесины) Клей KLEIBERIT 303.0 D3/D4 Клей

Наличие пазов в ламслях - + - - +

Общая толщина плиты, мм 57-500 115-340 120-400 75^00 30-1000

Минимальный размер плиты, м 2,95x2,95 2x2 3x3 0,9x2,7 1,035x2,8

Максимальный размер плиты, м 2,95x16 3,25x6 3x8 0,9x6 3,3x12

Плотность, кг/м3 500 480 450 570 300

Теплопроводность (А,), Вт/(м °С) 0,1-0,14 0,093 0,088 0,1 0,087

Теплоемкость (с), Дж/(кг-°С) 1,60 1.7 1,6 1,6 -

Сопротивление теплопередаче (Я), (м2оС)/Вт при Ь = 100 мм 0,87 1,02 0,93 0,87 -

Диффузионное сопротивление (]Д.), мкм 40/200 65/65 37/37 40/200 -

Шумоизоляция, дБ (Ь = 205 мм) 60 53 41 60 60

Скорость выгорания, мм/мин 0,8 0,7 0,9 0,8 0,7

Коэффициент излучения в длинноволновом диапазоне (е) 0,9 0,9 0,75 0,9 -

Источник: Лысенко А.О. Обзор российских и зарубежных технологий производства многослойных деревянных панелей. Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2018. - Т. 18, № 4. -С. 4452.

CLT - Cross Laminated timber - перекрёстно-клееные панели, доски-ламели в которых скрепляются с помощью экологичных клеевых составов. Ламели укладываются послойно, где каждый слой расположен в перекрёстном направлении.

Технико-механические свойства: Благодаря перпендикулярному расположению волокон нивелируется анизотропность древесины, почти до

минимума сводится эффект усыхания и Ламели имеют толщину от 10

значительно увеличивается несущая до 45 мм и скрепляются под

способность. Чаще всего используются давлением не менее 0,6

панели от 3-х до 7 слоев толщиной. Н/мм2. они наиболее

Огнестойкость и несущая способность распространены в деревянном

зависит от толщины панелей и многоэтажном строительстве

используемой породы древесины. на сегодняшний день.

Подробная техническая информация о Достоинства:

свойствах материала, правилах его • Практически

применения в строительстве, отсутствует усадка

транспортировки и эксплуатации • Высокая прочность,

приводятся на сайтах производителей меньшая

(Stora Enso, KLN Massivholz, Binderholz, анизотропность (см.

Промстройлес и др.) технико-мех. свойства)

Для CLT отечественного производства • Меньшая, чем у

прочность на сжатие вдоль волокон древесины

составляет 13-15 МПа, на изгиб - 9-22 подверженность

МПа, для иностранных образцов - гниению и разбуханию

прочность на сжатие вдоль волокон, и на • Большая огнестойкость,

изгиб - 24 МПа чем у обычной

- Влажность панелей 10-12% древесины

- Индекс изоляции воздушного шума (Rw) • Простота изготовления

зависит от толщины и частоты звуковых и установки

колебаний (как правило, при толщине • Высокая точность

100мм, без отделки, уровень изготовления и

звукопоглощения составляет ок. 34 ДБ, при геометрическая

толщине 200мм - ок. 38 ДБ. При стабильность

использовании звукоизоляционных • Высокая скорость

материалов, для стен и перекрытий могут строительства.

быть достигнуты показатели до 60 и более ДБ

- Класс прочности С24

- Модуль сдвига 50Н/мм2

Интерьер с использованием CLT панелей (отель BMW Alpenhotel Ammerwald, г.Ройтте, Австрия) Источник: Современные строительные материалы из древесины. ЛесПромИнформ №6 (136). 2018 г. URL: https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=5080

В России существуют подобные запатентованные материалы. Одним из таких материалов является древоблок Хрипко А.В. (патент 92435, 2009г.) Отличием древоблока является возможность использовать гвозди вместо клея, и скреплять слои досок не под прямым углом к ближайшему слою.

NLT плита

MHM плита

NLT - Nail laminated timber-панели, ламели в которых скрепляются с помощью алюминиевых гвоздей. Частным, и наиболее распространенным примером таких плит служат панели MHM (Massiv Holz Mauer). В ламелях этих плит для вентилирования и улучшения теплоизоляционных качеств выполняются пазы. Достоинства: • Практически

отсутствует усадка

Технические характеристики (на примере • Высокая прочность,

MHM): меньшая

- Влажность панелей 15(+/-3)% анизотропность (см.

- Индекс изоляции воздушного шума (Rw) технико-мех. свойства)

ок. 32 ДБ, при толщине 160мм - ок. 36 ДБ, • Простота изготовления

для 340мм - 48 ДБ.) и установки

- Огнестойкость стены, толщиной 205мм - • Высокая точность

REI 90 изготовления и

- Способность нести нагрузку сопоставима геометрическая

с CLT стабильность

Размеры: • Отсутствие клеевых

До 3,25 х 6,00мм, при толщине 11,5-34 см. составов и 100%-я

Для перекрытий используется не экологичность

перекрёстное соединение дощатых • Высокая скорость

элементов, а соединение по пласти - строительства.

гвоздевые соединения в набранной таким (Стеновые панели дома

образом панели перекрытия лучше площадью 150 м2

воспринимают изгибающую нагрузку. монтируются за 3-5

Более подробная техническая информация дней.)

дана на сайтах производителей: Massive Holz Mauer, Вудвилль (в России) • Вариативность профиля перекрытия: в него легко встраивается

Источник: Planungshandbuch. MHM-NHH. URL: https://www.naturholzhaus.de/wp- звукоизоляция или инженерные

content/uploads/2020/03/Planungshandbuch-MHM-NHH.pdf коммуникации.

Технические характеристики: В перекрытиях обладает большей прочностью, чем CLT, благодаря чему возможны безопорные пролеты перекрытий до 10м, и до 18м для кровель. Однако жесткость и устойчивость стен у CLT выше (до 1,5 раз). Акустические качества и огнестойкость сопоставимы с CLT и NLT. Подробная информация, примеры проектов и руководства по доставке, монтажу и эксплуатации доступны на сайтах производителей. Основные страны производители - Канада, США (International Timberframes, StructureCraft), Германия (Weihele, KMH), Швейцария (Sohm Holz Bautechnik), Австрия (Thoma Holz).

Размеры: Длинна - до 18,5 м; Ширина - до 3,75 м и более (в зависимости от условий доставки), толщина - от 76 до 350 мм. Некоторые компании (напр. Sohm Holz Bautechnik) производят панели, в которых

DLT - Dowel Laminated Timber - панели, ламели в которых скрепляются с помощью нагелей. Нагель впитывает влажность из окружающей сего древесины и увеличивается в размерах, чем прочно скрепляет все слои элемента между собой и превращает его в прочную монолитную деревянную конструкцию. По своим технико-механическим свойствам материал схож с NLT.

Материал появился в начале 1990-х гг. в Швейцарии, и на сегодняшний день широкого распространения не получил, хотя его популярность постепенно возрастает в странах, занимающихся строительством многоэтажных деревянных зданий в связи со следующими достоинствами: • Практически отсутствует усадка

нагели располагаются в структуре панели под разными углами. В России материал не производится.

Источник: DLT Design and profile guide URL:

https://structurecraft.com/assets/main/pdf/dlt-design-and-profile-

guide_v4.1.pdf

• Высокая прочность, меньшая анизотропность (см. технико-мех. свойства)

• Простота изготовления и установки

• Высокая точность изготовления и геометрическая стабильность

• Вариативность профиля перекрытия: в него легко встраивается звукоизоляция или инженерные коммуникации.

• Высокая прочность, особенно для перекрытий

• Высокая скорость строительства.

• Отсутствие клеевых составов и 100%-я экологичность

• Производство дешевле CLT

Материал чаще всего используется для перекрытий, ввиду высокой прочности панелей на изгибающую нагрузку.

Технические характеристики: Материал на сегодняшний день исследован не в полной мере, однако из за структуры, схожей на CLT вероятно, будет иметь схожие параметры индекса изоляции воздушного и ударного шума, огнестойкости, теплопроводности. При испытаниях на прочность при боковой нагрузке, показал более чем в 3 раза большую устойчивость, чем CLT (по материалам исследования Ryan E. Smith, 2011).

ICLT на сегодняшний день в коммерческих целях промышленно не производится, Исследуется в университете Утаха, были произведены компанией Euclid Timber, LLC.

Источник:

Smith R.E. Interlocking cross-laminated timber: alternative use of waste wood in design and construction // BTES conference 2011 - convergence and confluence. - Utah, USA: University of Utah, Integrated Technology in Architecture Center (ITAC), 2011. - С. 22.

ICLT - Interlocking Cross Laminated timber -перекрёстно-клееные панели , ламели в которых скрепляются за счёт пазо-гребневых стыков. Не распространенный и недостаточно изученный материал, который однако, имеет потенциал для развития и применения в многоэтажном деревянном строительстве. Достоинства:

• Экологичность

• Прочность при боковой нагрузке

• Могут быть применены менее строгие требования к качеству древесины, чем для CLT, благодаря чему цена может быть меньше CLT.

Для выявления других достоинств материала, требуется проведение дополнительных исследований.

Технические характеристики: Предел прочности на сжатие более 200 кг/см2 (20 МПа).

Группа горючести: ориентировочно Г-1, требует испытаний. Материал обладает обратимостью (реверсивностью) в отношении влажностных деформаций, и ведёт себя как массивная древесина.

Материал широкого распространения в настоящий момент не получил, но имеет большой потенциал к применеию.

Источник: Производитель ООО "Эклектика"

Унипанель - отечественная разработка, представляющая собой элемент из скленных перпендикулярно друг другу слоев древесины из досок с S-образным профилем. Пустоты внутри панели позволяют устранить внутренние напряжения, возникающие при нагрузках, обеспечить проветривание, увеличить

теплоизоляционные качества. Достоинства:

• Практически полное отсутствие температурно-влажностных деформаций

• Стабильность формы и размеров, их геометрическая точность

• Диффузно-открытая система

(Исключает применение паро, ветро и гидроизоляционных плёнок)

Унипанель: пример углового соединения.

• Минимальное содержание клея (ок. 4%)

• Плотность 250 ^ 300 кг/м3

(50-60% от плотности СЬТ панели, массива сосны)

Высокая скорость сборки.

См.табл.23.

Массивные фанерные плиты Mass plywood panel (MPP)

3. Клееная древесина (С1и1яш) - это строительный материал изготовленный из натурального дерева, путем склеивания отдельных высушенных деревянных заготовок в цельный элемент (балку, колонну, брус).

Ввиду высокой прочности, КДК (клееных деревянных конструкций) они применяются в элементах несущего каркаса многоэтажных деревянных зданий, в большепролетных сооружениях.

Россия является одной из лидирующих стран в области использования КДК, и такие конструкции успешно применяются в объектах различного назначения. Технические характеристики клееной древесины приводятся в СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции, ГОСТ 20850-2014 Конструкции деревянные клееные несущие. Общие технические условия, ГОСТ 33080-2014 и другие документы.

Источник изображения: Сайт ruslesmsk.ru

Примеры использования КДК:

Стадион «Енисей» г.Красноярск. 2018г. Перекрытие из клееных деревянных балок пролетом 100м.

Дворец водных видов спорта. г. Казань, 2013г. Трехшарнирные деревоклееные арки из парных изогнутых ригелей образуют несущие элементы здания, ширина которого составляет 84 м.

Аквапарк. г. Новосибирск, 2017г.

В проекте реализована купольная конструкция на основе клееных деревянных ферм. Диаметр купола - 80 м.

4. Перспективные материалы. Помимо таких используемых в многоэтажном строительстве конструктивных материалов, как клееная древесина, массивные деревянные панели, структурная клеёная древесина, в будущем могут быть использованы некоторые другие современные материалы, приводимые в этом разделе.

Технические характеристики:

коэффициент теплопередачи стены «Натури» толщиной 300 мм равен 0,3 Вт/(м2К), что эквивалентно клееному брусу толщиной 450 мм. Теплопроводность - ок. 0,080 Вт/(м-К) Прочность на сжатие и другие характеристики соответсвуют унипанели. Подробнее ознакомится с данной технологией можно на сайте производителей (Naturi, Naturi Haus)

Источник: https://naturi.su

КаШп

Технология разработана в Австрии и представляет собой систему строительства из вертикальных брусьев сложного профиля, которые стыкуются друг с другом с помощью пазогребневых соединений и формируют конструкцию стен, Для лицевых и внутренних частей могут быть использованы элементы различных пород, благодаря чему более дешевую древесину можно закладывать в структуру стены, экономя на общей стоимости домокомплекта. Технология практически не используется для многоэтажного строительства, хотя имеет для этого потенциал. Достоинства:

• Теплоизоляция

• Прочность

• Минимизация усадки, за счет вертикального расположения бруса

• Высокая скорость строительства

• 100%-я экологичность

• Легкость элементов

ОСП

Пенополистерол Технические характеристики: Сопротивление теплопередаче (Я) СИП панели толщиной 174 мм равно 3,95 м2°С/Вт.1

Коэффициент теплопроводность - 0,36 Вт/(м-К) для плит толщиной 174 мм.2 В качестве конструкционного материала не подходит для многоэтажных зданий, и может использоваться в качестве заполнения стен (Предел прочности на сжатие - 0,08 МПа, на изгиб - 0,16 Мпа).

Источник: компания-поизводитель: 1 https://sk-barin.ru/

2Яцун И. В., Ефимов В. Н. Оценка физических и теплоизоляционных свойств СИП-панелей на основе ОСП-плиты и пенополистирола // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. 2023. С. 114-119.

СИП панели - - это структурная изоляционная панель, состоящая из утеплителя-прослойки, с двух сторон покрытого листами ОСП (ОББ), и имеющая внутренний деревянный каркас. В многоэтажном деревянном строительстве, исходя из норм, не используется, хотя в будущем может применяться в домах средней этажности, особенно, при решении проблемы горючести. Достоинства:

• Высокий уровень теплоизоляции

• Шумоизоляция

• Легкий вес

• Высокая скорость строительства

• Устойчивость к агрессивной внешней

Строительство многоквартирного дома из СИП панелей Источник: сайт https://sipexpertstroy.ru/

среде, в т.ч. биологической • Экономичность К недостаткам относятся:

- горючесть

- по экологическим параметрам уступают описанным ранее материалам.

- не могу применятся в качестве несущих элементов в многоэтажных зданиях -только как заполнение.

См.табл.18.

Уплотнённая древесина (Densified wood)

См.табл.18.

Дерево-полимеры для 3D печати

Табл. 20. Расход материала на CМДГЗ различных типов

Табл. 21 . Проблемы, ограничивающие возможности проектирования и

строительства СМДГЗ в России

непривлекательные условия кредитования и субсидирования

нелегальное лесопользование

недостаток кадров

неразвитость лесной •*-инфраструктуры

основные проблемы многоэтажного деревянного строительства в РФ

неразвитость рынка массивных деревянных панелей и структурной композитной древесины в России

несовершенство законодательства в области деревянного строительства и лесопользования

неготовность населения жить и работать в деревянных многоэтажных домах.

Табл. 22. Меры по развитию строительства СМДГЗ

В области законодательства: В области информационной деятельности:

- совершенствование существующих - повышение уровня информированности

сводов правил и ГОСТов населения о технологиях деревянного

строительства;

- доработка СП452 "Дома жилые

многоквартирные с применением - выполнение экспериментальных пилотных

деревянных конструкций. Правила проектов, с одновременной

проектирования и строительства" и информационной поддержкой их

СП451 "Здания общественные с строительства;

применением деревянных конструкций.

Правила проектирования и - публикация и огласка результатов

строительства." В части включения в испытаний деревянных конструкций;

состав СП типовых, экономически и

экологически оправданных решений. - повышение престижа и привлекательности

научно-исследовательской деятельности для

- разработка новых ТУ, ГОСТОВ, молодых специалистов в общем, и в области

руководств на новейшие материалы из исследования строительных материалов и

древесины (^Т, ЯЬТ, DLT, БСГ); архитектуры в частности.

- совершенствования программы

субсидирования экологического жилья;

- принятие мер по регулированию

лесопользования;

- принятие мер по повышению

инвестиционной привлекательности

деятельности в области

лесопромышленного сектора и

деревянного строительства;

- изменение системы грантов в области

прикладных исследований

лесопромышленной и строительной

направленности. Улучшение

спонсирования НИИ, коллективов

молодых учёных и специализированных

исследовательских организаций;

- совершенствование мер

государственной поддержки

строительства объектов лесной

инфраструктуры.

В области инфраструктуры: В области научно-исследовательских

разработок и образования:

- повышение транспортной доступности - проведение исследований и испытаний

лесосек и производственных современных конструкций и материалов на

предприятий; огнестойкость, вибро- и влагостойкость,

сейсмостойкость и т.д.

- укрепление механизмов частно-

государственного партнерства; - разработка рекомендаций по применению

современных материалов и методик их

- повышение контроля за расчета;

осуществлением мероприятий по

рекультивации лесных территорий. - проведение семинаров, курсов повышения

квалификации, конференций, направленных

на появление, образование и развитие

компетентных специалистов;

- появление на базе Вузов и НИИ

факультетов, специализирующихся на

деревянном строительстве и промышленном

производстве современных материалов и

домокомплектов;

- формирование экологического

самосознания у обучающихся.

Табл. 23. Тенденции строительства.

1. Для жилищного строительства:

2. Для общественных зданий:

1.1. - Строительство экономичного бюджетного жилья, нацеленного на реализацию социальных программ, программ расселения из ветхого и аварийного жилья, субсидируемого жилья для льготных категорий граждан.

2.1 - Строительство офисных зданий.

Офис Good Wood plaza

4-х этажный дом с применением деревянных конструкций (г. Торжок).

Деревянный офис в Ольгино.

1.2. - Строительство престижного жилья, экокварталов, жилья бизнес и премиум класса.

2.2 - Строительство зданий гостиничного, музейного типа, спортивных сооружений.

Квартал Wood city

Музей науки и техники в Томске

1.3. - Использование деревянных конструкций не в качестве основных, а для выполнения

2.3 - Использование деревянных конструкций не в качестве основных, а для выполнения

отдельных элементов здания, а также для надстройки существующих объектов в процессе реновации

Табл. 24. Рекомендации по проектированию. Экологические стандарты и критерии устойчивого строительства.

1. Общие рекомендации:

2. Стандарты экологической сертификации

Название экологического стандарта

Количество требований рассматриваемого раздела, %

BREEAM

LEED

DGNB

Зеленый САР-СПЗС

стандарт

Инженерно-технические

системы, оборудование

20,02%

34,56%

14,28%

28,35%

26,24%

Обьемно-планировочные решения

14,56%

5,76%

6,12%

13,23%

16,40%

Конструктивные решения

3,64%

3,84%

6,12%

11,34%

4,92%

Эффективное

10,92%

19,20%

6,12%

9,45%

9,80%

Использование материалов

Эстетические решения 1,82% 1,92% 4,08%

На основе: Сухинина Е.А. Основные положения и сравнение международных экологических стандартов в строительной сфере. // Вестник СГТУ, 2013. - №4 (73) - с. 209.

Приложение Б. Технические решения.

Б.1. Узлы и решения кровли многоэтажных деревянных зданий

Здание из СЬТ панелей:

а, б - крепление на саморезах; в - крепление с помощью металлических кронштейнов Особенности расчёта конструкций из CLT панелей:

Согласно Европейским нормативам, как правило применяется «метод гамма» (приведён в приложении B еврокода 5 (2004г.).

В рамках данной теории используются такие параметры, как «эффективная жесткость (effective stiffnes) » и «фактор эффективности соединения (connection efficiency factor)- yi». Они необходимы для учета сдвиговой деформации перпендикулярного слоя (слоев), где коэффициент у = 1, представляет собой полностью склеенный элемент, и у = 0 - отсутствие соединения. Данная методика подходит для вычисления балок и перекрытий для равномерно распределённой и точечной нагрузок [137].

Учёные Х-И. Бласс и П. Фелмозер в 2004 г. применили «композитную теорию», известную также как «К-метод», применяемую для определения усилий при работе CLT-панелей на изгиб. Однако в данной работе не учитывалась деформация сдвига в отдельных слоях панели. В настоящее время в европейских странах при расчёте нагрузок в панелях CLT чаще всего применяется метод «сдвиговой аналогии» (Shear Analogy) Крезингера, так

как данная методика расчёта учитывает сдвиговую деформацию продольных и поперечных слоёв и не ограничена количеством слоев внутри панели, благодаря чему позволяет более точно определить жёсткость панели [137].

В США и Канаде стандартом ANSI / APA PRG 320 предписывается использовать метод «сдвиговой аналогии» для определения прочности на изгиб и сдвиговой жёсткости.

Сопоставление расчёта по Еврокоду и СП 64.13330.2017:

Так, например, при одинаковой нагрузке на кровлю с одинаковыми параметрами, величина изгибающего момента при расчёте согласно СП 64.13330.2017 равна 20,03 кНм, и 14,1 кНм согласно Еврокоду, момент инерции сечения соответственно равен 21192,26 см4 и 19732 см4.

Приведём основные формулы, используемые для расчёта конструкций из CLT-панелей, применяемые в канадско-американском стандарте PRG 320 и руководстве по проектированию [137]:

Прочность плиты при изгибе вне плоскости определяется через нахождение момента сопротивления сечения Seff, по формуле:

S 2Е1еее eff =

Ei - модуль упругости для самого дальнего слоя от центра

Eleff- эффективная нормативная прочность, определяемая по формуле

Ei- модуль упругости (для каждого слоя в панели), hi - толщина слоя в панели bi - ширина слоя в панели zi - длинна слоя в панели Ai- площадь сечения слоя

При конструировании панелей и определении их толщины должно выполняться условие:

Mb < F^Seff

Где Mb- изгибающий момент,

Ffr - расчётная сила, воздействующая на панель, умноженная на коэффициент 0,85 по PRG 320.

Расчёт на сдвиг выполняется по формуле:

где Eleff - эффективная нормативная прочность,

(Ib/Q)eff -величина, определяющая сопротивляемость сечения панели сдвиговому усилию,

Ei - модуль гибкости для каждого из слоёв, hi - толщина каждого слоя,

zi- расстояние от центра тяжести слоя до нейтральной оси, за исключением среднего слоя, где он находится в центре тяжести верхней половины этого слоя. Для конструкции должно выполняться условие:

Где Vpianar -величина сдвига под воздействием нагрузки (указывается производителем) Fv (Ib/Q)eff - прочность панели на сдвиг.

Расчёт прочности на упругие деформации (гибкость) выполняется по формуле:

где Е1арр- расчётная жёсткость, Е1ей- эффективная нормативная прочность К- константная величина, значение которой можно определить с помощью таблицы в стандарте РЯО 320

ОЛей- упругая жёсткость, определяемая по формуле:

Б.2. Примеры решений по огнезащите многоэтажных деревянных зданий

Рис.1. Схема стыков листов ГКЛ или ГКЛО для деревянных зданий:

Б.3. Примеры решений по звукоизоляции и уменьшению вибраций в многоэтажных деревянных зданиях

Элементами, пропускающими звук в помещение могут быть (по [137]):

- соединения перекрытий со стенами

- двери и окна

- отверстия для проводки, розеток и инженерных систем

- запотолочное пространство

- соединения между стенами

- стыки элементов перекрытий и напольных покрытий

Некоторые решения узловых соединений позволяют уменьшить звукопроницаемость в перечисленных критических участках. В рекомендациях по проектированию деревянных зданий приводятся следующие решения:

- использовать замазки при выполнении стыков стен и стен с полом, для их герметизации.

- учитывать звукоизоляционные свойства материалов внутренней отделки помещений.

Европейскими и американскими исследователями проводились лабораторные испытания звукопередачи различных по составу стен и полов с CLT-панелями, а также каркасных стен:

Табл. 3.1 Нормируемые параметры звукоизоляции (sound insulation) по IBC 2009.

Тип конструкции Источник звука в помещении Источник звука в конструкции

Стена STC (класс передачи звука) 50 Не нормируется

ББТС (класс передачи звука в помещении) 45

Пол БТС (класс передачи звука) 50 ПС (класс изоляции ударного шума) 50

ББТС (класс передачи звука в помещении) 45 БНС (класс изоляции ударного шума в помещении) 45

Испытания СиГ-панелей без дополнительной отделки показали результаты, которые приведены в таблице 3.2 (источник [137]),

Табл. 3.2

Кол-во слоёв панели Толщина, мм Назначение в конструкции БТС (класс передачи звука) 11С (класс изоляции ударного шума)

3 95-115 Стена 32-34 -

5 135 Пол 39 23

5 146 Пол 39 24

Кол-во слоёв панели ББТС (класс передачи звука в помещении) БИС (класс изоляции ударного шума в помещении)

3 105 Стена 28 -

7 208 Пол - 25

Примеры стен и полов с показателями звукоизоляции, соответствующими требованиям

1ВС 2009:

Схема стены:

——------,---—

■ а-.-- - .■■А..'.--:-..У--.-У■ ■ ; .- Л ;.

Состав стены ЭТС (класс передачи звука)

1. Лист ГКЛ -15 мм 2. Минераловатный утеплитель - 60мм 3. Стойки каркаса 40x60мм, с шагом 400мм 4. 3-х слойная С1_Т панель (толщ, ок 100мм) 5. Минераловатный утеплитель - 60мм 6. Стойки каркаса 40x60мм, с шагом 400мм 7. Лист ГКЛ -15 мм 58 и более, в зависимости от толщины СИ

Состав пола БТС (класс передачи звука ИС (класс изоляции ударного шума

1. 5-ти слойная СИ панель (толщ. 146мм) 2. Шпильки со звукоизоляционными клипсами Ь= 100мм 3. Направл. профили с шагом 400мм 4. Звукопоглощ. материал ( Минвата или аналог) 100мм 5. Лист ГКЛ -13 мм 6. Лист ГКЛ -13 мм 64 59

Другие примеры см. сайты производителей (81ога епбо, КЬИ, ВтёегЬок и др.)

Определение вибраций в деревянных полах по [137]:

Согласно методу, представленному в Еврокоде, должны выполняться следующие условия:

£ £1.43

1. >125.1 , или d<-, где

а3'7- "993.3 '

1-частота вибрации перекрытия, Гц (определяется по формуле 2)

ё-величина вертикального отклонения в центре перекрытия, определяемая по формуле 3 (в дюймах).

2.188 Е1,

2. № где

2Ь2 Лу| рА

{ - частота вибрации перекрытия, закреплённого с 2 концов, Гц

Ь - пролёт перекрытия (футов)

Е1арр- жёсткость плиты в продольном направлении (вдоль пролёта) (фунтов/дюйм2)

р- удельный вес СЬТ-панели (= 1.0625 х сухой удельный вес древесины, используемой для изготовления СЬТ)

А - площадь поперечного сечения панели, шириной 1 фут (дюйм2)

. 1728РЬ3

3. а=-, где

Р = 68.56 фунтов.

Подставляя уравнения 2 и 3 в уравнение 1, получаем уравнение 4, позволяющее исходя из жёсткости материала определить для плиты шириной 1 фут необходимый пролёт, при котором практически исключаются нежелательные резонансные вибрации, а вертикальное отклонение при прогибе не превышает 1/400 пролёта [137];

ч°.293

1 I К I___

4. L<

1 (Е1арр)°