Деревянные высотки. Новые технологии

В последнее время все большую популярность набирает высотное строительство с применением деревянных конструкций – от пяти этажей и выше. Деревянные небоскребы уже есть в Германии, Австрии, Норвегии, Австралии. В этом году многоэтажки из дерева появились и в России, и власти планируют такое направление развивать.
Recently, high-rise construction with the use of wooden structures – from five floors and above – has become increasingly popular. Wooden skyscrapers already exist in Germany, Austria, Norway, and Australia. This year, high-rise buildings made of wood appeared in Russia, and the authorities plan to develop such a direction.

В.П. КУЗЬМИНА, канд. техн. наук, академик АРИТПБ, генеральный директор ООО «Колорит-Механохимия», технический эксперт Союза производителей сухих строительных смесей

Ключевые слова: деревянный многоэтажный дом, недостатки, clt-панели, гипсокартон, огнестойкость, технологичность, местные климатические условия, долговечность, эффективность строительства
Keywords: a wooden multi-storey house, disadvantages, clt panels, drywall wall, fire resistance, manufacturability, local climatic conditions, durability, the efficiency of construction

В феврале 2023 года жители города Сокол Вологодской области отметили необычное новоселье. На улице Советской построили первые четырехэтажные деревянные дома, высотою 15 метров. В каждом 32 квартиры: «однушки» площадью от 48 м2 и «двушки» – от 65 м2. Панорамные окна, застекленные балконы, просторные подъезды и лестничные пролеты, отделанные негорючими материалами. Квартиры светлые, деревянные потолки просто искрятся на солнце.

Все дома построены из CLT-панелей. Технология перспективная и экологичная.

По действующим нормам из противопожарных соображений деревянные конструкции должны быть закрыты, как снаружи, так и внутри, потому стены комнат обшиты гипсокартоном. В таких помещениях в оконных рамах, на балконах нет зазоров. Панели обработаны с высокой точностью и соединяются без трещин. Они могут быть любой толщины и применяться в качестве перекрытий, несущих стен, ограждений балконов. Древесина – экологически чистый материал, а Вологодская область – лесной регион. У населения есть запрос на экологичность а дома из CLT можно назвать полностью экологичными, «зелеными».

Еще одна задача, которая решается вместе с производителями, – провести на этом проекте все испытания, которые необходимы по теплоизоляции, пожарной безопасности, звукоизоляции, и отработать методику их применения. Здесь прослеживается большая перспектива данной технологии в том числе для социальных объектов, а также для удаленных районов, где нет строительства из бетона или кирпича.

Стройка в Соколе стартовала в апреле 2022 года, а уже в феврале 2023-го в дома заселились первые жильцы. Это говорит о несомненном преимуществе CLT-панелей, как очень «быстрой» технологии.

Нельзя обойти вниманием нормативно-правовые вопросы, связанные с новыми технологиями деревянного высотного строительства.

России до недавнего времени действовал лишь один СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции», который не учитывал новые современные материалы и технологии деревянного домостроения. После ряда консультаций и исследований обновилась нормативная база: были приняты 29 стандартов и 6 сводов правил.

Напомним 2 ключевых СП 2019 года:

• СП 451.1325800.2019 «Здания общественные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования».

• СП 452.1325800.2019 «Здания жилые многоквартирные с применением деревянных конструкций. Правила проектирования», которые разрешили проектирование зданий с применением деревянных конструкций высотой до 28 метров.

В 2020 году выполнены работы над проектами:

• ГОСТ Р «Плиты клееные из пиломатериалов с перекрестным расположением слоев. Технические условия».

• ГОСТ Р «Плиты клееные из пиломатериалов с перекрестным расположением слоев. Методы определения прочностных и упругих характеристик».

• Проект изменений в СП 299.1325800. 2017 «Конструкции деревянные с узлами на винтах. Правила проектирования».

• Проект изменений в СП 382.1325800. 2017 «Конструкции деревянные клееные на вклеенных стержнях. Методы расчета».

Правила позволяют строить деревянные здания высотой до 28 м, они были утверждены в 2019 году. Минстрой принял от Ассоциации деревянного домостроения (АДД) заявку и обоснование на разработку новых сводов правил (СП) для строительства зданий с деревянным каркасом, из клееного деревянного бруса и домов из цельной древесины (срубов). Разрабатывать три новых СП будут эксперты СПбГАСУ, Ассоциации деревянного домостроения и ЦНИИСК им. Кучеренко.

По статистике Минпромторга, в России ежегодно строится около 8 млн м² деревянных частных домов. Срубы, из клеёного бруса и каркасные – все эти дома делают сейчас в лучшем случае по устаревшим правилам, заимствованным из канадских норм и технологий 1990-х годов. В худшем – вообще без норм, кустарным образом, без проектов, договоров и гарантий. По оценкам экспертов, на долю такого «самостроя» приходится до 50% от общего объема индивидуального жилищного строительства (ИЖС) в России.

В Ассоциации напомнили, что сейчас правительство России и Минстрой делают большую ставку на развитие программ ИЖС, ориентируясь на целевые показатели проекта «Жилье и городская среда» и ожидаемый рост спроса на индивидуальное жилье в пятилетней перспективе в объеме не менее чем 3 млн домов. На прошедшем совещании по вопросам развития и декриминализации лесного комплекса Президент России Владимир Путин сказал о необходимости устранения преград для развития деревянного домостроения в РФ. https://realty.rbc.ru/news/5f8411779a79475f82827443

Самая высокая в мире деревянная постройка высотой 85,4 метров была возведена в норвежском городе Брумунндал в 2019 году. Норвежская высотка состоит из колонн, балок и поперечных конструкций из клееного бруса. В 18-этажном здании находятся апартаменты, общественные пространства, отель, ресторан, офисы и бассейн.

Но вернемся к технологии строительства домов из CLT-панелей. У этого направления строительства есть достоинства и недостатки. Чтобы понять, какими преимуществами и недостатками обладает данная технология, необходимо иметь представление об особенностях производства этого стройматериала. Панели CLT изготавливают из ламелей с прямоугольным поперечным сечением.

Панели изготавливают из обрезной хвойной древесины, влажность которой составляет около 12% (допускается отклонение на 2%). Заготовки проходят процедуру камерной сушки, а затем торцуются. Сращивание производится на зубчатый шип. Так получается материал заданной длины. Ламели склеиваются, а затем подвергаются прессовке.

Далее следует этап строгания и шлифовки для получения идеально гладкой поверхности. Если панели будут использоваться для монтажа стен, их могут отделывать слоем ОСП. Затем в соответствии с планом здания прорезываются оконные, дверные проемы, каналы для прокладывания коммуникаций. Эту процедуру выполняют на станках с ЧПУ, что обеспечивает высокую точность обработки.

Процесс производства одной заготовки длится от 15 до 60 минут. В результате получаются панели шириной от 60 до 400 см и длиной до 24 м. Они состоят из 3-12 слоев и могут иметь толщину от 6 до 35 см.

После этого можно сразу приступать к внутренней и наружной отделке. При этом стены не нужно штукатурить, так как они после механической обработки на производстве приобретают идеально ровную поверхность. Для всех коммуникаций уже подготовлены необходимые трассы, места для установки щитков, ревизионных окон и т.д. Поэтому дом будет готов к сдаче за считанные дни.

У новой строительной технологии больше достоинств, чем недостатков. Поэтому ее популярность постоянно возрастает. Среди прочих плюсов домов из CLT-панелей стоит отметить следующее:

• Изготавливаются из натуральной древесины, поэтому внутри помещений устанавливается здоровый микроклимат.

• Благодаря специальной обработке здания отличаются отсутствием усадки. В подготовленные проемы можно сразу монтировать панорамные окна.

• Стены не продуваются ветром, в них нет щелей, которые нужно герметизировать.

• Без подготовительных работ при отделке внутри и снаружи здания можно применять любые декоративные материалы, в том числе навесные фасады с внешней стороны стен.

• Возможность строительства многоэтажных зданий. В Европе по этой технологии возводят торговые центры, стадионы, больницы, многоквартирные здания и т. д.

• Здание отличается высокой пожаростойкостью. При проведении испытаний стена толщиной 180 мм нагрелась с обратной стороны на 10°С за час под воздействием нагрева 1200°С.

• При планировании интерьера, экстерьера можно реализовать любой архитектурный стиль.

• Строение является экологичным. Кроме натуральной древесины при производстве применяется клей класса Е1.

• В процессе строительства остается минимальное количество отходов и строительного мусора.

• Дом из CLT-панелей отличается высокой сейсмоустойчивостью. Здание выдерживает землетрясение силой до 9 баллов. Поэтому их возводят и в Японии.

• Низкая теплопроводность (0,13 Вт/м*К), высокий показатель теплоемкости (2,1 кДж/кг). Поэтому показатель теплоизоляции дома из панелей CLT в 3-5 раз выше, чем у зданий из кирпича и бетона. Такие дома при наличии соответствующего утепления можно строить в северных регионах.

• Стены и перекрытия отличаются высоким шумопоглощением.

• Конструкция весит в 6 раз меньше, чем аналогичное здание из бетона.

• В межэтажных перекрытиях отсутствуют динамические вибрации. Панели отличаются статической прочностью, стабильностью габаритов во всех направлениях.

• Внутреннее пространство помещений увеличивается до 10%, так как стены тоньше на 1/3, по сравнению с клееным брусом и бетоном.

Эту технологию активно применяют американские военные при строительстве корпусов. Перед этим здания прошли испытания на базе ВВС. Для этого было построено несколько домов. Их взрывали в общей сложности 7 раз, а мощность взрыва равнялась больше 275 кг тротилового эквивалента.

В результате этого эксперимента было установлено, что по показателю взрывостойкости здания из CLT не уступают стальному профилю. Эти конструкции выдержали большую нагрузку, чем заявил производитель.

Кроме того, подобные дома строятся даже в регионах с повышенной влажностью, например, в Тихоокеанском регионе Азии и в странах на побережье Северной Европы.

Однако, как и у любой другой технологии, у зданий из поперечно клееной древесины есть свои недостатки. Главные из них следующие:

• Высокая стоимость по сравнению с другими строительными материалами. Для рядового застройщика это может оказаться дорогой услугой. Зато готовый дом будет построен быстро, а его качество будет высоким. Поскольку дома из CLT устойчивы к разным неблагоприятным факторам, то такая постройка будет долговечной.

• Необходимость создания дополнительного утеплительного слоя, если дом строится в холодном климате. Однако утеплитель в таких условиях нужен зданиям из любого другого стройматериала.

• Это новая технология, поэтому сказать точно, сколько эксплуатируются такие дома пока сложно. Эксперты могут делать только предположения.

• Пока неизвестны показатели испытаний биостойкости. Поэтому многие застройщики отдают предпочтение традиционным материалам.

Критики утверждают, что к недостаткам можно отнести наличие в клее, скрепляющем ламели, формальдегида. Но в панелях CLT клея минимальное количество. Этот состав соответствует классу Е1, что в соответствии со строгими европейскими стандартами считается допустимым. Такой клей применяют для изготовления мебели детских комнат, школ и больниц. Поэтому в помещениях, построенных из клееных панелей нет специфичного химического запаха.

Если есть сомнения, стоит ли возводить дом из поперечно клееной древесины, обратите внимание на мировой опыт, свидетельствующий о бурном росте строительства домов из CLT-панелей.

В Мельбурне в 2012 году был построен 10-этажный дом высотой 32 м. Австралийцы побили рекорд строителей Великобритании, которые ранее возвели в Лондоне жилое здание из 9 этажей высотой 30 м.

Эти конструкции признаны очень прочными и устойчивыми. При этом они весят меньше железобетонных зданий и гораздо теплее. Поэтому, уменьшается расход энергоносителей на отопление помещений почти на 25%. Мировые инженеры и конструкторы провели ряд исследований и расчетов, установив, что из таких панелей можно строить здания высотой до 30 этажей. Если комбинировать CLT с металлом и бетоном, высоту здания можно увеличить еще больше.

Сегодня уже разработаны проекты 33-этажного небоскреба, который планируется построить в Стокгольме из CLT-панелей. А в Чикаго инженеры планируют строительство 44-этажного небоскреба.

Уместно вспомнить и о патенте российских исследователей.

Патент РФ – RU 2756649C1 Дата подачи заявки: 16.03.2021 «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (RU). Целью изобретения является повышение несущей способности и жесткости деревокомпозитной конструкции из CLT-панели и деревокомпозитного ребра (ребер). Это достигается путем применения в качестве соединительных элементов резьбовых стержней с концевыми закреплениями для увеличения сдвигоустойчивости соединений и более эффективного включения в совместную работу ребра (ребер) и CLT-панели.

Предлагаемое техническое решение позволит увеличить несущую способность и жесткость деревокомпозитной конструкции за счет более эффективного включения плиты из CLT-панели в работу ребра (ребер), объединенных сдвигоустойчивыми соединениями на резьбовых стержнях с концевыми закреплениями.

В итоге получается материал с новыми уникальными свойствами. Он обладает свойствами, не присущими природной древесине: значительно более прочный (вертикальные ламели CLT-панели задают ее несущую способность, горизонтальные – продольную жесткость), почти негорючий, теплый, с прекрасной пароизоляцией и акустическими свойствами. При этом он остается экологически чистым, как и сама природная древесина. Хотя, по большому счету – это все та же «фанера», где вместо шпона используются цельные доски.

Влажность играет важную роль в обеспечении работоспособности и сохранности зданий, особенно когда речь идет о деревянных конструкциях.

Необходимо учитывать местные климатические условия при строительстве. Это связано с тем, что долговечность древесины может быть снижена из-за постоянного присутствия жидкой воды, в то время как большие колебания относительной влажности воздуха также могут влиять на стабильность размеров и механические характеристики. Несмотря на то, что влияние влажности хорошо понятно для каркасных деревянных конструкций, остается еще много вопросов, касающихся влагостойкости плитных деревянных конструкций, включая то, как быстро они намокают и сохнут, и как воздействие влаги влияет на долговечность.

Предполагается, что CLT сжимается, когда плита подвергается воздействию изменяющегося климата и содержание влаги в материале уменьшается. Эта деформация вызвана конструкцией CLT (т.е. ламели смежных слоев склеены ортогонально) и степенью усадки древесины (коэффициент усадки в тангенциальном направлении примерно в 20 раз больше, чем в направлении волокон, и усадка в радиальном направлении примерно в 10 раз больше, чем в направлении волокон).

Для предотвращения расслоения и трещинообразования в условиях резких колебаний температуры и влажности в панели можно использовать компенсационный пропил – паз, который создают для снижения внутреннего напряжения. Он обеспечивает контролируемое распространение трещин в процессе усадки древесины (естественной потери влажности и снижения объема).

Таким образом, нанесение компенсационных пропилов на ламели, входящих в состав CLT-панелей, позволяет избежать коробления изделий при значительных колебаниях температурно-влажностного режима.

Наша страна имеет богатый исторический опыт применения деревянных конструкций в строительстве, а также обладает большим потенциалом развития лесопромышленного комплекса. В целях их применения и реализации Минстрой совместно с МЧС провел анализ действующей нормативно-правовой базы, применяемой для домостроения из дерева, и определил ее соответствие современным потребностям рынка и мировому уровню технического развития. Результатом консолидированной работы с активным привлечением профессионального сообщества стал план, выполнение которого обеспечит широкое внедрение строительства многоэтажных деревянных зданий с использованием лучшего зарубежного и отечественного опыта.