Технология деревянных строительных конструкций: Технология строительных конструкций из древесины

Технологические процессы изготовления конструкций из цельной и клееной древесины

1. Технологические процессы изготовления конструкций из цельной и клееной древесины

Подготовила:
Студентка ФИФ
4 курс,3 группа
Лепеш Яна
Древесина и изделия из неё сопровождает человека с момента его зарождения на
нашей планете. Древесина и огонь позволили начать долгий путь Homo sapiens к его
интеллектуальному и технологическому развитию и, в конечном этапе, к
современному образу жизни.
В течение этого длительно времени развития, роль и место древесины в жизни
человека постоянно пересматривались и изменялись в зависимости от технических и
технологических возможностей. Простота, доступность, быстрота возведения жилища,
теплоизоляция и экологические свойства древесины с одной стороны и умение
бороться с главными врагами древесины огнём и разрушением (гниением) с другой,
всегда являлись главными факторами выбора этого материала для строительства.
Разработка новой технологии нанообработки, в результате которой создан новый
экологически чистый строительный материал – нанокомпозит древесины, благодаря
уникальным свойствам нанодревесины позволяет расширить область её применения
и вновь занять одно из ведущих мест в жизнедеятельности человека
Преимущества деревянных конструкций весьма значительны.
Строительство из дерева хорошо обеспечено материалами. Наша
страна богата лесами, и древесины заготовляется достаточно для
возведения нужного количества деревянных зданий и сооружений;
химическая промышленность выпускает достаточно клеев для их
склеивания. Обеспечено деревянное строительство и металлом для
соединений. Прочность всех видов деревянных конструкций вполне
достаточна для выдерживания больших нагрузок, действующих на
покрытия, мосты и эстакады. Вес деревянных конструкций
значительно меньше веса конструкций из железобетона и камня. Они
не нуждаются в массивных опорах и фундаментах. Легкие сборные
деревянные конструкции могут доставляться в самые отдаленные
районы страны. При изготовлении различных видов деревянных
конструкций не встречаются какие то затруднения и не требуется
спец оборудования: деревянные элементы легко обрабатываются и
отлично склеиваются. Простые конструкции из дерева легко
изготовить непосредственно на стройплощадке с помощью
простейших ручных и электрических инструментов и простых
соединений
не
болтах
и
гвоздях.
Основные виды деревянных конструкций применяемых
в строительстве :
— Настил, подшивка, обшивка и обрешетка — сплошной или
зазорами ряд досок, соединенных гвоздями.
— Щиты — крупные сборные части настила, обшивки, подшивки или
обрешетки, соединенные поперечинами и раскосами;
— Панели настила или обшивки из дощатого каркаса, обклеенного
водостойкой фанерой;
— Цельные балки из досок, брусьев или бревен на ребро;
— Составные балки, склеенные из досок или сплоченные из
бревен и брусьев;
— Прогоны — многопролетные балки из бревен, брусьев или
двойных досок на ребро;
— Цельные стойки из бревен или брусьев;
— Составные стойки, склеенные из досок или сплоченные из
брусьев и бревен;
— Шпренгели из балок, подкрепленных стальными тяжами;
— Арки, соединенные затяжками или поставленные прямо на
опоры; — Фермы из цельных или клееных стержней;
— Рамы из стоек и ригелей.
Рисунок 1. Виды деревянных конструкций, применяемые в строительстве
Характеристики цельной древесины
Цельная древесина
— это натуральный природный материал, и каждый вид
древесины уникален по своей структуре и оттенку. Небольшие сучки, следы
неравномерного роста и канавки свидетельствуют о натуральности материала.
Цельная древесина вызывает только положительные эмоции: она приятна на ощупь,
ее природный запах и отражение света создают в помещении приятную здоровую
атмосферу.
Помимо структуры и внешнего вида в древесине также имеются мельчайшие трещины,
сучки, впадины, неровности и незначительные деформации, возникшие в процессе
роста, то есть всё то, что обычный человек назвал бы недостатками. Сюда также
можно отнести слегка отличающиеся цвета отдельных деревянных плит, оттенок
которых может быть немного светлее или темнее.
Однако все вместе эти нюансы формируют неповторимую и уникальную целостность,
которая заключена в каждой секции мебели из цельной древесины.
Технология изготовления конструкций из цельной древесины.
Конструкции из цельной (неклееной) древесины бывают построечного
изготовления и индустриальные. Индустриальные конструкции изготавливают
в заводских условиях и поставляют на строительную площадку в готовом
виде или элементами с последующей укрупнительной сборкой на
строительной площадке.
Применение конструкций заводского изготовления из цельной древесины
позволяет получить конструкции высокого качества, рационально
использовать древесину и сократить сроки строительства за счет полной
заводской готовности конструкций.
Пролет конструкций из цельной древесины, как правило, не превышает 12 м,
шаг несущих конструкций от 0,6 до 1,5 м, что позволяет использовать брусья
или доски стандартных размеров.
Существует много типов конструкций заводского изготовления из цельной
древесины, степень их индустриальности значительно отличается и во
многом зависит от вида соединений отдельных элементов в узлах.
Конструкциями, в наибольшей степени отвечающими требованиям
современного промышленного производства являются деревянные дощатые
конструкции с соединениями в узлах с помощью металлических зубчатых
пластин (МЗП). С соединениями в узлах на МЗП изготавливают деревянные
дощатые фермы и рамы различных типов пролетом, как правило, не
превышающим 12 м.
МЗП представляют собой пластины, на которых выштампованы зубья.
Пластины бывают различного вида и отличаются друг от друга формой
и расположением зубьев. Несущая способность пластин зависит в
основном от их толщины. Пластины изготавливают из горячекатаной
кипящей стали марок 08КП и 10КП толщиной 1,2; 1,5 и 2 мм.
Технологический процесс изготовления деревянных
дощатых конструкций с соединениями на МЗП
включает:
1.Сушку древесины, как правило, одностадийную — атмосферную, до
влажности 20-25% в зависимости от условий эксплуатации.
2.Калибровку пиломатериалов на четырехстороннем строгальном
станке.
3.Торцовку заготовок, в том числе под углом.
4.Сборку конструкций на стенде.
5.Запрессовку металлических зубчатых пластин.
6.Складирование готовых конструкций с предварительной упаковкой в
пакеты из нескольких конструкций.

9. Изделия из цельной древесины

Характеристики клееной древесины, а также его
преимущества и недостатки:
Самыми негативными свойствами любой древесины всегда были коробление и
растрескивание, а также подверженность образованию грибков. Это несомненно,
сказывается на качестве строительства, когда его эксплуатационные и
конструктивные
свойства
перестают
удовлетворять
принятым
нормам.
Неудивительно, что производители предлагают технологические новинки, которые
позволяют поднять качество деревянных изделий. Среди таких материалов одно из
ведущих мест в деревянном домостроении занимает клееный брус (международное
обозначение – BSH). Суть его производства состоит в склеивании пакетов ламелей,
которые предварительно отсортированы и подготовлены. В качестве заготовок
применяются хвойные породы древесины. Предварительно доски обрабатываются
антисептическими и противопожарными растворами. Сращивание деталей для
общего бруса происходит за счет мини-шипов, при этом учитывается текстура.
Несмотря на то, что одновременно клееный брус имеет плюсы и минусы, это не
помешало ему войти в тройку самых популярных материалов из дерева.
Благодаря данному материалу строительные процессы избавились от трех
основных проблем, которые характерны для строений из цельной
древесины:
•усадка;
•трещины;
•изменение геометрии.
По внешнему виду клееный брус делится на два типа:
•обычный;
•профилированный.
Последний вариант имеет, в зависимости от профиля, пазы, замки
или гребни. При проведении монтажа такое решение позволяет
сократить время работ, а также избавиться от щелей.
Иногда материал компонуется из нескольких пород дерева в целях
придания дополнительной прочности.
Учитывая плюсы и минусы профилированного клееного бруса, при
выборе нужно знать, что заводы производят несколько его видов.
Каждый из них основан на технологии склеивания:
•горизонтальный – две части, соединенные в горизонтальной
плоскости;
•вертикальный – две части, склеенных по вертикали, где твердая
порода образует поверхность балки;
•салонный брус – содержит шесть равных элементов,
используется для возведения многоэтажных помещений.
Суть процесса:
Перед склейкой детали обрабатываются, это делается не только
для очистки поверхности, но и позволяет раскрыть древесные
поры. При нанесении клеевой состав проникает через поры в
структуру древесины, в межклеточное пространство, и при
застывании образует множество тончайших нитей (паутинок),
надежно «сшивающих» заготовки между собой. Прочность
правильно выполненного шва превышает прочность самой
древесины, при тестировании на излом деталь ломается не в
месте склейки, а по цельному дереву.
Посредством склеивания получают изделия с лучшими, чем у
массивных, параметрами. В процессе склейки подбирают
подходящие по фактуре и оттенкам элементы, отбраковывают
поврежденные, треснутые и сучковатые участки. В результате у
склеенных деталей прочность больше, чем у обычного дерева, а
посредством наклеивания на лицевые поверхности тончайшего
шпона изделиям придают вид ценнейших пород. Кроме того,
склеенная древесина гораздо меньше коробится, трескается и
рассыхается, чем массив.
Технология
Существует несколько способов соединения деталей при склеивании.
•Склейка на гладкую фугу – соединение гладких деталей, без увеличения
площади проникновения .(рис. а)
•Склейка на микрошип – увеличение площади проникновения на 2,5 – 5 мм
за счет создания на детали зубчатого рельефа (рис. б)
•Склейка на зубчатый шип – увеличение площади проникновения на 10 мм
за счет создания зубчатого шипа.(рис.в)
•Склейка на шпунт-гребень (шип-паз, ласточкин хвост, косой шип) –
дополнительное сцепление за счет пазового соединения. (рис. г, д)
Склеивание
При склеивании деревянных поверхностей клей наносится на обе
детали равномерным слоем. Толщина слоя зависит от разновидности
клея, его консистенции и типа склеиваемых поверхностей – чем
тоньше древесина, тем тоньше слой. Клей должен смочить деталь,
но не избыточно, при соединении элементов наружу должен
выделиться ровный валик. Клеевые потеки удаляются с поверхности,
как только немного схватятся, скребком или шпателем.
Во время выдержки не допускается заветривание шва на сквозняке
или его запыление. Некоторые разновидности натурального клея
(костный, мездровый) нужно наносить в горячем виде, мгновенно
соединяя детали без выдерживания, так как по мере остывания
состав теряет свои свойства.
Для получения максимально прочного соединения, при склеивании
древесина запрессовывается – подвергается сжатию посредством
специальных прессов. В домашних условиях для этих целей
используют подручные средства – тиски, струбцины, кулачковые
приспособления, рамки из металлического уголка с зажимными
механизмами. Давление при прессовании древесины выдерживается
в диапазоне от 0,2 до 1,2 МПа.
Весьма эффективно использование в строительстве клееных
деревянных конструкций в виде балок, ферм, арок, рам, в
покрытиях зданий и сооружений, эксплуатируемых в химически
агрессивных средах.
Использование деревянных клееных конструкций особенно
эффективно в сельскохозяйственных производственных зданиях,
промышленных зданиях с агрессивными средами, в гражданских
со0ружениях — спортивных и выставочных залах, клубах и т. п., в
транспортном и других видах строительства.
Сегодня производители отдают предпочтение поперечному
раскрою с прямоугольным профилем, но можно изготавливать и
конструкции с вертикально расположенными слоями досок, хотя
это потребует больших издержек. При формировании гнутых
деталей из клееного бруса необходимо учитывать, что радиус
изгиба для балок должен быть не менее 6 м, поскольку меньшие
радиусы потребуют значительных дополнительных расходов.
Изделия и конструкции из клееной древесины

Строительство деревянных небоскрёбов — Здания высоких технологий — Инженерные системы

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. Древесина обладает низкой теплопроводностью и может сохранять целостность структуры долгое время. Поджечь бревно, балку или толстую деревянную панель очень сложно, но если она все-таки загорелась, то горит очень медленно и по предсказуемой схеме. При прогреве древесины до температуры 280 °C на её поверхности образуется обуглившийся слой, который тлеет и изолирует собой сердцевину, осложняя поступление кислорода внутрь, что замедляет процесс горения. Тление массивной древесины происходит со скоростью около 0,5–0,8 мм в минуту: за 60 минут от 200 мм балки прогорит только 30–50 мм внешнего слоя. Опасность обрушения наступает примерно при температуре 500 °C, так как защитный угольный слой раскаляется и воспламеняется. Предел огнестойкости – зависит от величины сечения и размеров: чем больше габариты, тем сложнее происходит возгорание и медленнее идёт процесс горения.

При этих же температурах негорючая, но теплопроводная сталь плавится, деформируется в разных направлениях уже при температуре 450–500 °C и теряет свою несущую способность. Необработанная огнезащитным слоем стальная конструкция обрушивается через 15 минут после начала пожара, при этом невозможно рассчитать, где именно произойдёт обрушение. Основное преимущество деревянной конструкции при пожаре – это повышенная огнестойкость и предсказуемость поведения. Для предупреждения возгорания зданий из дерева производится заводская обработка конструкций антипиренами, а для нейтрализации источника – устанавливаются системы оповещения и спринклерные системы.

Главный инженер по пожарной безопасности американской компании Arup Дэвид Барбер (David Barber) считает, что опасность представляют как раз дома, в которых применяются конструкции и элементы из стали. Это так, потому что уже при 600 ^°С сталь меняет структуру, а с ней и несущую способность. А в в очаге пожара температура огня доходит до 1 000 ^°С. Поэтому для стальных конструкций требуется защита, иначе они просто расплавятся. А вот дереву защита, оказывается, вовсе не нужна! Это доказывает обычный лесной пожар, во время которого дерево обгорает снаружи на определенную глубину, но при этом не умирает и не падает. Более того, внутри дерева сохраняется слой, способствующий последующей регенерации. Ниже приведём наиболее значимые проекты самых высоких зданий из дерева.

Treet – 14-этажное деревянное здание в Бергене (Норвегия)

В норвежском городе Берген идёт строительство здания Treet. Вертикальную нагрузку несут клееные (gluelam) вертикальные деревянные фермы (колонны сечением 495 мм × 495 мм и 405 мм × 650 мм, раскосы – 406 мм × 405 мм), а из CLT-панелей возведены лестницы, лестничные и лифтовые шахты, стены и перекрытия. Период огнестойкости основной несущей системы (фермы) составляет 90 мин., а вторичной (CLT-панелей) – 60 мин.

Stadthaus – 9-этажное здание в Лондоне (Великобритания)

Фасад облицован 5 000 панелями размером 1 200 мм × 230 мм, на 70 % состоящими из переработанных отходов деревообрабатывающей промышленности. Их рисунок напоминает игру светотени, создаваемую в течение дня на фасадах окружающей застройкой и деревьями.

Bridport House – 8-этажное здание в Лондоне (Великобритания)

www. crosslam.ru

При выборе типа несущего остова архитекторы руководствовались критериями веса конструкции: под строительным участком проходит труба водостока XIX века, которую было необходимо сохранить. Железобетонное здание было бы тяжёлым, поэтому выбор пал на перекрестно-клееные панели.

Forté – 10-этажное здание в Мельбурне (Канада)

Фасады облицованы алюминиевыми панелями, балконы, являющиеся продолжением панелей перекрытия, покрыты полиуретановой гидроизоляционной мембраной, а затем – плиткой по стяжке. Деревянные CLT-панели оставлены открытыми только на потолках лоджий и на одной стене в интерьере каждой квартиры.

Via Cenni – 9-этажное здание в Милане (Италия)

Высотная конструкция из перекрестно-клееных панелей впервые используется в условиях сейсмоопасного региона: на окраине Милана. Жилой комплекс общей площадью 17 000 м² состоит из четырёх 9-этажных башен, соединенных 2-уровневым стилобатом. В комплексе – 124 квартиры (площадью от 50 до 100 м²). Башни 13,6 × 19,1 м в плане и 27,95 м высотой – однотипные, но не одинаковые: индивидуальный облик формируется рисунком балконов.

Конструктивная толщина стен уменьшается на 20 мм через каждые два-три этажа: на первом она составляет 200 мм, на девятом – 120 мм. Полы – 200 и 230 мм (7 слоев). Пролёты меньше 5,8 м перекрываются 5-слойной панелью (200 мм), а пролёты меньше 6,7 м – 7-слойной 230-миллиметровой. Стыкуются панели с помощью специальных соединительных шурупов от 200 до 550 мм длиной.

Big Wood – 44-этажный небоскрёб в Чикаго (США)

www. crosslam.ru

Многофункциональный комплекс Big Wood высотой 44 этажа построят в деловом центре Чикаго. Конструктивная особенность комплекса заключается в использовании многослойной древесины. Автор проекта американский архитектор Майкл Чартерс считает, что дерево – один из лучших материалов для строительства, благодаря которому сокращаются вредные выбросы в атмосферу и создаётся здоровая среда обитания.

Baobab – 35-этажное здание в Париже (Франция)

Майкл Грин – автор проекта 35-этажного деревянного высотного здания под названием Baobab в Париже. Его построят из перекрестно-склеиваемых панелей (CLT), которые будут производиться на заводе, а к месту поставляться готовыми комплектами. Строительный процесс будет напоминать сборку мебели IKEA и не займёт много времени, а значит, позволит сэкономить на производстве работ.

18-этажный небоскрёб в Ванкувере (Канада)

В Ванкувере началась постройка 18-этажного небоскрёба из деревянных конструкций. Завершение строительства запланировано на сентябрь 2017 года, после чего здание общежития для студентов Университета Британской Колумбии (высотой 53 м) станет самым высоким в мире зданием из дерева. У него простой прямоугольный план ограждающих конструкций. Новое общежитие рассчитано на проживание 404 студентов в 272 студиях и 33 апартаментах.

Стоимость конструкций из CLT-панелей высокая, что связано с отсутствием конкуренции. На рынке существует всего 2–3 крупных производителя таких строительных материалов, и большая доля затрат приходится на их транспортировку материалов из Австрии – основного поставщика, по всему миру. Производители CLT-технологии утверждают, что будущее – за деревянными небоскрёбами. Комбинируя железобетонное ядро с деревянной вторичной несущей системой или, наоборот, деревянные стойки и балки – с монолитными перекрытиями, можно возводить здания в 25–30 и даже 40 этажей.

В настоящее время в мире проектировщики разрабатывают новые архитектурные решения для деревянных небоскрёбов и многочисленные инженерные расчёты. Этапы строительства 8-этажного деревянного бизнес-центра в Дорнбирне LCT ONE (LifeCycle Tower) подробнее можно посмотреть здесь:

www.creebyrhomberg.com

Посмотреть видео по технологии строительства деревянного высотного здания можно здесь:

 * Анизотропия древесины и древесных материалов (от греч. anisos — неравный и tropos — направление), неодинаковость физических свойств древесины и древесных материалов в разных направлениях. Анизотропия древесины растущего дерева обусловлена её волокнистой структурой. Сердцевинные лучи с вытянутыми по радиусам ствола осями клеток несколько уменьшают различие механических и других свойств, древесины вдоль и поперёк волокон. Древесина с малым содержанием сердцевидных лучей (хвойные породы, особенно ель и сосна) имеет больше различий в свойствах вдоль и поперёк волокон по сравнению с древесиной лиственных, пород. Анизотропия древесины должна быть учтена при её использовании в конструкциях. При прессовании и моделировании увеличивается прочность в направлениях, не совпадающих с направлением волокон. Для повышения прочности изделий из древесины её иногда перерабатывают в шпон. Путём соответствующего наложения и склеивания листов шпона получают менее анизотропные материалы: фанеру и древесные слоистые пластики.

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ:

Деревянные небоскрёбы

Восстание высоких деревянных зданий

2 декабря 2022 г.

Мир возможностей для высотного деревянного строительства появился благодаря новым массивным деревянным строительным материалам и обновленным кодам дизайна. Большие деревянные конструкции высотой до девяти этажей существовали с начала 1900-х годов, но к середине века железобетон и сталь превзошли древесину в качестве предпочтительного материала для высотных зданий — и до сих пор. Во всем мире высокие деревянные здания, используемые в жилых, коммерческих и институциональных целях, меняют горизонты и предлагают более экологичную альтернативу традиционным строительным материалам.

Инновационные технологии, такие как изделия из массивной древесины из поперечно-клееного бруса (CLT), клееного бруса (Glulam) и конструкционных композитных пиломатериалов (SCL), расширяют возможности архитекторов и инженеров по строительству высоких деревянных конструкций. Текущие исследования также поддерживают эту тенденцию, демонстрируя, что массивная древесина соответствует или превосходит требования безопасности, структурной устойчивости, энергии и долговечности, а также нормы противопожарной защиты.

FPInnovations, частная некоммерческая научно-исследовательская организация, поддерживающая канадский лесной сектор, является источником технических знаний для специалистов по проектированию и строительству из дерева. Его недавние публикации для руководств по проектированию CLT, руководств по проектированию и строительству высоких деревянных зданий, а также его последняя публикация «Руководство по моделированию деревянных конструкций» предоставляют инженерам-строителям и проектировщикам необходимые ресурсы, чтобы помочь им использовать массовую древесину в своих проектах.

Строящийся многоэтажный массивный деревянный дом. [Закон KK, любезно предоставлено naturalwood.com]

Из чего состоит высокое деревянное здание?

По данным Канадского совета по дереву, любое здание высотой более шести этажей, в котором используется массивная древесина как часть несущей системы, считается высоким деревянным зданием. Самое высокое деревянное здание в США, Ascent, представляет собой 25-этажное здание смешанного назначения, которое недавно открылось в Милуоки, штат Висконсин. В Канаде самым высоким деревянным зданием является 18-этажный дом Brock Commons Tallwood House, построенный в 2017 году на территории кампуса Университета Британской Колумбии.

Установка напольных панелей CLT в высоких деревянных конструкциях. [Закон KK, любезно предоставлено naturalwood.com]

Хранение углерода и сокращение выбросов парниковых газов

Деревянные здания могут значительно сократить выбросы парниковых газов (ПГ), связанные с использованием традиционных строительных материалов, способствуя достижению целей по сокращению выбросов углекислого газа (CO ₂ ).

«Здание, построенное из бетона и стали, обычно имеет высокий углеродный след на единицу. Воплощенные выбросы — это выбросы, возникающие в результате затрат энергии и материалов, необходимых для производства данного продукта», — сказал Патрик Лавуа, старший исследователь углеродной и рыночной экономики в FPInnovations. «Входы, которые имеют самые высокие выбросы, относятся к цементу, используемому при производстве бетона. Цемент требует очень высоких температур для процесса обжига, и обычно используется энергия ископаемого топлива».

Еще одним преимуществом высоких деревянных зданий является то, что они являются частью возобновляемого углеродного цикла.

«По мере роста деревья улавливают CO ₂ из атмосферы и накапливают углерод. Этот углерод также хранится в деревянных зданиях и, если он не перерабатывается, выбрасывается в атмосферу в конце срока службы с началом нового цикла», — сказал Лавуа.

Экономика замкнутого цикла

Изделия из дерева также являются компонентом модели экономики замкнутого цикла, которая способствует повторному использованию, восстановлению и переработке существующих материалов.

«Древесина в конце срока службы здания может быть превращена в другие продукты, такие как панели», — сказал Лавуа. «На этом фронте еще предстоит добиться прогресса, но промышленность ищет дополнительные способы переработки изделий из древесины, изъятых из обращения».

Прочная, устойчивая конструкция

Высокие деревянные здания могут быть спроектированы с таким же сроком службы, как и у стальных и бетонных конструкций, а стоимость высоких деревянных зданий снижается.

«До COVID и через пять-десять лет строительство из дерева стоило на 3–5% дороже», — сказал Дориан Тунг, менеджер по строительным системам в FPInnovations. «Отчасти это было связано с уровнем опыта строителей — в расценки было заложено больше непредвиденных обстоятельств, но из-за накопленного опыта стоимость строительства из дерева примерно такая же, как из стали и бетона».

Строительная индустрия постепенно осваивает адаптируемый подход к строительству и демонтажу, который используется для уменьшения морального износа и воздействия потребления и отходов на окружающую среду. Строительство из дерева подходит для такого подхода. Элементы предварительно изготавливаются, вырезаются и сверлятся за пределами площадки, а затем скрепляются болтами и винтами на рабочих площадках. Что касается разборки, то последовательность может быть легко изменена, что позволяет людям повторно использовать древесину.

«Аспект адаптации находится на начальном этапе, — сказал Тунг. «Мы видим, что предпочтение отдается общественным зданиям, таким как школы. Когда клиенты начнут просить, чтобы их здания можно было адаптировать к будущим потребностям, мы увидим реальные изменения».

Технологии и технологии производства древесины

Высокие деревянные конструкции постоянно демонстрируют свою осуществимость и устойчивость. С появлением более высоких, больших и сложных деревянных конструкций возникла потребность в более совершенных и эффективных инструментах, которые помогут инженерам проектировать и прогнозировать структурное поведение этих зданий. Несмотря на то, что эта технология хорошо зарекомендовала себя для обычных железобетонных и стальных конструкций, анализ и проектирование деревянных конструкций по-прежнему требует более упорядоченного и широко распространенного процесса.

Чтобы помочь этим усилиям, FPInnovations сотрудничает с многочисленными отраслями промышленности и частными компаниями, включая Altair, для разработки руководства по моделированию и анализу деревянных конструкций с использованием компьютерного моделирования и средств структурного анализа. Руководство по моделированию включает в себя научную основу по этому вопросу и предоставляет технические рекомендации о том, как правильно моделировать и анализировать эти структуры. Этот обмен технологиями помогает инженерам-строителям понимать и использовать решения для моделирования, такие как Altair® S-FRAME® и Altair® S-TIMBER™, для проектов по производству массивной древесины.

 Гибридная модель из стали, бетона и массивной древесины в S-TIMBER

FPInnovations также тесно сотрудничает с Канадским комитетом по строительным нормам и правилам проектирования деревянных конструкций и помогает устанавливать современные положения по проектированию деревянных конструкций. Чтобы расширить использование древесины в высотных зданиях и улучшить конструкцию деревянного каркаса в сейсмических регионах, FPInnovations проводит исследования и эксперименты, чтобы рекомендовать усовершенствования канадских норм проектирования для следующей версии норм проектирования древесины.

Группа Altair по архитектуре, проектированию и строительству (AEC) сотрудничала с FPInnovations для выполнения анализа с использованием инструментов Altair, которые изучают сценарии проектирования и выполняют анализ проверки концепции с целью поддержки предлагаемых улучшений кода проекта. Решатель структурного анализа Altair, получивший широкое признание в отрасли, предоставляет средства для выполнения этих исследований. Комбинация S-FRAME и S-TIMBER позволяет проводить автоматизированный итеративный анализ и проектирование для создания вспомогательных данных для предлагаемых изменений кода проекта. Подобные партнерские отношения между FPInnovations и частными отраслевыми поставщиками решений ускорят массовое внедрение древесины и помогут проектам коммерческого и жилого строительства достичь своих целей в области устойчивого развития.

Стремление к более экологически безопасным строительным материалам и методам, стимулирующим инновационную архитектуру и методы строительства, позволяет массовому деревянному строительству иметь прочную основу в будущем устойчивого строительства.

Чтобы узнать больше о решениях Altair для анализа и проектирования устойчивых конструкций, посетите https://www.altair.com/structural-engineering.

Наука о следующем поколении деревянных зданий

Наука, стоящая за следующим поколением деревянных зданий

Испытание встряхивающим столом Калифорнийского университета в Сан-Диего | Фото: NEHRI@UCSD

• Опубликовано 27 ноября 2017 г.

В то время, когда инженеры, проектировщики и строители должны найти решения для среды с ограниченными ресурсами, новые технологии обработки древесины, материалы и наука ускоряют усилия. для повышения безопасности и структурных характеристик.

Международный строительный кодекс требует, чтобы все строительные системы, независимо от используемых материалов, соответствовали стандартам безопасности и охраны труда. Эти коды уже давно признали эксплуатационные характеристики древесины и позволяют использовать ее в широком спектре жилых и нежилых зданий малой и средней этажности. Более того, древесина часто превосходит сталь и бетон по прочности, долговечности, пожаробезопасности, сейсмостойкости и экологичности — среди прочих качеств.

Прочность и долговечность
Древесина — один из древнейших строительных материалов, известных человечеству. Обширные исследования и документально подтвержденный опыт позволили разработать несколько проверенных стратегий, позволяющих обеспечить максимальную долговечность деревянных зданий. Изделия из дерева следующего поколения, также известные как массивная древесина, обладают исключительной стабильностью и прочностью и сделали древесину выгодным выбором вместо стали или бетона во многих областях строительства. Такие продукты, как клееный брус (NLT), кросс-клееный брус (CLT) и клееный брус (клееный брус), также обеспечивают повышенную размерную стабильность, прочность и гибкость дизайна для улучшения детализации проекта.

Фото: Skidmore, Ownings & Merrill

Во всем мире существует бесчисленное множество примеров деревянных конструкций, которым несколько сотен лет, сказал Эрик Макдоннелл, сотрудник KPFF Consulting Engineers. Здесь, в США, есть старые тяжелые деревянные здания, которым более 100 лет, которые реконструируются для творческих целей. При надлежащей защите и обслуживании нет никаких причин, по которым массивные деревянные здания не могут демонстрировать такой же уровень долговечности и долговечности.

Пожарная безопасность
При наличии надлежащих систем противопожарной защиты можно эффективно контролировать огонь в деревянных зданиях. Проектный и инженерный анализ, а также поддерживающие отраслевые исследования показывают, что древесина не только соответствует строгим требованиям пожарной безопасности, но зачастую и превосходит их. В частности, массивная древесина обеспечивает присущую ей огнестойкость благодаря естественному процессу обугливания. Сталь проводит тепло и теряет прочность даже при возгорании при более низких температурах. Кроме того, новые деревянные здания скрывают стальные болты, скрепляющие их балки, внутри дерева, образуя защитный слой поверх стали.

Фото: FPInnovations

Стратегии противопожарной защиты должны обеспечивать требуемый кодом уровень безопасности на каждом этапе процесса проектирования, от строительства здания до заселения, сказал Роберт Джерард, старший пожарный инженер Katerra. Благодаря тщательному проектированию и внедрению, а также взаимному обучению профессионалов отрасли, мы работаем над тем, чтобы продемонстрировать исключительные показатели пожарной безопасности массивной древесины.

Сейсмостойкость
Землетрясения нельзя предотвратить, но правильное проектирование и строительство, основанные на исследованиях, испытаниях и соблюдении требований строительных норм и правил, могут свести к минимуму их последствия. В Северной Америке, где широко распространено деревянное каркасное строительство, сейсмические преимущества древесины часто объясняются ее легким весом, избыточными путями нагрузки, пластичными соединениями и деталями.

5-слойный пакет CLT | Фото: FPInnovations

Сейсмические силы пропорциональны весу конструкции, а дерево значительно легче стали или бетона, говорит Бентон Джонсон, сотрудник Skidmore, Owings & Merrill. Эти более легкие деревянные здания означают меньшую нагрузку на фундамент и более эффективную конструкцию при сейсмическом событии.

Устойчивое развитие
По мере того, как население планеты продолжает расти, растет спрос на строительные материалы и потребность в экологичном и доступном жилье в разросшихся городских районах. В связи с растущим давлением, направленным на сокращение углеродного следа застроенной среды, проектировщики и разработчики зданий все чаще стремятся сбалансировать функциональность и затраты с уменьшением воздействия на окружающую среду. Древесина более экономична и экологична и может помочь достичь этого баланса. Кроме того, древесина является единственным строительным материалом, для которого действуют сторонние программы сертификации, подтверждающие, что продукция произведена из устойчиво управляемого и возобновляемого ресурса.

Восстанавливающий лес — Plum Creek Oregon

Важно добиться прогресса в деревянных домах, потому что нам нужны более устойчивые строительные материалы — и больше строительных систем, которые могут создавать плотность в наших городах устойчивым образом, — сказал Джо Мэйо, архитектор Mahlum.

При правильном подходе к проектированию и ресурсам возможности дерева практически безграничны, создавая здания, которые будут служить владельцам, жильцам и окружающей среде на века.