Научная деятельность

Burger
Бойтемирова И.Н., Косухина Е.Ю. Современные возможности применения древесины в высотном строительстве

Бойтемирова И.Н., Косухина Е.Ю. Современные возможности применения древесины в высотном строительстве

6 Декабря 2018

Одной из главных причин развития высотного строительства является урбанизация. В настоящее время большинство зданий в наших городах строятся из стали и бетона. Процесс получения этих материалов требует значительных затрат энергии и сопровождается большим выбросом парниковых газов в атмосферу. Согласно существующим данным, в нашей стране при производстве стали выбрасывается 2,5-4% парниковых газов, а при производстве бетона – более 5%. В итоге возникла проблема обеспечения городского населения качественным жильем и при этом остановить изменение климата, которое уже происходит и непосредственно связано с расходом энергии и количеством выбросов.

Одной из основных частей решения данной проблемы может стать использование древесины. Древесина – это самовозобновляющийся материал. Дерево растет благодаря солнцу, выделяет кислород и поглощает углекислый газ. Данный материал обладает и другой удивительной способностью, когда деревья вырубаются, внутри их сохраняется углекислый газ, т.е. один кубический метр дерева сохраняет в себе примерно одну тонну углекислого газа. Таким образом древесина на данный момент является единственным известным нам материалом, который успешно справляется с сокращением выбросов парниковых газов в воздух и одновременно является их хранилищем.

Использование древесины в строительстве поможет сократить производство стали и бетона, для этого необходимо начать проектировать высотные деревянные здания. Над проблемой высотного строительства уже долгое время работают архитектор Майкл Грин вместе с инженером Эриком Карш. Они разработали новые материалы из древесины, которые называются The Mass Timber «массовые деревянные панели», а также изобрели систему FFTT, в которой данные панели применяются. The Mass Timber «массовые деревянные панели» представляют собой сплошные деревянные панели, состоящие из нескольких слоев древесины размерами от 2,4 до 20 м.

Система FFTT — это аббревиатура Finding the Forest Through the Trees «Поиск древесины через деревья», которая обеспечивает уникальный гибридный подход к древесине со стальными соединениями для строительства высотных зданий. Система состоит из массивных стеновых панелей из древесины, используемых, в качестве вертикальной системы, закрепленной внизу при помощи пластичных демпферов и жестких (эластичных) соединительных элементов. Стальные балки, частично встроенные в панели через отверстия, удерживают вертикальные стеновые панели друг над другом. Передача усилия от горизонтальных нагрузок происходит через подшипник балок, расположенных в панелях. Стальные балки действуют как вязкое звено системы, воспринимающие горизонтальные нагрузки и запроектированы таким образом, что пластичные шарниры возникают на участках, запускающих механизм разрушения «слабый столб». Как и в любой системе, сейсмические нагрузки системы FFTT требуют тщательного баланса прочности, жесткости и устойчивости. Система имеет лицензию Creative Commons. Данный способ прост и позволяется осуществлять строительство в различных климатических зонах, создавая здания с учетом культурных особенностей каждого места.

Следует отметить, что «Деревянные панели», с точки зрения огнестойкости, напоминают цельное бревно. Их крайне сложно поджечь, и когда они всё же загораются, то горят совершенно предсказуемо, поэтому правила пожарной безопасности практически не отличаются от конструкций из цемента или стали.

Широкое применение древесины в строительстве связано с проблемой вырубки лесов. Известны модели устойчивого лесничества, которые позволяют рубить только «неправильные деревья», т. е. деревья, непригодные для жизнедеятельности людей, что в корне должно изменить политику истребления лесов. В одном из своих выступлений Майкл Грин рассказал о том, что его команда рассчитала затраты древесины, которые состоят в том, что в Северной Америке каждые 13 минут вырастает необходимое для 20-ти этажного здания количество деревьев. Такая модель в России уже используется на территории Псковской области. Весь проект находится под наблюдением Всемерного фонда природы. Планируется распространить псковскую модель устойчивого интенсивного управления лесами на территории Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей.
Рис. 1. Три основных продукта Mass Timber

Рис. 1. Три основных продукта Mass Timber

- Кросс-ламинированный лес (CLT), выполненный из слоев массивной древесины, поставленные под углом 90 градусов;

- Laminated Strand Lumber (LSL) изготовлен из смеси тонкой стружки;

- Ламинированный шпон (LVL), изготовленный из тонких слоистых материалов, подобный фанере, но значительно более крупный.

На данный момент самым высоким деревянным зданием в мире является Общежитие Канадского университета Британской Колумбии. Оно спроектировано архитектором Майклом Грином и инженером Эриком Каршем. В здании 18 этажей высотой в 53 метра. Данное здание предназначено для расселения 404 студента. Планировка состоит из 272 студий и 33 апартаментов, имеющих по 4 спальни. Общежитие было построено в рекордные сроки за 70 дней.

Конструктивная схема здания общежития в Ванкувере



Рис. 2. Конструктивная схема здания общежития в Ванкувере


Здание собиралось по два этажа в неделю блоками по шесть этажей. Постройка была выполнена по FFTT системе. Конструкция сооружения прямоугольная и состоит из двух центров, выполненных из железобетона, а в качестве перекрытий было используются CLT-панели и колонны из древесины. Для прочности и устойчивости сооружения все элементы были соединены стальными коннекторами. Балки и панели, составляющие конструкцию сооружения, выполнены из многочисленных слоев древесины, склеенных между собой перпендикулярно соседним. Это позволяет избежать их скручивания и коробления в процессе эксплуатации. Следует отметить, что все деревянные колоны обшиты гипсокартонном. Кроме того, здание было оснащено датчиками влажности для наблюдения за изменением влажности в процессе эксплуатации здания.


Общежитие Канадского университета Британской Колумбии в Ванкувере   

Рис. 3. Общежитие Канадского университета Британской Колумбии в Ванкувере


Летом 2017 года студия Penda Architects совместно с Timber, которые являются одной из самых крупных представителей в лесопильной индустрии решили создать небоскреб в Торонто. Ими был представлен проект 18 этажного здания высотой 62 метра, которое включает в себя жилые, общественные зоны с детским садом и другими удобствами. Главным элементом данного проекта стало инновационное использование древесины. Небоскреб будет не просто состоять из массивных деревянных панелей (каркаса), как основополагающего элемента структуры здания, но и необычного фасада. На фасад будут выходить открытые зоны, в которых хозяева квартир смогут выращивать растения и овощи в небольших личных садах.


Небоскреб в Торонто

Рис. 4. Небоскреб в Торонто

В феврале 2018 года стало известно, что самый большой небоскреб в мире будет построен в Токио лесозаготовительной компанией Sumitomo Forestry. Предполагается построить 70–ти этажное здание высотой 350 метров, которое будет выполнено почти полностью из древесины. Данное сооружение было запроектировано в честь 350-ти летия Sumitomo Forestry. Небоскреб, который получил название W350, будет почти в 4 раза выше, чем студенческое общежитие университета Британской Колумбии в Ванкувере. Здание было запроектировано лабораторией Цукубы Сумитомо в сотрудничестве с исследовательской Токийской группой Никкеном Секкеи. Гибридная структура здания будет состоять на 90% из древесины, что составит 185000 м3 материала и оставшиеся 10% - из стали. В многофункциональной башне будут размещены отель, жилые квартиры, офисы и магазины, снаружи предполагаются большие балконы, покрытые растениями. Здание должно стать примером использования древесины в городских районах для «изменения городов в леса».

Список используемой литературы.

1.  Бойтемирова И.Н., Любакова Д.А. Многоэтажные деревянные здания. Вестник научных конференций. 2016.N2-1(6). С.19-20.

2.  Бойтемирова И.Н. Высотные деревянные дома в Швеции. Вестник научных конференций. 2017. N1. С.29-31.