Жить в дереве. CLT-панели

Пять самых высоких жилых домов из дерева, технология их возведения и огнестойкость, а также возможное будущее такого строительства — портал Archi.ru уверен, что CLT-панели могут составить мощную конкуренцию железобетону.

Технологии

Многоэтажные деревянные здания возводят по технологии Cross-laminated timber или X-Lam — из крупногабаритных перекрестно-клееных панелей (CLT-panels), которые выполняют всю работу колонн, балок и стропил традиционной системы. Обычно для их изготовления используется древесина ели. Высушенные деревянные ламели от 10 до 45 мм толщиной под давлением не менее 0,6 Н/мм2 перекрестно наклеиваются друг на друга при помощи связующего, не содержащего фенолформальдегидных смол. Благодаря перпендикулярному расположению волокон нивелируется анизотропность древесины, почти до минимума сводится эффект усыхания и значительно увеличивается несущая способность. Чаще всего используются панели из 3–7 слоев.

Там же на производстве из получившихся элементов в соответствии с тщательно разработанными чертежами вырезаются панели вместе со всеми необходимыми проемами, в некоторых случаях — даже с каналами под электропроводку и коммуникации. Максимально возможные габариты — 16,5×2,95×0,5 м, но обычно их уменьшают по длине: ограничение на размеры накладывает необходимость транспортировки.

Далее все панели маркируются и вместе с детальной сборочной схемой перевозятся на строительную площадку. Это один из самых длительных этапов, так как зачастую крупногабаритные деревянные материалы путешествуют из одной страны в другую не только по суше, но и пересекают океан.

Четыре строителя и подъемный кран собирают 8‑10-этажное деревянное здание за 9–10 недель.

На строительном участке остается только собрать все элементы в правильной последовательности — и это довольно сложная задача: большинство ошибок допускается именно при сборке. Но если их удается избежать, то процесс идет гораздо легче и быстрее, чем при возведении традиционных железобетонных многоэтажек. Четыре строителя и подъемный кран собирают 8‑10-этажное деревянное здание за 9–10 недель, работая несколько дней в неделю. Перерывы связаны с поэтапным подвозом панелей: если бы привозили весь комплект сразу, потребовался бы отдельный ангар для складирования стройматериалов. В итоге, получается примерно 3 рабочих дня на этаж. Кроме скорости, возведение многоэтажных домов из древесины отличается чистотой стройплощадки и относительной тишиной во время процесса монтажа.

Самые большие нагрузки в конструкции возникают на стыках между панелями стен и в местах примыкания к стенам перекрытий. Панели соединяются друг с другом при помощи штифтов, стальных пластин и ряда поставленных крест-накрест шурупов, порой достигающих 550 мм в длину.

Одно из неоспоримых достоинств современных конструкций из CLT-панелей — это их сравнительная легкость при высокой несущей способности: небольшой вес облегчает транспортировку, снижает нагрузку на фундамент и ускоряет процесс монтажа. Если учесть как затраченное на производство время, так и время непосредственной сборки на участке, то  выходит примерно в два раза быстрее, чем при возведении традиционных систем.

Клееные панели обладают хорошими акустическими свойствами: у них значительно более высокая плотность, чем у массивного бруса, а допуски при подгонке на строительной площадке не превышают ±5 мм, тогда как в железобетоне они составляют 10 мм. Такое плотное прилегание увеличивает герметичность, сокращает тепловые потери и облегчает состыковку элементов конструкции.

Огнестойкость

Многие сомневаются в пожарной безопасности многоэтажных деревянных зданий. Безусловно, дерево горит, а сталь — нет, однако 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 примерно от 280 °C на ее 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: например, за 60 минут от 200-миллиметровой балки прогорит 30–50 мм внешнего слоя. Опасность обрушения наступает примерно при 500 °C, так как при этой температуре защитный угольный слой раскаляется и воспламеняется. Предел огнестойкости — период времени, на протяжении которого деревянная конструкция сохраняет свою несущую способность — зависит от ее размеров и площади сечения : чем больше габариты, тем сложнее происходит возгорание и медленнее идет процесс горения.

Преимущество деревянной конструкции при пожаре — повышенная огнестойкость и предсказуемость «поведения».

При таких же температурах негорючая, но теплопроводная сталь плавится, деформируется в разных направлениях и примерно при 450–500 °C теряет свою несущую способность. Необработанная огнезащитой стальная конструкция рухнет уже через 15 минут после начала пожара, при этом невозможно рассчитать, где именно произойдет обрушение. Поэтому основное преимущество деревянной конструкции при пожаре — это повышенная огнестойкость и предсказуемость «поведения».

Почему это важно? Если пожар начался и не удалось нейтрализовать его источник, необходимо вывести людей из здания: для успеха эвакуации надо точно знать, сколько времени конструкция будет сохранять свою целостность и где именно она обрушится. При горении деревянных конструкций это время расчетное и место их обрушения можно предсказать. Кроме того, горящая древесина выделяет умеренное количество дыма, который редко бывает токсичным. Эти естественные свойства вкупе с современными технологиями огнезащитной обработки делают здание безопасным.

Самые высокие деревянные дома

8 этажей: Bridport House, Лондон

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

Bridport House заменил собой старый 5-этажный дом 1950-х годов постройки. В здании 41 квартира, жители первого этажа получили собственный выход на улицу и патио, а жители остальных 33 квартир — просторные балконы. Фасад облицован кирпичом, а выступающие балконы — медными листами. Несущий остов здания из перекрестно-клееных панелей был собран за 12 недель.

9 этажей: Stadthaus, Лондон

В этом доме на 9 этажах располагаются 29 квартир. Фасад облицован 5000 панелями (1200× 230 мм), на 70 % состоящими из переработанных отходов деревообрабатывающей промышленности. Их рисунок напоминает игру светотени, создаваемую в течение дня окружающей застройкой и деревьями.

Несмотря на то, что технология строительства из клееных панелей — дороже, чем традиционная железобетонная, она помогает сэкономить время. Например, для возведения аналогичной конструкции из железобетона понадобилось бы примерно 72 недели, тогда как это здание было построено за 49. При этом саму несущую конструкцию собрали четыре строителя за 27 рабочих дней, работая 9 недель по 3 дня в каждой. Также не пришлось использовать дорогостоящий башенный кран: обошлись автокраном и строительными лесами.

9 этажей: Via Cenni, Милан

Впервые высотная конструкция из перекрестно-клееных панелей применяется в условиях сейсмоопасного региона: на окраине Милана вероятность землетрясений не очень высока, но все же существует, но технология X-Lam соответствует всем требованиям строительства в таких районах.

Жилой комплекс общей площадью 17 000 м2 состоит из четырех 9-этажных башен, соединенных 2-уровневым стилобатом. В комплексе — 124 квартиры площадью от 50 до 100 м2. Башни 13,6×19,1 м 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). Пролеты меньше 5,8 м перекрываются 5-слойной панелью толщиной 200 мм, а пролеты меньше 6,7 м — 7-слойной 230-миллиметровой. Стыкуются панели с помощью специальных соединительных шурупов от 200 до 550 мм длиной.

10 этажей: Forté, Мельбурн

При высоте 32,17 м Forté считается самым высоким деревянным зданием в мире: в нем 10 этажей, возведенных всего лишь за 11 месяцев, причем для установки деревянной несущей конструкции потребовалось 38 рабочих дней. В доме — 23 квартиры: 7 однокомнатных (59 м2), 14 двухкомнатных (80 м2) и 2 двухкомнатных пентхауса ( 102 м2).

Фундамент и первый этаж выполнены из железобетона: кроме передачи нагрузки на грунт, он защищает деревянную часть дома от характерной проблемы региона — атак термитов. Все остальные элементы сделаны из перекрестно-клееных панелей — от стен и потолков до лифтовых шахт и лестниц. Стены — 5-слойные панели  128 мм с 13-миллиметровым слоем огнеупорной штукатурки с двух сторон. Полы — панели  146 мм с 16-миллиметровым слоем огнеупорной штукатурки. Предел огнестойкости этих конструкций составляет 90 минут. Внешняя стена, приближенная к соседнему участку на 6 метров, утолщена для дополнительной защиты от огня в этом направлении. Металлические крепления панелей к стенам скрыты стяжкой. Лифтовая и лестничная шахты выполнены в двойных стенках: по расчетам проектировщиков, в случае обрушения части здания они смогут сохранить целостность и несущую способность шахты.

14 этажей: Treet, Берген

В норвежском городе Берген идет строительство 49-метрового деревянного дома — самого высокого в мире на сегодняшний день. Уже продана половина из 62 будущих квартир, и в октябре 2015 года жильцы должны расселиться на 14 этажах.

Все вертикальные нагрузки несут клееные вертикальные деревянные фермы (колонны сечения 495×495 и 405×650 мм, раскосы — 406×405 мм), а из CLT-панелей возведены лестницы, лестничные и лифтовые шахты, стены и перекрытия. Период огнестойкости основной несущей системы (ферм) — 90 минут, вторичной (CLT-панелей) — 60.

Одной из основных задач проекта было найти способ сопротивления легких деревянных конструкций высоким ветровым нагрузкам приморского города. Чтобы прибавить зданию массы, увеличить жесткость, связав между собой фермы, и уменьшить амплитуду качания, были добавлены три бетонные плиты перекрытия — на уровне 5 и 10 этажей и на крыше. Таким образом, максимальное горизонтальное отклонение ферм на вершине здания — 71 мм, что составляет 1/634 высоты здания, чтосоответствует норвежским нормам в 1/500.

Возможное будущее

Стоимость конструкций из CLT-панелей пока остается довольно высокой. Это связано, в основном, с ограниченным числом игроков на рынке: в мире существует всего 2–3 крупных производителя, и большая доля затрат приходится на транспортировку материалов из Австрии — основного поставщика — по всему миру. Кроме того, по иронии судьбы, производство экологичных CLT-панелей сопровождается значительным выбросом СО2.

Но сторонники CLT-технологии не унывают: они уверены, что будущее за деревянными небоскребами. 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. Производятся многочисленные инженерные расчеты, доказывается возможность постройки здания такого типа всего за неделю, представляются на суд общественности научные труды и разрабатываются возможные архитектурные решения деревянных многоэтажек.

Канадский архитектор Майкл Грин, один из самых известных популяризаторов идеи деревянного высотного строительства, надеется, что его родной Ванкувер станет лидером по количеству деревянных высоток, а эра железобетона вскоре завершится. «Я никогда не видел, чтобы люди, заходя в одно из моих зданий, обнимали стальную или бетонную колонну, но они делали это с деревянной!»

Автор: archi.ru