Особенности эффективного проектирования и строительства полносборных зданий из деревянных конструкций



Полносборные деревянные конструкции могут учитываться при проектировании и строительстве, как многоквартирных жилых домов, так и общественных зданий, таких как образовательные учреждения, здания розничной торговли и здравоохранения, поскольку полносборные здания являются эффективной и устойчивой строительной практикой. Деревянные изделия заводской готовности (Рис. 1), используемые как в легких каркасах частных домов, так и в конструктиве массового строительства могут помочь решить многие проектные и инженерные задачи, такие как материалоэффективность и технологичность строительного процесса, экологичность материала и обеспечение безопасности жизни людей. [1]

Рис. 1. Деревянные изделия заводской готовности

Строительная индустрия в наши дни охватывает такие цифровые инструменты, как 3D-моделирование, построение информационных моделей (BIM-технологии) и числовое программное управление (ЧПУ). Они обеспечивают более тесную связь между специалистами разных сфер строительства. [2] В полносборном строительстве удобно создавать визуализацию и фактически сформировать модель для линии производства, поскольку строительство с использованием элементов заводской готовности — это способ обеспечить более безопасные условия труда для работников и исключить риски несчастных случаев при их монтаже. Особенно важно повышение производительности ввиду высокого спроса и нехватки квалифицированной рабочей силы в строительной отрасли. Существует мнение, что стандартизация и автоматизация строительства в заводских условиях снижает количество высококвалифицированных рабочих кадров. В действительности, промышленность выходит на новый уровень, и обеспечивает рынок эффективно доставляемыми модулями для полносборного строительства благодаря технологически продвинутому проектированию, изготовлению, логистике и монтажу. [1]

Кроме того, экологические взгляды в отношении строительных отходов, цикла поставок продукции, повторного использования строительных материалов и выбросов углекислого газа меняются. Деревянные здания, в частности из сборных конструкций, могут помочь проектировщиком достигнуть баланса между целями строительства, его функциями и воздействия на окружающую среду.

Преимуществами полносборных деревянных зданий являются эффективность технологического процесса, контроль воздействия на окружающую среду, большая отдача от инвестиций, эффективность материалов, сокращение отходов как на, так и вне строительной площадки и устойчивость. Процесс эффективен на каждом этапе, от проектирования и изготовления до строительства. Детальное планирование позволяет стандартизировать процессы строительства и упростить их, уменьшая время сборки на месте. Соблюдается четкая последовательность действий, поскольку сборные компоненты сортируются и загружаются на автотранспорт, сводя к минимуму сборку на месте. Этот процесс также более интегрирован, обеспечивая связь между специалистами различных областей, что сокращает дорогостоящие заказы на изменение в проекте. [1]

Ввиду того, что полносборные модули производятся на заводе, их качество и точность улучшается, повышается производительность и безопасность производства, а погода не является фактором замедления сроков строительства. Хотя сборные модули здания имеют высокую стоимость, полная стоимость возводимого здания обычно не высока, поскольку трудозатраты возведения полносборного дома на строительной площадке сведены к минимуму. Материалоэффективность сборных компонентов достигается тем, что изготовление ведется за пределами строительной площадки и, как правило, посредством технологий моделирования, которые обеспечивают исключительную точность.

Рис. 2. Полносборное здание «МОТО», Денвер, Колорадо

Примером полносборного здания можно представить проект «MOTО», Денвер, Колорадо (Рис. 2) — это 64-квартирный жилой дом площадью 7620 м² с интегрированным паркингом и помещениями розничной торговли, расположенный в районе Денвера. [3] Четырехэтажный деревянный дом из легкого деревянного каркаса на двухуровневом бетонном фундаменте с надземной парковкой и помещениями для розничной торговли площадью 300 квадратных метров. Древесина использовалась как в качестве конструкционного материала, так и в качестве элементов дизайна. Созданная панельная система деревянных стеновых панелей показала превосходную скорость строительства, каждый этаж был готов примерно через неделю, а весь проект менее чем за 1,5 месяца. Конструкционные материалы включают в себя комбинацию пиломатериалов разной размерности, двутавровые балки из клееного бруса, а отделка из дерева включает элементы из кедра, соединенные «в шпунт», декоративную решетку из кедра, которая облицовывает фасад, двери из сосны, и шпоновые плиты из переработанной сосны.

Дерево имеет много преимуществ в строительной индустрии, включая эстетику, экологическую эффективность, прочность и жесткость, легкий вес (по сравнению с бетоном) и энергетическую эффективность. В полносборных зданиях дерево особенно актуально, оно имеет структурную простоту, необходимую для рентабельности проектов и универсальность дизайна. Ключевым преимуществом, особенно в среднеэтажном строительстве (5–10 этажей), является легкий вес деревянных панелей, что позволяет сэкономить на строительстве фундаментов (меньшая глубина заложения) и на применении механизмов с меньшей грузоподъемностью.

а) б)

в) г)

Рис. 3 а) панели из поперечно-клееной древесины (CLT), б) панели из продольно-клееной древесины (NLT), в) панели из клееной древесины, скрепленной дюбелями (DLT), г) панели из многослойной клееной древесины (GLT)

Деревянные модули заводской готовности могут включать легкокаркасные стены, полы и обрешетку крыши, а также массивные элементы из древесины, такие как панели из поперечно-клееной древесины (CLT), панели из продольно-клееной древесины (NLT), панели из клееной древесины, скрепленной дюбелями (DLT) и колонны и балки в виде панелей из многослойной клееной древесины (GLT) (Рис. 3). [4]

Легкокаркасные конструкции из древесины— этоидеальный выбор для малоэтажных, среднеэтажных, а также общественных зданий. Экономическая эффективность, материалоэффективность, простота сборки, минимальное экологическое воздействие и доступность на рынке делают легкокаркасные конструкции из древесины наиболее распространенным типом деревянных конструкций во всем мире. Типичный легкий каркас крыши и полов состоит из повторяющихся ребер жесткости, таких как балки, стропила или фермы, обшитые деревянными структурными панелями. Обшивка включает твердые пиломатериалы, двутавровые балки, структурные композитные пиломатериалы, балочные фермы с параллельными поясами. Ориентированно-стружечные плиты (OSB плиты) и многослойная фанера используются взаимозаменяемо как настил и обшивка для полов, стен и крыши.

Панели из поперечно-клееной древесины (CLT) (Рис. 3 а)образованы путем укладки и склеивания последовательно перпендикулярных слоев древесины. Слои прессуют под большими гидравлическими или вакуумными прессами для формирования уплотненной единой панели. Затем панель измеряют и придают форму с использованием числового программного управления (ЧПУ). [2] Количество слоев в панели может варьироваться от трех до семи или более, а панели могут иметь дверные или оконные проемы, а также отверстия для электрических и других инженерных систем, выполненные перед транспортировкой на строительную площадку. По характеристикам конструкции панели CLT имеют высокую несущую способность и могут служить материалом, как для вертикальных, так и для горизонтальных конструкций.

Панели из продольно-клееной древесины (NLT) (Рис. 3 б)— могут использоваться для обустройства пола, стен и крыши. Преимущественно используются в складских помещениях, где требуется твердая и прочная конструкция пола, могут служить заменой бетонных плит и стальных настилов жилых и общественных зданий, где имеет место быть создание уникальной эстетики. Панели NLT создаются из объемного пиломатериала, уложенного на ребро и по центру закрепленные гвоздями или другими крепежными элементами. Такую панель можно обшить фанерой, чтобы обеспечить диафрагму жесткости.

Панели из клееной древесины, скрепленной дюбелями (DLT) (Рис. 3 в) — представляют собой массивные деревянные панели, в которых в качестве крепежных элементов используются деревянные дюбели. Из больших размеров панелей (3–20 м) для более быстрого монтажа существует широкий выбор древесных пород, которые идеально подходят для напольных, настенных и кровельных конструкций. Панели DLT не содержат клея, химикатов, летучих органических веществ или гвоздей, являясь экологически чистыми конструкциями. И поскольку в них нет металлических крепежных элементов, панели DLT легко обрабатываются на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Панели из многослойной клееной древесины (GLT) (Рис. 3 г) — представляют собой структурно спроектированные деревянные элементы, обычно используются для балок и колонн в жилых и общественных зданиях. Чтобы сформировать клеевую деревянную конструкцию, пиломатериалы располагают в соответствии с их напряжениями. В большинстве случаев самыми прочными являются слоистые сэндвич-панели, которые пропорционально поглощают напряжение и обеспечивают долговечность элемента. Слоистые панели соединены между собой на концах прочным влагостойким клеем, что позволяет создавать длинные конструктивные пролеты. Кроме того, что панели используются в конструкции полов, стен и крыш, они также находят применение в устройстве лифтов и лестничных шахт в малоэтажных жилых домах (Рис. 4).

Рис. 4. Применение панелей из многослойной клееной древесины

Преимуществами строительства полносборных зданий из деревянных конструкций являются: высокая скорость и эффективность монтажа, вариативность проектных решений, тепло- и энергоэффективность. [4]

Высокая скорость иэффективность монтажа. Поскольку деревянные панели изготавливаются для специфического применения, они отлично подходят для заводского изготовления, обеспечивая скорость и эффективность монтажа. Полносборные панели имеют предварительно сделанные отверстия для установки дверей, окон, лестниц, ниш под инженерные сети, и отправляется непосредственно от производителя на место работы, чтобы обеспечить быстрый и эффективный подъем в проектное положение конструкции. Эти конструкции могут сэкономить месяцы календарного плана строительства. Многие изготовители поставляют панели с предварительно установленными ремнями, которые подрядчики используют для подъема панелей грузоподъемным механизмом.

Вариативность проектных решений. Легкий вес и другие характеристики древесины делают ее высоко адаптируемой к различным типам проектов, конструкциям и условиям строительной площадки, таким как пластичные грунты или стесненные условия городской застройки. Высушенные изделия из дерева имеют превосходную стабильность размеров, обеспечивая максимальную точность при монтаже. Деревянные элементы также могут быть сочетаться с другими строительными материалами, обеспечивая вариативность в дизайне, стиле и архитектуре.

Тепло- иэнергоэффективность. Теплопроводность древесины намного меньше проводимости металла. Ключевыми показателями тепловой производительности материала являются коэффициент теплопередачи и коэффициент сопротивления теплопередачи, оба коэффициента зависят от толщины панели. Более толстые панели имеют более низкую теплопроводность и поэтому требуют меньшей теплоизоляции. Поскольку деревянные панели изготавливаются с использованием оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) для определения предельных допусков, швы панели стыкуются более плотно, что приводит к высокой степени точности и лучшей энергоэффективности конструкции. Поскольку панели твердые, есть лишь малая вероятность воздухопроницаемости через панель, в результате чего может быть получена предельно прочная ограждающая конструкция. [2]

Литература:

1. [Электронный ресурс] // APA—The Engineered Wood Association Glulam Resources Kit// URL: https://www.apawood.org/stock-glulam-resources (Дата обращения: 23.08.2018)
2. [Электронный ресурс] // Wood Design Package now available in print// URL: http://www.awc.org (Дата обращения: 02.08.2018)
3. Philip Jodidio. 100 Contemporary Wood Buildings Hardcover, December 15, 2015.
4. Donald Breyer, Kenneth Fridley, Jr., David Pollock, Kelly Cobeen. Design of Wood Structures, 6th Edition, 2018.