11040

УДК

МНОГОЭТАЖНОЕ ДЕРЕВЯННОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Меркулов К.С.1, Агеева Е. Ю.1

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: mierkulovk@yandex.ru; ag-eu11@yandex.ru

В статье рассказывается о материалах для многоэтажного деревянного строительства, таких как CLT- панели и LVL брусе, и технологии их производства. Также о зарубежных зданиях, построенных по новым проектам, их особенностях, преимуществах и недостатках. На примере России определяется степень под- готовленности фирм и частных заказчиков к таким постройкам, также описаны возможные пути разви- тия и перспективы строительства из современных деревянных материалов. Такие многоэтажные дома могут уменьшить потребность в железобетоне в тех регионах, где много леса и лесозаготовительных пред- приятий. Строительство из современных CLT-панелей и LVL брусе поможет улучшить и экологическую ситуацию в любом регионе.

Ключевые слова: Многоэтажное деревянное строительство, CLT-панели, LVL брус, деревянные материалы, стро- ительство.

MULTI-STOREY WOODEN CONSTRUCTION

Merkulov K.S.1, Ageeva E.U.1

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Constuction, Nizhny Novgorod, e-mail: mierkulovk@yandex.ru; ag-eu11@yandex.ru

The article tells about the materials for multi-storey wooden construction, such as CLT-panels and LVL beams, and technology of their production. Also about foreign buildings built on new projects, their features, advantages and disadvantages. The example of Russia defines the degree of preparedness of companies and private customers for such buildings, also describes possible ways of development and prospects for construction with modern wooden materials. Such multi-storey houses can reduce the need for reinforced concrete in those regions where there is a lot of forest and logging companies. Construction from modern CLT panels and LVL beams will also help to improve the environmental situation in any region.

Key words: Multi-storey wooden construction, CLT panels, LVL beam, wooden materials, construction.

Древесина – это прекрасный ресурс, которым в избытке обладают многие страны, из него на сегодняшний день изготавливают многие строительные материалы, отличающиеся вы- сокой прочностью и долговечностью. Преимуществом является то, что для производства вы- сокотехнологичных стройматериалов из дерева, в частности панелей и бруса, может исполь- зоваться низкосортная древесина и отходы от производства пиломатериалов. Также этот ма- териал экологичен и возобновляем. Транспортировка и производство конструкций и материа- лов из дерева значительно дешевле и проще, чем их аналоги из стали и железобетона, то есть здания из дерева помимо всего вышеперечисленного соответствуют нынешним экологиче- ским тенденциям. При их строительстве происходит меньший выброс углекислого газа. По окончанию срока службы, многие здания из древесных материалов могут послужить людям при вторичной переработке.

Работать с этими материалами быстрее и удобнее, так как необходимы лишь простые строительные инструменты. Монтаж таких конструкций проходит намного быстрее, за счет

460

того, что необходимы краны с меньшей грузоподъемностью. И при возведении деревянных зданий и конструкций чаще всего используются заводские модули, которые могут уклады- ваться как деревянный конструктор.

Такие здания могут возводиться на территории со сложными инженерно-геологиче- скими условиями из-за своей легкости и эластичности.

При возведении многоэтажных зданий чаще всего используются LVL брус (клееный брус) и CLT панели (клееные панели). Брус применяется в качестве несущих элементов кар- каса дома, а панели используются для возведения перегородок и облицовки дома.

Название LVL брус идет от английского Laminated Veneer Lumber. Брус изготавлива- ется из шпона хвойных пород деревьев, чаще всего из ели, сосны, лиственницы и кедра. При производстве разрушается исходная структура дерева, и в брусе она становится однородной по всей длине. Волокна древесины укладываются всегда параллельно длинной стороне заго- товки.

Шпон, полученный из дерева, склеивают под прессом. В итоге брус может состоять из 24 слоев, но чаще всего в строительстве используют брус, состоящий из 9-12 слоёв, в зависи- мости от требуемого сечения бруса. За счёт этого он может выдерживать огромные нагрузки на изгиб. Если будут сильные нагрузки на кручение, то при производстве каждый пятый слой шпона укладываю поперёк волокон. Но такой брус не может выдержать больших нагрузок на изгиб.

Рисунок 1 – LVL брус.

Название CLT панели также от английского словосочетания Cross-Laminated Timber. Панели изготавливают из высушенных досок, которые укладываются слоями, при этом каж- дый следующий слой расположен перпендикулярно предыдущему. Как и в LVL брусе, эти слои укладываются под пресс, после чего вырезаются все необходимые проёмы, отверстия для

461

коммуникаций и пазы для укладки утеплителя. Толщина таких панелей может быть от 60 до 400 мм, длинна до 24 метров, а ширина 3,5 метра.

Рисунок 2 – CLT панели.

Чаще всего для высотного строительства могут применяться смешанные системы, в них основной несущий каркас выполняется из железобетона или металла, а уже дополнительные балки и ограждающие конструкции из LVL бруса и CLT панелей. Такая комбинация обосно- вана жесткими требованиями пожарной безопасности.

Есть страны, которые уже начали строительство многоэтажных домов, но лишь немно- гие из них могут похвастаться развитостью этой отрасли. Чаще всего дома из дерева стоят на грани между малоэтажными и многоэтажными, от 2 до 5 этажей. Реализация таких проектов помогла выявить преимущества и недостатки, к которым нужно быть готовыми и нашей стране.

Рассмотрим несколько наиболее интересных проектов, осуществлённых в разных стра-

нах.

Во-первых, рассмотрим 18-этажный жилой дом в Норвегии. В 2015 году в городе Бру- мунндал, был построен дом «Мьёсторнет» высотой 85,4 м, состоящий, преимущественно, из поперечно-клееной древесины. Помимо этих 18 этажей, большую часть которых занимают офисы, еще один этаж выделен на подземную парковку.

До двенадцатого этажа здания, балки покрыты слоем бетона, для уменьшения вибрации и повышения акустических свойств. Последние шесть этажей перекрытия полностью состоят из бетонных плит, что придает жесткость зданию, защищая его от ветровых нагрузок.

Интересно, что здание строилось блоками по 4 этажа на земле, которые затем подни- мались наверх. Это может служить хорошим примером лёгкости зданий и сооружений, вы- полненных из дерева.

462

Рисунок 3 – «Мьёсторнет» в Норвегии.

Другой пример 10-этажный жилой дом в Австралии. 10-этажное здание «Forté» в Мельбурне — это дом гостиничного типа, с самого начала задумывавший как экологичное жильё. Для Австралии высотная постройка из дерева стала интересной и необычной задумкой, которая, как и предполагали авторы, привлекла внимание к проблемам загрязнения воздуха. Здание имеет немало привлекательных черт, таких как, полный цикл очистки дождевой воды, огород на балконе, а также сам материал дома является фильтром для его жителей, защищая их от пыли. Как отмечают его создатели, и жители дома, деревянные панели хорошо удержи- ваю температуру, не давая сильно прогреваться днём и переохлаждаться ночью.

Рисунок 4 – «Forté» в Австралии.

Больше всего деревянных элементов содержит 18-этажное общежитие в Канаде. Здание Brock Commons, в Ванкувере, до недавнего времени было самым высоким зданием из дерева. Но и в нём не обошлось без других материалов. Фундамент – это традиционная бетонная по-

463

душка. Само здание удерживают два железобетонных стержня. Лифтовые шахты и лестнич- ные пролеты также построены с применением металла. Но большая часть дома всё же из де- рева.

При его строительстве учитывался опыт других стран, которые уже строили подобные дома, в итоге конструкция получилась надежной и, в тоже время, с минимальным количеством недревесных элементов. В отличии от предыдущих зданий в нем постоянно находятся и про- живают люди.

Рисунок 5 – Brock Commons в Канаде.

Отрадным является то, что строительство многоэтажных зданий из древесины развивается и в России. Принимая во внимание тот факт, что наша страна обладает почти 20% всех мировых запасов древесины, деревянное строительство в нашей стране весьма по- пулярно. В большей степени в России дерево используется для отделочных работ и в мало- этажном строительстве. На данный момент у нас мало внедряется современная технология деревообработки, что отрицательно сказывается на популярности таких материалов.

Также развитию многоэтажного деревянного строительства мешают устаревшие регла- менты пожарной безопасности, они не учитывают характеристики CLT-блоков и LVL- брусьев. Поэтому, в установленном порядке можно проектировать и строить деревянные зда- ния высотой не более 5 метров и площадью – до 500 м2.

Любые постройки за пределами этих параметров требуют целого спектра юридических работ, изучения материалов и доказательства их надёжности. В тоже время уже существуют проекты многоэтажных домов, построенные на монолитном каркасе, который обшивается CLT-панелями. Самый яркий реализованный пример многоэтажного деревянного строитель- ства – это два четырехэтажных дома высотой 15 м в городе Сокол, Вологодской области, в каждом по 32 квартиры — однокомнатные и двухкомнатные площадью от 48 до 65 кв. м.

464

Рисунок 6 – дома из дерева в городе Сокол

С точки зрения экологии можно сказать, что строительство из дерева многоэтажных жилых домов существенно уменьшает выделение углекислого газа в атмосферу и выглядит перспективным, то ни с точки зрения бизнеса, ни с точки зрения обычных граждан такое стро- ительство не выглядит привлекательным. Будем надеяться, что в ближайшие годы будут раз- виты технологии для удешевления и упрощения производства современных древесных мате- риалов, тогда люди захотят и с радостью будут жить в домах из CLT-панелей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агеева Е.Ю., Климова А.А., Кулагина Т.О. «Многоэтажное деревянное строительство – тенденция, набирающая огромную популярность в мире»/ XI Международная студенческая научная конференция. Студенческий научный форум – 2019. Нижний Новгород, ННГАСУ. https://scienceforum.ru/2019/article/2018010574

2. Агеева Е.Ю., Кулагина Т.О. Архитектурно-конструктивные особенности общественных зданий с деревянными конструкциями. Учебное пособие. Нижний Новгород, ННГАСУ, 2021. ISBN 978-5-528-00429-7

3.Archi.ru [Электронный ресурс] [URL:] – https://archi.ru/world/56992/zhit-v-dereve (дата об- ращения 28.02.2023).

4.Pro-karkas.ru [Электронный ресурс] [URL:] – https://pro-karkas.ru/variant/frame-multi-storey- house/ (дата обращения 01.03.2023).

5.Maistro.ru [Электронный ресурс] [URL:] – https://maistro.ru/articles/building/mnogoetazhnoe- derevyannoe-stroitelstvo?ysclid=ler2a39r44576671620 (дата обращения 28.02.2023).

465

УДК 693.547.3

ОСОБЕННОСТЬ ВЫДЕРЖИВАНИЯ БЕТОНА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Микушин А. А.1, Муртузов Ф.И.1, Рубанов А.В.1

1Томский государственный архитектурно-строительный университет, Томск, e-mail: rubal06@yandex.ru

При круглогодичном строительстве зданий и сооружений возникает необходимость обеспечения требуе- мой прочности бетона монолитных конструкций в зимних условиях. В работе анализируются факторы, приводящие к нарушению структуры бетона в процессе его выдерживания в условиях отрицательных температур. Наиболее опасным фактором в процессе твердения бетона в зимних условиях является пере- ход воды в лед с увеличением ее объема и возникновением больших внутренних напряжений в бетоне мо- нолитных конструкций. Также к опасным факторам относятся массоперенос в бетоне и нарушение его монолитности в процессе выдерживания при отрицательных температурах. Для устранения негативных факторов и обеспечения процесса нарастания прочности бетона в работе рассматриваются методы зим- него бетонирования монолитных конструкций. К таким методам относятся наиболее распространенные метод термоса, применение бетона с противоморозными добавками и методы электротермообработки. Раз- работаны и комбинированные методы выдерживания бетона в зимних условиях. Одним из основных фак- торов при выборе метода выдерживания бетона зимой является модуль поверхности конструкции, кото- рый равен отношению площади охлаждаемых поверхностей к объему бетона монолитной конструкции. Выбор наиболее экономичного метода выдерживания бетона следует производить на основе вариантного проектирования с расчетом технико-экономических показателей.

Ключевые слова: метод выдерживания, бетон, зимние условия, прочность бетона, модуль поверхности, электро- термообработка, противоморозные добавки.

THE PECULIARITY OF CONCRETE WITHSTANDING DURING THE CONSTRUCTION OF MONOLITHIC STRUCTURES IN WINTER CONDITIONS

Mikushin A.A.1, Murtuzov F.I.1, Rubanov A.V.1

1Tomsk State University of Architecture and Building, Tomsk, e-mail: rubal06@yandex.ru

During the year-round construction of buildings and structures, there is a need to ensure the required strength of concrete monolithic structures in winter conditions. The paper analyzes the factors that lead to a violation of the structure of concrete in the process of holding it in conditions of negative temperatures. The most dangerous factor in the process of concrete hardening in winter conditions is the transition of water into ice with an increase in its volume and the occurrence of large internal stresses in the concrete of monolithic structures. Also dangerous factors include mass transfer in concrete and violation of its solidity in the process of holding at negative temperatures. To eliminate negative factors and ensure the process of increasing the strength of concrete, the methods of winter concreting of monolithic structures are considered in the work. Such methods include the most common thermos method, the use of concrete with antifreeze additives and methods of electrotherm treatment. Combined methods of concrete withstanding in winter conditions have also been developed. One of the main factors when choosing a method for withstanding concrete in winter is the modulus of the surface of the structure, which is equal to the ratio of the area of the cooled surfaces to the volume of concrete of the monolithic structure. The choice of the most economical method of concrete retention should be made on the basis of variant design with the calculation of technical and economic indicators.

Keywords: holding method, concrete, winter conditions, concrete strength, surface modulus, electrotherm treatment, antifreeze additives

Круглогодичное строительство монолитных и сборно-монолитных зданий связано с возведением бетонных конструкций в зимних условиях. В этом случае необходимо обеспече- ние критической или требуемой прочности бетона конструкций в заданные сроки при пони- женных положительных и отрицательных температурах окружающей среды.

466

Критическая прочность бетона составляет 20–50% от проектной [1] и зависит от метода выдерживания бетона и его состава. Требуемая прочность бетона может составлять 50–70%, а в некоторых случаях и 100% проектной прочности, в зависимости от времени нагружения мо- нолитных конструкций зданий.

При низких положительных температурах, особенно при температуре ниже 50С, твер- дение бетона значительно замедляется по сравнению с твердением при температурах в летних условиях. При отрицательных температурах твердение свежеуложенного бетона практически прекращается и в его структуре под воздействием различных факторов могут появиться раз- личные нарушения.

Цель работы – анализ опасных факторов, приводящих к снижению прочности бетона в процессе его выдерживания в условиях отрицательных температур и рассмотрение возмож- ных методов производства работ для обеспечения требуемой прочности бетона монолитных конструкций зданий и сооружений.

Условия твердения уложенного бетона в зимнее время оказывают решающее значение на формирование его структуры, а вследствие этого и на его свойства, а также на дальнейшее поведение при отрицательных температурах.

Ухудшение свойств и недобор прочности бетона при его замерзании до достижения проектной прочности обусловлены следующими основными факторами [2,3]:

1.Увеличением объема воды при переходе ее в лед с возникновением больших внут- ренних давлений в бетоне.

Известно, что при замерзании вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме на 9 %. При этом возникает высокое давление (достигающее 250 МПа), противостоять которому боль- шинство материалов, в том числе и бетон, не в состоянии, особенно, если структура бетона не сформировалась, и он не набрал до замораживания требуемой прочности.

В бетоне после его укладки примерно 80 % воды находится в механически связанном состоянии и при 0°С переходит в лед. При понижении температуры до –2…–4°С в лед перехо- дит ещё примерно 10–12% физически слабосвязанной воды. Таким образом, в свежеуложен- ном бетоне при температуре –5°С подавляющее количество воды переходит в лед, вызывая высокие внутренние давления, которые материал не может воспринимать без необратимого деформирования, выражающегося в раздвижке твердых частиц.

По мере твердения бетона и набора им определенной прочности количество механиче- ски связанной воды становится меньше и ее замерзание не оказывает негативного влияния на свойства бетона.

2.Миграцией и перераспределением влаги при охлаждении бетона.

467

Равномерное распределение жидкой фазы в бетоне, полученное после приготовления и укладки, нарушается в связи с возникающим температурным градиентом в результате охла- ждения бетона. Вода будет мигрировать из теплых внутренних слоев к холодным (уже охла- жденным в процессе выдерживания) наружным поверхностям конструкции. Достигая нуле- вых температур, она замерзает, образуя так называемые центры холода, которые нарушают структуру бетона (после оттаивания она делается более пористой). Снижается и прочность поверхностных слоев бетона, что приводит к шелушению и образованию трещин.

На массоперенос существенное влияние оказывает скорость охлаждения, поскольку процесс перемещения влаги довольно медленный. При быстром охлаждении до низких отри- цательных температур (–20°С и ниже) влага замерзает довольно равномерно по всему сечению с образованием мелких кристаллов льда. При медленном охлаждении бетона влага перерас- пределяется более существенно, мигрируя к холодному фронту и образовавшимся ледяным включениям. После таяния льда при положительных температурах образуются пустоты, кото- рые негативно влияют на свойства бетона.

3.Ослаблением сцепления между компонентами бетона, особенно растворной частью

икрупным заполнителем.

В результате более быстрого охлаждения, из-за высокой плотности, зерна крупного за- полнителя также становятся центрами холода, к которым начинает мигрировать влага. Замер- зая на контакте с крупным заполнителем, вода образует ледяную пленку, что в последующем нарушает связь между компонентами бетона и уменьшает его монолитность в целом. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению свойств бетона.

Этот же процесс происходит и в железобетонных конструкциях, в которых ледяная пленка образуется вокруг арматурного изделия, нарушая в последующем его сцепление с бе- тоном.

Чем раньше после укладки произошло замерзание бетона, тем значительнее ухудша- ются его физико-механические свойства. Однако при достижении определенной прочности замораживание бетона не будет отрицательно сказываться на его свойствах, приобретенных бетоном после оттаивания и последующего твердения в нормальных температурно-влажност- ных условиях. Такая прочность называется критической (Rкр) прочностью.

Учитывая эти факторы нормативные документы устанавливают, что при среднесуточ- ной температуре наружного воздуха ниже 5°C и минимальной суточной температуре ниже 0°C необходимо принимать специальные меры по выдерживанию уложенного бетона в конструк- циях и сооружениях, бетонируемых на открытом воздухе [1,4].

468

В нашей стране разработаны и постоянно совершенствуются различные методы, так называемого, зимнего бетонирования монолитных конструкций, которые заключаются в со- здании определенных условий для обеспечения заданной прочности бетона в процессе выдер- живания [2,5,6]. К ним относятся как прогревные, так и беспрогревные методы выдерживания бетона монолитных конструкций.

Среди беспрогревных методов наиболее распространенными являются метод термоса

иприменение бетона с противоморозными добавками. В первом случае твердение бетона осу- ществляется за счет теплоты, внесенной в бетонную смесь в процессе ее приготовления и вы- делившейся в процессе гидратации цемента и сохраняемой в процессе выдерживания бетона за счет утепления поверхностей конструкции. При термосном выдерживании нарастание прочности бетона происходит до момента его остывания до 0°C.

Во втором – за счет сохранения жидкой фазы в бетоне при введении в процессе приго- товления бетонной смеси противоморозных добавок, которые понижают температуру замер- зания воды. В этом случае вода не замерзает и может вступать в реакцию гидратации цемента. Необходимо учитывать, что бетон с противоморозными добавками набирает прочность не только за время остывания бетона, но и за время выдерживания монолитных конструкций при температуре наружного воздуха. Данный метод совершенствуется в направлении разработки новых составов противоморозных добавок к бетону. Взамен традиционных добавок, таких как, поташ (П), нитрит натрия (НН), хлористый кальций (ХК), формиат натрия (ФН) и др., широко применяются комплексные добавки полифункционального действия. Они состоят из двух, трех

иболее компонентов органического и неорганического происхождения, обеспечивающих не только понижение температуры замерзания воды, но и обладающих пластифицирующим и ускоряющим твердение бетона эффектами.

Основными прогревными методами выдерживания бетона [7] являются методы элек- тротермообработки – электропрогрев (сквозной, переферийный) и электрообогрев (греющая опалубка, применение нагревательных проводов и др.). При электропрогреве за счет прохож- дения электрического тока через бетонную смесь электрическая энергия превращается в теп- ловую и температура бетона повышается. Это приводит к интенсификации твердения бетона

ик интенсивному нарастанию его прочности. При электрообогреве передача тепловой энергии от нагревательного устройства и распространение ее в бетоне осуществляется в основном за счет теплопроводности. При применении методов электротермообработки необходимо строго соблюдать заданный температурный режим выдерживания бетона, особенно при подъеме тем- пературы и остывании.

469