Актуальное

Когда дерево превосходит металл

Сто лет назад американский химик Лео Бакеланд изобрел термореактивную смолу бакелит.
С нее начинается история клееных деревянных конструкций (КДК). Сегодня это один из наиболее востребованных материалов для выполнения несущих, ограждающих и декоративных функций в строительных изделиях и конструкциях.

Прошлые заслуги и проблемы

В СССР первые исследования и применение КДК начались в 1942 году, и лишь в 1973-м в стране приступили к массовому производству этого материала. В то время работало 25 заводов на импортном оборудовании суммарной производительностью около 100 тыс. м3 КДК в год. Клееная древесина использовалась при строительстве сельхозобъектов, складов минеральных удобрений, общественных зданий. При этом по объемам производства мы отставали от США в 10 раз (сегодня в 7).

Наибольшую прочность и жесткость соединения в узлах КДК обеспечивают соединения на наклонно вклеенных стержнях. Эта разработка ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко 1974 г. была ответом ученых на ряд отказов конструкций в эксплуатации, так как в те годы проектировщики и производители КДК еще не имели необходимого опыта.
Причины отказов – образование непроклеев и трещин в клеевых швах, что приводило к недостаточной сдвиговой прочности конструкций. Усиление сдвига с помощью традиционных соединений на вклеенных вдоль и поперек волокон стержнях не стало радикальным решением. Исследования привели специалистов к варианту соединений на стержнях, вклеенных под углом 30–45% к направлению волокон. Первые же опыты на Волоколамском заводе подтвердили эффективность таких соединений.
Производство КДК развивалось. В 1980-е годы построено много большепролетных спортивных сооружений. Катки, манежи, спортзалы и др. Была создана нормативная и научная база, школа проектирования. Однако в перестроечное время все это было утрачено, и к 1996 году отрасль почти прекратила существование.

Ренессанс клееных ДК

Сегодня деревянные клееные конструкции в России производят около 50 предприятий. Из них только семь имеют оборудование для изготовления большепролетных, в том числе криволинейных, конструкций. Это заводы в Петербурге, Волоколамске, Королеве, Нижнем Новгороде, Волжске, Смоленске и Новосибирске. Выгода по сравнению с традиционными материалами очевидна.

КДК позволяет уменьшить металлоемкость проекта в 3 раза, массу зданий в 2–3 раза, трудоемкость монтажа в 2,5 раза. К тому же, в отличие от монолитного железобетона, строительство зимой с КДК не требует электропрогрева.
Деревянные клееные конструкции в 5 раз легче бетона, и потому в мансардном строительстве можно обойтись без тяжелого грузоподъемного оборудования (балка КДК длиной 15 м не превышает 100 кг). Сегодня, когда цены на металл значительно выросли, применение КДК экономически целесообразно. Кстати, за рубежом клееные деревянные конструкции на 30% дешевле металлических и железобетонных.
Ренессанс КДК был вызван, в первую очередь, достоинствами дерева как экологически чистого, химостойкого конструктивного материала. Это высокая прочность при малом весе, что позволяет снизить нагрузку на фундаменты и стены.
Испытания армированной фермы КДК длиной 50 м показали: она выдерживает груз в 500 т. Ничто не сравнится с деревом по сейсмостойкости. Поэтому из 4 млн м3 клееной древесины, производимых в мире, почти половина применяется в Японии, в том числе в виде каркасов многоэтажных жилых домов.

Во всем мире строительство в горах спортивных сооружений и гостиниц из соображений сейсмики и переменчивости погодных условий выполняется также в дереве. Огнестойкость клееного деревянного массива значительно выше огнестойкости металла. Обугливание КДК происходит со скоростью 0,6–0,7 мм в мин при любой температуре. И внутренность дерева почти не прогревается. Существуют сегодня в России и эффективные технологии защиты. В московском ЗАО «СМФ ТВТ Стройинвест», например, разработан состав, который вспенивается при пожаре и защищает деревянные конструкции от возгорания в течение 30 мин.
В отличие от цельной древесины, клееная позволяет использовать более современные и экономичные конструктивные решения, не ограничивая размер деревянных элементов. Ключевой фактор применения КДК – их долговечность: при правильной технологии производства и монтажа не менее 100 лет.

Потребность российской экономики в КДК более 500 тыс. м3, но производится пока в 2 раза меньше.

Ряд недостатков древесины легко устранимы современными методами. Гниль, выпадающие сучки, обзол вырезаются. Древесина для КДК стерилизуется в процессе высокотемпературной сушки. Против раскрытия трещин при усушке конструкция армируется. В любом случае по СНиПу влажность воздуха в помещениях с деревоклееным каркасом не должна быть ниже 45%.
Есть эффективные составы против биофакторов и прямого огня.

Наряду с возрождением производства возобновились исследовательские работы. Так, изучение соединений при вклеивании под разными углами, на разных клеях и режимах нагрузки позволило создать новую систему ЦНИИСК, включающую равнопрочные узлы и стыки элементов для всех видов напряженного состояния.
Эта система освоена всеми российскими предприятиями. Наклонное армирование позволяет получить несущие конструкции пролетом до 100 м и более без видимых снаружи элементов и увеличения сечения.
Так, в 1997 г. был впервые разработан и построен мост через МКАД длиной
102 м с жесткими вантами. Впервые применены четыре жестких стыка по длине для элементов пролетом 63 м в Санкт-Петербурге. Решена задача повышения сдвиговой прочности КДК, и впервые разработаны линзообразные фермы пролетом до 53 м для катка в Крылатском, аквапарка в Мытищах и др. Построено уже более 600 различных сооружений с каркасами из КДК и новыми соединениями, в том числе несколько уникальных.
К ним, в частности, относятся: купол диаметром 70 м для склада антигололедных реагентов, склад соли в Москве, склад калийных солей (Санкт-Петербург), спортивный дворец в Щелково, аквапарк в Челябинской обл. и др.

Эффективным считается и применение КДК в автомобильном мостостроении. Совместно со специалистами из Финляндии удалось получить композиционную конструкцию – деревобетонные балки для строительства мостов и перекрытий пролетом до 18 м.

БКДК позволяют уменьшить стоимость покрытий на 10–30%, проектирования и строительства на 15–25%, эксплуатации на 20–70% по сравнению с металлом и железобетоном.

Что сдерживает бум КДК

По данным различных источников, сегодняшняя потребность российской экономики в КДК более 500 тыс. м3, но производится вдвое меньше. Недостает современных производств, не хватает квалифицированных специалистов, устарела нормативная база, несовершенна система реализации продукции и т. д.

Сегодня почти все КДК изготавливают по индивидуальным заказам. Всего 5–10% от общего объема производства – унифицированные конструкции. При такой системе трудно рассчитывать на значительный рост объемов.
В отличие от России, зарубежная промышленность ориентируется на ограниченный сортамент клееных изделий и своАссоциация производителей и потребителей деревянных клееных конструкций (РАДКК) совместно с Центром методологии и нормирования в строительстве разработали ряд стандартов. С 1 января 2008 г. вступает в действие как межгосударственный ГОСТ 27812-2005 ««Конструкции деревянные клееные. Метод определения стойкости клеевых соединений к расслаиванию».

Пример освоения передовых технологий

Петербургский холдинг «Содружество» одним из первых на Северо-Западе несколько лет назад создал собственное производство по выпуску деревянных деталей и конструкций для индустриального домостроения и продолжает расширять мощности.
В октябре на промплощадке завода HAUS-KONZEPT, который входит в состав холдинга, было запущено крупнейшее в России производство большепролетных клееных деревянных конструкций (БКДК) длиной до 30 метров и домов из клееного бруса. Мощность нового производства – 40 тыс. куб. м клееных конструкций в год.
Производство расположилось на территории Ижорских заводов. Покупка и реконструкция цеха, приобретение оборудования в Германии обошлись в 15 млн евро.
Технологические линии оснащены оборудованием ведущих европейских производителей: Grecon Dimter, Waco, Weinig, H. Hundeger, Rex и др.
Технологии позволяют изготавливать из пиломатериалов хвойных пород (ель, сосна, лиственница) клееные конструкции любых размеров и форм длиной до 30 м и с максимальным сечением 250х2000 мм – арки, рамы, балки перекрытий, стропила, фермы, конструкционный брус.
Прочность соединений обеспечивает применение клеев концерна AKZO NOBEL, одобренных для производства силовых конструкций научно-исследовательскими организациями Германии, Норвегии и Нидерландов. Пиломатериалы проходят предварительную автоматическую сортировку и калибровку. Испытания на прочность контрольных образцов проводятся ежесменно в собственной лаборатории.
С применением БКДК компанией всего за 8 дней был построен производственный цех под Новгородом, эти же конструкции заложены в проекты спортивного сооружения и торгового комплекса.
БКДК можно использовать в строительстве домов, коттеджей, мини-гостиниц, большепролетных сооружений – стадионов, ледовых дворцов, бассейнов, аквапарков, торговых и выставочных центров, складских и сельскохозяйственных помещений. Сегодня в России производится 130 тыс. куб. м клееных конструкций в год, и больше трети этого объема будет выпускаться на заводе HAUS-KONZEPT.

Подготовил Виктор Малков

Благодарим за предоставленные фото фирму ЗАО «Содружество»

Другие материалы по теме