Дерево в современном строительстве

История некоторых строительных материалов напоминает годичные кольца на срезе дерева, лихо закрученные на российских стройках в спираль времени.

Первая строительная конструкция человечества – легкая ветрозащитная загородка, сплетенная из древесных ветвей, со временем превратилась в квинтэссенцию инноваций и высокотехнологичных трансформаций, а дерево составляет в несущих конструкциях реальную конкуренцию металлу и железобетону.

Последние, начиная с 50-х гг. прошлого века, начали было теснить древесину, но с начала XXI в. получили перманентно нарастающий отпор – за 13 лет доля деревянного домостроения в России выросла с 10% до 40%. Хотя в целом, несмотря на такой рост, российская деревообработка по-прежнему не может похвастаться советскими показателями.

Президент Ассоциации деревянного домостроения Александр Черных приводит такие цифры: по лесным ресурсам Россия занимает первое место в мире: на ее долю приходится 25% мировых запасов леса, но это преимущество до сих пор не используется. Например, в 2009 г. из 19 млн м3 отечественных пиломатериалов, 16 млн ушло на экспорт, а внутреннее потребление составило всего 3,7 млн м3. СССР производил 75 млн м3 пиломатериалов, из них только 8 млн м3 экспортировалось (при этом 37 млн м3 использовалось в строительстве).

Сегодня во многом изменилась сама структура рынка деревянных конструкций, активно внедряются технологии, привезенные из-за рубежа.

Однако, что же следует понимать под конструкционной (инженерной) древесиной? В нашем случае мы сосредоточимся на тех областях, где древесина несет нагрузку в масштабе целого здания или мостовой конструкции. Поэтому паркет и деревянный декинг оставим в покое.
.

Древесина в ассортименте

На современном этапе конструкционную древесину можно подразделить на изделия из цельной древесины (оцилиндрованное бревно, профилированный брус), клееные конструкции (КДК) и сэндвич-панели с применением плит OSB.

По версии ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко КДК можно подразделить на группы по принципиальным различиям в технологии изготовления и применению:

Большепролетные несущие конструкции, в том числе гнутоклееные, к которым относят все клееные изделия, представляющие собой законченные самостоятельные силовые единицы будущего строения длиной более 12 м: фермы, балки, опоры.

Несущие балки в малоэтажном домостроении, включающие в себя все силовые элементы с несущей нагрузкой, обычно прямолинейные, длиной до 12 м: перекрытия, стропила, коньковые балки, опорные столбы.

Ограждающие конструкции – стеновой брус для малоэтажного домостроения, перголы.

Перекрестно склеенные панели (ПСП, CLT, BSP, X-Lam) – многослойные клееные панели, используемые в качестве силовых элементов (стен, в том числе несущих) в домостроении.

Двутавровые балки. Несущие балки. Могут быть выполнены из дерева, OSB, фанеры, LVL. Используются в качестве силовых элементов в каркасном домостроении.

LVL. Несущие конструкции, склеенные из слоев шпона.
Как отмечают исследователи ЦНИИСК, у КДК имеется ряд потребительских свойств, выгодно отличающих их от конструкций из массива древесины, т.к. КДК изготавливаются из сухого пиломатериала и поэтому в гораздо меньшей степени подвержены усушке (то есть изменению геометрических параметров). Кроме того, при производстве КДК в древесине пиломатериалов снимаются внутренние напряжения, что позволяет избежать изменения геометрии готового изделия при эксплуатации. Есть и другие достоинства: хорошее сопротивление готовых изделий открытому горению; высокая скорость строительных работ; небольшое количество отходов на строительной площадке; возможность изготовления длинномерных линейных и гнутых конструкций, и, следовательно, широкие возможности для реализации сложных архитектурных решений.

Огнестойкость КДК является серьезным преимуществом, на что ссылаются и архитекторы и строители. Это свойство подтверждается и научными исследованиями в «полевых» условиях на примере аквапарка в Мытищах. Станислав Турковский, д.т.н., заведующий сектором деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко: «… каркас аквапарка монтировался дважды. Первый раз – в 2005 г., второй – в 2008-ом. Первый каркас был уничтожен пожаром еще на стадии отделочных работ.

Впервые деревянные сборные конструкции с жесткими стыками поясов были подвергнуты серьезным испытаниям в условиях реального пожара. Обрушение первой фермы произошло из-за ослабления огнем сжатого пояса за пределами стыков через 2,5 часа, обрушение последней фермы – через 8 часов по той же причине. Огнестойкость ферм оказалась более чем в три раза выше требуемой. Анализ состояния конструкций после пожара показал, что на всех стыках обоих поясов ферм наблюдалось лишь поверхностное обугливание на глубину 5 – 15 мм, без нарушения соединений на вклеенных штырях и болтах. Такое стало возможным благодаря наличию вкладышей между ветвями в зоне стыков.

За состоянием конструкций аквапарка сотрудниками ЦНИИСК ведется постоянное наблюдение. Установлено, что относительная влажность воздуха в межферменном пространстве колеблется от 45% до 60%, температура воздуха 29–30°С. При этом равновесная влажность древесины ферм составляет 11–13%. Такие условия считаются оптимальными для клееной древесины. В конструкциях почти нет дефектов, трещин и расслоений. На оцинкованных металлических поверхностях за три года эксплуатации не обнаружено следов коррозии».

По температурно-¬влажностным условиям эксплуатации различают три категории элементов из КДК:

• категория С – эксплуатируемые внутри отапливаемых помещений (влажность воздуха не выше 75%); соответствует группам А1, А2 и Б1 по СНиП II¬25¬80; 
• категория B – эксплуатируемые в открытых атмосферных условиях и в не отапливаемых помещениях (А3, Б2, В); 
• категория M – эксплуатируемые в воде или в земле, а также подвергающиеся сильному увлажнению.

КДК регламентируются в России положениями ГОСТа 20850-84 (готовится новая версия документа, однако в настоящее время действует редакция именно 1984 г.) и СП 64.13330.2011, являющегося актуализированной версией СНиП II-25-80. В Европе выпуск клееных изделий для домостроения регламентируется стандартом EN 14080:2005.

Кстати сказать, несмотря на кажущуюся новизну КДК, исследования в этой области в России ведутся в том же ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко еще с 1975 г. Другое дело, что соответствующие условия для развития технологии появились только в начале XXI в.

Накопленный отечественный и зарубежный опыт применения КДК показал, что по сравнению с традиционными решениями они имеют значительные преимущества: металлоемкость зданий уменьшается в три раза, масса − в 2–3 раза, трудоемкость монтажа − до 2,5 раз. Еще более эффективными являются пространственные структуры из КДК, позволяющие перекрывать большие пролеты без промежуточных опор.

Применение КДК в малоэтажном строительстве получило достаточное развитие, а вот участие КДК в проектировании и строительстве общественных объектов представляет собой весьма интересную перспективу. Однако, как отмечает Борис Лабудин, д.т.н., профессор Архангельского государственного технического университета, – в российской практике пространственные деревянные конструкции применяются мало. Это объясняется не всегда удачным опытом возведения строений, недостаточной обоснованностью расчетно-проектных решений и нормативной базы.

В дополнение к сказанному можно упомянуть инерционность отечественного проектно-строительного комплекса, опору на привычные решения, нежелание участников процесса вникать в суть альтернативных предложений. Отсюда и скромная статистика: по данным специалистов ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко объем выпуска клееных деревянных конструкций не превышает 100 тыс. м3 в год. В то же время выпуск КДК в Германии с ее ограниченными ресурсами леса в отдельные годы превышал 1 млн. м3.

Современных общественно-значимых объектов с пространственными деревянными конструкциями в России действительно можно пересчитать по пальцам как удивительной породы цыплят. В Москве это: реконструированный Манеж, бассейны и спортивные залы в Ясеневе, Мытищинский аквапарк, Новый Трансвааль, деревянный мост через МКАД, нескольких небольших мостовых переходов в Московской области, Дворец водных видов спорта в Казани, аквапарк развлекательного центра в Санкт-Петербурге, Тренировочный комплекс ХК «Авангард» в Омске и т.д.

Из наиболее свежих реализаций это, конечно, санно-бобслейная трасса Сочинской Олимпиады, заслуженно получившая высшие оценки архитектурного сообщества России.
.

Путь дерева. Тенденции

К сожалению, вычленить и просчитать объем конструкций, применяемых в проектах и строительстве (и реконструкции) многоэтажных зданий и общественных комплексах, включая малоэтажные постройки с нежилой функцией практически нереально.

В жилищном строительстве тенденции более зримы. Пирамида цифр выглядит следующим образом. Общая площадь жилья, введенного эксплуатацию в России в 2013 г. достигла 69,4 млн. м2 (по данным Росстата). Первый заместитель председателя Комитета Госдумы по жилищной политике и ЖКХ Елена Николаева отмечает, что доля малоэтажного жилья в 2013 г. составила 37 млн. м2. Это 54% от общего показателя жилищного строительства. По данным Ассоциации деревянного домостроения доля деревянных домов в «малоэтажке» составляет приблизительно 40%, то есть получается около 14,8 млн. м2.

Аналитики портала ddom.ru утверждают, что ориентировочный объем продаж строительными компаниями деревянных строений для постоянного проживания в 2013 г. увеличился на 30% и составил в целом по России около 5 тыс. домов (без учета индивидуальных застройщиков и госпрограмм). При средней и наиболее популярной площади в 200 м2 общая цифра составляет 1 млн м2. Средняя стоимость предложения – 20 тыс. руб. за м2 без инженерии и отделки. Итого, только организованная продажа деревянных домов дает оборот в 20 млрд. руб.

Наблюдается рост не только физический, но и виртуальный – количество запросов по тематике «деревянный дом» увеличилось на 30% по сравнению с 2012 г. и составило около 6 млн. обращений, или примерно 500 тыс. запросов в месяц. Приличный задел, хотя бы на уровне общественного интереса.
.

Отмечается общее повышение культуры рынка, как со стороны заказчиков, которые стали более требовательными и компетентными, так и со стороны подрядчиков, работающих в условиях сильной конкуренции. Подрядчики одновременно улучшают качество и работают над снижением цены, что сказывается на уменьшении числа рекламаций. Помимо того, политика продаж стала более открытой и ориентированной на покупателя – большинство компаний начали указывать цену предложения и его комплектацию, что в 2012 г. было еще редкостью. Увеличилось количество готовых предложений –проработанных проектов деревянных домов с понятной для заказчика комплектацией.

Участники рынка отмечают следующую общую особенность в предпочтениях россиян. В отличие от своих финских соседей, любящих большие террасы, балконы, панорамное остекление, второй свет, камин и сауну, русские заказчики на каком-то инстинктивном или генетическом уровнях видят свой дом в виде крепости. Европейские излишества зачастую дороги и ментально чужды: «… второй свет (такой дом не протопить), обширные террасы (их не расчистить от снега), сауна (запотеет весь дом)» и т. д. Многие россияне строят свой деревянный дом впервые, ориентируясь на привычный образ городской квартиры, где желательно иметь максимальную полезную площадь, невысокие потолки, небольшие окна и множество комнат и комнатушек.

Однако тенденции 2013 г. демонстрируют постепенный отход от привычных представлений. При индивидуальном проектировании деревянного дома заказчики стали больше обращать внимание на его архитектурную привлекательность, современность и уникальность, продуманную просторную планировку и увеличение площади остекления.

Как отмечают аналитики рынка и эксперты строительных компаний, – самыми популярными в 2013 г. оказались дома из оцилиндрованного бревна и клееного бруса. Доля использования последнего выросла на 50%, –отмечается сайтом ddom.ru.

Надо сказать, что российские компании за последние 5 лет проделали большую работу по повышению доступности клееного бруса. Цены на строительство домов для постоянного проживания из клееного бруса дрейфуют на отметках в 20–30 тыс. руб. за дом без отделки. Круглое бревно чаще всего заявляется как материал, который дешевле клееного бруса, но сложив все затраты на доведение дома из сырого массива «до кондиции» в итоге получим те же цифры.

Каркасно-панельное домостроение также набирает обороты, увеличивается количество участников, наблюдается рост продаж, но пока в границах небольшого рыночного сектора. Здесь вероятно сказываются представления старой формации: «как жить в доме, который можно прострелить из автомата?».

Ниже приведены мнения участников рынка малоэтажного деревянного домостроения Подмосковья.

Александр Дубовенко, директор по развитию компании Good Wood: «Быстро ничего не меняется, из года в год все достаточно стабильно, деревянное домостроение – вообще весьма инерционный рынок. Нет такого, чтобы все клиенты еще вчера хотели что-то одно, а сегодня все уже хотят другое. Рынок меняется очень плавно, на протяжении 10 лет. В течение одного года практически никаких резких изменений не бывает. Вместе с тем, в 2013 г. нами все-таки была замечена одна интересная и важная тенденция: дачи стали менее актуальными. Есть стремление приобрести загородное жилье в качестве первого и основного».

Семен Гоглев, генеральный директор компании НЛК «Домостроение»: «Из основных тенденций и предпочтений клиентов в прошедшем 2013 г. хотелось бы отметить значительный спад потребления в сегменте дач (от 40 км от МКАД) до 30%, а также рост доли деревянных домов. Средняя площадь заказываемого дома снизилась с 230 м2 до 200 м2».

София Белова, ведущий архитектор компании Ikihirsi («Икихирси»): «Каждый год мы отмечаем в России рост интереса к деревянному домостроению и повышение информированности наших клиентов об этом направлении в архитектуре... Средний класс активизировался и начал заказывать дома, что называется, для нормальной жизни: площадью около 200 м2 с эргономичной планировкой».

Антон Завалковский, генеральный директор холдинга «Инвестлеспром»: «В 2013 г. холдинг сократил поставки фанеры в Европу и переориентировался на внутренний рынок (до 60% общего объема). Это объясняется тем, что российский рынок деревянного домостроения в 2013 г. вырос на 30%. Сокольский ДОК, входящий в состав холдинга, увеличил производство деревянных домов на 48%!».

Как полагают специалисты, структура деревянного домостроения в ближайшие 10–15 лет (по оптимистическому прогнозу) будет выглядеть следующим образом:

• домостроение из массивной древесины – 35 – 40%;
• панельное деревянное домостроение – 30 – 35%;
• каркасное деревянное домостроение – 25 – 30%.

Деревянные барьеры

Стремительный рост деревянного домостроения и реабилитация древесины в несущих конструкциях капитальных сооружений вызывает в различных публикациях, чаще всего, массовую апологетику древесины.

Однако у палки всегда два конца, если она не является невозможной пространственной формой.

Независимо от того, присутствует ли в объекте древесина в качестве конструкционного или отделочного материала, тема огне- и биозащиты возникает автоматически, потому что в естественном виде при форс-мажорных условиях дерево прогрызается, гниет и горит. Поэтому деревянная конструкция основательно накачивается химическими составами, которые делают ее предпочтительнее металла, поскольку огнезащита достигается более быстрыми и дешевыми способами, при сохранении милой сердцу деревянной текстуры. При этом остается вопрос, на который мало кто любит отвечать: в праве ли мы говорить после «накачки» о таких достоинствах дерева, как экологичность, и как оно в реальности будет «дышать».

Дальше – больше. В апреле этого года, на Всероссийской конференции «Огнезащита XXI века» начальник сектора исследовательских и испытательных работ в области пожарной безопасности ГУ МЧС по Омской области Виталий Лаптев отдельно остановился на специфике применения огнезащитных составов: «Как показала практика нашей организации, реальные сроки действия огнезащитной обработки, произведенной огнезащитными пропиточными составами для древесины, ниже тех, которые заявляют изготовители в технической документации.

Согласно пункту 21 «Правил противопожарного режима в РФ» от 25 апреля 2012 г. № 390, состояние огнезащитной обработки (пропитки) должно проверяться не реже двух раз в год. Мы набираем статистические данные по объектам г. Омска, которые обрабатывались огнезащитными составами несколько лет назад, и на которых мы проводили проверку качества огнезащитных работ и сталкиваемся со случаями, когда огнезащитная обработка не проходит испытания. Возможные причины: нарушение технологии при изготовлении огнезащитного состава или несоблюдение условий эксплуатации. Необходимо разбираться конкретно в каждом случае.

Имеют место также нарушения при повторном нанесении огнезащиты, когда не учитывается химический состав предыдущий пропитки, и в результате химической реакции на древесине образуется нейтральная среда и деревянная конструкция остается «огнебеззащитной».

Однако если учесть, что решение об использовании древесины во многих случаях принимается на эмоциональном уровне, а также принимая во внимание массу достоинств деревянных конструкций, их периодическая обработка (конечно же открытых участков) с интервалом в два года – не такая уж и великая нагрузка.

Что касается применения таких материалов, как LVL, защищенных от всех невзгод еще на стадии производства, то они вообще рассматриваются в чисто утилитарном смысле, как более эффективная конструктивная замена металлу и железобетону.

Вместе с тем есть вопросы по поводу энергосбрежения деревянных построек. Дом из бруса, просто рубленый или из «оцилиндровки» роскошь не только эстетическая, но и эксплуатационная, в силу низкой энергэффективности. Ссылки на наших российских предков, которые тысячелетия прожили в рубленных домах еще не означает, что русская изба – энергоэффективное сооружение.

Тепловое сопротивление клееного бруса R = 1,58 м²С0/Вт со стеной толщиной 250 мм, что не достаточно для соответствия современным строительным нормам и более чем в два раза меньше современных строительных норм для теплоизоляции ограждающих стеновых конструкций. По нормам Московской области тепловое сопротивление ограждающей конструкции принято как R=3,33 м²С0/Вт. То есть толщина стены должна составлять не менее 670 мм. А ходовая толщина клееного бруса – около 200 мм. Таким образом, дом для круглогодичного проживания необходимо утеплять эффективным теплоизоляционным материалом. Разумеется, что российский рынок такую технологическую возможность предоставляет в полной мере.

Конструкционная древесина. Что дальше?

Прелесть современной науки в том, что в тот момент, когда кажется, будто в отношении древесины придумано все возможное, неутомимые исследователи достают из «шляп» своих лабораторий очередных инновационных «кроликов».

Пеер Халлер, профессор Института строительных конструкций и деревянных сооружений при Дрезденском техническом университете презентовал миру новую технологию обработки деревянных конструкций – метод уплотнения древесины. Если сравнить обыкновенный и уплотненный брус, то внешне они не отличаются, но «дрезденский» брус почти вдвое тяжелее необработанного аналога. Разница заметна при взгляде на торцы: на одном годичные кольца круглые, на уплотненном – сплюснутые. Процесс уплотнения осуществляется методом горячего прессования при температуре 1500C. Происходит сжатие микроструктуры древесины, и в итоге получается материал очень высокой плотности – примерно 1кг/дм3.

Помимо того, германскими исследователями предложена технология, позволяющая получать из древесины пустотелые балки с большой несущей способностью. Для этого круглый ствол прессуется в брус квадратного сечения, а затем с одной стороны деформация снимается. Таким образом, квадратное сечение превращается в трапецеидальное, что позволяет из нескольких таких балок сложить пустотелую трубу.

Мост в будущее плюс «древоэлектрификация» всей страны

Конструкционная древесина традиционно рассматривается в контексте проектирования и строительства зданий. Это «львиный» сегмент, но не единственный. Как в мире, так и в России продолжается работа по совершенствованию деревянных мостовых конструкций. Ниша ничтожна мала, но при должных усилиях производителей тема могла бы найти свое развитие, что позволило решить массу инфраструктурных проблем отдаленных территорий.

В 60-х годах прошлого столетия были разработаны конструкции клееных мостовых балок, построен ряд предприятий по их изготовлению, возведены сотни мостов. Однако, в связи с внедрением в производство сборного железобетона интерес к мостам с клееными конструкциями постепенно угас, но некоторые построенные мосты до сих пор в строю. Так в Республике Коми более 30 лет эксплуатируется мост с пролетными строениями из клееных балок длиной 18 м.

Современные мостовые конструкции отличаются простотой изготовления, применением местных ресурсов, грузоподъемностью и долговечностью железобетонных мостов, способностью перекрывать равные с ними пролеты при небольшой строительной высоте; более низкой стоимостью по отношению к аналогам на 35–40%.

Так, при проектировании моста через р. Оша в Омской области проектной организацией были рассмотрены три варианта: с железобетонными пролетными строениями по схеме 3x18,0 м; с дощато-гвоздевыми коробчатыми блоками и составными прогонами по схеме 7,4 + 3x15,0 + 7,4 м; с пролетными строениями из клееной древесины по схеме 3x18,0 м. Сравнение стоимостных показателей этих вариантов показало, что мост с железобетонными пролетными строениями в 1,74 раза дороже моста с дощато-гвоздевыми конструкциями и в 1,95 раза превышает стоимость моста с пролeтными строениями из клееной древесины. При этом грузоподъемность деревянных пролетных строений соответствует нормативным нагрузкам А11, НК-80.

Совсем экзотикой в России являются электроизоляционные опоры из клееной древесины. ЦНИИСК им. Кучеренко реализовал ряд проектов электроизоляционных опор с применением полностью или частично безметалльных соединений в узловых сопряжениях. Из сооружений, эксплуатируемых более 20 лет, можно выделить экспериментальный комплекс в пос. Андреевка (Харьковская обл., Украина), построенный в 1991 году и включающий в себя башни высотой до 40 м, а также 5-этажные этажерки из клееной древесины.
.

Деревянная точка. Тотан Кузембаев

В качестве наиболее логического заключения лучше всего привести слова известного российского архитектора Тотана Кузембаева, который как никто чувствует особенную духовную связь с деревом, и прославился преимущественно в деревянном зодчестве:

«Я люблю дерево за его безграничные возможности и те ощущения, которые оно дарит. Дерево – материал честный, мягкий, экологичный, безграничный по своим возможностям. Дома из древесины делают своих владельцев добрее и человечнее.

Для меня дом – живой организм. Он живет с хозяином, стареет вместе с ним, и наша задача сделать так, чтобы дом старел красиво, благородно.

В Швейцарии делают кровлю из сланца, так как ландшафт по периметру – это горы. Мы любим кровлю из дерева – в нашей полосе кругом лес. К примеру, крыша из лиственницы передает оттенки среднерусского пейзажа – местами золотистая, а кое-где серая. К тому же она, как кедровая шишка – когда влажно, набухает и закрывает все щели, не пропуская воду. А если сухо – раскрывается и, и вся влага выходит наружу...

Дерево – материал коварный, он требует виртуозной точности. Если ты ошибся в работе с металлом, то всегда можно сварить конструкцию заново, если в бетоне, то и в этом случае можно изменить ситуацию, и только дерево не позволяет замаскировать недочеты, любая ошибка обязательно проявится. Так что в каком-то смысле не архитектор выбирает дерево, а дерево архитектора».
.