Будут ли в России деревянные небоскребы?
Могут ли деревянные конструкции потеснить бетон и сталь в строительстве высотных зданий? Энтузиасты деревянного строительства за рубежом отвечают на этот вопрос положительно, ломая стереотипы.
Деревянные здания в 30-40 этажей - фантастика? Вовсе нет, и вполне возможно, что эта высота покорится изготовителям деревянных конструкций уже в ближайшем будущем. К такой мысли приходишь, изучая информацию о возведенных зданиях, а особенно о проектах, намечаемых к реализации. Число построенных в Старом и Новом Свете зданий высотой в семь, восемь, девять и даже десять этажей уже перевалило за десяток, а многоквартирных комплексов, общественных и коммерческих зданий небольшой этажности из современных деревянных конструкций построено, вероятно, значительно больше сотни.
Чем обусловлена растущая популярность деревянных многоэтажек? В первую очередь, очевидно, значительным прогрессом в изготовлении конструкций из древесины и древесных материалов. Прежде всего - из перекрестно склеенных панелей, CLT (Cross Laminated Timber).
Впрочем, при строительстве семиэтажного здания Е3 в Берлине использовались лишь клееные балки, колонны и панели brettstapel (в таких панелях доски поставлены на кромку и скреплены гвоздями), а в строительной системе австрийской компании Cree GmbH для массивных деревянных панелей вообще не нашлось места - наружные стеновые панели каркасные, а панели перекрытий гибридные, из клееных балок и бетона. В Северной Америке к тяжелым конструкциям из массивной древесины относят и элементы из толстых крупноформатных плит LSL (Laminated Strand Lumber - брус и плиты, изготавливаемые из длинных плоских стружек, уложенных параллельно) и LVL (Laminated Veneer Lumber - брус и панели, склеенные из листов однонаправленного лущеного шпона).
Эти материалы отличают постоянство механических характеристик и довольно высокая формостабильность, что позволяет проектировать из них несущие конструкции и возводить крупные объекты. Конструкционные элементы из клееной древесины можно изготавливать с высокой точностью, что влияет и на качество отделки в зданиях, а в ряде случаев такие элементы оставляют в интерьере без всякой отделки, потому что они и так смотрятся привлекательно. Но еще важнее другое: деревянные элементы конструкции большого сечения при пожаре ведут себя совершенно не так, как обычные. Пламя по ним не распространяется, а это значит, что пожар в здании будет локализован. Более того, под воздействием огня на поверхности деревянного элемента конструкции образуется слой угля, который препятствует доступу кислорода в зону горения. В результате скорость прогорания элемента составляет в среднем около 3,5 см в час. В случае с элементом массивного сечения из клееной древесины (колонна, балка или панель) это не так уж и много, и можно за счет наращивания сечения элементов сверх расчетного значения добиться того, что конструкционный элемент хотя и будет гореть, но не потеряет несущей способности в течение заданного времени. Такой метод позволяет достигать пределов огнестойкости 90 и даже 120 минут.
Немаловажно, что при пожаре деревянные конструкции, в отличие от стальных и железобетонных, не передают температуру и не деформируются при ее повышении. Деревянные конструкционные элементы большого сечения не снижают пожаробезопасность здания, а в ряде случаев могут рассматриваться как безопасная альтернатива конструкциям из металла и бетона. Именно поэтому панели CLT, как и другие массивные конструкционные элементы из древесины, считают альтернативой бетону.
Но даже технические достоинства деревянных конструкций не имели бы значения, если бы не благосклонное отношение к древесине человека (жителя деревянного дома, владельца или сотрудника офиса, целиком построенного из древесины или отделанного деревянными элементами и др.). Канадский архитектор Майкл Грин говорит, что ему никогда не доводилось видеть, чтобы люди обнимали колонны из стали или бетона, но деревянные колонны в его зданиях посетители и обнимают, и просто трогают [1]. Действительно, по способности радовать глаз и создавать теплую и уютную атмосферу в помещении мало какие материалы могут сравниться с древесиной. Массивная древесина, кроме того, регулирует климат в помещении, накапливая тепло или поддерживая прохладу и поглощая излишки влаги из воздуха.
Ну и, конечно, важнейшим аргументом в пользу деревянного строительства для многих является тот факт, что древесина - материал, возобновляемый самой природой и ею же утилизируемый; материал, который консервирует углекислоту и таким образом ослабляет воздействие парникового эффекта на климат Земли. Образно выражаясь, леса - это фабрики по производству древесины и кислорода из углекислого газа, причем работающие на солнечной энергии. По оценкам Европейской конфедерации деревообрабатывающей промышленности CEI-Bois, замещение традиционных стройматериалов древесиной предотвращает выбросы в атмосферу 1,1 т СО2 на 1 м3 использованных пиломатериалов; и еще около 0,9 т СО2 оказываются законсервированными в конструкциях [2]. В этом же документе приведены такие цифры: увеличение доли деревянных домов на европейском рынке на 10% в год привело бы к сокращению на 25% объемов выбросов углекислоты, закрепленных за Европой Киотским протоколом.
Разумеется, говорить о древесине как об экологически безопасном материале можно лишь в том случае, когда она выращена и заготовлена в лесах, сертифицированных по международным стандартам. В Европе и Северной Америке сертификация лесных угодий широко распространена и является стандартной процедурой для компаний, работающих на рынке лесопродукции, поэтому деревообработчики и изготовители конструкций для деревянного домостроения уверены в легальности происхождения сырья.
Деревянное строительство поддерживается и на уровне органов власти. В канадской провинции Британская Колумбия, где традиционно развита лесная промышленность, местные власти в октябре 2009 года приняли Wood First Act - законодательный акт, согласно которому древесина должна рассматриваться как основной строительный материал для зданий, возводимых на деньги, выделяемые из бюджета провинции, а это в среднем около $3 млрд в год [3].
Одним из результатов этого акта стало возведение из деревянных конструкций Корпуса наук о Земле (Earth Sciences Building) в Университете Британской Колумбии.
Выбор в пользу деревянных конструкций заводского изготовления делается из чисто экономических соображений. Так, девелопер, построивший в Лондоне девятиэтажное здание Murray Grove, даже не афишировал, что дом полностью, включая лифтово-лестничное ядро, построен из деревянных панелей, конструкции были намеренно скрыты отделочными материалами. Дом был готов на шесть месяцев раньше, чем если бы строился из бетона, на стройке было занято всего четыре человека, а после ее окончания осталось всего несколько ведер строительного мусора [4].
В случае с другим зданием - Bridport House, построенным в Лондоне, девелоперу пришлось принять во внимание особенность площадки: на ней не допускалось строительство тяжелого многоэтажного здания из бетона, поскольку неподалеку проходила труба ливневой канализации [5].
В табл. 1 приведены сравнительные данные о стоимости строительства многоэтажного дома из бетона и из деревянных конструкций по системе FFTT, взятые из отчета The Case for Tall Wood Buildings [6].
В целом, по оценкам британских архитекторов, массивные деревянные конструкции вполне могут быть экономичной альтернативой бетонным при высоте здания четыре этажа и более - главным образом за счет сокращения затрат на фундаменты, несущие внутренние стены и на управление проектом (срок строительства меньше на 2,5 месяца).
Проблемы, требующие решения
площадью 9600 м2, рассчитанная для вариантов с бетонной
конструкцией и c деревянной конструкцией по проекту FFTT
архитектора Майкла Грина с разными методами обеспечения
огнестойкости ($ США)
Однако до широкого применения инженерных деревянных конструкций еще далеко. Большинство специалистов строительной отрасли скептически оценивают возможность замены бетонных конструкций деревянными при возведении высотных зданий.
В том же отчете The Case for Tall Wood Buildings есть список аргументов против деревянного высотного строительства, которые приводят скептики (аргументы распределены по группам, соответствующим разным аспектам строительства) (см. табл. 2).
Прежде всего опасения проектировщиков и строителей вызывает горючесть древесины. Для обеспечения огнестойкости зданий деревянные конструкции можно обшить негорючими материалами, такими как гипсоволокнистые листы (ГВЛ) или цементно-стружечные плиты (ЦСП), - это так называемый метод защиты изолированием (encapsulation method), а можно увеличить размеры элементов конструкции на величину прогорания в течение требуемого времени огнестойкости - это так называемый метод защиты обугливанием (charring method). Второй подход не только позволяет оставлять деревянные конструкции видимыми в интерьере, но и может быть экономически эффективным (см. табл. 1).
Таким образом, обуславливаемые нормативами огнестойкость конструкций и локализация пожара могут быть обеспечены в зданиях из деревянных конструкций точно так же, как и в бетонных. А если оборудовать деревянные здания спринклерными системами пожаротушения, то проблему пожарной безопасности деревянных зданий можно решить полностью.
Тем не менее в ряде случаев проектировщики все же включают в конструкцию деревянных зданий бетонное лифтово-лестничное ядро. Гораздо острее проблемы обеспечения пожаробезопасности деревянных многоэтажных зданий проблема влияния влаги на деревянные конструкции. При проектировании зданий из деревянных конструкций необходимо уделять особое внимание исключению воздействия влаги на древесину вследствие нарушения наружной отделки или бытовых протечек внутри здания. Гидроизоляция стен и перекрытий, устройство цементных стяжек и сливных отверстий в полах помещений с повышенной влажностью, установка автоматических систем перекрытия подачи воды при протечке - все это позволяет решить проблему.
строительства
Но как исключить влияние влаги воздуха на поведение деревянных конструкций? Если в колоннах и стенах из CLT древесина работает на сжатие вдоль волокон и изменение ее влажности практически не сказывается на размерах элементов конструкций, то панели перекрытий из CLT при эксплуатации могут разбухать или усыхать по толщине на несколько миллиметров. При опирании стен и колонн на перекрытия в здании с большой этажностью могут возникнуть серьезные проблемы, особенно если в разных частях здания различается влажность воздуха. Есть несколько решений этой проблемы, предложенных в рамках разных систем деревянного высотного строительства. Так, при возведении здания Bridport House стены верхних этажей из CLT просто опирали на стены нижних этажей, для чего в них и в перекрытиях проделывали зубчатые вырезы. В этом случае изменение толщины плиты перекрытия под воздействием влаги не приводит к изменению параметров здания или образованию щелей в конструкциях. В канадской системе FFTT колонны и стены поэтажно устанавливают друг на друга, а на них крепят балки из стали, на которые опираются перекрытия из CLT. Аналогичное решение, которое можно назвать каркасом оболочки (balloon frame), было применено при строительстве здания E3 в Берлине: балки и колонны соединяются через тяжелые стальные коннекторы, и получается, что деревянные колонны стоят друг на друге, а деревянные балки просто связывают их. Австрийская система CREE предполагает изготовление деревянно-бетонных перекрытий, бетонные края которых опираются на деревянные колонны. Таким образом, конструкция получается платформенной (platform frame), то есть перекрытие является платформой для сборки следующего этажа и деревянная часть перекрытия при усушке и разбухании не оказывает влияния на прочность и целостность конструкции. Подобное решение предполагается использовать и в американском проекте строительства 42-этажного здания (Timber Tower Research Project) с клееными деревянными колоннами, железобетонными балками и панелями перекрытий из CLT. Деревянные колонны и стены каждого этажа будут опираться на бетонные балки независимо от перекрестно-слойных панелей перекрытий, вследствие чего деформаций деревянно-бетонной конструкции по высоте по причине воздействия на нее влаги не будет.
Рис. 1. Строительство комплекса Limnologen (Швеция)
Рис. 2. Здание из CLT на при испытаниях на
сейсмоустойчивость
Другой аспект «влажностной» проблемы - как защитить деревянные конструкции от воздействия влаги при монтаже? В ходе монтажа высотного здания возникает довольно длительный период, когда деревянные конструкции открыты для воздействия атмосферных осадков. В странах с холодным или сырым климатом вероятность отрицательного воздействия влаги на деревянные конструкции и элементы строящегося дома весьма высока. А это чревато как местным расслоением клееных элементов, так и появлением грибных окрасок на древесине. Стены уже возведенных этажей отчасти защищены строительными лесами, но как быть с конструкциями строящегося этажа? В Швеции при возведении комплекса Limnologen использовали временное сооружение с тентовой крышей над объектом, которая перемещалась вверх по стальным опорам по мере роста здания (см. рис. 1). Эта вспомогательная конструкция включала в себя и кран-балку с подкрановыми путями, которая использовалась для монтажа элементов здания. Подобное решение, безусловно, усложняет процесс строительства и увеличивает капитальные затраты, но зато гарантирует качество монтажа и предотвращает воздействие влаги на деревянные конструкции.
Другим решением проблемы защиты деревянных конструкций от влаги во время строительства является поставка конструкций на объект в виде объемных модулей, которая была применена компанией Stora Enso при возведении 8-этажного дома Puukuokka в финском г. Ювяскюля.
Отдельно остановимся на проблеме сейсмостойкости высотных зданий из деревянных конструкций. В октябре 2007 года в рамках международного исследовательского проекта в Японии на самой большой в мире платформе для испытаний на сейсмоустойчивость было возведено семиэтажное здание из панелей CLT (рис. 2). Толчки, создаваемые платформой, имитировали подземные толчки, соответствующие зафиксированным при землетрясении в г. Кобе в 1995 году. По результатам этих испытаний был сделан вывод: здания из перекрестно склеенных деревянных панелей обладают достаточной сейсмоустойчивостью, для того чтобы выдерживать удары стихии [7].
Итак, современные массивные деревянные конструкции позволяют возводить безопасные и надежные высотные здания. Однако во многих странах продолжают действовать жесткие ограничения предельной высоты деревянных зданий, не учитывающие современный уровень развития технологий. Как можно видеть на диаграмме, представленной на рис. 3, самые строгие строительные нормы действуют в РФ, где разрешается строить деревянные здания высотой только до трех этажей. А вот в Великобритании, Норвегии и Новой Зеландии высота зданий из деревянных конструкций не ограничена, поэтому неудивительно, что Лондон лидирует по числу деревянных небоскребов, а в Норвегии ведется строительство 20-этажного деревянного здания, которое, несомненно, долго останется самым высоким деревянным небоскребом в мире.
В других же странах увеличение допустимой высоты деревянных зданий еще предстоит лоббировать.
Когда деревянные небоскребы появятся в России?
К сожалению, для того чтобы многоэтажные здания из деревянных конструкций появились в России, необходимо не только изменение нормативной базы. Для того чтобы из таких конструкций в нашей стране стали возводить многоэтажные жилые дома, необходима настоящая революция в сознании заказчиков, инвесторов, строителей и сотрудников надзорных органов.
Тем не менее определенные условия для появления зданий из CLT, пусть и не таких высоких, как за рубежом, есть. В последние годы в России возведено немало объектов, в основном офисных и коммерческих зданий, которые были сертифицированы по BREEAM и LEED - международным стандартам экологически ответственного строительства. И можно утверждать, что в будущем эта тенденция будет только нарастать, что приведет к формированию спроса на материалы и технологии многоэтажного деревянного строительства.
Артем ЛУКИЧЕВ
