Оборудование современных производств деревянных клееных конструкций
Рис. 1. Брус KVH, дуо– и триобалка
Рис. 2. Многослойные элементы для домостроения
За последнее десятилетие в мировой индустрии деревянных клееных конструкций (ДКК) произошли серьезные изменения: по сравнению с началом 2000-х годов перечень продукции намного шире, число предприятий увеличилось, оборудование стало более сложным и автоматизированным, а производственная мощность линий 100-120 тыс. м3 продукции в год перестала быть чем-то недостижимым.
Вопрос, что считать продукцией индустрии ДКК, не так прост, как может показаться. Так, двутавровые балки, получаемые путем склеивания плиты OSB, фанеры и полок из отсортированных по прочности пиломатериалов, могут считаться элементами ДКК, но и по объемам производства, и по особенностям технологии их выпуск уместно отнести к отдельной индустрии. К клееным элементам также принято не относить панели, которые получают сплачиванием деревянных заготовок на деревянных дюбелях, шпонках и металлических штифтах и стяжках, хотя слои таких панелей могут быть изготовлены склеиванием пиломатериалов по длине. Такие технологии во множестве присутствуют на предприятиях стран Центральной Европы (Германии, Австрии, Швейцарии).
Такие разные ДКК
Ассортимент клееной конструкционной древесины ограничен следующими четырьмя группами:
- продукция для малоэтажного домостроения: клееные балки и брусья, конструкционные пиломатериалы KVH, вертикально-слойные элементы;
- элементы большепролетных конструкций: балки (прямые, переменного сечения, криволинейные), элементы рам, арок и ферм;
- панели CLT;
- панели Lignotrend, Lignatur, Kielsteg.
Рис. 3. Пример комбинированного
сечения клееной балки
Это разделение отнюдь не условное, и тенденция специализации предприятий на выпуске продукции определенной группы, наблюдавшаяся в начале нулевых годов, к настоящему моменту усилилась. Так, элементы для малоэтажного домостроения и панели CLT являются продукцией массового спроса, которая производится на предприятиях большой мощности, зачастую входящих в состав вертикально-интегрированных лесопромышленных компаний (Stora Enso, Mayr-Melnhof Holz, Pfeifer Group, Hasslacher Norica Timber, Versowood). Тогда как элементы большепролетных конструкций обычно изготавливаются поштучно на предприятиях довольно небольшой мощности, и зачастую по индивидуальному проекту. Подобные элементы принято называть Ingenieurholz - «инженерная древесина», что отражает превалирование инженерной составляющей над производственной - производство является приложением к конструкторскому бюро, а прибыль предприятия зависит не от количества изготовленных элементов, а от эффективности инженерных решений, что зачастую предполагает минимизацию расхода материала. Подобные производства могут входить в одну группу компаний с предприятиями первого типа (характерные примеры: Hasslacher Norica Timber, Versowood, Rubner Group) и даже находиться с ними на одной площадке, но сочетание производства продукции разных групп на одной линии сегодня становится редким явлением.
Рис. 4. Вертикально-слойная плита и перекрытие из
таких плит
Предприятия, выпускающие клееные элементы по самостоятельно разработанной и запатентованной технологии (Lignotrend, Lignatur, Kielsteg), представляют собой особый тип производств.
Рассмотрим вкратце основные виды ДКК.
Конструкционные брусья KVH (нем. Konstruktionsvollholz) - бруски, доски и брусья цельного сечения, изготавливаемые из пиломатериалов прочностной сортировки, обычно хвойных пород. Сортировка осуществляется визуальным методом по DIN 4074 или EN 338 на классы S7, S10, S13 или С16, С24, С30, либо при помощи машин на классы MS7, MS10, MS13, MS17 или С16М, С24М, С30М, С40М. Пиломатериалы высушиваются до влажности 15%. Бруски и доски обычно реализуются прокалиброванными и оторцованными на стандартную длину (до 5 м). Это продукция обычных лесопильных предприятий.
Брусья (Kantholz) чаще всего сращивают и реализуют в качестве обезличенных заготовок стандартной длины 13-13,5 м. Выпуском подобной продукции заняты как специализированные предприятия, так и многие заводы по выпуску стандартных клееных балок. Многие изготовители предлагают поставку по индивидуальному заказу брусьев требуемой длины (до 18 м) согласно спецификации покупателя.
Некоторые предприятия предлагают брусья сечением до 160 х 300 мм, и этот продукт в малоэтажном домостроении конкурирует с клееными многослойными брусьями, причем довольно уверенно теснит последних, поскольку в большинстве случаев для возведения зданий достаточно использовать брусья KVH.
Для сравнения: объем потребления всех видов клееной многослойной древесины (включая элементы большепролетных конструкций) в Европе в 2013 году составил 2,75 млн м3. В том же году только четыре европейских страны - Германия, Австрия, Швейцария, Франция - потребили около 3,7 млн м3 конструкционных пиломатериалов, склеенных по длине. Причем цена за один кубометр брусьев KVH в последние годы держится на уровне около 300 евро, что лишь на 100-120 евро ниже, чем на клееную многослойную древесину1.
Рис. 6. Профилированный брус для стен и сплошных
перекрытий
Рис. 7. Конструкция перекрытия из панелей CLT в
здании фитнес-центра в Канаде
Рис. 8. Элемент перекрытия Lignotrend (длина до 18 м)
Рис. 9. Элемент стены Lignotrend. Стена утепляется
снаружи
Двух- и трехслойные брусья (нем. Duo-, Triobalken) также являются экономичной альтернативой клееной многослойной древесине. Влажность древесины и классы прочности пиломатериалов такие же, как в случае брусьев KVH. Длина - до 13,5 м. Сечение двухслойных балок обычно ограничено 160 х 280 мм, трехслойных - 240 х 280 мм. Таким образом, толщина слоя достигает 80 мм, что вполне допустимо при числе слоев не более трех. Подобная ситуация наблюдается и в случае с клееными стеновыми брусьями финских компаний: обычно подобный брус независимо от толщины состоит не больше чем из трех слоев.
Клееные балки и колонны для домостроения - многослойные (больше чем из трех слоев) элементы постоянного сечения (ЭПС), ширина которого - до 280 мм, высота сечения - до 700-1000 мм (реже до 1280 мм). Некоторые предприятия ограничивают высоту сечения диапазоном 620-720 мм. В Скандинавских странах и в Северной Америке ширина сечения балок для домостроения значительно меньше, обычно 140-170 мм, встречаются предприятия (например, Lanhshytte Limtrå), которые не выпускают балки с шириной сечения больше 115 мм. Главная особенность ЭПС для домостроения состоит в том, что они могут изготавливаться обезличенно, а не под конкретный проект, и направляться на склад или дистрибьютору, который реализует их поштучно конечным покупателям, а при необходимости раскраивает заготовки на требуемую длину. Обычно складская программа ограничена ЭПС наиболее востребованного сечения, элементы другого сечения можно заказать. Длина клееных балок и колонн, как правило, не более 18 м. Толщина слоя всех многослойных элементов не превышает 45 мм.
Предприятия изготавливают многослойные элементы для домостроения определенных классов прочности. Так, для немецкого стандарта DIN 1052:2008 и общеевропейского стандарта EN 14080 это классы GL 24h, GL 24c, GL 28h, GL 28c, GL 32h, GL 32c, GL 36c. Символ h означает однородное сечение, символ с - комбинированное, из слоев древесины разных конструкционных сортов. Практика сочетания в одном элементе слоев разной прочности существует и в Скандинавии, а американский стандарт AITC-117-2004 рекомендует комбинации, насчитывающие 5-6 сортов в одном элементе!
Вертикально-слойные панели перекрытий (нем. BSH-Deckenelemente, англ. Glulam Decking) получили наибольшее распространение в Центральной Европе и Скандинавии. Панели изготавливаются как обычные балки, но эксплуатируются как плиты перекрытий и покрытий. Эти элементы позволяют перекрывать большие пролеты, обеспечивают хорошую шумоизоляцию перекрытий, упрощают строительный процесс и, кроме того, придают дополнительную жесткость конструкции здания.
Слои в сечении панелей располагаются вертикально, что дополнительно повышает прочность элемента. Толщина, как правило, составляет от 60 до 260 мм, ширина - от 200 до 1200 мм, длина - до 18 м. Для стыкования и точной подгонки элементов на их кромках фрезеруется профиль. Перекрытие, выполненное из подобных панелей, выглядит как сплошная деревянная поверхность. В последнее время подобные панели часто позиционируются и как элементы для стен. Например, они могут навешиваться на колонны и выполнять роль ограждающих конструкций.
Профилированные клееные брусья для стен и перекрытий. Этот, самый популярный в РФ продукт индустрии клееных конструкций довольно популярен и в Центральной Европе, причиной чего является существующая в ряде стран традиция строить дома в стиле шале. Брусья также принято использовать и для создания массивных перекрытий. Стеновые брусья называются Blockbohlen, а брусья для перекрытий - Deckendielen.
Элементы большепролетных конструкций. Это прямые и криволинейные балки постоянного и переменного сечения, колонны, полуарки и полурамы, элементы ферм и оболочек. Ширина сечения элементов обычно не превышает 280 мм, высота сечения - 2800 мм, хотя есть предприятия, выпускающие элементы с высотой сечения до 4000 мм (Hasslacher Norica Timber). Длина элементов заводского изготовления - 36-40 м, однако, с учетом возможности наращивания за счет равнопрочных стыков, в наши дни она определяется исключительно возможностями средств транспортировки. Полурамы все чаще изготавливают составными, из ригеля и колонны, без использования склеивания с гнутьем.
Поперечно-слойные панели CLT (англ. Cross-laminated Timber). Этот материал называется также Brettsperrholz (BSP), Kreuzlagenholz (KLH), X-Lam. Толщина панелей, состоящих из уложенных перпендикулярно слоев досок, от 60 до 300 мм (KLH Massivholz указывает предельную толщину 500 мм), ширина - 2,95-3,2 м, длина - до 20 м. Влажность древесины, из которой изготавливают панели CLT, 12±2%. Число слоев в подобных панелях у большинства изготовителей ограничено семью, у некоторых доходит до одиннадцати. Панели используются в качестве элементов стен и перекрытий домов, в т. ч. многоэтажных. Однако уже известны случаи использования поперечно-слойных панелей взамен традиционных элементов большепролетных конструкций. Так, в конструкции здания UBC Okanagan Fitness Centre в Канаде были применены балки и рамы из панелей CLT компании Structurlam (рис. 7).
В 2013 году в странах Центральной Европы было произведено 550 тыс. м3 панелей CLT. В Северной Америке пока действует только одно производство. Прогнозируется, что мировой рынок поперечно-слойных панелей в обозримом будущем будет расти на 10% в год2.
Элементы Lignotrend и Lignatur представляют направление в производстве панельных элементов стен и перекрытий, для которого характерно создание внутри конструкций камер, используемых для прокладки коммуникаций и заполняемых изоляционными плитами, перлитом или песком для обеспечения необходимых акустических и шумоизолирующих свойств стен и перекрытий. Подобные панели обладают довольно высокими прочностными характеристиками.
Элементы Kielsteg - продукт совмещения технологий производства массивных панелей и двутавровых балок. Стенки изготавливаются из плит OSB или фанеры. Полки из досок образуют сплошную поверхность, которая снизу смотрится как обшитая досками. Длина панелей достигает 35 м. Толщина составляет от 228 до 800 мм. Панели позволяют перекрывать пролеты до 27 м и создавать вынос кровли до 10 м!
Артем ЛУКИЧЕВ
