Клееные деревянные конструкции

    Клееные дере­вянные конструкции — это моно­литная совокупность деревянных дета­лей определенных параметров и взаимо­расположения,   соединенных   клеевой прослойкой, предназначенная для вы­полнения несущих, ограждающих и/или эстетических (декоративных) функций в строительных изделиях и конструкциях.
 
Есть своя история
 
    Начало массовому производству КДК в России было положено в 1973 году но пер­вые исследования и даже применение КДК при строительстве некоторых объектов на­чалось с 1942 года. В 70-х в стране уже ра­ботало около 20 предприятий на импорт­ном оборудовании с общей производитель­ностью около 100 тыс. м3 КДК в год. Клее­ная древесина широко использовалась при строительстве зданий сельскохозяйствен­ного назначения, складов минеральных удобрений, общественных зданий. Более 60 складов с пролетом 45 м до сих эксплу­атируется в Березняках Перм­ской области, некоторые — с 1960 года. Срок службы стальной конструкции здесь не превышает 10 лет. Совме­щение высокой химстойкости древесины с высокой прочностью при малом весе обеспечивает КДК эффективность в данной области. В 80-е годы было построено много больше­пролетных спортивных сооружений. Это такие здания, как каток в Архангельске (пролет — 60 м), каток в Твери (пролет — 55 м), а также несколько спортивных мане­жей и залов в Белоруссии.
    Была создана нормативная база, школа проектировщиков и научная часть. Одна­ко позже, в перестроечное время практи­чески все было утрачено, и к 1996 году отрасль почти прекратила свое сущест­вование.
    Тем не менее, в последние годы наме­тились положительные изменения в данной отрасли. Запроектировано и по­строено около 200 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 в Москве (пересе­чение МКАД и Ленинградского шоссе), склад соли в Новокосино (Москва), склад калийных солей (Санкт-Петер­бург), спортивный дворец в Щелково (Москва), аквапарк в Абзаково (Челябин­ская обл.) и др.         Эффективным считается и применение КДК в автомобильном мостостроении. Совместно со специа­листами из Финляндии удалось полу­чить композиционную конструкцию -деревобетонные балки, которые успеш­но применяются для строительства мос­тов и перекрытий пролетом до 18 м.
    В современном строительстве исполь­зуются все основные виды конструкций с применением клееной древесины: арки, балки, рамы, фермы и т. д. Из арочных конструкций следует выделить трехшарнирные арки покрытия катка в Архан­гельске пролетом 63 м, успешно эксплуа­тируемые с 1980 года. Большое количество спортивных сооружений с арками пролетом до 60 м построено в Белорус­сии. В Москве впервые были применены сборные двухшарнирные арки пролетом 45 м с жестким стыком для покрытия кат­ка «Локомотив» в 1983 году. Сборные не­разрезные балки длиной до 100 м с жест­кими стыками на наклонно вклеенных связях впервые использованы в Подмо­сковье при строительстве общественного центра «Липки» (1983).
 
Преимущества и сфера применения
 
    Отечественный и зарубежный опыт позволяет выделить рациональные облас­ти применения клееных деревянных кон­струкций. Вообще такими областями яв­ляются те, в которых с максимальной эф­фективностью используются те или иные достоинства или свойства древесины.
    Из всех строительных материалов дре­весина отличается наиболее высокими эстетическими и экологическими досто­инствами, наиболее выразительной тек­стурой, «теплотой». Такие свойства необ­ходимы в зданиях и сооружениях обще­ственного назначения, в спортивных со­оружениях, где конструкции стремятся оставить открытыми в интерьере. В ряде случаев это позволяет отказаться от обя­зательного, например, для каркаса из ме­талла, подвесного потолка. Стоимость подвесного потолка иногда превышает стоимость несущих конструкций. Поэто­му благодаря эстетическим и акустиче­ским свойствам древесины КДК могут ис­пользоваться открытыми, что обеспечит и экономическую эффективность.
КДК обладают достаточно высокой от­носительной прочностью (коэффициент качества), т. е. высокой прочностью при небольшом весе. Конструкции из КДК в пять раз легче железобетонных, что позволяет существенно снизить рас­ход бетона на фундаменты. Для сравне­ния, вес 1 ms древесины — примерно 500 кг, бетона — около 2500 кг. Этот по­казатель делает КДК более эффективны­ми в сравнении с железобетонными и стальными конструкциями при увеличе­нии пролета. Небольшой вес КДК позво­ляет производить монтаж небольших конструкций без применения тяжелых грузоподъемных механизмов. Это осо­бенно важно при реконструкции зданий путем надстройки мансард. Здесь проле­ты не превышают 15 м и вес арочных или рамных конструкций обычно соста­вляет не более 100 кг.
«Гвоздимость» древесины (способность удерживать гвозди) и хорошая адгезия к клеям позволяет обходиться без сварки в соединениях, что важно также при реконструкции старых зданий, когда свар­ка недопустима.
    Высокая химическая стойкость КДК де­лает их незаменимыми в сооружениях с химически агрессивной средой. Долго­вечность деревянных конструкций на порядок выше металлоконструкций, на­пример, в терминалах для хранения ка­лийных солей или минеральных удобре­ний. Срок службы стальных конструкций в подобных сооружениях не превышает 5-7 лет, деревянных же — более 60 лет. Бессезонность в строительстве из КДК создает дополнительные преимущества при возведении объектов в зимнее время в сравнении с монолитными ЖБК, требу­ющими электропрогрева.
    Экологическая чистота, диэлектриче­ские свойства деревянных конструкций, их высокие теплозащитные свойства ис­ключают возможность промерзания строительных -конструкций, снимают многие проблемы при проектировании опорных и других узлов конструкции. КДК совмещают в себе несущие и тепло­защитные функции. Это, естественно, важно при использовании данного мате­риала в конструкциях стен, перекрытий и полов, т. к. обеспечивается высокая сте­пень комфортности обитаемой среды.
 
Преодолимые недостатки
 
    Обычно считается недостатком древе­сины ее поведение при пожаре. На самом деле деревянные конструкции могут иметь большую стойкость к огню, чем металлические или железобетонные. Так, скорость обугливания древесины состав­ляет примерно 0,7 мм в минуту. Поэтому несложно подсчитать, что, увеличив се­чение конструкции на требуемую вели­чину, можно добиться ее необходимой огнестойкости. В металлических конст­рукциях (несущих) неизбежна специаль­ная дорогостоящая огнезащитная обра­ботка, зачастую превышающая стоимость самой конструкции.
    Известный недостаток древесины — загниваемость — можно легко свести к ми­нимуму или вообще исключить путем пра­вильного проектирования КДК с исполь­зованием конструктивных мер в комплек­се с химзащитой. Основным правилом при этом является доступность конструк­ций для визуального осмотра. Кроме того, они не должны иметь глухих непроветри­ваемых зон, прямого контакта с бетонны­ми или металлическими поверхностями и т.д. КДК не следует также оставлять от­крытыми для воздействия атмосферных осадков и солнца. Температурные дефор­мации древесины вдоль волокон практи­чески отсутствуют, что снимает проблему деформационных швов в зданиях.
    В мансардном строительстве КДК ока­зываются наиболее эффективными бла­годаря целому ряду особенностей, кото­рые должны быть использованы при про­ектировании. Одной из них, как упоми­налось, является возможность сборки каркаса мансарды вручную или с помо­щью простейших механизмов: лебедок, талей и т. п. При этом вес элементов не превышает 100-130 кг. Такие элементы позволяют перекрывать пролеты до 12-15 м. Кроме того, обеспечивается вы­сокое качество поверхностей КДК, чтобы они были обязательно открытыми в ин­терьере помещений мансарды.
    Вне помещения (на открытом воздухе) несущие КДК должны быть закрыты от прямых солнечных лучей и от воздейст­вия осадков.
    В случае, когда необходимо повышен­ная огнестойкость, например в лестнич­ных пролетах, КДК могут быть обшиты цементостружечными или гипсокартонными плитами.
    В последнее время для соединения КДК в узлах используются соединения на наклонно вклеенных стержнях, име­ющие наибольшую прочность и жест­кость из всех известных видов. Они поз­воляют получить равнопрочные по се­чению стыки и узлы для несущих конст­рукций пролетом до 100 м и более без всяких видимых снаружи элементов и увеличения сечения.
    Специальное исследование по сравне­нию свойств клееной и цельной древеси­ны провели в Костромском государст­венном технологическом университете. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что прочность клее­ных изделий выше, чем у образцов из цельной древесины. Причем, чем больше слоев, тем выше прочность. Это объясня­ется тем, что в результате склеивания от­дельных деталей под давлением про­изошло, во-первых, уплотнение древеси­ны (плотность образца пятислойной конструкции на 22,1% больше плотности образца из цельной древесины), во-вто­рых, прочность увеличивается за счет свойств клея. Кроме прочностных пока­зателей, клееная древесина имеет более высокий предел огнестойкости.
 
Дерево лучше
 
    Клееная древесина благодаря многим достоинствам, позволяющим ей успешно конкурировать со стальными и железобе­тонными конструкциями, применяется в зданиях и сооружениях различного на­значения, возводимых по типовым и ин­дивидуальным проектам. Так, технико-экономические расчеты показывают, что применение КДК взамен железобетон­ных в покрытиях пролетом 12-24 м дает снижение расхода стали на 20-24 кг/м', цемента на 30-35 кг/м2 и массы конст­рукции в 4-5 раз. Применение 1 м5 клее­ной древесины заменяет 0,5-1,0 т стали. При увеличении пролета покрытий эти показатели еще увеличиваются в пользу КДК. Характерно то, что даже в странах, бедных лесом, считают эффективным производство клееных конструкций с ис­пользованием привозной древесины.
Ряд таких свойств клееной древесины, как относительно высокая прочность и огнестойкость, возможность придания конструкциям любой формы, позволяют создавать разнообразные архитектурные решения зданий высокой эстетической выразительности. В наибольшей степени это проявляется в большепролетных пространственных покрытиях зданий, по строительству которых накоплен значи­тельный опыт за рубежом.
 
Признаны во всем мире
 
    Клееные деревянные конструкции за последние три десятилетия получили широкое распространение во многих странах, особенно в США, Германии, Франции, Швейцарии, Скандинавских странах.
    Основная область применения про­странственных КДК — покрытия общест­венных зданий, таких как: крытые ста­дионы, катки, бассейны, рынки, выставочные залы, церкви, клубы и т. д. О ши­роком применении клееных деревянных конструкций в общественных зданиях говорит тот факт, что в Германии 66% спортивных зданий и 25% зданий па­вильонного типа возводится с примене­нием таких конструкций. Такое же соот­ношение спортивных зданий и павильо­нов отмечается в Швейцарии.
    Использованию древесины при строи­тельстве церквей, клубов, ресторанов и др. способствуют богатейшие возможно­сти клееных конструкций в стилеобразовании и в создании прекрасных интерье­ров, не требующих дополнительной от­делки дорогостоящими материалами.
    Особое место при производстве клее­ных конструкций занимают мосты и пе­шеходные переходы. В основном дере­вянные мосты являются пешеходными, однако значительное их число предна­значено также для проезда транспорт­ных средств. Конкурентоспособность де­ревянных конструкций мостов объясня­ется рядом их серьезных преимуществ перед стальными и железобетонными: сравнительно малая масса конструкций, высокая коррозионная стойкость, долго­вечность, низкая эксплуатационная стои­мость. Результаты технико-экономиче­ского анализа, проведенного в США, по­казывают, что стоимость деревянных мостов с учетом эксплуатационных рас­ходов более чем в два раза ниже стоимо­сти железобетонных и стальных мостов.
    В последнее время во многих странах (в том числе и в России) большой попу­лярностью пользуются дома из клееного бруса. В этих домах сочетаются достоин­ства цельного природного дерева и по­вышенная заводская готовность конст­рукций, гарантирующая высокое качество. Особое место в строительстве этих домов занимают Канада и Финляндия, экспортирующие свою продукцию в большинство стран Европы.
    Таким образом, можно сделать вывод о том, что в настоящее время внедрение деревянных конструкций в мире идет бурными темпами и постоянно совер­шенствуется.