В статье мы рассмотрели современные тенденции использования древесины в строительстве, примеры многоэтажных деревянных зданий, определили технические и конструктивные аспекты строительства из дерева. А также рассмотрели перспективы и вызовы, стоящие перед распространением дерева как строительного материала для многоэтажных зданий.

Ключевые слова : деревянное строительство, многоэтажные деревянные дома, дерево, строительство.

In this article, we reviewed modern trends in the use of wood in construction, examples of multi-story wooden buildings, identified technical and structural aspects of wood construction. We also reviewed the prospects and challenges facing the spread of wood as a building material for multi-story buildings.

Keywords: wooden construction, multi-storey wooden buildings, wood, construction.

Введение

Российская Федерация владеет внушительными запасами леса, что могло бы позволить ей развивать строительство с использованием дерева в качестве одного из основных материалов, но строительство домов из древесины было ограничено строгим регламентом — не выше трех этажей и не более 500 м2 общей площадью. Аналогичные ограничения раньше существовали и на территории стран Европы, но после возникновения проектов высотного деревянного строительства, их защиты, экспертизы и некоторых экспериментальных исследований, возникла необходимость в пересмотре нормативных требований для высотного деревянного домостроения, что и было выполнено в странах, которые реализовывают подобного рода проекты. Это дало, своего рода, стимул для застройщиков использовать древесину в качестве основного строительного материала. [1]

Таким образом, целью данного исследования является доказательство эффективности, экономической и эксплуатационной пользы данного материала, а также анализ методов строительства деревянных домов, уже существующих. На основе этих данных мы можем сделать дерево более привлекательным для проектировщиков и застройщиков при строительстве многоэтажных зданий.

Деревянное зодчество включает разнообразные подходы и технологии, основанные на использовании традиционных и современных методов обработки древесины. Традиционные подходы предполагают ручную работу с использованием пил, топоров, гвоздей и деревянных соединений, таких как шипы и пазы. Современные технологии включают применение высокоточного оборудования, такие как компьютерное проектирование (CAD) и автоматизированные станки, что повышает точность и ускоряет процесс строительства. Также популярны технологии клееных брусьев, каркасных конструкций и модульных элементов, обеспечивающих экономию времени и ресурсов. Важно отметить использование экологически чистых материалов и методов для сохранения природных ресурсов и повышения энергоэффективности зданий.

Современные тенденции в использовании древесины в строительстве

Современное деревянное строительство активно использует инновационные материалы и методы. Например, использование клеёного бруса и CLT-панелей, термомодифицированной древесины и интеграции инженерных коммуникаций с учётом особенностей древесины.

Особое значение приобрели современные системы соединения древесных элементов: клеевые соединения, Эксцентриковые стяжки (минификсы), Конфирматы, Технология CLIX. Система пластиковых клиньев и металлических штифтов, позволяет быстро собирать конструкцию без инструментов, Системы скрытого монтажа, например, система DOMINO с бисквитными шпонками, которая создаёт практически невидимые соединения с высокой прочностью.

Эти технологии позволяют создавать более прочные и долговечные конструкции, а также ускоряют процесс сборки. Развитие технологий химической обработки древесины, таких как пропитки и огнебиозащитные составы, повышает стойкость материалов к внешним воздействиям и продлевает срок эксплуатации изделий. Современные технологии позволяют также использовать в строительстве отходы древесины, что способствует рациональному использованию ресурсов и снижению экологической нагрузки.

Таким образом, развитие технологий обработки и соединения древесины способствует расширению ее применения, повышению экологической устойчивости и созданию более надежных и экономичных конструкций.

Рис. 1. Экологические преимущества использования деревянных конструкций [5]

Примеры современных многоэтажных деревянных зданий

Brock Commons Tallwood House (Канада)

Высота: 18 этажей (~53 м). Использованные материалы: CLT (Cross Laminated Timber), GLT (Glue-Laminated Timber), деревянные стойки и полы. Технологии: комбинирование CLT и GLT, использование металлических соединений для укрепления конструкций. Особенность: комплексный подход к подкреплению деревянной структуры железобетонными фундаментами и этажами для повышения пожарной, сейсмической и структурной безопасности

HoHo Tower Wien (Австрия)

Высота: 84 метра, 24 этажа. Использованные материалы: CLT, GLT, деревянные фасады. Технологии: интеграция с железобетонным фундаментом, сложные соединения древесины. Особенность: один из самых высоких деревянных зданий в мире, использование в фасадах высокотехнологичных деревянных элементов и современных систем мониторинга.

Mjøstårnet (Норвегия)

Высота: 85,4 метра, что делает ее одним из самых высоких деревянных зданий в мире. Технологии: главным образом клееный брус и CLT-панели.

Эффективность современных деревянных конструкций: Высокая экологичность — снижение выбросов CO2 в сравнении с бетонными и стальными аналогами благодаря использованию возобновляемых ресурсов; Быстрота строительства — модульные элементы позволяют ускорить процесс возведения здания; Легкость конструкции — облегчает фундаментные работы и снижение затрат; Возможность рекультивации — дерево легко поддается демонтажу и повторному использованию

Соответствие и отличие от традиционных методов:

Традиционное деревянное зодчество в России и Европе было преимущественно одно- или двухэтажным, с использованием бревен и досок без сложных и массивных связей.

Современные же технологии позволяют возводить многоэтажные здания из дерева, что раньше было невозможно из-за ограничений по пожарной безопасности, несущей способности и сейсмостойкости.

В итоге, новая архитектура на базе деревянных технологий совмещает эстетические и экологические ценности традиционного деревянного зодчества с требованиями современной урбанистики и безопасности.

Технические и конструктивные аспекты

Технические и конструктивные аспекты деревянного зодчества в многоэтажных зданиях являются важной областью инженерных исследований и проектирования. Они включают разработку современных строительных моделей прочности, учитывающих особенности деревянных конструкций в условиях высотного строительства.

Для описания прочности конструкций из древесины в строительстве используют вязкоупругие модели, которые комбинируют пластические и упругие деформации. Среди них — модели Максвелла и Кельвина-Фойгта, а также некоторые другие подходы, такие как модель повреждённого вязкоупругого материала (DVM). Она объединяет теории вязкоупругости и механики разрушения, учитывает растрескивание древесины.

Прочностные характеристики и устойчивость строительных конструкций из древесины сохраняются гораздо дольше, по сравнению с другими материалами. Современные стройматериалы из дерева дополнительно обрабатываются антипиренами в условиях завода, что позволяет свести показатели их горючести к минимуму. [2]

Влияние методов деревянного зодчества на экологичность проявляется через использование натуральных и возобновляемых ресурсов, снижение энергозатрат на производство и монтаж конструкций, а также уменьшение углеродного следа. Современные технологии, такие как клееный брус и модульные системы, позволяют создавать масштабные здания с минимальной экологической нагрузкой, способствуя развитию экологического строительства.

Перспективы и вызовы

Строительство многоэтажных зданий из дерева обладает значительным потенциалом для масштабирования благодаря современным технологиям, таким как CLT и другим композитным деревянным конструкциям. Эти материалы позволяют создавать надежные и устойчивые конструкции, что открывает возможности для массового внедрения в жилом, коммерческом и административном строительстве. Коммерциализация таких проектов может значительно снизить сроки и затраты на строительство, а также расширить географию применения, особенно в регионах, где традиции и материалы позволяют развивать деревянное строительство.

Древесина является конкурентной альтернативой металлу и бетону в качестве строительного материала. Таким образом, деревянное высотное строительство открывает новые рыночные возможности для индустрии строительства, вносит вклад в развитие лесной отрасли и способствует решению ряда экологических проблем человечества. [3]

В настоящее время огромное количество необработанной древесины в России идет на экспорт, тогда как освоение технологии производства современных и разработка новых типов клееных деревянных конструкций, а также развитие методики расчета и практики применения этих конструкций в строительстве может вывести Россию на лидирующие позиции в мире в области строительства с применением КДК. [6]

Дерево как возобновляемый ресурс обладает низким углеродным следом в процессе производства и эксплуатации. Строительство из дерева способствует снижению выбросов CO₂ благодаря поглощению углерода деревьями и меньшему количеству цементных и сталелитных компонент во структурах. Экономические преимущества включают уменьшение затрат на материальные ресурсы, снижение времени строительства и энергоэффективность зданий благодаря хорошей теплоизоляции. В целом, применение деревянных конструкций способствует созданию экологически устойчивых и энергоэффективных зданий.

Основные трудности связаны с отсутствием унифицированных стандартов и нормативных актов, регулирующих строительство многоэтажных зданий из дерева. Сложности возникают при сертификации материалов и конструкций, а также при получении разрешительной документации. В большинстве стран нормативные базы еще не полностью адаптированы под современные технологии деревянного строительства, что может тормозить развитие сектора и увеличивать риски для инвесторов и застройщиков. Необходимы согласованные стандарты, которые обеспечат безопасность, качество и экологическую ответственность таких конструкций.

Широкое применение и внедрение деревянных конструкций в России сдерживается отсутствием нормативных документов по их проектированию и существующий запрет на возведение зданий выше 3 этажей. На данный момент, в России разрабатывается 2 новых свода правил по возведению многоэтажных деревянных зданий, что делает строительство многоэтажных зданий из CLT-панелей очень актуальным в будущем. [4]

Заключение

Несмотря на существующие вызовы, перспективы развития многоэтажных зданий из дерева выглядят многообещающе, особенно в контексте глобальных тенденций экологической ответственности и инновационных технологий в строительстве. Внедрение современных нормативных актов и развитие сертификационных процедур станут ключевыми факторами для более широкого применения деревянных конструкций на рынке недвижимости.

Таким образом, нужно вести работу над развитием нормативной базы деревянного строительства, т. к. дерево, являясь возобновляемым, экологическим, энергоэффективным и перерабатываемым материалом, не раскрывает весь свой потенциал в качестве строительного материала на данный момент.

Литература:

1. Сливец Е. П. Перспективы использования деревянных конструкций в высотном домостроении // Вопросы развития современной науки и техники. 2021. № 5. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-ispolzovaniya-derevyannyh-konstruktsiy-v-vysotnom-domostroenii (дата обращения: 30.05.2025).
2. Бойтемирова И. Н., Паутова Е. П., Артамонова Е. А. Многоэтажное деревянное строительство // Россия: тенденции и перспективы развития. 2021. № 16–2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mnogoetazhnoe-derevyannoe-stroitelstvo (дата обращения: 30.05.2025).
3. Коновалов Д. Ю. Преимущества высотного деревянного строительства // Форум молодых ученых. 2018. № 2 (18). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/preimuschestva-vysotnogo-derevyannogo-stroitelstva (дата обращения: 30.05.2025).
4. Косов И. И. Деревянные панели CLT в строительстве общественных зданий // Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral». 2019. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/derevyannye-paneli-clt-v-stroitelstve-obschestvennyh-zdaniy (дата обращения: 30.05.2025).
5. Афонин В. С. Перспективы строительства и развития архитектуры многоэтажных деревянных гражданских зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2023. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-stroitelstva-i-razvitiya-arhitektury-mnogoetazhnyh-derevyannyh-grazhdanskih-zdaniy (дата обращения: 30.05.2025).
6. Беляева З. В., Разводов Р. И. Эффективность применения клееных деревянных конструкций в современном строительстве // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2019. № 1 (40). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnost-primeneniya-kleenyh-derevyannyh-konstruktsiy-v-sovremennom-stroitelstve-1 (дата обращения: 30.05.2025).