Клееные деревянные конструкции

ИАрхИ ЮФУ Реферат по дисциплине: Конструкции на тему:

Клееные деревянные конструкции Выполнила: Алимова А.К.

Студентка гр. А-45

Проверил: Журавлев А.А.

Ростов-на-Дону

Дерево является древнейшим строительным материалом, практически не изменяющим своей формы при длительной эксплуатации. Многовековой опыт это подтверждает. В середине XX в. произошла настоящая революция в использовании дерева в архитектуре в енязи с открытием высокостойких клеев, дающих возможность получить любую заданную форму в результате усовершенствования деревообрабатывающей техники и улучшения качества самой древесины с помощью химической обработки. Это позволило перейти к индустриально-поточному производству деревянных домов.

Клееные материалы расширили возможности применения дерева: созданы новые конструктивные системы и архитектурные формы, а следовательно, и новая эстетика; увеличилась и сфера применения древесины — малоэтажные жилые дома, общественные здания и некоторые промышленные и сельскохозяйственные сооружения, где дерево используется в несущих и ограждающих конструкциях. Говорить об архитектуре деревянного дома значит — подразумевать и конструкцию, которая определяет архитектурную форму.

История

Рассказ о развитии деревянной архитектуры в нашей стране был бы неполным, если бы мы не упомянули о деревянном строительстве первого десятилетия Советской власти. В те годы были созданы деревянные сооружения, которые расширили представление о возможностях использования дерева как строительного материала. Еще при жизни Владимира Ильича Ленина было построено немало деревянных зданий большой художественной ценности. Новые композиционные решения жилых и общественных зданий были предложены архитекторами И. В. Жолтовским и Н. В. Марковниковым. Высокими художественными достоинствами отличались павильоны И. В. Жолтовского «а ВСХВ-23 — «Шестигранник». «Полеводство», «Триумфальная арка» и другие, где открытые деревянные конструкции, выполненные на классической основе, создавали совершенную архитектурную форму. Жилые дома, выполненные по проектам Н. В. Марковникова, представляют интерес и для современного строительства.

С середины 20-х годов деревянная архитектура развивалась в основном по пути совершенствования конструкций. Так, при строительстве ЦАГИ впервые были использованы дощато-гвоздевые конструкции, получившие широкое распространение в годы первых пятилеток. В последующем на основе таких конструкций были разработаны (Г.Г. Карлсеном, М. Е. Каганом и др.) пространственные дощато-гвоздевые конструкции в виде тонкостенных и ребристых сводов оболочек. Они использовались главным образом при возведении промышленных зданий и имели в то время большое значение. Конструкции были оригинальны, просты в изготовлении и создавали условия для дальнейшего развития отрасли. На высоком художественном уровне выполнены предложенные С. И. Песельником деревянные безметальные кружально-сетчатые своды в «покрытии гидротехнической лаборатории Средволгостроя (1935 г.). Не лишена интереса и новая для того времени брусчатая конструкция безметальной балки на дубовых нагелях пластинчатой формы, которую разработал в 1932 г. В. С. Деревягин. Оригинальностью отличается сооружение, построенное по системе В. Г. Шухова, — башня-градирня на Орской ТЭЦ. Башня в форме сетчатого гиперболоида вращения имела высоту более 35 м при диаметре верхней части 29,3 м и состояла из восьми ярусов.

В 30-е годы были возведены автодорожные мосты из круглых бревен (системы Гау-Журавского) и из пиленых досок на гвоздях (по проекту Ю.С. Львова). В дальнейшем в деревянном мостостроении получили развитие смешанные металлодеревянные системы.

После Великой Отечественной войны развитие деревянной архитектуры было ориентировано на индустриальные методы строительства и на использование клееных конструкций. Создание в Советском Союзе мощной деревообрабатывающей промышленности способствовало развитию деревянных конструкций. Основным их потребителем было промышленное строительство. В этот период из клееной древесины строились главным образом производственные здания химических предприятий, где металлические и железобетонные конструкции подвергались коррозии. Дерево же не реагировало на воздействие химикатов. С начала 60-х годов в СССР уже возводятся большие складские помещения с перекрытиями из клееных трехшарнирных арок пролетом 45 м.

В послевоенные годы клееные конструкции получают интенсивное развитие за рубежом. Архитекторы и инженеры создали не только сложные геометрические формы в виде параболоидов, коноидов, оболочек вращения, но и конструкции, перекрывающие грандиозные пролеты. В 1972 г. ряд олимпийских спортивных сооружений в Мюнхене был осуществлен из клееной древесины, которая становится одним из ведущих строительных материалов.

Применение дерева в архитектуре как способ гуманизации городской среды

Для меня дерево не нейтральная субстанция, для меня это живой материал, по своему строению похожий на человеческие мышцы. А. Аалто [1, с. 130]

Современный высокотехнологичный город является, пожалуй, наиболее ярким примером того, как сильно среда, созданная человеком, может отличаться от естественной. Очень часто эта среда враждебна человеку, недаром в тестах факт проживания в крупном городе уменьшает возможную продолжительность жизни на пять лет. Городская среда испытывает человека «на прочность»: ускоренный ритм жизни, шумы, загрязненный воздух, яркий свет и большой масштаб окружающих зданий формируют постоянный враждебный фон, ответственный за значительную часть стрессовых ситуаций. Расхожий эпитет «каменные джунгли» до сих пор является точной характеристикой большинства крупных городов, и к промышленным мегаполисам это относится в первую очередь. В Уральском регионе при относительно суровом климате и агрессивных техногенных воздействиях проблема создания комфортной архитектурной среды стоит чрезвычайно остро. Одним из методов гуманизации искусственной среды является применение натуральных материалов, в особенности древесины, наиболее близкой человеку психологически. Суть гуманизации среды заключается в создании максимального комфорта и единении человека с природой, как на уровне квартиры, так и на уровне жилого двора, района или всего населенного пункта.

Особую роль древесина стала играть в постройках стиля модерн в связи с его общим тяготением к природным формам, материалам и стремлением к синтезу искусств. Однако подлинное перерождение ожидало древесину в XX веке. Особые качества живого материала обеспечили дереву почетное место в концепции органической архитектуры.

Дерево как материал XX века в органической архитектуре

Наиболее показателен пример применения дерева как материала в финской органической архитектуре. Здесь нельзя не упомянуть творчество Алвара Аалто, для которого одной из важнейших целей являлась, по сути, именно гуманизация городской среды. Финляндия, страна, климатически близкая к Уральскому региону, на момент начала работы Аалто мало отличалась от России по уровню жизни. Тем не менее, там были достигнуты выдающиеся успехи в деле создания комфортной городской среды, гармонично объединяющей архитектурные объекты и природный ландшафт. Богатый опыт, накопленный финскими архитекторами за последние полвека, позволил стране стать одним из лидеров в области ландшафтной архитектуры и в сфере гармонизации отношений человека со средой.

Работы Аалто демонстрируют виртуозное владение деревом. Архитектор применяет дерево как основной конструктивный материал (перекрытие зала городского совета в Сяюнатсало и спортивного манежа в Отаниеми), как облицовочный материал, выявляя его богатые пластические, декоративные и акустические свойства, и, наконец, как средство сближения построек с лесным ландшафтом Финляндии. Он рассматривал дерево как живой материал, наиболее комфортный по своим параметрам для человека. Поэтому особое внимание архитектор уделял поиску новых решений, выявлявших пластические качества древесины. Деревянная мебель, изготовленная из гнутой фанеры и специально обработанных прутков («деревянные макароны»), оригинальные элементы и способы отделки, крупные неразрывно связанные с архитектурой декоративные панно — все это явилось новым шагом на пути превращения дерева в материал современной архитектуры и дизайна.

Использование дерева — один из важных инструментов выявления региональных черт в архитектуре. На Урале существует мощный пласт традиций народного зодчества, который архитекторы просто обязаны использовать для введения в концепцию здания региональных черт, создающих неповторимый облик объекта. Во времена, когда глобализованный мир начинает вновь возвращаться к национальным традициям, впору и нам быть бережливыми.

Дерево в настоящем и будущем

Не следует думать, что древесина, материал с такой долгой историей, ныне отжила свой век и не может конкурировать с новыми индустриальными материалами — железобетоном, металлом и полимерами. Совершенствование технологий обработки, изобретение клеёной и гнутоклееной древесины, пропитка огнезащитными и биозащитными составами вывели древесину на новый уровень, что раскрыло перед архитекторами недоступное ранее богатство современных конструктивных и эстетических решений. В зданиях, выполненных из дерева в сочетании с другими материалами, декоративные качества материалов дополняют друг друга и создают композиционное единство.

По коэффициенту конструктивного качества дерево мало уступает стали, при наличии необходимых технологий и материальной базы его цена также не намного выше. Использование клееных конструкций сняло естественное ограничение древесины — длину ствола. Это позволило перекрывать деревянными конструкциями пролеты до 100 м — такие же, как стальными и железобетонными. Массивные деревянные конструкции достаточно огнестойки и превосходят незащищенные стальные.

Разумеется, два главных недостатка древесины — способность к гниению и горючесть — требуют специальной обработки материала антипиренами и антисептиками, после которой дерево все же должно оставаться экологически чистым, что создает дополнительные проблемы для технологов. Перспективным является нагревание хвойных строительных материалов до температур, при которых происходит спекание смол, содержащихся в древесине, что сводит к минимуму синтетические добавки. Обработка позволяет также сохранить и выявить естественную неповторимую текстуру древесины.

С другой стороны, способность к горению и гниению является отражением вовлеченности дерева в мировой круговорот веществ и свидетельствует о легкости его утилизации. Ведь древесина — единственный полноценный и широко распространенный возобновляемый строительный материал, заготовка которого, при строгом соблюдении норм вырубки и лесовосстановления, наносит меньший экологический вред, нежели, например, выплавка стали или изготовление полимерных материалов.

Использование дерева превосходно вписывается в известную ныне концепцию устойчивого развития городов.

Разумеется, каждый материал имеет собственные границы применимости и свою наиболее подходящую область архитектуры. Для дерева эту область составляет все, что близко человеку по масштабу или призвано создавать его комфорт: интерьерное решение и фасадная отделка жилых и общественных зданий, визуально воспринимаемые конструкции, индивидуальная и малоэтажная застройка, малые архитектурные формы и элементы благоустройства, в особенности на жилых территориях и пешеходных улицах и многое другое. Однако в нашей стране огромный потенциал дерева в данной области используется явно недостаточно. Его областями применения в основном остаются отделка интерьеров, индивидуальные дома «в русском стиле» либо просто непрофессиональные и временные постройки.

При всех своих положительных качествах в России, стране с огромными лесными запасами и внушительным историческим опытом деревянного зодчества, древесина используется далеко не так широко, как достойна. Многие московские архитекторы, такие как А. Асадов, жалуются, что главным препятствием является пожарная экспертиза, которая не позволяет применять дерево в фасадной облицовке и очень предвзято относится к деревянным конструкциям капитальных зданий. Однако, правильно пропитав дерево, можно получить негорючий материал, который сохранит натуральную текстуру, но при этом будет удовлетворять пожарным требованиям.

Качественная обработка необходима и для древесных материалов, использующихся в фасадной отделке зданий, испытывающей воздействие агрессивной городской среды. Не следует забывать и о применении в архитектуре дерева как живого существа, являющегося одним из главных элементов создания благоустроенной, комфортной среды.

Отечественные и зарубежные аналоги

Несмотря на указанные проблемы, в последнее время древесина довольно активно возвращается в российскую городскую среду. Клееные деревянные конструкции повышают зрительный комфорт в зданиях общественного, и в особенности спортивного назначения. Примером могут являться конькобежный центр в Крылатском, аквапарки в Москве, Санкт-Петербурге и Абзаково в Башкортостане, а также целый комплекс деревянных построек для яхтспорта на Клязминском водохранилище. Примером использования дерева для компенсации негативного воздействия техногенной среды и противопоставления ей человека можно считать два пешеходных моста над МКАД, спроектированные в мастерской А. Асадова.

Наиболее часто встречающимися примерами использования дерева в наружном облике зданий в западной архитектуре являются панели, жалюзи, решетки и ограждения террас и лоджий, покрытия террас и пешеходных пространств. Существуют интереснейшие и красивейшие примеры совмещения деревянных конструкций с остеклением (здание Selberd Arkitektkontor AS), что позволяет воспринимать деревянную ажурную вязь из экстерьера, не подвергая ее воздействиям внешней среды. Деревянные конструкции в этом здании крепятся к основным металлическим колоннам и образуют второй слой фасада на относе от стены здания. Также есть примеры с деревянной скатной кровлей, эффектная обрешетка которой видна снаружи через прозрачное покрытие, что применимо на Урале при должном уклоне скатов. Широко распространены клееные деревянные конструкции, в том числе даже в навесах станций железной дороги и наземных линий метрополитена. Перспективной является концепция здания с открытыми во двор деревянными конструкциями и отделкой, в то время как фасад, обращенный к транспортной магистрали, имеет более долговечную облицовку. В Норвегии есть примеры деревянных покрытий набережных, элементов благоустройства из березовых жердей и других экологических материалов. Особый интерес представляет пешеходный мост Леонардо в норвежской провинции Akershus с пластичными клееными арками пролетом 45 м.

Развивая эту идею при проектировании многофункционального жилого комплекса, целесообразно применять деревянную отделку в нижних этажах, отведенных для общественных учреждений и имеющих большую ширину корпуса. В таком случае обеспечивается визуальный комфорт для идущих по тротуару людей, воспринимающих вблизи подробности отделки фасадов одного-двух нижних этажей, в то время как основной объем здания немного отодвинут от красной линии вглубь квартала. Смещение жилых этажей относительно общественных образует вдоль улицы террасу, которой могут пользоваться жители квартир, соответственно, деревянные ограждения террасы и шумозащитные экраны включаются в сферу близкого контакта с человеком.

Дерево может быть широко применено на фасадах и в дворовом пространстве жилого комплекса в виде ограждений и покрытий пола на лоджиях, террасах и участках эксплуатируемой кровли, в виде отделки стен и как материал для разнообразных элементов благоустройства.

Также является глубоко оправданным использование дерева в западной части комплекса, выходящей на набережную реки. При включении этого участка в систему озеленения поймы Исети здесь важно создать наиболее комфортное сочетание общественной функциональной насыщенности и паркового ландшафта. На территории проектируется культурно-досуговый центр, в котором предлагается использовать клееные конструкции, деревянную отделку, покрытия летнего театра и различные элементы благоустройства с применением древесины.

органический архитектура клееный древесина

Клееные деревянные конструкции

В последнее время мы все чаще и чаще наблюдаем возврат к традиционным ценностям. Не обошел такой тренд и архитектуру — древесина отвоевывают нишу, прочно занятую железобетоном с середины 50-х годов прошлого века.

На сегодняшний день в строительстве практически не используется не обработанная древесина — на смену ей пришла клееная древесина, обработанная высокотехнологичными методами с применением станков с ЧПУ, сохраняющими ее экологические свойства.

Клееные деревянные конструкции — это высокоэффективная технология, позволяющая создавать большепролетные конструкции до 60 м в длину, 1 м в ширину и 2,2 м в высоту, уменьшать затраты и сроки строительства, а главное — позволяющая использовать оригинальные архитектурно-дизайнерские решения.

Существует несколько видов клееной древесины, имеющих разное назначение и свойства:

Большепролетные клееные деревянные конструкции (предназначены для создания балок и опор);

Перекрестно клееные деревянные панели (предназначены для создания несущих стен и перекрытий);

Клееный брус (предназначен для постройки домов, бань и коттеджей).

Большинству привычно думать, что сталь и железобетон современные, практичные и самые прочные строительные материалы, но, оказывается, клееные деревянные конструкции и панели ничуть не уступают им, а во многом даже превосходят.

Например, при пожаре одной и той же степени стальные балки разрушаются из-за плавления железа, клееные деревянные балки выдерживают натиск огня, удерживают конструкцию и обгорают только снаружи за то же самое время, сохраняя, таким образом, большую несущую способность во время пожара и, таким образом, предоставляя дополнительное время для эвакуации из здания.

Еще одна интересная особенность древесины — она обладает большим сопротивлением химическому воздействию и не вступает в химические реакции с хранимыми веществами (в отличие от железа) — поэтому все чаще и чаще используется при строительстве складов химических реагентов, удобрений и в других агрессивных средах. Это позволяет увеличить в несколько раз сроки использования таких зданий, чем у традиционно используемых в России.

В бассейнах тоже зачастую используют клееные деревянные конструкции, которые оказываются значительно более практичными во влажном помещении, чем железобетонные балки и перекрытия.

Клееные деревянные конструкции обладают большей несущей способностью и меньшим весом по сравнению с железобетонными аналогами — это позволяет использовать их там, где железобетон становится катастрофически невыгоден — при строительстве пролетов более 9 метров. В этом случае экономия составляет до 30−40%!

Добавьте сюда экологичность — ведь каждый использованный для строительства кубометр древесины сокращает выбросы углекислого газа в атмосферу в среднем на 1,1 т. Если эту цифру прибавить к 0,9 т СО2, которые сохраняются в древесине, то с каждым кубометром древесины будет уменьшен выброс СО2 в атмосферу в целом на 2 т!

Что же получается? Оказывается натуральная древесина, обработанная современными высокотехнологичными методами, превосходит по своим свойствам железобетон? И это действительно так! Но это еще не всё…

Большепролетные клееные деревянные конструкции позволяют создавать действительно оригинальные архитектурные проекты Такие проекты обладают не только незаурядным внешним видом, но и монументальностью.

В Европе уже более 50 лет строят выставочные комплексы, библиотеки, цирки, спортивные сооружения, складские комплексы с использованием таких конструкций, а в последние годы к Европе стала подтягиваться и Россия, и бывшее постсоветское пространство — Украина, Казахстан. И обусловлено это не только возможностью использовать большие размеры и разнообразные формы, но и ценой.

Так насколько выгодно использовать клееные деревянные конструкции?

Привлекательность цен на большепролетные конструкции начинается при проектировании и строительстве пролетов более 9 м — тогда стоимость большепролетной деревянной клееной балки становится на 30−40% ниже, чем стальной.

Итак, клееные деревянные конструкции позволяют:

Создавать оригинальные архитектурные проекты;

Использовать различные формы и размеры;

Делают здания более экологичными и приятными;

Экономят средств при возведении зданий и их эксплуатации.

Пока этот продукт пока не очень типичен для российского рынка. Практически нет специалистов и организаций, которые занимаются такими расчетами. Чтобы сориентироваться по цене можно обратиться непосредственно к производителям или заказать предварительный расчет независимой проектной организации.

В любом случае стоит обратить внимание на этот вид деревянных конструкций — безусловно любой профессиональный архитектор и конструктор должен иметь такой высокоэффективный инструмент в своем арсенале.

Большепролетные клееные деревянные конструкции (БКДК) — монолитная совокупность деревянных деталей определенных параметров и взаиморасположения, соединенных клеевой прослойкой, предназначенная для выполнения несущих, ограждающих и декоративных функций в строительных конструкциях.

Основные виды конструкций с применением клееной древесины:

Балки Рамы Фермы Арки Применение деревянных клееных конструкций в строительстве обеспечивает:

Значительную экономическую привлекательность В большепролетных зданиях использование БКДК позволяет снизить стоимость покрытий на 10−30%, общую стоимость проектирования и строительства на 15−25%, стоимость эксплуатации на 20−70% по сравнению с металлом и железобетоном.

Скорость строительства Высокая заводская готовность деталей в сочетании с высокоразвитой технологией сопряжений позволяют в короткие сроки получить здание, готовое к эксплуатации.

Возможность создания конструкций любых размеров и форм Получение оригинальных архитектурно-дизайнерских решений при отсутствии необходимости в дополнительной отделке.

Возможность перекрытия больших (более 100 м) пролетов при низких нагрузках на опоры и фундамент.

Возможность использования для хранения химически агрессивных веществ. Сроки эксплуатации хранилищ удобрений и химреагентов из БКДК в несколько раз больше, а расходы по эксплуатации значительно ниже, чем у традиционных металлических или железобетонных.

Высокую огнестойкость зданий Низкие скорости обугливания клееной древесины при пожаре (около 0,7 мм/мин) и низкая теплопроводность обеспечивают устойчивость конструкций при пожаре в течение длительного времени. Как правило, расчетные сечения конструкций без дополнительных мероприятий обеспечивают огнестойкость здания не менее 30 мин.

Экологическую чистоту, которая проявляется в более низком расходе энергии на обогрев, в способности дерева влиять на влажность внутри помещения, приближая ее к более благоприятным для человека значениям, а также позитивное психологическое восприятие дерева как естественный материал.

Большепролетные клееные деревянные конструкции (БКДК)

Эти уникальные свойства БКДК определили их массовое использование во всем мире.

Затраты на возведение здания — основной критерий при выборе способа строительства.

При сравнении различных вариантов дерево оказалось чрезвычайно конкурентоспособным как при строительстве, так и при эксплуатации.

Наилучший конечный результат достигается в том случае, когда дерево принимается во внимание на возможно более раннем этапе проектирования Преимущества большепролетных клееных деревянных конструкций (БКДК)

— высокая степень заводской готовности конструкций

— малая собственная масса при высокой прочности

— возможность перекрытия больших пролетов (более 100м)

— возможность создания гнутоклееных элементов (до 30м)

— технологичность изготовления изделий различных габаритов и очертаний

— высокая точность размеров конструкций

— легкость механической обработки

— высокая скорость строительства

— простота сборки и обработки конструкций на строительной площадке

— экологическая чистота, эстетичность и позитивное восприятие натурального материала

— высокие художественные достоинства текстуры

— высокая огнестойкость

— высокая стойкость к агрессивным средам

— высокие теплозащитные свойства и низкая теплопроводность

— высокая сейсмостойкость и радиопрозрачность

— высокие акустические достоинства

— диэлектрические свойства

— отсутствие усадки и растрескивания

— способность удерживать гвозди и хорошая адгезия к клеям

— значительная экономическая привлекательность

— низкие энергозатраты на обработку сырья и изготовления конструкций

— низкие трудозатраты при производстве и монтаже

— низкие расходы на транспортировку, монтаж и эксплуатацию зданий

— внесезонность

— восполняемость сырьевой базы Особым преимуществом строительства с использованием дерева является его скорость.

Сухое строительство в сочетании с высокой заводской готовностью деталей и высокоразвитой техникой сопряжений позволяют в короткий срок получить здание готовое к эксплуатации здание.

Вывод

При изучении материалов о применении древесины в российской и зарубежной архитектуре бросается в глаза недостаточное внимание, уделяемое в России дереву как современному материалу. При должном развитии культуры обработки и соответственном усовершенствовании нормативов древесина во многих областях применения становится гораздо эффективнее других материалов. Дерево оптимально для создания комфортной среды как в интерьере, так и в экстерьере здания. Разнообразие архитектурных форм, создаваемых на основе современных деревянных изделий, поистине бесконечно. Особенно важным становится включение дерева как элемента гуманизации техногенной среды современных городов. Изучение мирового опыта показывает, что использование в пространстве города и полное раскрытие преимуществ дерева как материала и качественного озеленения позволяет значительно повысить уровень комфорта жителей.

1. Гозак А. П. Алвар Аалто / А. П. Гозак. — М.: Стройиздат, 1976.

2. Назарова Ю. Дерево в архитектуре Финляндии / Ю.Назарова. // Стройкомплекс Среднего Урала.- 2007. № 4. — С. 36−39.

3. Лисенко Л. М. Дерево в архитектуре / Л. М. Лисенко. — М.: Стройиздат, 1984 — 176 с.

4. Физкультурно-оздоровительные комплексы Москвы с деревянными стропильными системами покрытий // Современные материалы, оборудование, технологии XXI века.- 2008. № 6. — С. 70−72.

5. Беркович А. Деревянное зодчество старого Екатеринбурга [Электронный ресурс] / А. Беркович // сайт Екатеринбург + Свердловск

6. Иванов В. Гуманизация жилой среды — что это такое? [Электронный ресурс] / В. Иванов // портал Строительный мир

7. Митяшин И. Дерево и архитектурный Интернет [Электронный ресурс] / И. Митяшин // Архитектурный вестник, 2006. № 5 (92)

8. Ты дерево, твое место в саду? Московские архитекторы о месте и роли древесины в современной архитектуре [Электронный ресурс] // Кулиса, 2001. — № 10 (69). — 15 июня.

Приложение