Почти треть мероприятий, предусмотренных в комплексе исследований деревянных конструкций, посвящена перекрестно-клееной древесине — так называемой CLT (Cross Laminated Timber), широко применяемой для строительства в Европе и Северной Америке.
Повышенное внимание к этой технологии связано с тем, что в этом году вступили в строй первые в России заводы по производству CLT-панелей для деревянного домостроения: завод Segezha Group на площадке Сокольского деревообрабатывающего комбината и предприятие в Ленинградской области.
Однако спрос на продукцию этого и других предприятий сдерживает отсутствие нормативной базы. В настоящее время для строительства даже небольших сооружений с применением CLT требуется разработка специальных технических условий и проведение испытаний конкретных элементов CLT строящегося объекта, что значительно увеличивает стоимость и сроки проектирования и возведения таких объектов.
Как сообщил заведующий лабораторией несущих деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» Павел Смирнов, целью выполнения научно-исследовательских работ по исследованию CLT является разработка методов защиты от воздействия переменных температурно-влажностных условий эксплуатации, исследование длительной прочности для определения корреляционных связей прочностных и упругих характеристик, получение достоверных экспериментальных данных нормативных значений прочности и деформативности узловых соединений, определение динамических характеристик при сейсмических воздействиях и подготовка методик расчета с учетом конструктивных особенностей этого инновационного материала.
Одним из вопросов, которые предстоит решить в ходе исследований, является разработка способов конструкционной и химической защиты CLT от атмосферных воздействий, которым она подвергается в процессе эксплуатации, а также в период хранения на строительной площадке и при проведении монтажных работ. Это позволит обеспечить конструкциям гарантированный срок службы на весь период эксплуатации.
Также ученый отметил, что СП 64.13330.2017 «СНиП II-25-80. Деревянные конструкции» не содержит данных по узловым соединениям CLT на винтах, а СП 299.1325800.2017 «Конструкции деревянные с узлами на винтах. Правила проектирования» требует дополнений, учитывающих работу винтов в кромке CLT. Чтобы развивать нормативную базу в части требований к расчету узловых соединений CLT на винтах, необходимы современные стандартные методы испытаний и методики расчета конструкций из такой древесины.
По словам Павла Смирнова, новая технология с применением CLT позволит строить здания из несущих деревянных панелей и дополнит существующие технологии каркасных и брусчатых деревянных домов. Областью применения перекрестно-клееной древесины станут здания и сооружения, для возведения которых сейчас используются бетонные, каменные и стальные конструкции. Относительная простота монтажа и высокий уровень предварительной готовности конструкций из такой древесины будут способствовать быстрому строительству объектов, что является ключевым преимуществом новой технологии. Кроме того, применение более легких по сравнению с бетоном и каменной кладкой панелей из CLT позволит снизить расходы на фундаменты. Хорошая тепло- и звукоизоляция, а также высокие характеристики огнестойкости — это дополнительные преимущества, которые появятся в результате применения таких панелей в жилых и промышленных зданиях.
Программой исследований предусматривается также проведение огневых испытаний и разработка расчетного метода определения предела огнестойкости конструкций из бруса многослойного клееного из шпона, так называемого LVL (Laminated Veneer Lumber). Как пояснил Павел Смирнов, в данном случае брус — это условное название. На самом деле материал LVL изготавливается в виде плит толщиной 30-100 мм, шириной 1200-1500 мм, длиной 12-18 м. В дальнейшем он раскраивается на элементы стержневых конструкций (брус) или используется как плитный материал, например, в качестве обшивок каркасных плит и панелей.
LVL является практически безотходным материалом, при его изготовлении не используются операции строжки и вырезания сучков. Этот инновационный материал обладает повышенными прочностными характеристиками по сравнению с цельной и клееной древесиной благодаря малой толщине слоя. Он имеет потенциал широкого применения в каркасном строительстве, в том числе многоквартирных и многоэтажных зданий, включая здания в сейсмически опасных районах, может использоваться в качестве ребер и обшивок большеразмерных плит и панелей, эффективен для каркасов производственных и общественных зданий с зальными помещениями. Однако в настоящее время раздел 10 «Пожарно-технические требования к конструкциям из древесины» СП 64.13330.2017 «СНиП II-25-80. Деревянные конструкции» не содержит данных по параметрам горения LVL. Этот пробел в нормативной базе и призвана восполнить научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа (НИОКР), предусмотренная программой исследований.
Снять барьеры в использовании новых материалов и расширить области строительства с применением деревянных конструкций позволит также разработка и исследование панелей на деревянном каркасе с плитными материалами повышенной огнестойкости на кремнийорганических связующих с использованием древесных отходов. В ходе исследований будут получены достоверные экспериментальные данные для назначения нормативных значений прочностных и упругих характеристик трехслойных панелей с новым типом плитного и изоляционного материала.
Павел Смирнов рассказал, что для внешних слоев панелей предлагается применять новый экологичный плитный материал повышенной огнестойкости на основе древесных отходов с использованием кремнийорганического связующего в качестве теплоизоляционного материала — экологически чистый минеральный поризованный композит. В то же время из-за отсутствия необходимой нормативной базы для строительства зданий из панелей, изготовленных с применением новых современных материалов, требуется разработка специальных технических условий и проведение испытаний конкретных типов панелей строящегося объекта. Существующие нормативные документы и стандарты не содержат данных о прочностных, упругих и теплотехнических свойствах материалов, предлагаемых для применения в конструкциях трехслойных панелей, что не позволяет изготавливать и применять панели из новых материалов в практике строительства.
Разработка конструкции трехслойных панелей и современных стандартных методов испытаний по определению их прочностных и упругих характеристик позволит строить каркасно-панельные быстровозводимые здания, в том числе полной заводской готовности, и дополнить существующие технологии производства и строительства каркасных деревянных домов. Областью широкого применения трехслойных панелей с использованием новых экологичных и огнестойких материалов станут каркасно-панельные одноквартирные дома и многоквартирные здания. Применение современных, долговечных, огнестойких и экологичных материалов для конструкции панелей позволит снизить эксплуатационные расходы, обеспечить комфортные условия жизни людей и повысить пожарную безопасность зданий.
В то же время, комментируя программу прикладных научных исследований на 2021 год, руководитель направления большепролетных конструкций санкт-петербургской корпорации «РУСЬ» Вячеслав Груничев заявил «СГ», что разработка новых негорючих материалов на основе древесины — чаще всего композитных — по-прежнему остается актуальной. Кроме того, он отметил, что долгое время определение огнестойкости было возможно только при натурных испытаниях конструкций, и альтернативы этому не было, что, конечно же, тормозило развитие направления.
Последняя редакция СП 64.13330 узаконила расчетную методику определения огнестойкости, что упростило прохождение экспертизы проекта. Но при введении в практику строительства новых материалов почти всегда требуются уточнения по утвержденной методике, связанные с технологическими особенностями этих материалов. 25 % всех мировых лесных ресурсов принадлежит России. Однако использование древесных материалов при строительстве жилья в стране составляет всего 0,003 куб. м/кв. м, что в разы меньше, чем в Финляндии, США или Канаде.