Актуальность темы исследования. Древесина является древнейшим и одним из самых первых строительных материалов, используемых человеком, возможности ее реализовались на различных этапах эволюции человеческого общества в зависимости от соответствующего уровня развития производительных сил, постепенно раскрывались все полнее по мере их совершенствования.

Самовозобновляемость лесных ресурсов, высокие показатели прочности и жесткости, экологическая безопасность, отличные акустические и технологические качества древесины, эстетические свойства, простота в обработке, минимум затрат энергоемкости при выпуске строительной продукции – главные положительные качества. Материалы из древесины занимают передовые позиции большой тройки мирового потребления материалов и занимает ведущие позиции в цепочке: дерево-цемент-металл.

В настоящее время деревянная архитектура возвращает свои позиции в сфере домостроения как альтернатива (замена) железобетону и металлическим конструкциям. В странах Европы и Северной Америке идет переход к экологически чистым материалам, к снижению энергопотребления и выбросов углекислого газа в атмосферу (CO2), поэтому в этих странах началось многоэтажное деревянное строительство «Plyscraper».

Так, к примеру, в Евросоюзе была разработана программа под названием «Деревянная Европа», в рамках которой планируется до 2020 года увеличить долю жилой недвижимости из дерева, которая в итоге должна составить не менее 80 %. В некоторых странах ЕС уже сегодня деревянное домостроение достаточно развито: в Финляндии доля деревянного строительства достигает 40-90%, в Швеции – 78%, в Австрии – 30 %, в Германии – 15-20 % [95].

Современные многоэтажные деревянные здания (деревянные и гибридные: каркасные, модульные, панельные) — легко и быстро возводимые, экологически чистые, морозостойкие, отвечают всем требованиям и стандартам безопасности, характеризуются благоприятным микроклиматом помещений, хорошо сохраняют тепло и регулируют уровень влажности.

Согласно выводу комиссии ООН: «Человечество способно сделать развитие устойчивым, обеспечить удовлетворение нужд настоящего, не подвергая риску способность будущих поколений удовлетворять свои потребности» [21]. Существует много положительных факторов, которые способствуют устойчивому развитию многоэтажных деревянных зданий, которые могут предложить ряд важных экономических и экологических преимуществ, что в конечном счете сыграет важную роль в будущем. Следует учесть то, что при изготовлении деревянных материалов и конструкций потребляется значительно меньше энергии, что в свою очередь, помогает избежать лишних выбросов в процессе их производства, так как используются возобновляемые природные ресурсы. Идеи создавать подобные здания возникают в связи с необходимостью улучшения экологического состояния окружающей среды, энергосбережения и очищения атмосферы от углекислого газа.

Актуальность исследования связана с применением новых технологий в проектировании многоэтажных деревянных зданий и необходимостью теоретического осмысления задач и последующего развития наиболее перспективного вида строительных конструкций из древесины.

Научная новизна. Впервые исследована архитектура современных многоэтажных деревянных зданий в соответствии с основными закономерностями устойчивого развития.

В диссертационном исследовании впервые в отечественной науке поднимаются вопросы по возведению высотных деревянных построек, их историческая значимость для народа, истоки деревянного зодчества, современные деревянные здания, что в конечном итоге определяет степень новизны данной проблемы в архитектуре.

Состояние и степень изученности. Диссертационное исследование основано на трудах зарубежных и отечественных авторов:

  • по истории развития деревянной архитектуры: Радина М., А. Иванова А.П. [1], Селин А. [2], Шубина Е.В., Гавриков Д.С. [4, 6], Маркузон В.Ф. [5], Мезенцев С.Д. [6], Бартенев И.А. [11], Орлова Е. Г. [12], Киричков И.В. [14], Lam , He M., Yao C. [15], Nakahara K., Hisatoku T., Nagase T., Takahashi Y. [16], Пилявский В.И., Тиц А.А., Ушаков Ю.С. [17], Ащепков Е. [18], Байтенов Э.М. [22], Глаудинова М.Б. [24], Глаудинов Б.А. [25,26,27], Туякбаева Б.Т. [32], Малиновская-Рюнтю Е.Г. [33].
  • по проектированию жилых и общественных многоэтажных деревянных зданий: Green M., McNat M., Chow L., Foit J. [10,21], Stireciu C. [36], Abrahamsen R. B. [38], Попов А.Ф. [44], Meleki H., Asiz A., Smith I., Gagnon S., Mohammad M. [86], Bauer M., Mosle P., Schwarz M. [91], Boonyatikarn S. [92],
  • по архитектурным материалам и конструкциям: Байер В.Е. [43], Карунас О.А., Чернова К.В., Елькина И.И. [45], Иванова. Ж. В [58], Melzerová , Kuklík P. [89], Gečys T., Daniūnas A. [90], Kim J.J., Rigdon B. [93].
  • по противопожарным мероприятиям: Van De Kuilen J.W.G., Ceccotti A., Xia Z., He M. [87], Wei P., Long-huab , Rui-xin Y., Qing-feng L., Fei T., Yong X., Li- yuan W. [88].

Целью исследования является выявление особенностей архитектурно- планировочных и конструктивных решений многоэтажных деревянных зданий типа Plyscraper.

Задачи исследования:

  • исследование исторического мирового опыта строительства деревянных зданий;
  • исследование современной архитектуры деревянных многоэтажных зданий;
  • выявление основных характеристик инновационного высотного строительства из дерева;
  • определение характеристик устойчивого развития Plyscraper;
  • определение перспектив развития архитектуры

Объектом исследования является архитектура многоэтажных деревянных зданий.

Предметом исследования являются принципы формирования архитектуры, ее конструктивная часть, технологии возведения деревянных зданий.

Границы исследования. Исторические границы: современный этап развития архитектуры Plyscraper в разрезе ретроспективы деревянного зодчества в странах мира и в Казахстане;

Географические границы обусловлены регионами формирования и распространения Plyscraper (Канада, Западная Европа, США)

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Теоретическая и практическая значимость. Результаты данной работы могут быть использованы:

  • в учебном процессе: внедрение в дисциплины «Архитектурное проектирование», «Дипломное проектирование», «Архитектурная типология», «Архитектура».
  • в научной сфере: в исследованиях по современной архитектуре.
  • в реальном проектировании в качестве рекомендаций по перспективному возведению многоэтажных деревянных зданий (учет требований экологичности, сейсмоустойчивости, экономичности)

Методика исследования. Изучение существующего мирового опыта, сравнительный анализ основных характеристик Plyscraper.

Положения, выносимые на защиту:

  • анализ исторического опыта строительства высотных деревянных зданий;
  • особенности архитектурно-планировочных решений жилых и общественных многоэтажных деревянных зданий;
  • принципы проектирования многоэтажных деревянных зданий, с учетом сейсмоустойчивости и противопожарной безопасности;
  • определение устойчивого развития деревянного домостроения, с точки зрения экономики, экологии и энергосбережения.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертации апробированы в виде двух научных статей и были опубликованы: 1. «Взаимодействие формы и конструкции в деревянной архитектуре» — Теория и практика современной науки. Международный научно-практический журнал. Выпуск № 3(9), март, 2016; 2. «Архитектура высотных деревянных зданий: современный мировой опыт» — Международная научно-практическая конференция им. В.Татлина «Реабилитация жилого пространства горожанина», 15-17.02.2016. – Пенза: ПГУАС, 2016.

Объем и структура диссертации отражают взаимосвязь и соответствуют последовательности решения поставленных целей и задач. Структура работы состоит из введения, трех глав текста с иллюстрациями, заключения, пяти приложений и списка используемой литературы.

Основная часть

В первом разделе «Исторический обзор развития деревянной архитектуры» рассматривается развитие деревянной архитектуры c VII в. по XX в.

Испокон веков дерево считалось самым легкодоступным материалом в строительстве. Как началась история архитектуры – так и началось строительство из дерева. На территории многих государства имеются леса. А лес давал доступный, податливый строительный материал, из которого и возводились постройки.

Использование древесных материалов в строительстве стало возможным благодаря созданию каменного рубила, а чуть позже и каменного топора, с помощью которого можно было рубить не только тонкие стволы деревьев, но и толстые бревна. Обычное, ничем не обработанное дерево (сосна, лиственница, кипарис и т.д.) применялось при строительстве различных построек и до сих пор надѐжно функционирует. А в ряде стран с тѐплым и влажным климатом деревянные строения и вовсе являются древнейшими из существующих.

Традиции деревянной архитектуры в Европе. В архитектуре средневековой Европы широко использовались деревянные каркасные конструкции – фахверки. Фахверк появился в XIV-XV веках на территории современной Германии и сразу же стал популярным в Европе. Такое строение представляло собой очень сложную структуру вертикально- горизонтального каркаса балок с заполнением (глина, камень, кирпич). Можно выделить некоторые переходные формы, новые технические идеи. В эпоху средневековья во многих европейских городах развивается технология возведения многоэтажных домов, порой достигавших 5-7 этажей, в которых помимо этого имелись чердачные этажи. В настоящее время сохранилась лишь некоторая часть многоуровневых домов средневековой архитектуры, в основном, типа «готикхаусов», построенных старым столбчатым методом и относящихся к XIV-XV вв.

Кроме Германии, фахверковые постройки возводились на  исторических территориях современной Прибалтики, Скандинавии, Дании, Голландии, Польше, Чехии. В некоторых районах Швейцарии, фахверкхаус трансформировался в такой своеобразный архитектурный стиль, как «шале». Европейские фахверки различались по стилю и по местным особенностям отдельных стран. Например, в Германии на фасадах домов часто присутствует уникальный орнамент, а в Англии здания имеют своеобразный вертикально-полосатый вид. Единственное что не менялось — конфигурация фахверка.

Также в Европейских странах кроме фахверковых, строились полностью деревянные здания. К примеру, в скандинавских странах был распространен тип деревянных средневековых храмов — ставкирки, или по- другому каркасные, мачтовые церкви.

В XI-XVI вв. в Норвегии было возведено приблизительно 1700 ставкирок, некоторые из которых были построены на месте более старых храмов. Конструкции некоторых ставкирок могут включать в себя более чем 2000 элементов. Конструкция церкви опирается на 4 горизонтальных деревянных лежней (бруса), расположенных на каменном фундаменте. По углам они скреплены внахлѐст и образуют в плане прямоугольник завершающийся 8 выступающими декоративными элементами. По  периметру прямоугольника установлены вертикальные столбы, соединѐнные друг с другом брусьями. В более ранних постройках эти стойки зарывались в землю, что приводило к быстрому гниению. Дополнительно в местах пересечения лежней устанавливались столбы, пространство между которыми было обшито.

В Румынии существует другой тип деревянных церквей в области Марамуреш (Карпаты, Румыния). Они представляют собой группу из 8 Православных церквей различного периода и которые выполнены в различных архитектурных стилях. Эти культовые сооружения были возведены с XVII в. по XVIII в. В основном для строительства использовались бревна. До наших дней лишь уцелело 42 деревянных построек в румынской части Марамуреш и только 8 из них были включены ЮНЕСКО как объекты Всемирного наследия. До недавнего времени монастырь Barsana считали самой высокой деревянной постройкой в Европе, достигающей 56 метров в высоту, расположенной на холмистой местности Марамуреш в Северной Трансильвании. Этот женский монастырь был построен в 1720 г., который входит в группу из 8 православных церквей. Этот монастырь был воссоздан в посткоммунистических годы и стал значительной частью для культуры и религии.

Традиции деревянной архитектуры в Юго-Восточной Азии. Особый вклад в развитие деревянного зодчества внесли традиции Китая и Японии. Вероятней всего, прообразом для всех общественных и культовых зданий послужил традиционный жилой дом – павильон. Он во многом за счет особенностей конструктивной и планировочной структуры, предопределил стилистику архитектуры Дальнего Востока. Несмотря на эстетическую особенность каждой страны, именно в Китае насчитывается несколько вариаций форм подобных сооружений: тай, дянь и лоу.

В аспекте развития высотной деревянной архитектуры наиболее показателен пример культовых башенных построек – пагод, которые называют «столпами деревянной архитектуры Азии».

Китайские пагоды имеют деревянный каркас, где несущими элементами являются балки и колонны. Существуют пять типов деревянных колонн: карнизные, «золотые», внутристеновые, центральные и малые колонны.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

Архитектурный стиль пятиэтажной пагоды был ввезен в Японию из Индии через Китай в 6 веке. Пятиярусная пагода Хорюдзи является ярким тому примером. Эта постройка считается самой старой деревянной пагодой в Японии, которая была восстановлена в 711г. н.э. после того, как подлинная строение было утрачено в пожаре. Она имеет общую высоту 32,55 м от ее вершины до основания подиума или 107.44 shaku, более старой единицы измерения в Японии.

Традиции деревянной архитектуры в России. Исключительное место в истории русской архитектуры, в стране, где просторы так богаты лесами, занимает деревянное зодчество. Основываясь на большом опыте и мастерстве в строительстве, русские зодчие создавали и возводили разнообразные по своим формам и типам культовые сооружения. Структура построек использовалась повсеместно, еще задолго до появления первых церквей и храмов на Руси. Веками складывались и «вынашивались» строителями типы деревянных храмов «клетью», «столпом», «шатром», «кубоватые», «ярусные», «многоверхие» и другие, достигающие в ряде случаев изумительного совершенства в конструктивном и композиционном отношении.

Несущие конструкции храмов строились по такому же принципу как у избы. Отличалась только конструкция кровли. Таким конструкциям крыши придавалось криволинейная форма с килевидным скатом. Нередко жилища имели восьмикратную кровлю (с фронтонами на каждую сторону).

Центрические в плане постройки (четвериковые, восьмериковые) малой высоты перекрывались по типу пирамиды «в реж», что именовалось «колпаком» (хоромы, «повалуши»), а высотные — шатром (крепостные башни, храмы). Над четвериковыми срубами (реже — восьмериковыми) использовался еще один вариант восполнения — «куб» (кубоватая кровля) — шатер с криволинейными формами, ассоциирующийся с бочкой.

Такие произведения русского церковного зодчества, как погосты (Кижский, Чухчерьминский, Кондопожский, Юромский, Великодворский) представляют собой высокохудожественные архитектурные комплексы. Разнообразные формы деревянных храмов ведут свое начало от простой избы-клети, перекрытой двускатной крышей, на которой водружалась небольшая главка с крестом.

Традиции деревянной архитектуры ХХ в. Есть много существующих примеров промышленных, офисных и жилых зданий еще начала XX века по всему миру, несущие конструкции которых выполнены из дерева, однако относительно недавно, в мировой строительной отрасли вновь начали использовать древесину для строительства многоэтажных зданиях.

В начале 1900-х годов в Канаде началось строительство высотных здания с использованием древесно-кладочной гибридной конструкции, известной как «кирпич и балка». Эти конструкции как правило, состоят из неармированных кирпичных наружных стен с тяжелыми деревянные балки и связей, которые поддерживают внутренние конструкции здания.

В период с1850 по 1940 гг. по этой технологии были построены здания офисов, заводов, фабрик и складов. Эти здания были до 9 этажей в высоту, некоторые с очень большими площадями. Примеры можно найти по всей Канаде, включая Торонто, Китченер, Оттава, Монреаль и Ванкувер. Как было принято в то время, внешние стены строились из кирпича или каменной кладки, в то время как колонны и балки изготавливались из тяжелых пород древесины

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать автореферат

Так же в начале ХХ в. в Европе строили деревянные высотные здания. Издавна, еще когда шла Первая Мировая война, в Швеции было построено девять деревянных складов, которые обеспечивали поставку зерна в трудные времена. Они были построены в Eskilstuna, Eslöv, Hallsberg, Linköping, Roma, Tomelilla, Vara, Åstorp и в Östra Klagstorp. На сегодняшний день сохранились всего три склада. Ни один из них не используется по назначения, а склад Eslöv является единственным, который был реконструирован под жилой многоквартирный дом. Это здание было построено в 1918 г. До начала 1980 года оно использовалось в качестве зернохранилища. После этого в течение многих лет склад находился под угрозой сноса, но был продан в 2006 году строительной компании Midroc. Под руководством архитекторов Gunnar Asplund и Curt Salomon-Sörensen здание было преобразовано в жилое, и закончено в 2008году. В это здание использовалась стоечно-балочная система, которая была выполнена из дерева.

Традиции деревянной архитектуры в Казахстане. Деревянное зодчество в Казахстане представлено в основном срубными постройками. Одними из наиболее ранних примеров такой структуры является жилье Ботайского поселения (ок. 3 тыс до н.э.), где округлые и многоугольные в плане дома имели деревянный каркас из бревен. Деревянный каркас — кереге — имеет традиционное казахское жилье – кииз-уй.

Своеобразная традиция деревянной архитектуры, переросла в различные типы деревянных построек (например мавзолеи). Также были распространены различные инженерные сооружения, построенные из дерева и кирпича, сохранившиеся на территории Южного Казахстана, это: Водонапорная башня на ст. Тимур (начало 20 века), Водонапорная башня ст. Арысь, 1906г. и Водонапорная башня г. Туркестан, нач. 20 в.

Помимо всего прочего, также было распространенно строительство деревянных мечетей, как памятники деревянной архитектуры Казахстана XIX века – деревянная мечеть Таныбая в г.Семей, новая мечеть в Астане, мечеть в Кокшетау, мечеть в Жаркенте и в Костанае.

Примером высотной деревянной постройки, в архитектуре которого воплощены идеи сейсмостойкого строительства, вкупе с инновационными для того времени приемами возведения фундаментов, являются постройки г.Верного. До наших дней сохранился памятник деревянного зодчества, построенный А. Зенковым на рубеже веков (ул. Амангельды). Венцом его творчества, бесспорно, Вознесенский (Туркестанский) кафедральный собор (1904-1907 гг.). Строительство храма осуществлялось по проекту К. Борисоглебского, исправленному и дополненному А. Зенковым, с участием инженера Н. Нарановича. При всех своих внушительных размерах (в плане — 30×50 м, высота около 54 м) Туркестанский собор является образцовым примером строительства в сейсмической зоне благодаря разработанным А. Зенковым специальных антисейсмических мероприятий. Для этой цели пространственная структура строения приведена к наболее устойчивой форме — равностороннему треугольнику, цоколь и фундамент усилены за счет установки в вертикальном положении ж.д. рельсов. Также деревянные несущие конструкции были армированы металлическими связями, на которые, как отмеченное в отчете было затрачено более 160 пудов железа. Для поглощения поверхностных колебаний земли, наносящих наибольший урон, по периметру строения устраиваются антисейсмические углубления — канавы, заполненные песком. Эти и некоторые другие научные работы А. Зенкова, использованные при возведении собора, были апробированы и доказаны при землетрясении 22 декабря 1910 года.

Во втором разделе  «Архитектура современных многоэтажных деревянных зданий» рассматривается архитектурно-планировочные  и конструктивные решения, а также виды современных древесных материалов. В современной архитектуре высотных   деревянных зданий используются  клееные  материалы  на  основе  древесины. Архитектурный образ этих зданий мало чем отличается от типичных зданий из стали или железобетона. Чисто внешне эти здания совсем не выглядят деревянными в силу требования о том, что деревянные конструкции для безопасности должны быть покрыты отделочными материалами (листами гипсокартона, композитными панелями и т.д).

Как для среднеэтажных, многоэтажных и высотных зданий, из других строительных материалов и конструкций, так и в деревянных зданиях применяются общие планировочные схемы. Но в отличии от традиционных строений, деревянные имеют гибкую планировку, которые позволяют применять различные вариации и схемы.

Планировочные решения общественных и жилых зданий кардинально отличаются от друг друга, так как внутреннее ядро жесткости в жилых зданиях расположено в центре здания, в то время как у общественных зданий расположение самого ядра может меняется.

В основном планировка жилых зданий разнообразна по форме и складывается из следующих схем: секционная, коридорная.

Планировка общественных зданий разнообразна, при этом на верхних этажах преимущественно используется свободная планировка открытых пространств «Open space», проект предусматривает, что в будущем некоторые виды зданий могут эксплуатироваться как жилые. Но также есть примеры общественных зданий, выполненные по комбинированной схеме. Планировочные решения у них могут быть как универсальные, так и гибкие.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

Большинство стран используют строгие ограничения допустимой высоты и этажность деревянных зданий, в которых не учтены современные технологии строительства. Как мы видим на диаграмме, представленной ниже, самые жесткие требования действуют в России, так как там разрешают возводить здания не больше 3-х этажей. Зато в Новой Зеландии, Норвегии и Великобритании высота таких зданий не ограничена.

В настоящее время нет четкого понятия относительно того, что представляет из себя высотное «деревянное» здание кроме общего определения, что конструкция здания должна иметь «разумный» процент древесины. Использование деревянных материалов имеет свои плюсы, так как помогает решить стоящие перед обществом ключевые задачи, связанные со строительной областью, и развитием новых архитектурных решений.

На сегодняшний день современные деревянные материалы позволяют строить полностью деревянные здания, с использованием различных конструктивных решений. В то же время многие технические проблемы в конструкциях деревянных высотных зданиях могут быть решены, с использованием различных гибридных конструкций, с применением железобетона или стали.

В последнее время строители стали комбинировать и использовать древесину как строительный материал. Одним из широко распространенных применяемых материалов являются элементы повышенной прочности из клееной древесины. К таким заготовкам из склеенных полуфабрикатов можно отнести: ДКК, CLT, LVL, PSL и т.д.

Эти древесные материалы могут быть такими же прочными и выдерживать такие же нагрузки, как цементные столбы или стальные балки.

«Пиломатериалы широкого применения» («Mass Timber»), как их называют, являются чрезвычайно стойкими и трудновоспламеняющимися строительными материалами, так как возникающий в процессе их горения уголь защищает несущую основу конструкции.

Также есть другой тип деревянных клееных материалов, которые изготавливаются из отходов переработанной древесины. В основном для изготовления строительных деревянных изделий и материалов используется стружка, опилки и кусковые отходы. К материалам такого типа относятся: LSL, OSL, OSB, MDF, SIP-панели, арболит, фибролит и т.д.

Как показывает мировой опыт, деревянные здания при сильнейших землетрясениях обладают повышенной сейсмостойкостью. Яркими примерами являются китайские и японские пагоды, которые выдерживали землетрясения магнитудой до 7-9 баллов. Конструктивные мероприятия предусматривали гибкие элементы, в качестве которых использовались деревянные столбы, причем либо они подвешивались к потолку, либо устанавливались у основания или перекрытия, выполняя при этом функцию маятника.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать автореферат

В течении многих десятилетий деревянные постройки сибирской рубки также выдерживали землетрясения 7-8 и более баллов, которые зафиксированы в своде сведений о землетрясениях в районах Удинска- Верхнеудинска-Улан-Удэ. Подобная ситуация наблюдалась при исследовании более 800 деревянных домов, которые уцелели после сильнейшего землетрясения 1887 г. в г. Верном (Алматы).

Уже сейчас, в странах, где дерево массово употребляется в сейсмических районах (США, Канада, страны Европы, Япония и т.п.) – проводится ряд антисейсмичных мероприятий, повышающих сейсмостойкость деревянных зданий.

Одним их таких примеров является возведенное на самой большой платформе в Японии, в октябре 2007 года, деревянное здание из панелей CLT на 7 этажей. Все толчки, создаваемые платформой, передавали имитацию подземных толчков, зафиксированных в г. Кобе в 1995 году, при землетрясении. Исследования доказали и подтвердили мнение о высокой сопротивляемости деревянного здания к сейсмическим воздействиям и по итогам этих испытаний ученые сделали вывод — здания из CLT-панелей имеют достаточные сейсмоустойчивые характеристики, что позволяет им выдерживать нагрузки и удары стихии.

В июле 2009 года на том же полигоне американской компанией Симпсон были проведены беспрецедентные исследования сейсмостойкого строительства. Для этих целей был построен семиэтажный панельно- каркасный деревянный многоквартирный дом по SIP-технологии.

Результаты показали многоквартирный дом не только пережил, землетрясение магнитудой 7,5, но он отделался лишь царапинами и незначительными повреждениями гипсокартона.

Используя наиболее современные технологии, можно защитить не только от пожара, но и от случайного возгорания.

Бесспорно, древесина подвержена огню, а стальные материалы – нет, хотя уровень определения горючести не выражает показатель огнестойкости. Деревянные материалы в основном имеют более низкую теплопроводность, а также могут обеспечивать сохранность целостности конструкции более длительное время. Поджечь балку или толстую деревянную панель гораздо сложнее, но все-таки если она воспламенилась, то очаг возгорания со временем локализуется по предсказуемой схеме.

При прогреве деревянных конструкций до температуры около 280°C на еѐ поверхности появляется обуглившийся слой, который долгое время тлеет и тем самым обеспечивает защиту сердцевины, затрудняя доступ проникновения кислорода во внутрь, что заметно сдерживает процесс горения.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать автореферат

Процесс тления деревянной конструкции осуществляется с интервалом 0,5–0,8 мм в минуту: приблизительно, за 1 час от 200-миллиметровой балки прогорит 30–50 мм наружного слоя. В большей степени все зависит от температуры, наиболее опасный период достигается на отметке 500°C, лишь при этой температуре слой угля начинает раскаляться и воспламеняться. В итоге скорость прогорания деревянного элемента приблизительно составляет около 3,5 см в час. В случае с элементом большего сечения из клееной древесины (панель, колонна или балка) это не так уж и много, и можно за счет наращивания сечения элементов сверх расчетного значения добиться того, что конструкционный элемент хотя и будет гореть, но не потеряет несущей способности в течение заданного отрезка времени. Данный метод позволяет достигать пределов огнестойкости 90 и даже 120 минут.

Древесина, которая используются в обшивке, практически не горит: как только она загорается и начинается обугливание, выступают смолы, защищающие конструкцию. Чтобы достичь максимально высоких пожароустойчивых свойств, деревянные конструкции обрабатывают специальными защитными средствами (обработка материала антипиренами может быть поверхностная и объемная — метод глубокой пропитки). Именно антипирены, исключающие возгорание – являются одним из этапов подготовки древесины к строительству. При глубокой пропитке огнестойкость древесины повышается более существенно. Для того, чтобы обработанная огнезащитным составом древесина была наиболее надѐжной — единственным более эффективным решением на сегодняшний день является поверхностные пропитки или покрытые лаком материалы, благодаря которым деревянные материалы становятся невоспламеняемыми.

Таким образом, обуславливаемые нормативами огнестойкость конструкций и локализация пожара могут быть обеспечены в зданиях из деревянных конструкций точно так же, как и в бетонных. А если оборудовать деревянные здание спринклерной системамой пожаротушения, то проблему пожаробезопасности деревянных зданий можно решить полностью.

По третьему разделу «Устойчивое развитие и перспективы «plyscraper»» анализируются экономические и экологические аспекты, а также энергоэффективность деревянных высотных зданий.

Стоимость строительства деревянного многоэтажного здания вполне сравнима с бюджетом стандартной городской многоэтажки. По экономическим показателям деревянный каркас лишь незначительно превосходит железобетонный. При этом первый требует меньше затрат на изготовление фундамента, а цены на цемент и металл, согласно прогнозам, будут повышаться.

В качестве примера ниже приведена таблица 1 с ценами на строительство некоторых деревянных зданий, построенных в период с 2009 по 2015г.

Таблица 1. Стоимость строительства некоторых многоэтажных деревянных зданий

Также среди важных экономических аспектов – быстрая возводимость зданий.

Согласно исследованиям австралийской компании Timber Development Association (TDA), строительство зданий с применением древесины по подсчетам занимало на 6 недель меньше и за счет чего позволило сэкономить более 300 тыс. $, в сравнении с аналогичными проектами из стали и железобетона, которые оказались на 10-15% дороже.

Однако до массового использования деревянных конструкций в строительстве еще далеко. Большинство экспертов в строительной сфере относятся скептически, к тому чтобы заменить бетонные конструкции деревянными для строительства многоэтажных зданий.

Хотя, положительные качества таких домов очевидны:

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

  • на изготовление готовых секций затрачивается значительно меньше энергии;
  • дерево – это возобновляемый материал: посадка молодых деревьев – обеспечивает в будущем новый стройматериал;
  • дерево гораздо легче стали и бетона, что в свою очередь, не требует такого же устойчивого фундамента, что в итоге ускоряет и облегчает строительство;
  • дерево, используемое в строительстве уже сухое, в отличии от бетона, а значит, темпы строительства ускоряются, т.к. не надо ждать, когда оно подсохнет;
  • с деревом гораздо легче работать плотникам и отделочникам, а также меньше шума и т.д.

Это все преимущества. Один большой недостаток: из дерева строить не дешевле, а дороже. Хотя и быстрее. Если бы во всем мире начали больше строить таких деревянных домов, то с расширением рынка цены могли бы снизиться.

Исследования оживленного рынка строительной отрасли в Европейских странах указывают, что 95% людей говорят, что заплатили бы больше за такой тип жилья, но только 5% покупают квартиры в таких домах. Эти исследования показывают, что в конечном счете рынок определит успех строительства многоэтажного здания, а не просто желании построить из натурального и экологически чистого материала. В результате конкурентоспособность стоимости высоких деревянных зданий с альтернативными (гибридными) решениями — неотъемлемая часть этого рынка и остается приоритетом всюду.

В 2007-2008 годы в рамках «Программы адаптации некоторых отраслей экономики в переходный период в рамках вступления Республики Казахстан во Всемирную торговую организацию» были предусмотрены определенные меры по развитию деревообрабатывающей промышленности.

На данный момент установлено, что в Казахстане имеются более 550 предприятий в сфере деревообрабатывающей промышленности, из них функционируют только 400.

Основные проблемы:

  • несбалансированное развитие отраслей в сфере деревообрабатывающей индустрии, а также существенное отставание лесопильных и лесозаготовительных производств;
  • неудовлетворительное обеспечение деревообрабатывающих предприятий древесиной хвойных и импортных пород древесины;
  • недостаточно развита комплексная и глубокая переработка, а также производство готовых изделий.

В стране разработана концепция государственной лесной политики до 2020 года. Деревообрабатывающая индустрия имеет важнейшее значение в экономике нашей страны. Данная отрасль является неотъемлемой частью лесной промышленности РК, куда входят:

  • лесовосстановление и лесозаготовку;
  • целлюлозно-бумажную промышленность;
  • мебельную промышленность;
  • народные промыслы и ремесленничество.

В прошлом деревообрабатывающая индустрия нашей страны в основном использовало сырье, доставляемое из России (примерно 2/3 объема). На сегодняшний день это оправдано, так как Казахстан должен стать транзитно-перерабатывающим государством, а собственные лесные ресурсы будут использоваться с умом. Одним из важнейших направлений в развитие лесного хозяйства и деревообрабатывающей промышленности является создание кластера, который бы объединил все предприятия в одну производственно-технологической цепочку: от выращивания и до глубокой переработки древесины и иной продукции из нее, торгово-сбытовые и снабженческие предприятия.

Современные многоэтажные здания выделяют в атмосферу более 39% CO2 (углекислого газа) от общего числа техногенных выделений. Чтобы поддержать необходимый и давно нарушенный экологический баланс в природе, проведены многочисленные исследования и начат этап преобразования в строительстве во многих странах. Выход из ситуации — возведение деревянных многоэтажек, которое приведет к поглощению углекислого газа, а не к избыточному выделению.

Идеи создания подобных зданий возникает в связи с необходимостью улучшить экологический баланс окружающей среды, очищения атмосферы от углекислого газа, а также снизить энергопотребление. Такие здания способствуют снижению негативного воздействия на экологию, а деревянные конструкции смогут стать достойной заменой стандартным дорогостоящим строительным материалам, на изготовление которых затрачивается много энергии. Для производства конструкций из бетона и стали затрачивается на 26 — 57% больше энергии чем на изготовления деревянных конструкций, и они генерируют 34 — 81% парниковых газов от общего объема. Также стоит отметить что при их создании загрязнение воздуха выше на 24 и 47%, а расход воды — на 400 и 350%.

На данный момент с уверенностью можно сказать, что дерево может стать главнейшим элементом глобальной стратегии ограничения концентрации C02 в атмосфере, способствуя изменениям климата в положительное сторону. Как часть глобального углеродного круговорота, лесные массивы удаляют C02 из атмосферы, так как они накапливают углерод в биомассе деревьев. Лес сохраняет экологический равновесие и баланс климата, и это — экосистема, которая приходит в себя с уровнем в 3-5 раз быстрее, чем какая-либо другая природная экосистема.

Ниже приведена диаграмма, на которой показано воздействие на окружающую среде различными видами конструкций.

Общепризнано, что методика Life Cycle Assessment (LCA) — лучший способ объективно оценить полное влияние жизненного цикла и воздействие материалов на окружающую среду. LCA также позволяет проектировщикам сравнивать используемые материалы в полностью спроектированном здание через широкий диапазон экологических мер.

В наше время большое развитие получают технологии, которые позволяют снизить расходы на эксплуатацию архитектурных объектов. Уже во второй половине XX-го века, в особенности после кризиса 1974 и проведения МИРЭК (Мировой энергетической конференции) стали обращать внимание на необходимость формирования условий, которые бы могли стимулировать энергоэффективное строительство. В течении последних 30 лет мировое потребление энергии выросло почти в два раза, а среднегодовой прирост составил 2,7%. В связи с этим с конца 1990-х годов ряд европейских стран были встревожены использованием энергии, которая поступает из не возобновляемых источников: если мы и дальше будем пользоваться энергией из этих источников в том количестве, в котором мы ее используем в данный момент, то в скором времени она попросту иссякнет. Исследователи подсчитали, что почти 45% от общей затрачиваемой энергии приходится на здания, и именно они являются той точкой, с которой следует начинать снижение потребления энергии.

Стратегия энергосбережения в Европейских странах реализуется в соответствии с принятой Советом ЕС и Европарламентом в 2002 году директивой Energy Performance of Building, которая должна включить минимизацию норм и правил для использования возобновляемой энергии не только в новых, но и в модернизируемых зданиях. Согласно этой директиве, которая направленна на повышение энергоэффективного строительства, установлены четкие требование о том, что все новые жилые и общественные здания к 2020 году должны быть энергетически нейтральны. Так же в Европе сохранилось множество устаревших зданий, которые потребляют около 230 кВт/ч на 1м2 в год, в то время как современные здания используют всего 40- 60 кВт/ч на 1м2 в год.

Сегодня существует множество систем и методов оценки предварительной сертификации энергоэффективного строительства, которые позволяют оценить энергопотребление здания еще на стадии проектирования. Наиболее развитыми методами оценки являются BREEAM, LEED, которые появились еще в 90-х годах XX-го века. В 27 странах мира подобная методика является обязательной для проектирования и строительства энергоэффективных зданий, а также существуют государственные и частные комиссии по оценке уже построенных зданий.

Также важным критерием энергоэффективности деревянных многоэтажных зданий является то, что они обладают высокими теплозащитными характеристиками. За счет использования технологии перекрестной склейки панель CLT, теплозащитные характеристики на 35% лучшими, чем цельная древесина и клееный брус. По своим теплозащитным характеристикам панели CLT не уступают бетону и кирпичу, и даже превосходят их.

Высокая теплоизоляция достигается как за счет характеристики теплопроводности самих плит, так и за счет полного исключения щелей и мостиков холода в самих панелях и в конструкции здания благодаря идеально точной подгонке элементов конструкции.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

Теплопроводность клееных панелей очень низкая, и эти панели сами по себе являются теплоизоляционным материалом. Поэтому дома, построенные по этой технологии, являются весьма энергоэффективными и являются наилучшим решением для реализации концепции «пассивных домов», которые не требуют внешних источников отопления даже в регионах с холодным климатом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования рассмотрен новый и актуальный способ проектирования деревянных многоэтажных зданий.

Исследование деревянной многоэтажной архитектуры, проведенное в рамках диссертации, показало, что понятие «Plyscraper» означает принципиально новое направление в архитектуре XXI века, при этом оказывающее влияние не только на архитектурные формы, градостроительное формирование и сферы дизайна, но и на человеческую среду обитания.

Изучив и проанализировав различные теоретические работы и научные публикации, сформулированы следующие выводы:

1. С VIII по XX вв. в архитектуре накоплен большой опыт строительства из дерева, в том числе высотных построек, имеющих различные варианты конструктивной структуры и архитектурной формы (дальневосточные пагоды, западноевропейские фахверки и ставкирки, восточноевропейские срубы, североамериканские технологии «brick-and- beam» и т.д.)

2. В XXI веке разработаны различные конструктивные решения, которые позволяют строить повышенной этажности и высотные деревянные здания. Высокоэффективные строительные материалы и конструкции получили свое дальнейшее развитие в традиционных для Европы и Северной Америки архитектурно-строительных системах деревянного домостроения таких, как: полностью деревянные и гибридные в панельных, модульных, каркасных системах.

3. В результате проведенного в исследовании анализа выявлены преимущества деревянного строительства с точки зрения экологии и экономических аспектов. Строительство подобных зданий, имеет ряд преимуществ, как с точки зрения стоимости строительства, так и в плане экологической устойчивости.

Преимущества современных технологий деревянного строительства:

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

  • Быстрая возводимость, соответственно, низкая себестоимость;
  • Уменьшение затрат за счет подготовительных работ (Предварительно изготовленные панели и блок-модули);
  • Гибкая планировка – возможность изменять размеры и площадь жилого пространства без видимых на то потерь;
  • Применение высокотехнологических чистых материалов;
  • Снижение вредного воздействия на окружающую среду (уменьшения выбросов CO2 до 90%);
  • Вторичное использование строительных материалов после переработки преобразования их в топливных источниках;
  • Огнестойкость деревянных конструкций;
  • Энергоэффективность многоэтажных деревянных зданий;
  • Сейсмостойкость деревянных конструкций.

Недостатки современных технологий деревянного строительства:

  • Отсутствие строительных норм и правил;
  • Малый опыт в проектирование и строительстве;
  • Отсутствие квалифицированных специалистов в деревообрабатывающей и строительной отрасли;
  • Ограничение предельной высоты и этажности деревянных зданий;
  • Высокая стоимость на строительные материалы.

4. Деревянные многоэтажные здания соответствуют всем требованиям энергоэффективных зданий. В последние годы во всем мире возведено немало объектов, в основном офисных и жилых зданий, которые могут быть сертифицированы по BREEAM, LEED, LCA и LBC — международным стандартам экологически ответственного строительства. В будущем эта тенденция будет только нарастать, что приведет к формированию спроса на материалы и технологии многоэтажного деревянного строительства.

5. Перспективы деревянного строительства предполагают введение целого комплекса мер, во все сферы деятельности (образование, экономика, технологии, нормы и правила архитектурного проектирования и др.)

Если говорить о перспективах деревянного многоэтажного строительства в Казахстане, то большинство отечественных специалистов считают, что массовое строительство полностью деревянных, или гибридных многоэтажных зданий, в ближайшее время вряд ли получит распространение. Потенциал развития такого вида недвижимости в нашей стране достаточно низкий, так как для разработки подобных проектов требуются квалифицированные специалисты, работающие в этой сфере, которых пока у нас нет.

Более того, многоэтажные деревянные дома – нетипичные проекты для нас в целом, так как не разработана соответствующая нормативная документация. Для того, чтобы такой тип домостроения у нас появился, потребуются изменения определѐнных условий и внесение новых поправок в строительные нормы и правила.

Новая технология в домостроении имеет множество перспектив, таких как заметное увеличение вакантных рабочих мест, а также быстроналаживаемое производство.

В результате проведенного исследования выявляется наиболее перспективный вариант деревянного строительства для Казахстана, по экологическим, экономическим показателям и сейсмоустойчивости – гибридный вариант с использованием стали и бетона, средней и повышенной этажности, панельной, каркасной конструкции из клееных материалов, в том числе из переработанных отходов древесины.

Список опубликованных статей по теме диссертации

1. Хикматулин И.Б., Глаудинова М.Б. Взаимодействие формы и конструкции в деревянной архитектуре // Теория и практика современной науки. Международный научно-практический журнал. Выпуск № 3(9), март, 2016.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

2. Хикматулин И.Б., Глаудинова М.Б. Архитектура высотных деревянных зданий: современный мировой опыт // Международная научно-практическая конференция им. В.Татлина «Реабилитация жилого пространства горожанина», 15-17.02.2016. – Пенза: ПГУАС, 2016.