Деревянные каркасные здания: проектирование, производительность и рост высоких деревянных конструкций

Деревянное каркасное строительство остается доминирующим методом строительства мало- и среднеэтажных построек в Северной Америке, Скандинавии, Японии и Новой Зеландии — и на это есть веские причины. Его возводят быстрее, чем бетон или сталь, он требует меньше специализированной рабочей силы, исключительно хорошо работает в сейсмических зонах при правильном проектировании и имеет один из самых низких углеродных выбросов среди всех широко используемых структурных систем. Только в Соединенных Штатах примерно 90% новых домов на одну семью и растущая доля многоквартирных домов средней этажности построены с использованием деревянного каркаса. Эта цифра остается на удивление стабильной на протяжении десятилетий, даже несмотря на то, что конкурирующие материалы активно проникают в коммерческое строительство.

Как работают структурные системы с деревянным каркасом

Здание с деревянным каркасом передает нагрузки через сеть близко расположенных деревянных элементов — стоек, балок, стропил и пластин — а не через отдельные колонны и балки. Этот подход «каркаса платформы», который стал североамериканским стандартом в середине 19 века, делит здание на горизонтальные платформы (этажи), сложенные друг на друга, при этом стены каждого этажа несут нагрузку этажа выше.

Структурная логика основана на избыточности, а не на силе отдельных членов. Ни одна стойка или балка не несет доминирующей доли нагрузки — силы распределяются между многими элементами, поэтому выход из строя одного элемента редко ставит под угрозу систему. Эта избыточность является одной из причин того, почему конструкции с деревянным каркасом имеют тенденцию хорошо работать при распределенных динамических нагрузках, вызванных землетрясениями и ветром.

Каркас платформы против каркаса воздушного шара

К середине 20 века каркас платформы заменил баллонный каркас как доминирующий метод деревянного строительства. В каркасах воздушных шаров, что было обычным явлением в зданиях 19-го века, стойки непрерывно тянулись от фундамента до крыши, создавая открытые полости, которые действовали как вертикальные дымоходы для огня. Каркас платформы прерывает эти полости на каждом уровне этажа, что по сути обеспечивает противопожарную защиту и упрощает последовательность строительства. Почти все современные деревянные каркасные постройки используйте каркас платформы или гибридный вариант.

Стены на сдвиг и сопротивление боковой нагрузке

Конструктивным элементом, наиболее важным для работы деревянного каркасного здания под воздействием боковых сил — ветра и сейсмических — является стена сдвига. Сдвиговая стена представляет собой каркасную стеновую панель, обшитую конструкционными панелями (обычно ориентированно-стружечная плита или фанера) и соединенную с фундаментом и диафрагмами перекрытия через систему прижимов, анкерных болтов и ремней. Когда боковая сила толкает здание в сторону, стены противодействуют раскачиванию, действуя как серия глубоких балок, ориентированных вертикально.

Правильная планировка стены, работающей на сдвиг, возможно, является наиболее важным структурным решением при проектировании деревянного каркаса. Стены на сдвиг должны быть расположены симметрично в плане, чтобы избежать реакции скручивания, а их совокупная способность должна соответствовать ожидаемым сейсмическим или ветровым нагрузкам на площадке. В зонах с высокой сейсмичностью, таких как Тихоокеанское побережье Северной Америки или Новая Зеландия, часто можно увидеть здания с деревянным каркасом с обширным прижимным оборудованием, системами прочной опоры и специально разработанными соединителями на каждом критическом стыке.

Виды деревянного каркаса и их применение

Деревянное каркасное строительство — это не единая система, а семейство взаимосвязанных подходов, каждый из которых подходит для разных типов зданий, высоты этажей и требований к эксплуатационным характеристикам. Понимание различий помогает прояснить, почему система, подходящая для дома на одну семью, может быть неправильным выбором для шестиэтажного многофункционального здания.

Каркас из светлого дерева (каркас из палочек)

В каркасе из светлого дерева используются габаритные пиломатериалы — обычно стойки 2 × 4 или 2 × 6, расположенные на расстоянии 16 или 24 дюйма по центру, — и эта система используется в подавляющем большинстве жилых домов по всему миру. Его основными преимуществами являются низкая стоимость и универсальная доступность материалов, широкая осведомленность строительных рабочих и скорость, с которой можно возвести каркасную конструкцию. Квалифицированная бригада может сконструировать типовой двухэтажный дом за считанные дни.

Световое обрамление ограничено размерными свойствами цельного пиломатериала. Массивная древесина подвержена усадке, короблению и раскалыванию, а ее структурные свойства зависят от ориентации волокон, содержания влаги и наличия сучков. Эти ограничения привели к разработке изделий из пиломатериалов, которые постепенно заменили цельнопиленные элементы в системах перекрытий и в системах с большими пролетами.

Изделия из древесины в обрамлении

К изделиям из конструкционной древесины относятся клееный брус (LVL), деревянные двутавровые балки, пиломатериалы с параллельными прядями (PSL) и ориентированно-стружечные плиты (OSB). Каждый из них перераспределяет естественную изменчивость древесины в изготовленном композите, создавая элементы с более предсказуемыми и стабильными структурными свойствами, чем цельная древесина.

• LVL (клееный брус): Шпон склеен параллельно волокнам, что позволяет получить балку или балку с высокой прочностью на изгиб и минимальной изменчивостью. Обычно используется для длинных пролетов над гаражными воротами и оконными проемами.
• Деревянные двутавровые балки: Полотно OSB, приклеенное между фланцами LVL, создает легкую балку пола, способную пролетать на 20–30 футов с минимальным прогибом. Они в значительной степени заменили цельнопиленные балки перекрытия в жилищном строительстве.
• PSL (Пиломатериалы из параллельных прядей): Длинные деревянные пряди, склеенные параллельно, образуют балки очень высокой плотности, подходящие для колонн и тяжелонагруженных балок как в жилых, так и в легких коммерческих помещениях.
• OSB (ориентированно-стружечная плита): Рабочая обшивочная панель современного каркаса, заменяющая фанеру в большинстве случаев применения для стен и полов из-за ее более низкой стоимости и постоянной доступности.

Массовая древесина: новое определение того, что можно построить из древесины

Массивная древесина является наиболее значительным достижением в деревянном строительстве за последние два десятилетия. В отличие от легкого каркаса, где характеристики конструкции зависят от сборки множества мелких элементов, в массивной древесине в качестве основных структурных элементов используются большие цельные или ламинированные панели и балки. Ведущим продуктом из массивной древесины является поперечно-клееная древесина (CLT), которая состоит из слоев размерного пиломатериала, склеенных перпендикулярно друг другу в чередующихся ориентациях, образуя панель, которая противостоит силам в двух направлениях и может функционировать как плита пола, стены или крыши.

Использование массивной древесины позволило зданиям с деревянным каркасом достичь высоты, ранее ограничивавшейся бетоном и сталью. Обновление Международного строительного кодекса от 2021 года ввело новые категории размещения специально для высотных деревянных зданий, что позволяет при определенных условиях и соответствующей противопожарной защите использовать деревянные конструкции высотой до 18 этажей. Несколько завершенных зданий продемонстрировали этот потенциал: 18-этажное студенческое общежитие в Ванкувере и 25-этажная жилая башня в Милуоки входят в число самых высоких массивных деревянных конструкций в мире по состоянию на середину 2020-х годов.

Сравнение деревянного каркаса с другими структурными системами

Выбор структурной системы предполагает компромисс между стоимостью, графиком, наличием рабочей силы, ограничениями на месте и долгосрочными показателями. В следующей таблице представлено прямое сравнение деревянного каркаса с двумя наиболее распространенными альтернативами — монолитным бетоном и конструкционной сталью — по размерам, наиболее важным для владельца или застройщика здания.

Экономическое преимущество деревянного каркаса наиболее заметно в диапазоне от 3 до 8 этажей — тип здания, который все чаще называют «среднеэтажным». В этом масштабе структурные требования еще не требуют надежных боковых систем, которые повышают стоимость бетона и стали, а преимущество древесины в скорости над бетоном (нет времени отверждения, более быстрая герметизация) напрямую приводит к экономии графика и снижению финансовых затрат во время строительства.

Пожарные характеристики: отделяем факты от предположений

Риск пожара является наиболее часто упоминаемой проблемой при строительстве деревянных каркасов, и он заслуживает тщательного изучения, а не отклонения. Эта обеспокоенность обоснована в одних контекстах и ​​преувеличена в других, и это различие имеет огромное значение для построения политики, страхования и проектных решений.

Окно уязвимости: пожары на этапе строительства

Период наибольшей пожарной опасности в деревянно-каркасном здании приходится на период строительства — после завершения возведения каркаса, но до установки противопожарных систем (спринклеров, обшивки гипсокартоном). Об этом свидетельствуют данные Управления пожарной безопасности США. пожары на этапе строительства в деревянных каркасных зданиях непропорционально велики по сравнению с пожарами в готовых сооружениях. , причем потери иногда достигают десятков миллионов долларов в одном инциденте. Несколько громких пожаров в крупных многоквартирных деревянных каркасных домах, строящихся в городах США, усилили эту обеспокоенность.

Стратегии снижения риска пожаров на этапе строительства хорошо изучены: временные системы пожаротушения во время строительства, строгие разрешения на проведение огневых работ, контролируемый доступ на площадку и поддержание свободных маршрутов доступа для пожарной техники. Эти меры добавляют скромные затраты, но существенно снижают подверженность риску.

Завершенные здания: роль гипса и спринклеров

После того как здание с деревянным каркасом завершено и его системы противопожарной защиты заработали, профиль его огнестойкости существенно меняется. Гипсокартон (гипсокартон) является основной пассивной противопожарной защитой в легких деревянных каркасных конструкциях — он изолирует элементы каркаса от тепла и задерживает возгорание. Один слой гипса типа X толщиной 5/8 дюйма обеспечивает огнестойкость примерно один час; двойные слои могут работать до двух часов.

Автоматические спринклерные системы пожаротушения являются наиболее эффективной мерой активного пожаротушения. Строительные нормы и правила в большинстве юрисдикций теперь требуют установки спринклеров в новых многоквартирных деревянных каркасных зданиях высотой от трех этажей и выше, и данные подтверждают их эффективность: По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты, спринклеры снижают риск гибели людей в случае пожара в строении примерно на 81%. В правильно обрызганном и оштукатуренном деревянном каркасном здании профиль пожарной опасности сопоставим с другими типами конструкций.

Противоречащее здравому смыслу поведение Mass Timber при пожаре

Массивная древесина ведет себя при пожаре иначе, чем легкий деревянный каркас. Большие деревянные элементы обугливаются с предсказуемой скоростью — примерно 1,5 дюйма в час — и этот слой угля действует как изолятор, замедляя горение и сохраняя ядро ​​конструкции. Такое поведение «обуглиться и выжить» означает, что открытая массивная деревянная балка сохраняет значительную несущую способность еще долгое время после того, как сталь размягчилась, а бетон раскололся. Инженеры могут спроектировать это, добавив припуски на обугливание к размеру элементов — хорошо зарекомендовавший себя метод проектирования тяжелых деревянных конструкций.

Это свойство привело к тому, что в нескольких юрисдикциях разрешены открытые потолки и балки из CLT в готовых помещениях — значительное эстетическое преимущество перед бетоном и сталью, которые обычно требуют герметизации для целей огнестойкости.

Управление влажностью: наиболее важная долгосрочная задача

Если пожар является наиболее обсуждаемым риском при строительстве деревянных каркасов, то влага, возможно, является наиболее важным фактором для долгосрочной эксплуатации здания. Древесина гигроскопична — она впитывает и выделяет влагу в ответ на изменение влажности окружающей среды. Когда содержание влаги в деревянном каркасе превышает примерно 19%, условия становятся благоприятными для роста плесени; выше 28–30% грибы, разрушающие древесину, могут установить и начать структурную деградацию.

Влага попадает в ограждение здания несколькими путями: инфильтрация объемной воды (дождь, таяние снега), диффузия пара через ограждающие конструкции здания, конденсация внутри стеновых и кровельных конструкций, а также строительная влага в каркасе, которая не высохла до равновесия перед ограждением. Каждый путь требует определенного конструктивного ответа.

Проектирование стен, которые сохнут

Основополагающий принцип конструкции влагоустойчивого деревянного каркаса заключается в создании конструкций, которые могут высохнуть хотя бы на одну сторону, если намокнут. Стеновая сборка, которая удерживает влагу между непроницаемыми слоями — например, пароизоляцией внутри и непроницаемым жестким пенопластом снаружи — может удерживать влагу от конструкции или случайного проникновения без возможности высыхания, что приводит к скрытой гнили и плесени.

Правильный подход зависит от климата. В холодном климате (преимущественно при отоплении) основную часть изоляции следует размещать за пределами несущего каркаса, чтобы поддерживать тепло обшивки и поддерживать температуру выше точки росы. В жарком и влажном климате (преимущественно в условиях охлаждения) замедлители пара на внутренней поверхности стен уменьшают поступление пара внутрь во время сезона охлаждения. Для смешанного климата требуются агрегаты, способные работать и с тем, и с другим. Строительные научные организации, такие как Building Science Corporation, опубликовали обширные рекомендации по стратегиям сборки стен с учетом климатических условий.

Облицовка дождевой сеткой как стратегия сушки

Система противодождевых стен создает вентилируемый воздушный зазор между облицовкой и водостойким барьером (WRB) за ней. Этот зазор выполняет две функции: позволяет стечь воде, проникшей в облицовку, прежде чем она достигнет WRB, а также позволяет потоку воздуха сушить влагу, скопившуюся на задней стороне обшивки или на лицевой стороне WRB. Системы защиты от дождя стали предпочтительным подходом к облицовке в климатических условиях с большим количеством осадков. например, на северо-западе Тихого океана, Британской Колумбии и прибрежной Европе, где дождевые нагрузки на ограждающие конструкции зданий очень велики.

Воздушный зазор в системе противодождевых экранов не обязательно должен быть большим — даже полость размером 3/8 дюйма (10 мм) обеспечивает значительную дренажную и сушильную способность. Для более высоких зданий, где эффект штабеля может привести к значительному потоку воздуха через полость, зазор, возможно, придется проектировать более тщательно, чтобы избежать распространения огня - деталь, которой уделяется повышенное внимание в нормах, регулирующих среднеэтажное строительство с деревянным каркасом.

Сейсмические характеристики деревянных каркасных зданий

Деревянные каркасные здания имеют большой исторический опыт сейсмических событий, прежде всего из-за двух присущих им свойств: низкой массы и пластичности конструкции. Более легкое здание генерирует меньшие силы инерции во время сотрясений грунта, что снижает потребность в системе сопротивления боковой силе. А деревянные соединения — гвозди, болты и металлические соединители — могут пластически деформироваться, не разрушаясь, поглощая энергию землетрясения за счет контролируемой текучести, а не хрупкого разрушения.

Землетрясение в Нортридже в 1994 году на юге Калифорнии является наиболее тщательно изученным сейсмическим событием для конструкций деревянных каркасов. Хотя многие конструкции с деревянным каркасом получили повреждения, относительно немногие из них обрушились, и ущерб был сконцентрирован в определенных типах зданий с известными уязвимостями - особенно в многоквартирных домах с мягкими этажами с открытой парковкой на уровне земли и в зданиях с неадекватными соединениями между диафрагмами перекрытий и несущими стенами.

Мягкие истории уязвимостей и программы модернизации

Состояние «мягкого этажа» — этаж здания со значительно меньшей боковой жесткостью, чем этажи выше, обычно потому, что первый этаж открыт для парковки или розничной торговли — является хорошо задокументированной уязвимостью старых многоквартирных домов с деревянным каркасом. Под воздействием сейсмической нагрузки эти здания концентрируют деформации в слабых этажах, что иногда приводит к обрушению уровня земли, при этом верхние этажи опускаются почти нетронутыми.

В таких городах, как Лос-Анджелес и Сан-Франциско, приняты обязательные постановления о модернизации. , требующий от владельцев многоквартирных домов с деревянным каркасом, построенных до 1978 года, с мягкими этажами, укреплять боковые системы первых этажей. Только в Лос-Анджелесе выявлено более 13 500 зданий, требующих модернизации в рамках его программы. Типичная модернизация добавляет стальные каркасы или панели сдвига на уровне земли, часто без вытеснения существующих арендаторов — логистическое достижение, которое стало специализацией в сообществе инженеров-строителей.

Современные требования к сейсмической детализации

Современные строительные нормы и правила в регионах с высокой сейсмичностью требуют, чтобы здания с деревянным каркасом соответствовали подробным предписывающим или инженерным требованиям к длине сдвиговой стены, соотношению сторон, прижимному оборудованию, гвоздям в диафрагме и непрерывности пути нагрузки от крыши к фундаменту. Эти требования постепенно ужесточались после каждого крупного сейсмического события, а новое строительство, спроектированное в соответствии с действующими нормами в сейсмически активных регионах, в целом показало хорошие результаты при недавних землетрясениях в Северной Америке, Новой Зеландии и Японии.

Энергетическая эффективность и тепловые аспекты

Дерево имеет значительно более низкую теплопроводность, чем бетон или сталь: примерно 0,12 Вт/м·К для сухой древесины по сравнению с 1,7 Вт/м·К для бетона и 50 Вт/м·К для стали. Это означает, что сам по себе деревянный каркас в меньшей степени способствует образованию тепловых мостов, чем конкурирующие конструкционные материалы. Однако энергетические характеристики стены с деревянным каркасом определяются в первую очередь стратегией изоляции, а не материалом каркаса.

Тепловой мост через каркас

В стандартной каркасной стене 2х6, изолированной стекловолокном, сами элементы каркаса — стойки, пластины и коллекторы — занимают примерно 20–25% площади стены и имеют значительно меньшее термическое сопротивление, чем изолированные полости. Эта «доля каркаса» снижает эффективное значение R всей стенки значительно ниже номинального значения R полости. Для стены с номинальным рейтингом R-21 в полости эффективное значение R всей стены с типичным каркасом ближе к R-14–R-16.

Наиболее эффективным решением является сплошная изоляция — слой жесткого пенопласта или минеральной ваты, наносимый на внешнюю поверхность обшивки, закрывающий элементы каркаса и разрушающий тепловой мост. Добавление 2 дюймов непрерывной жесткой изоляции к каркасной стене 2×6 может повысить ее эффективное значение R для всей стены на 30–40 %. одновременно улучшая управление влажностью, сохраняя обшивку более теплой. Этот подход в настоящее время является стандартом в высокопроизводительном деревянном каркасном строительстве и все чаще требуется энергетическими нормами в холодном климате.

Продвинутые методы кадрирования

Усовершенствованный каркас (также называемый проектированием оптимальной стоимости или OVE) уменьшает количество древесины в сборке стены, что одновременно снижает образование тепловых мостов и затраты на материалы, одновременно увеличивая долю стены, которая может быть заполнена изоляцией. Ключевые передовые методы кадрирования включают в себя:

• Расстояние между стойками составляет 24 дюйма по центру, а не 16 дюймов, что уменьшает долю каркаса с ~ 25% до ~ 18%.
• Использование одинарных верхних пластин вместо двойных, расположенных на одной линии с каркасом пола выше, чтобы обеспечить непрерывный путь нагрузки.
• Устранение ненужных шпилек и защемлений в оконных и дверных проемах за счет точного подбора размеров коллектора.
• Использование углов с двумя стойками с блокировкой вместо традиционных углов с тремя или четырьмя стойками, что улучшает доступ к изоляции в угловых соединениях.

Исследования показали, что усовершенствованный каркас может уменьшить материал каркаса на 15–20% и улучшить тепловые характеристики стен на 10–15%, без существенного снижения характеристик конструкции при правильном проектировании.

Деревянные каркасные здания и воплощенный углерод

Поскольку строительная отрасль борется со своим вкладом в глобальные выбросы углекислого газа (на антропогенную среду приходится около 40% мирового потребления энергии и 11% связанных с энергетикой выбросов CO₂ от материалов и строительства), здания с деревянным каркасом привлекают новое внимание из-за своего углеродного профиля.

Древесина уникальна среди конструкционных материалов тем, что она хранит углерод, а не выделяет его в процессе производства. Деревья поглощают атмосферный CO₂ по мере своего роста, и этот углерод остается в древесине до тех пор, пока стоит здание. Исследования, сравнивающие углерод в течение жизненного цикла структурных систем, неизменно показывают, что деревянные каркасные и массивные деревянные здания имеют значительно более низкий уровень содержания углерода, чем эквивалентные бетонные или стальные конструкции.

Оценка жизненного цикла шестиэтажного деревянного каркасного здания с конструктивно эквивалентным бетонным зданием показала, что деревянное здание хранило около 180 кг эквивалента CO₂ на квадратный метр площади, а бетонное здание выделяло примерно 280 кг эквивалента CO₂ на квадратный метр. — разница почти в 460 кг CO₂e/м² при учете как накопленного углерода, так и предотвращенных выбросов. В масштабе это представляет собой существенную выгоду для климата.

Предостережение к этому анализу заключается в важности источников. Углеродная выгода деревянного строительства зависит от того, заготавливается ли древесина из устойчиво управляемых лесов, где вырубленные деревья заменяются растущими деревьями, которые продолжают улавливать углерод. Схемы сертификации, такие как Лесной попечительский совет (FSC) и Инициатива устойчивого лесного хозяйства (SFI), обеспечивают стороннюю проверку устойчивых источников поставок, а спецификаторы все чаще требуют сертификации конструкционной древесины в проектах строительства с низким уровнем выбросов углерода.

Проблемы и решения акустических характеристик

Акустические характеристики — это область, в которой конструкции из легких деревянных каркасов сталкиваются с серьезными проблемами по сравнению с бетонными. Масса является основным фактором, определяющим потери при передаче воздушного звука: более тяжелые агрегаты передают меньше звука. 6-дюймовая бетонная плита имеет гораздо большую массу, чем деревянный пол, что дает ей присущие ей акустические преимущества как в отношении воздушного звука (речь, музыка), так и ударного звука (шаг).

В многоквартирных домах с деревянным каркасом недостаточная акустическая изоляция между квартирами является одной из наиболее частых жалоб жильцов и основной причиной претензий по гарантии. Соответствие минимальным требованиям норм (обычно рейтинг STC 50 и рейтинг IIC 50 для сборок пол-потолок) достижимо с помощью стандартной конструкции с деревянным каркасом, но обеспечение уровней производительности, которые жильцы действительно считают удовлетворительными, требует более продуманного проектирования.

Стратегии улучшения акустических характеристик

Наиболее эффективные акустические улучшения деревянных каркасных полов сочетают в себе несколько взаимодополняющих мер:

• Устойчивые каналы или клипы между несущим полом и потолком ниже, отделяя потолок от конструкции и уменьшая боковую передачу ударного шума.
• Звукоизоляция полостей пола — минеральная вата, а не стекловолокно, обеспечивает лучшее поглощение средних частот
• Гипсобетонное покрытие (обычно толщиной 1,5 дюйма) заливают на структурный черновой пол, добавляя массу и отделяя чистовой пол от конструкции.
• Эластичная подложка под твердым полом, поглощая энергию удара до того, как она сможет возбудить конструкцию
• Двухслойные потолки из гипсокартона , увеличение массы и улучшение шумопоглощения в воздухе.

Сборки, включающие эти меры, могут достичь рейтингов STC и IIC в середине 60-х годов — уровней производительности, которые большинство жителей считают действительно комфортными, — хотя и за дополнительную плату по сравнению со сборками с минимальным кодом. Инвестиции все чаще рассматриваются как важные для рыночных и роскошных многоквартирных проектов, где акустические жалобы могут напрямую повлиять на арендные ставки и репутацию здания.

Рост использования сборных конструкций в деревянном каркасном строительстве

Затраты на рабочую силу и доступность рабочей силы являются острыми проблемами во всей строительной отрасли, и строительство деревянных каркасов отреагировало быстрее, чем большинство структурных систем, за счет внедрения сборных конструкций. Структурные компоненты, изготовленные в контролируемых заводских условиях — стеновые панели, напольные кассеты, фермы крыши — доставляются на рабочую площадку готовыми к установке, что значительно сокращает трудозатраты на местах и ​​графики.

Ферменные системы крыши были первым крупным сборным элементом, который в масштабе вытеснил каркасные конструкции. Сегодня фермы крыши заводского изготовления используются в подавляющем большинстве новых жилых домов, обеспечивая гибкость конструкции, более быстрый монтаж и способность перекрывать большие расстояния без внутренних несущих стен. Та же логика распространяется на стеновые панели и напольные кассеты, которые все чаще собираются предварительно за пределами объекта с уже установленной обшивкой, окнами, а иногда и изоляцией и облицовкой.

Передовая сборка массивных деревянных зданий — с использованием CLT-панелей, нарезанных на оборудовании с компьютерным управлением с точностью до миллиметра — позволила добиться одних из самых быстрых сроков строительства среднеэтажных зданий. В нескольких завершенных проектах по сбору массивной древесины сообщается, что сроки возведения конструкций составляют один этаж в неделю или быстрее, с меньшим количеством бригад, чем потребовалось бы для эквивалентного бетонного строительства. Точность массивной древесины, распиленной на станке с ЧПУ, также снижает количество отходов на месте и упрощает контроль качества.

Эволюция строительных норм и высоких деревянных зданий

Строительные нормы и правила исторически были одним из наиболее серьезных ограничений для строительства деревянных каркасов, ограничивая в большинстве юрисдикций пять или шесть этажей дерева над бетонным подиумом. Эти ограничения отражали искреннюю озабоченность пожарами и структурой, связанную с технологиями и методами строительства, доступными на момент введения ограничений — часто после разрушительных городских пожаров в 19 веке.

Международный строительный кодекс 2021 года ввел три новых типа строительства специально для высоких деревянных зданий — типы IV-A, IV-B и IV-C, — разрешающие возведение деревянных конструкций высотой до 18 этажей в зависимости от занятости и мер противопожарной защиты. Эти новые категории требуют различной степени герметизации (гипсокартон, закрывающий открытые массивы древесины), автоматических спринклерных систем и усовершенствованных систем пожарной сигнализации. Они представляют собой наиболее значительное увеличение разрешенной высоты деревянных конструкций в современной истории норм.

Подобные изменения кода происходят в Канаде, Австралии и ряде европейских стран. Британская Колумбия обновила свои строительные нормы и правила, разрешив строительство 12-этажных массивных деревянных зданий в 2020 году, а в рамках Европейской программы высотных деревянных зданий была реализована серия демонстрационных проектов в Австрии, Норвегии и Великобритании, которые послужили основой для продолжающейся разработки норм по всему континенту.

Траектория ясна: здания с деревянным каркасом переходят к типам зданий и диапазонам высот, которые были немыслимы два десятилетия назад. поддерживается инженерными исследованиями, улучшенными данными испытаний на огнестойкость и политической средой, все более восприимчивой к преимуществам хранения углерода в древесине.

Ссылки

• Американский лесной совет. (2018). Специальные положения по проектированию ветровой и сейсмической безопасности (SDPWS) . Американский лесной совет.
• Национальная ассоциация пожарной безопасности. (2022). NFPA 13: Стандарт установки спринклерных систем . НФПА.
• Лстибурек, Дж. (2010). Руководство для строителей в условиях смешанного влажного климата . Строительная научная пресса.
• Международный совет по кодексам. (2021). Международный строительный кодекс . ИКЦ.
• Структурлам. (2020). Руководство по проектированию массивной древесины . ФПИнновации.
• Липпке Б., Уилсон Дж., Перес-Гарсия Дж., Бойер Дж. и Мейл Дж. (2004). КОРРИМ: Экологические показатели возобновляемых строительных материалов в течение жизненного цикла. Журнал лесных товаров , 54(6), 8–19.
• Управление пожарной охраны США. (2017). Пожары в строящихся жилых домах . ФЕМА/USFA.
• Научно-исследовательский институт сейсмостойкости. (1996). Отчет о разведке землетрясения в Нортридже . ЭЭРИ.
• Строительная научная корпорация. (2013). Стены с высоким коэффициентом теплоотдачи: практическое руководство для строителей и дизайнеров . БСК.
• WoodWorks – Совет по изделиям из древесины. (2023). Отчет о рынке массового деревянного строительства в США . Вудворкс.