"Идеал" в клееных деревянных конструкциях
статья

«ИДЕАЛ» в клееных деревянных конструкциях

Несмотря на ускоренный за последние пять лет рост в России мощностей по производству клееной древесины, объем производства деревянных клееных конструкций пока заметно отстает от Европы. В числе основных причин можно назвать сравнительно высокую стоимость этого материала и, как следствие, — ограниченный внутренний спрос на дома из клееного бруса.

За рубежом лидером по производству клееного бруса является Австрия, где объем выпуска деревянных клееных конструкций (ДКК) в четыре раза выше, чем в России. При этом на долю Австрии из европейского потребления ДКК приходится 7%. Аналогичный показатель для России — 2%.

По информации ООО «ЛесИнформКонсалт», сегодня цена деревянных клееных конструкций находится в диапазоне от 400–500 долл. за 1 м3 (для стен малоэтажных домов и сезонного дачного проживания) до 800–1200 долл. за 1 м3 (для уникальных сооружений). Цена варьируется в зависимости от вида конструкции, сечения и длины брусьев, породы и качества древесины, вида их механической и защитной обработки, рынка сбыта и других параметров. Стоимость клееного бруса отечественного производства, как правило, на 15–20% ниже импортного. Сравнительно высокую стоимость материала обуславливают затраты на древесное сырье, трудоемкость процесса производства клееного бруса, а также высокая стоимость необходимого оборудования и материалов.

Одним из возможных путей снижения затрат на дома из клееной древесины может стать использование дешевого и низкосортного пиловочного сырья малых диаметров — тонкомера. Тонкомерная древесина растет практически везде, стоит в несколько раз дешевле, чем строевой лес, подходит для всех элементов дома, за исключением окон и некоторых отделочных элементов, таких как лестницы и подоконники.

Костромская область по запасам древесины занимает шестое место в европейской части России и первое — среди регионов Центрального федерального округа, а заготовка и обработка древесины является одним из основных видов производственно-хозяйственной деятельности. Издавна в Костроме и ее области дома строились из природных материалов, основным из которых являлась древесина. Лес для этого заготавливался зимой (древесина не так сильно коробится от усушки, как летом). При этом дерево не пилили, а рубили топором, так как давно известно, что от ударов топора волокно древесины уплотняется и меньше впитывает влагу. Из века в век искусно рубили деревянные строения, подгоняя бревно к бревну, комель к вершинке, устраняя, таким образом, естественный сбег древесного ствола. Такие сооружения до сих пор имеются во многих городах области и привлекают взгляды прохожих.

Но в 50-е годы в области, как и по всей стране в целом, началось широкое строительство домов из кирпича, появились всем известные «сталинки», «хрущевки», «брежневки». В области было несколько предприятий, занимающихся изготовлением деревянных домов, но с годами к дереву обращались все реже и реже, и эти производства просто перестали существовать. Массовое строительство не велось в области много лет. И только с принятием правительственной программы по жилищному строительству ситуация изменилась. По малоэтажной застройке Костромская область занимает второе место в ЦФО после Ярославской. Постепенно у населения возвращается интерес и к деревянным домам. В городе появляются постройки из оцилиндрованного бревна, начинается выпуск комплектов деревянных домов из клееного бруса на ОАО «Техвуд». Но основные объемы строительства все еще приходятся на каменные дома. В чем же причина?

Результаты анкетирования, проведенного среди населения Костромы, показали, что только 31% респондентов хотели бы жить в деревянном доме, 66% — в кирпичном, 3% — в панельном.

При выборе дома 34% населения привлекает возможность индивидуальной планировки, 25% — микроклимат и комфортность, 15% — долговечность выбранного жилья. А такие показатели, как надежность, удобство обслуживания и пожарная безопасность играют меньшую роль. Жилье в микрорайоне, а не в центре города при этом выбрали 71% опрошенных. Что же касается уровня информированности жителей г. Костромы о видах строительных материалов из древесины, то выяснилось, что наиболее известным является оцилиндрованное бревно, а клееный брус, брус с утеплителем и сэндвич-панели знакомы в среднем 13% населения.

Основной причиной низких темпов строительства деревянных домов большинство считает отсутствие необходимой информации и предложений о застройке, дефицит леса и высокую пожароопасность деревянных домов, что, как уже отражалось на страницах журнала, является ошибочным. Тем не менее 66% населения считает деревянное домостроение будущим массового строительства индивидуального жилья.

Идея довольно простая

Как уже отмечалось, сейчас в основном идет развитие деревянного домостроения из клееного бруса. Для производства клееного бруса при этом требуется лесоматериал больших диаметров, а тонкомерное сырье, как правило, не используется. Между тем запасы крупномерной древесины ограничены, а объемы тонкомера постоянно увеличиваются. Сегодня в России доля сырья диаметром от 14 до 20см составляет 50% от общего объема пиловочных бревен.

Если используется стандартная схема сборки ДКК, то сразу тонкомер на производство пустить нельзя. Узкие пиломатериалы предварительно нужно склеить по кромке, чтобы затем получить ламели нужной ширины. В ходе расчетов конструктивных размеров ДКК из тонкомерной древесины, в частности клееного бруса и балок перекрытий, родилась идея: почему бы не использовать теорию «золотого сечения» при выборе размеров отдельных слоев. Как известно, объекты, содержащие в себе «золотое сечение», воспринимаются людьми как наиболее гармоничные. Поэтому было решено проверить, не скрываются ли какие преимущества, помимо эстетических, в конструкциях, изготовленных по данной теории.

Немного истории

Принято считать, что понятие о золотом делении ввел в научный обиход Пифагор, древнегреческий философ и математик (VI в. до н. э.). Есть также предположение, что Пифагор свое знание золотого деления позаимствовал у египтян и вавилонян. И действительно, пропорции пирамиды Хеопса, храмов, барельефов, предметов быта и украшений из гробницы Тутанхамона свидетельствуют, что египетские мастера пользовались соотношениями золотого деления при их создании. Много внимания уделял изучению золотого деления Леонардо да Винчи. Он производил сечения стереометрического тела, образованного правильными пятиугольниками, и каждый раз получал прямоугольники с отношениями сторон в золотом делении. Поэтому он дал этому делению название «золотое сечение». Так оно и сохранилось до сих пор как самое популярное.

Согласно теории золотое сечение — это такое пропорциональное гармоническое деление отрезка на неравные части, при котором весь отрезок так относится к большей части, как большая часть к меньшей части. Если отрезок принять за 100 частей, то большая часть отрезка равна 62, а меньшая — 38 частям. Зная эти три величины, имеем ряд отрезков золотой пропорции, выраженных арифметически 100, 62, 38, 24, 14,10.

Достоинство пропорции золотого сечения заключено в том, что, раз поделив отрезок прямой геометрическим способом, получают отрезки любого уменьшения. Используя данную теорию, определим схему сборки и размеры деталей ДКК, например сечением 150х150 мм . Изходя из данных видно, что для производства потребуются пиломатериалы следующих сечений: 36х150, 21х150, 36х93 и 21х93 мм. Поскольку для изготовления ДКК используются пиломатериалы, высушенные до влажности (12±2)%, то с учетом припусков на усушку и механическую обработку сырые пиломатериалы должны иметь следующие размеры 46х160, 28х160, 44х105 и 28х105 мм.

Минимальный диаметр бревен, пригодных для производства ДКК сечением 150х150 мм с применением обычной схемы сборки ограничен 18 и 20 см. Если же применить наше предложение, то потребуются бревна от 14 до 20 см, причем основную часть (63% требуемого объема) составят бревна диаметром 14 и 16 см. В таблице 1 представлен пример расчета (с учетом оптимального раскроя) потребности в пиловочных бревнах на 1 м3 ДКК по двум схемам сборки — стандартной и предлагаемой.

Таблица 1

Расчет расхода сырья на 1м3 ДКК

Из таблицы видно, что по стандартной схеме сборки для производства 1 м3 ДКК требуется распилить либо 34 шестиметровых бревна диаметром 18 см, либо 17 бревен диаметром 20 см. При этом попутно будут получены тонкие доски, не используемые в основном производстве. Очевидно, что на складирование, обработку и реализацию последних потребуются дополнительные затраты. При использовании же предлагаемой схемы сборки ДКК нужно всего лишь 23 шестиметровых бревна. При этом, во-первых, уменьшается объем прочих пиломатерилов, а во-вторых, снижаются затраты на закупку пиловочного сырья, т. к. стоимость бревен диаметром 14–16 см в полтора-два раза ниже, чем на крупномерный лес. И это — и первое скрытое преимущество.

В лабораторных условиях проводились испытания на изгиб образцов. Результаты опытов показали, что удельная прочность на изгиб у образцов, склеенных по схеме «золотого сечения», почти на 25% выше, чем у обычных образцов. Это объясняется тем, что при второй схеме сборки используются менее толстые заготовки, следовательно, значение внутренних напряжений в них меньше. Также на увеличение прочности оказывает влияние само расположение ламелей и большее количество клеевых швов. Таким образом, можно предполагать, что подобные конструкции будут обладать повышенным запасом прочности (это второе преимущество).

Очевидно, что для организации производства ДКК из тонкомерной древесины потребуются определенные изменения в технологическом процессе, которые в основном будут касаться участка прессования. Нужно предусмотреть большее число подстопных мест для промежуточной выдержки ламелей, увеличение загрузки прессов из-за усложнения схемы склеивания, неизбежное увеличение нагрузки на внутрицеховой транспорт. Однако, как показали предварительные расчеты (табл. 2), все эти затраты должны окупиться за счет снижения расходов на закупку сырья меньшего диаметра.

Таблица 2

Затраты на 1 м3 ДКК в зависимости от диаметра сырья и схемы сборки

*стоимость 1 чел./ч — 42 руб.

**стоимость 1 кВт/ч — 5 руб.

Таким образом, преимущества использования пиловочного сырья малых диаметров (тонкомера) в производстве ДКК очевидны. Налицо комплексное решение ряда взаимосвязанных проблем: обеспечение строительной индустрии более дешевым материалом, рациональное использование имеющегося потенциала древесных ресурсов, явное содействие развитию производств с углубленной переработкой древесины и реализации намеченных планов по обеспечению населения России доступным и комфортным жильем.