CC BY
158
мизации энергии деформации. Новосибирск: Изд-во НГУ, 2002. 317 с.
19. Саламахин П.М. Проблемы и концепция автоматизации проектирования и оптимизации конструкции мостов // Транспортное строительство. 2005. № 4. С. 20—23.
20. Трофимович В.В., Семенов А.А. Оптимизация стержневых металлических конструкций с учетом требований второй группы предельных состояний // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1986. № 9. С. 9-13.
21. Хог Э., Арора Я.С. Прикладное оптимальное проектирование: Механические системы и конструкции: М.: Мир, 1983. 478 с.
22. Хог Э., Чой К., Комков В. Анализ чувствительности при проектировании конструкций. М.: Мир, 1988. 428 с.
23. Arora J.S. Introduction to Optimum Design. Academic Press. 2004. 728 p.
24. Griffith F.E., Steward R.A. A nonlinear programming technique for optimization of continuous processing system // Management Science, 1961, v. 7. P. 379-392.
25. Hernandez S. Structural Optimization: 1960-2010 and Be-
yond // Computational Technology Reviews, 2010, v. 2. P. 177— 222.
26. Kameshki E. S., Saka M. P. Optimum design of nonlinear steel frames with semi-rigid connections using a genetic algorithm // Computers & Structures, 2001. v. 79. P. 1593-1604.
27. Kirsch U. Optimization: fundamentals and applications. Springer-Verlag, 1993. 302 p.
28. Rao S.S. Engineering optimization. Theory and practice. John Wiley & Sons, 2009. 813 p.
29. Rozen J.B. The Gradient Projection Method for Nonlinear Programming. Part 2: Nonlinear Constraints. J. L.Siam, 1961, v. 9, № 4. P. 414-433.
30. Schmit L.A. Structural design by systematic synthesis // Proceedings of second ASCE Conference of Electronic Computation, 1960. P. 105-122.
31. Tong W.H., Liu G.R. An optimization procedure for truss structures with discrete design variables and dynamic constraints // Computers & Structures, 2001, v. 79. № 2. P. 155162.
УДК 629.69
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЕРЕВЯННОГО ДОМОСТРОЕНИЯ
© Т.Я. Дружинина, А.А. Копылова
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены основные технологии деревянного домостроения, указаны их ключевые особенности. Отражена актуальность деревянного домостроения в настоящее время. Показаны преимущества дерева по сравнению с другими видами строительных материалов. Исследованы особенности технологий обработки древесины, применяемых в настоящее время. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: деревянное домостроение; технологии обработки древесины; оцилиндрованное бревно; конструкция дома.
ANALYSIS OF MODERN HOUSE-BUILDING TECHNOLOGIES T.Ya. Druzhinina, A.A. Kopylova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The paper describes the key technologies of wooden house-building and specifies their key features. Having reflected the relevance of contemporary wooden house-building it shows the advantages of wood as compared with other types of construction materials and studies the features of modern wood processing technologies. 2 sources.
Key words: wooden house-building; wood processing technologies; regularized round timber; house structure.
Деревянное домостроение считается элитным видом строительства в странах Европы и Северной Америки. В Сибири дерево - самый доступный по цене материал. Однако бревенчатое строительство в Иркутской области развито меньше всего, как и строительство домов из сибирской сосны и лиственницы в Восточной Сибири.
Постройка жилья из пено- или газобетона укладывается в ту же сумму, что и деревянный дом. Но это дома совершенно иных характеристик. Кирпичный дом имеет более высокую себестоимость, чем деревян-
ный: и тяжелый фундамент, и толстые стены увеличивают уровень расходов. Вес деревянного дома примерно втрое меньше такого же дома из кирпича, что не только экономит деньги на фундаменте, но и дает возможность строить даже на относительно мягком грунте. К плюсам деревянного домостроения стоит отнести поэтапное финансирование проекта в связи с особенностями выстраивания коробки дома. Дерево обладает замечательными теплоизоляционными свойствами, благодаря низкой теплопроводности древесины. Постройка из дерева толщиной 20 см имеет
1Дружинина Татьяна Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры сопротивления материалов и строительной механики, тел.: 89500664707, e-mail: dr@istu.ru
Druzhinina Tatyana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Strength of Materials and Structural Mechanics, tel.: 89500664707, e-mail: dr@istu.ru
2Копылова Александра Александровна, студентка, тел.: 89041109257, e-mail: Anaconda-Red@yandex.ru Kopylova Alexandra, Student, tel.: 89041109257, e-mail: Anaconda-Red@yandex.ru
лучшую теплоизоляцию, чем постройка с кирпичными стенами в 32 см, что дает возможность сэкономить на отоплении. Чтобы кирпичный дом сохранял тепло, его следует периодически протапливать, а прогревается он очень медленно. В деревянном же доме температура нагревается уже через несколько часов. Прочность деревянного дома очень высока. При правильном производстве строительных работ и качественном материале он способен простоять больше сотни лет. Дерево - живой дышащий материал, идеально подходящий для поддержания микроклимата в помещении. Стены легко устанавливают нужную влажность воздуха. Антистатические свойства древесины не позволяют ей пропускать в помещение пыль и различные раздражающие вещества.
Бревно - один из самых традиционных материалов, применяющихся в деревянном строительстве. Бревенчатый дом на сегодняшний день считается классикой деревянного домостроения, которая совершенствуется веками, но сохраняет свою самобытность.
Из обычного строганого бревна загородные дома строят до сих пор. Бревна могут быть разной толщины, но чем южнее будет расположен дом, тем тоньше могут быть его стены. Опыт показывает, что для регионов Восточной Сибири оптимальный диаметр бревен
- от 260 до 320 мм. Берут бревна естественной влажности, затем обрабатывают их рубанком, шлифуют, делают в них чашки-пазы, затем собирают в венцы. Во время обработки важно не повредить поверхностные слои древесины, иначе она будет не такой долговечной и теплостойкой. Древесину обрабатывают специальными антисептиками, которые препятствуют загниванию древесины, и антипиренами, которые препятствуют возгоранию. Для сохранения тепла в пазы укладывают льноволокно, после чего сруб должен усохнуть. Сторонники технологии строганого бревна считают, что обработанная вручную древесина, в отличие от оцилиндрованного бревна, лучше сохраняет структуру и не трескается. Бревенчатые дома ручной рубки из-за высокой стоимости считаются дорогим удовольствием на Западе, но в России они еще доступны.
Исходя из экономических соображений во времени и объемах производства, в последнее время получило распространение оцилиндрованное бревно. Деревянный дом на основе сруба из оцилиндрованного бревна - современный и доступный вариант загородного жилья. В процессе его производства древесному стволу придают правильную геометрическую форму: на входе ствол в форме усеченного конуса, на выходе
- гладкое бревно в форме цилиндра. Между входом и выходом существует система фрез, которые и превращают природный материал из точных размеров в элемент будущего дома. Далее бревна торцуют, подбирая нужный размер, делают пазы и замки, а также сверлят необходимые технологические отверстия. Диаметр оцилиндрованного бревна, как правило, от 160 до 260 мм, хотя при необходимости оборудование позволяет получать бревна большего или меньшего сечения. Поскольку оцилиндрованные бревна имеют
по всей длине одинаковое сечение, они легко сочленяются между собой, и стена при этом получается идеально ровной и прочной.
При использовании оцилиндрованного бревна отпадает необходимость тщательной подборки комлей и верхушек, что затягивает строительный процесс и увеличивает количество забракованного материала. Еще один плюс - равномерная усадка по всей длине. Кроме того, высокая чистота обработки исключает необходимость отделки. Тепловые потери через стену будут меньше, поскольку оцилиндрованные бревна изначально плотнее обычных примыкают друг к другу. К недостаткам домов из оцилиндрованного (калиброванного) бревна следует отнести тот факт, что небольшой диаметр бревен приводит к ухудшению теплозащитных характеристик стен. Это происходит не только из-за толщины самого бревна, но и из-за того, что количество соединений бревен на единицу высоты значительно выше. Например, если диаметр оцилин-дрованного бревна 20 см, то стыков на метр стены уже 5 или 6, если диаметр строганого бревна или лафета 30 см в тонкой части и 40-45 см в комлевой части, то стыков получается около 3, то есть в 2 раза меньше. Существующие технологии обработки чаш позволяют использовать только круглые чашки для перерубов, аналогичные традиционной русской технологии. Вследствие усадки дома в таких чашках образуются щели, требующие утепления. Часто выходом служат специальные вертикальные металлические стяжки, проходящие через все перерубы и предотвращающие образование щелей. В ходе усушки дома эти стяжки необходимо периодически подтягивать. При калибровке бревен все же снимается самый твердый и крепкий слой древесины, обнажая менее защищенную сердцевину. Это, конечно, сказывается на механических и эстетических свойствах бревен -образуются более частые и глубокие трещины, древесина становится менее устойчивой к воздействию солнца и биологических факторов. Тем не менее, современные химические средства позволяют обойти и эти проблемы.
Технология лафетного бруса позволяет использовать древесину естественной влажности, то есть лафет высыхает непосредственно в самом срубе. Основные используемые породы дерева - это сосна и лиственница. Лафет представляет собой полубрус, получающийся из опиленного с двух сторон круглого бревна. То есть две поверхности у такого деревянного материала скругленные, а две другие - плоские. Лафет также соединяется с помощью специально сделанных пазов, причем скругленными сторонами друг к другу. Плоские же стороны лафета обращены внутрь и наружу дома, в результате чего внутренние и внешние стены также получаются плоскими. Использование лафетного бруса при строительстве деревянного дома или бани позволяет расширить использование внутреннего пространства помещений, и такой деревянный дом не нуждается в дополнительной отделке декоративными материалами, что весьма существенно влияет на сметную стоимость всего строительства.
Обычно в строительстве домов из лафета используются бревна диаметром 300-400 мм. При этом для возведения первого этажа требуется не более восьми-девяти венцов, что дополнительно улучшает качество всего строения с точки зрения теплосбережения и усадки. Другой важный элемент данной технологии -это способ соединения под названием «норвежская чашка». В совокупности с затесами в угловых соединениях эта «чашка» образует самозаклинивающийся узел, который препятствует образованию щелей и упрочняет всю конструкцию дома. В России строительство из лафета пока не получило должного распространения, несмотря на экономичность, эстетичность и привлекательный внешний вид этого строительного материала. В Норвегии лафет весьма популярен, и из него строят дома уже не одно столетие, при условии, что климат более суровый, чем в большинстве российских регионов. В стилистике норвежского деревянного дома необходимо обратить внимание на особую травяную кровлю, из-за чего вся конструкция крыши оригинальна и имеет неповторимый вид снаружи, высокие потолки непосредственно внутри самого дома. Согласно исследованиям, проведенным немецкими учеными Р. Шубертом и М. Май-стерхаузом, 150 кв. м травяной кровли удовлетворяют годовую потребность в кислороде для 100 человек. Зеленая кровля площадью 48 кв. м производит, к примеру, столько же кислорода, сколько дерево с кроной диаметром около 10 м. В зависимости от способа озеленения такая кровля может принимать от 40 до 80% осадков и участвовать в естественном круговороте воды. Традиционная плоская кровля возвращает в атмосферу менее 1% влаги, эксплуатируемая зеленая кровля - более 60%.Зеленые насаждения на крыше позволяют добиться звукоизоляции и пылепоглоще-ния.
В настоящее время производители деревянных домов в качестве материала всё чаще используют цельный профилированный брус - строганный с четырёх сторон брус, имеющий в итоге особую форму. Наиболее распространен брус сечением 100 х 100 мм, 100 х 150 мм и 150 х 150 мм, стандартная длина бруса 6 м. Лицевые поверхности могут быть либо радиусные (имитация бревна), либо прямые с фасками. Контактные поверхности, верх и низ профилированного бруса имеют лабиринтную форму для обеспечения целостности соединения. Сливы по краям предохраняют стык венцов от попадания дождевой влаги и прикрывают джутовую прокладку. Специальные пропилы в брусе снимают 70% естественных напряжений бревна, на видимых поверхностях трещины не возникают, возможна только лёгкая паутинка. Профилированный брус - высокотехнологичный строительный материал, изготовленный из древесины хвойных пород: сосны, ели, лиственницы или кедра. Однако чаще всего используется именно сосна. Полностью просушить большой массив дерева довольно трудно. Искусственная сушка древесины, особенно в ускоренном варианте, может в дальнейшем сыграть с домовладельцем злую шутку. Пересушенный деревянный стройматериал, будь то бревно или брус, в естествен-
ных условиях будет впитывать влагу из воздуха до равновесного состояния. А в этом случае, когда водный баланс в древесине меняется, можно ждать различных неприятностей, в первую очередь изменения формы. Возведение домов из профилированного бруса требует не только специального качественного оборудования, но и знания технологий строительства деревянных домов - иначе преимущества этого материала при постройке деревянного дома могут быть не раскрыты.
Вышеописанные строительные материалы технологий деревянного домостроения в той или иной степени меняют геометрию с течением времени. Из этого следует усадка срубной конструкции, перекосы стен, оконных и дверных проемов и так далее. Тридцать лет назад на Западе была изобретена технология производства клееного профилированного бруса - деревянного строительного материала нового поколения, который принципиальным образом отличается от аналогов. Данный брус не просто профилируется, а имеет составную структуру, поскольку склеивается из нескольких слоев древесины. Бревна распускают на доски, которые называют ламелями, а их сушат в специальных сушилках, снижая содержание влаги до 10-12 процентов. Поскольку доска относительно тонкий пиломатериал, качество просушки получается весьма высокое. Затем ламели выстругиваются по первому классу чистоты и склеиваются под прессом так, чтобы слои древесины с разным направлением древесных волокон чередовались. Это фактически исключает появление напряжений, которые могут привести к изменению геометрии. После этого клеёному брусу придают точные размеры, а также делают пазы и выступы. В результате получается прочный строительный материал, который не изменяет форму и не коробится при колебаниях влажности. Скорость возведения здания из клеёного бруса сравнима со сроками строительства и ввода в эксплуатацию деревянного каркасного дома, при условии использования в качестве несущих конструкций сооружения деталей из клеёного бруса. Строительство возможно в любых природных условиях, в том числе при внешних температурах, соответствующих всем климатическим зонам Российской Федерации. Срок возведения дома из клеёного бруса зависит от масштабности и сложности объекта. Простейшие конструкции сруба 50-100 м2 могут быть собраны в срок от двух недель. Окончательная стоимость объекта пропорциональна качеству и диаметру сечения используемых в конструкции дома деталей из клеёного бруса. В производстве клеёного бруса ответственными поставщиками используется только качественная древесина. Также на стоимость объекта влияет тип проекта - готовое проектное решение, либо исполнение индивидуального архитектурно-конструкторского заказа. Кроме того, конечно, такие дома не требуют дополнительной отделки и очень эстетичны, поскольку естественная фактура древесины в данном случае не уничтожается, а только подчеркивается. Поскольку усадка клеёного бруса минимальна, дом из него строится строго по чертежам и сравнительно быстро. Отдельные элементы подгоня-
ются друг к другу с высокой точностью, что исключает попадание между брусьями влаги и промерзание конструкции. Относительная легкость и высокая устойчивость конструкций из клеёного бруса даёт возможность строить здания на любых типах грунтов и в любых геологических условиях, позволяет выстроить дом на недорогом фундаменте. Конструкция из клеёного бруса допускает небольшие движения фундамента без возникновения трещин и без ущерба надёжности и прочности здания. Дома из клеёного бруса по экономичности и комфортности проживания оптимально подходят для эксплуатации в сибирских условиях.
Технологии строительства зданий из клеёного и обычного пиленого бруса серьёзно отличаются. Обычный брус нуждается в естественных процессах усушки, он подвержен деформациям и искривлениям. Собранные срубы требуют значительных работ по выравниванию конструкций дома, утеплению, неоднократной конопатке, обработке и отделке в течение минимум года - полутора лет. Пиленый брус подвержен сезонным колебаниям в течение всего срока эксплуатации. Соответственно, все эти факторы требуют особого устройства конструкций, в частности, перекрытий кровли, окон и дверей. Клеёный брус все процессы усадки (усушки) и снятия напряжений (ведущих к искривлениям) проходит в заводских условиях. Он не подвержен деформациям и растрескиваниям, все детали здания производятся (ответственными произво-
дителями) в соответствии с проектом, с допусками, исчисляемыми миллиметрами.
Процесс обработки древесины, применяемый в настоящее время строительными компаниями, позволяет изготавливать качественный сруб, сводя к минимуму влияние человеческого фактора. Технология оцилиндрованного бревна пользуется повышенным спросом за рубежом в Германии, Канаде и других странах. Стоит отметить, что любителей деревянных домов с каждым годом становится все больше. Мировой опыт показывает, что деревянное домостроение считается одной из наиболее удобных, экологичных и дешевых технологий строительства жилых домов. В России доля деревянного домостроения является весьма скромной, особенно для страны, обладающей четвертью мировых запасов древесины, т.е. относительно дешевым и доступным древесным сырьем. Бревенчатое строительство может решить многие проблемы в деревнях и селах. С помощью малоэтажного бревенчатого строительства можно экономично решить жилищную проблему в Иркутской области. Разработанные строительными компаниями региона программы строительства на селе предусматривают возведение бревенчатых домов с черновой отделкой со стоимостью квадратного метра всего 12 тысяч рублей, что дает возможность довольно быстро и дешево строить экологичное жилье.
Библиографический список
1. Дворянчикова А.И. Бревенчатое строительство - нет мостроения) [сайт]. [2012]. URL: пророка в своем отечестве? // Градостроитель. 2011. http://www.spbrb.ru/articles_26_woods_house.htm (дата обра-№1(68). С.44-45. щения: 22.10.12).
2. Михайлов В. Русь бревенчатая [Электронный ресурс] // Деревянное изобилие (анализ технологий деревянного до-
УДК 691.54
БЕЗОБЖИГОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ
© Е.А. Левченко1, В.А. Воробчук2, Е.А. Филоненко3, К.А. Филоненко4
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены характеристики техногенных отходов, таких как зола терриконовая - продукт обжига отвальной породы при добыче угля в Черемховском районе Иркутской области, карбидный ил - продукт распада карбида кальция при производстве газа ацетилена на Усолье-Сибирском химическом комбинате. Проведён анализ использования этих отходов в качестве компонентов известково-пуццолановых минеральных вяжущих. Определены наиболее эффективные составы смешанного вяжущего и разработан приемлемый регламент его производства. Показано, что такое вяжущее имеет способность образовывать достаточно прочный искусственный камень при тепловой обработке, как при атмосферном, так и при повышенном давлении в среде насыщенного пара. Ил. 2. Табл. 4. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: вяжущее; цемент; фторгипс; карбидный ил.
1Левченко Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, тел.: 89149126175. Levchenko Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Roads, tel.: 89149126175.
2Воробчук Василий Анатольевич, студент, тел.: 89086610202, e-mail: vorobchuk @mail.ru Vorobchuk Vasiliy, Student, tel.: 89086610202, e-mail: vorobchuk @mail.ru
3Филоненко Евгений Александрович, студент, тел.: 89500909068, e-mail: filonenkoirps2012@yandex.ru Filonenko Evgeny, Student, tel.: 89500909068, e-mail: filonenkoirps2012@yandex.ru
4Филоненко Кирилл Александрович, студент, тел.: 89501306423, e-mail: filonenko.kirill@yandex.ru Filonenko Kirill, Student, tel.: 89501306423, e-mail: filonenko.kirill@yandex.ru
