Разработка ученых ПНИПУ позволит впервые в России строить деревянные многоквартирные дома новых архитектурных форм
В России с 2019 года действуют строительные нормы, допускающие возведение зданий из дерева высотой до 28 метров. А с апреля 2026 года новый свод правил позволяет строить многоквартирные дома из дерева высотой до 15 метров. Теперь перед архитекторами и застройщиками открываются новые возможности. Но современные требования к городской среде не ограничиваются разрешением – людям нужны не просто типовые коробки, а комфортные, светлые, энергоэффективные здания, которые хорошо вписываются в плотную застройку и радуют глаз. Ученые Пермского Политеха предложили проекты деревянных домов с многогранной формой. Они лучше сохраняют тепло, устойчивее к ветру и эффективнее используют солнечный свет. Это первый в России инженерный проект для строительства многоэтажек из дерева с нестандартной архитектурой.
Статья опубликована в научно-техническом журнале «Региональная архитектура и строительство».
У нас в стране уже есть успешные примеры постройки многоэтажных деревянных домов. В Вологодской области еще в 2022 году построили первые четырехэтажки из многослойных панелей из дерева, а в Мончегорске анонсировано строительство пяти многоквартирных домов и коттеджного посёлка. По прогнозам аналитиков, к 2030 году рынок CLT-панелей в стране вырастет на 20%.
CLT – это перекрестно-клееная древесина: несколько слоев досок склеиваются под прессом, причем каждый слой уложен перпендикулярно предыдущему. По структуре это напоминает фанеру, только вместо тонкого шпона используют цельные доски. Именно такая перекрестная склейка придает панелям повышенную жёсткость и устойчивость к деформациям. По прочности такие панели сопоставимы по теплосбережению превосходят его в разы. Вес конструкций в пять раз меньше железобетонных – значит, фундамент нужен легче и дешевле, а строить можно круглый год в два-три раза быстрее.
В мире CLT-технология давно вышла за рамки эксперимента. В Норвегии в 2019 году построили 18-этажный деревянный небоскрёб высотой 85 метров. В США стоит 25-этажный Ascent Tower. В Лондоне еще в 2009 году появилось девятиэтажное здание – одно из первых жилых, построенных из CLT-панелей. В Австрии, Германии, Великобритании, Канаде и Австралии также есть деревянные многоэтажки. Но в России строительство из дерева преследует другую цель. Технология хорошо зарекомендовала себя в сложных климатических условиях. В перспективе CLT планируют активнее применять в северных регионах, в зонах с высокой сейсмичностью, а также при постройке социального жилья, объектов инфраструктуры (школы, детские сады, ФАПы), гостиниц и туристических кластеров. Есть потенциал и в программах реновации и переселения из ветхого фонда.
Для северных регионов это идеальный материал: он лучше удерживает тепло, чем бетон и кирпич. На месте дом собирается из панелей, изготовленных в заводских условиях, что сокращает сроки работ в сложных климатических условиях. Однако все существующие в России проекты имеют прямоугольную форму. По сути, это такие же панельные коробки, что и хрущёвки, только деревянные. А значит, им присущи те же недостатки: потери тепла через стыки панелей, недостаток освещенности, а значит и повышенное энергопотребление.
На основе существующего опыта проектирования зданий из плит CLT ученые ПНИПУ предложили решение для строительства домов произвольных архитектурных форм. Главная их особенность – этажи смещаются относительно друг друга, как будто закручиваются по спирали. Это напоминает винтовую лестницу или витки ДНК, только в масштабе целого дома.
Такая возможность реализована за счет строительства по платформенному типу, когда перекрытие каждого этажа становится основой для следующего. Такой выбор не является случайным. Именно эта схема позволяет смещать этажи, не теряя жесткости, и создавать не скучные прямоугольники, а динамичные «крученые» силуэты, напоминающие растущее дерево.
Для России строительство многоугольных деревянных зданий особенно актуально. Климат в большинстве регионов суровый: ветра дуют сильные, солнца мало, а зимы долгие. Шестиугольная форма решает эти проблемы. Чем больше граней, тем лучше обтекаемость воздухом, ниже ветровая нагрузка и теплопотери. Кроме того, многогранная форма позволяет разместить больше окон на южной стороне – в условиях короткого светового дня это критически важно для инсоляции. Такие простые решения способствуют и финансовой экономии: снижение счетов за отопление и уменьшение расходов на электричество. К тому же CLT-панели не требуют выравнивания – их гладкая поверхность и плотные стыки позволяют сэкономить на отделочных материалах и работе.
При этом здания в виде шестиугольника имеют повышенную устойчивость к боковым нагрузкам за счет увеличения числа граней-стен, что позволяет переносить даже сейсмические толчки силой 7–8 баллов. Это особенно важно для сейсмоактивных регионов России: Камчатки, Курил, Сахалина, Алтая, Байкала.
Исторически наши предки хорошо знали цену такой форме: в русском деревянном зодчестве шатровые храмы завершались восьмигранными пирамидами, а в крепостях ставили шести- и восьмигранные башни. Учёные ПНИПУ, по сути, возродили и творчески переосмыслили проверенный временем инженерный принцип.
Ученые разработали три варианта конструктивных систем. В первом – выступающие перекрытия создают навесы и балконы. Во втором – добавляются поперечные стены для повышения прочности. В третьем – первые этажи можно сделать без несущих стен, заменив их колоннами и балками, чтобы организовать открытое пространство для магазина, коворкинга или холла.
- Главное преимущество предложенных вариантов проектирования в том, что они позволяют эффективнее использовать земельный участок. В плотной городской застройке прямоугольные здания часто оказываются негибким решением, а многогранная форма даёт больше свободы. Кроме того, они опираются на существующие принципы панельного строительства, а значит не требуют разработки сложных индивидуальных узлов с нуля, — рассказала Ольга Третьякова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ.
Разработанные конструктивные системы — только первый этап. Чтобы превратить их в готовые инженерные решения, пригодные для массового строительства, учёным предстоит провести масштабное компьютерное моделирование. С помощью цифровых двойников они проверят, как конкретные шестиугольные дома поведут себя при любых нагрузках: от порывов ветра до сейсмических толчков. После этого красивая архитектурная идея превратится в точную инженерную методику, которую можно утвердить в строительных нормах и смело применять на практике.
