Клееная древесина , обычно называемая глулам , представляет собой тип структурного конструкционного древесного продукта, состоящего из слоев размерной древесины, скрепленных прочными, влагостойкими структурными клеями таким образом, чтобы все волокна располагались параллельно продольной оси. В Северной Америке материал, из которого делаются ламинаты, называется ламинированными досками или ламстоками .
Считается, что принципы строительства из клееной древесины восходят к 1860-м годам в актовом зале колледжа короля Эдуарда VI , школы в Саутгемптоне , Англия. [2] Однако первый патент появился в 1901 году, когда Отто Карл Фридрих Хетцер, плотник из Веймара , Германия, запатентовал этот метод строительства. Одобренный в Швейцарии, патент Хетцера исследовал создание прямой балки из нескольких склеенных вместе пластин. В 1906 году он получил патент в Германии на изогнутые секции клееной древесины. Вскоре другие страны Европы начали одобрять патенты, и к 1922 году клееная древесина использовалась в 14 странах.
Технология была впервые привезена в Соединенные Штаты Максом Ханишем-старшим, который был связан с фирмой Hetzer в 1906 году, прежде чем эмигрировать в Соединенные Штаты в 1923 году. Без финансовой поддержки Ханиш смог впервые использовать клееный брус в Соединенных Штатах только в 1934 году. Проект школы и общественного спортзала в Пештиго, штат Висконсин , потребовал времени для начала, так как было трудно найти производителей, но в конечном итоге компания Thompson Brothers Boat Manufacturing Company взялась за проект. Однако Промышленная комиссия Висконсина отклонила арки, поскольку у них не было предыдущего опыта работы с клееным брусом. Был достигнут компромисс, в соответствии с которым арки можно было использовать, если они использовались в сочетании с болтами, лагами, металлической обвязкой и уголками для усиления конструкции. Хотя усиления были излишними, земля наконец-то заложили в конце 1934 года, включив четыре пролета трехшарнирных арок с чистыми пролетами 20 метров (64 фута). Партнерство в рамках этого проекта привело к созданию Unit Structures Inc., строительной компании по производству клееного бруса, принадлежащей семьям Ханиш и Томпсон.
В 1936 году компания Unit Structures запатентовала как формовочное оборудование, используемое для производства арок из клееной древесины, так и сами арки из клееной древесины. Второй проект, на этот раз для Лаборатории лесной продукции (FPL), дал компании Unit Structures возможность доказать прочность и жесткость элементов из клееной древесины архитекторам и инженерам. Полномасштабные испытания нагрузки, проведенные путем размещения 14,3 тонн (31 500 фунтов) мешков с песком на крыше, превысили проектные характеристики на 50%. Отмеченные прогибы также были в пользу системы. Хотя для публикации результатов потребовалось некоторое время, испытание позволило компании Unit Structures продолжить строительство с использованием клееной древесины. В это время в Европе стали популярны двутавровые сечения с фанерными стенками и полками из клееной древесины, в то время как прямоугольные сечения стали нормой в Америке. Двутавровые сечения экономили пиломатериалы, что было выгодно для европейцев, поскольку они имели высокую стоимость пиломатериалов, но были более трудоемкими, что было дорого в Штатах. Система клееного бруса вызвала интерес у жителей западного побережья, и многие компании начали ею заниматься.
В 1942 году введение полностью водостойкого фенол-резорцинового клея позволило использовать клееный брус в открытых внешних средах без опасений по поводу деградации клеевого шва, что расширило рынок его применения. В разгар Второй мировой войны строительство клееного бруса стало более распространенным, поскольку для военных нужд требовалась сталь. В 1952 году ведущие производители инженерной и цельной древесины объединили усилия для создания Американского института деревянного строительства (AITC) для стандартизации отрасли и продвижения его использования. [3] Первый стандарт производства клееного бруса в США был опубликован Министерством торговли в 1963 году. С тех пор производство клееного бруса распространилось в Соединенных Штатах и Канаде и использовалось также для других конструкций, таких как мосты. В настоящее время оно стандартизировано в соответствии со стандартом ANSI A190.1. [4]
Производство клееного бруса обычно делится на четыре этапа: сушка и сортировка пиломатериалов, соединение пиломатериалов для формирования более длинных пластин, склеивание слоев, отделка и изготовление. Пиломатериалы, используемые для производства клееного бруса, могут поступать к производителям предварительно высушенными. Для проверки уровня влажности используется ручной или встроенный в линию измеритель влажности. Каждая единица пиломатериала, поступающая в производственный процесс, должна иметь влажность от 8% до 14% в соответствии с используемым клеем. [5] Пиломатериалы выше этого порога подвергаются повторной сушке.
Сучки на концах высушенных пиломатериалов обрезаются. Затем пиломатериалы группируются в зависимости от сорта. Чтобы создать отрезки клееного бруса длиннее, чем те, которые обычно доступны для пиломатериалов, пиломатериалы должны быть соединены встык. Наиболее распространенным соединением для этого является шиповое соединение длиной 1,1 дюйма (2,8 см), которое разрезается с обоих концов специальными режущими головками. Структурная смола, обычно меламиноформальдегидная смола радиочастотного отверждения (MF) или смола PF, наносится на стык между последовательными досками и отверждается под торцевым давлением с использованием непрерывной системы радиочастотного отверждения. После отверждения смол пиломатериалы разрезаются по длине и строгаются с каждой стороны, чтобы обеспечить гладкие поверхности для склеивания.
После строгания клеевой экструдер наносит смолу на пиломатериалы. Чаще всего это фенол-резорцин-формальдегидная смола, но также можно использовать смолу PF или меламино-мочевино-формальдегидную (MUF) смолу. Для прямых балок смоляные пиломатериалы укладываются в определенном порядке на зажимной кровати, где механическая или гидравлическая система сжимает слои вместе. Для изогнутых балок пиломатериалы вместо этого укладываются в изогнутой форме. Эти балки отверждаются при комнатной температуре в течение 5–16 часов, прежде чем давление будет сброшено. Сочетание давления с радиочастотным отверждением может сократить время, необходимое для отверждения.
Широкие боковые поверхности балок шлифуются или строгаются для удаления смолы, которая выдавливается между досками. Узкие верхние и нижние поверхности также могут шлифоваться при необходимости для достижения желаемого внешнего вида. Углы также часто скругляются. Технические требования к внешнему виду могут потребовать дополнительной отделки, такой как заполнение отверстий от сучков шпатлевкой, более тонкая шлифовка и нанесение герметиков, отделок или грунтовок. [6]
Когда в начале двадцатого века клееная древесина была представлена как строительный материал, широко использовались казеиновые клеи (которые водонепроницаемы, но имеют более низкую прочность на сдвиг ). Соединения с казеиновыми клеями имели отказы от отсоединения из-за внутренних напряжений в древесине. Синтетические смоляные клеи холодного отверждения были изобретены в 1928 году. «Каурит» и другие клеи на основе мочевино-формальдегидной смолы недороги, просты в использовании, водонепроницаемы и обеспечивают высокую прочность сцепления. Разработка смоляных клеев способствовала широкому использованию клееной древесной конструкции. [7]
Использование шиповых соединений с клееной древесиной позволило производить клееные балки и колонны в больших масштабах. Шиповые соединения клееной древесины обеспечивают большую площадь поверхности для склеивания. Автоматические шиповые станки разрезают острые соединения, соединяют и склеивают их под давлением, что позволяет получить прочное, долговечное соединение, способное выдерживать высокие нагрузки, сопоставимые с натуральной древесиной того же сечения. [8]
Числовое программное управление (ЧПУ) позволяет резать клееный брус необычной формы с высокой степенью точности. Станки с ЧПУ могут использовать до пяти осей, что позволяет выполнять процессы подрезки и выдалбливания. Экономичные станки с ЧПУ вырезают материал с помощью механических инструментов, таких как фрезер. [9]
Преимущества использования клееного бруса в строительстве:
Большие крыши стадионов являются обычным применением для широкопролетных клееных балок. Преимуществами являются малый вес материала и возможность изготовления больших длин и больших сечений. Предварительное изготовление применяется неизменно, и инженеру-конструктору необходимо указать методы доставки и монтажа крупных элементов на ранней стадии проектирования.
PostFinance Arena — пример крыши спортивного стадиона с большим пролетом, в которой использованы клееные арки, достигающие 85 метров. Конструкция была построена в Берне в 1967 году, а затем была отремонтирована и расширена. Колизей выпускников Восточно-Кентуккийского университета был построен в 1963 году с самыми большими в мире клееными арками, которые охватывают 93,967 метра (308 футов 3+1 ⁄ 2 дюйма).
Крыша Richmond Olympic Oval , построенная для соревнований по конькобежному спорту на зимних Олимпийских играх 2010 года в Ванкувере, Британская Колумбия , представляет собой одну из самых больших в мире деревянных конструкций с прозрачным пролетом. Крыша включает 2400 кубических метров пиломатериалов из пихты Дугласа в клееных балках. В общей сложности 34 столба из желтого кедра поддерживают свесы, где крыша выходит за пределы стен. [20]
Каток в Анахайме, штат Калифорния, был построен в 1995 году компанией Disney Development Company и архитектором Фрэнком Гери с использованием больших двойных изогнутых клееных балок из желтой сосны . [21]
Клееный брус использовался для пешеходных, лесных, автодорожных и железнодорожных мостов. Клееный брус, обработанный под давлением, или брус, изготовленный из натурально прочных пород дерева, хорошо подходит для создания мостов и сооружений на набережной. Древесина по своей природе устойчива к коррозии, вызываемой солью, используемой для борьбы с обледенением дорог.
Один из североамериканских мостов из клееной древесины — Keystone Wye в Блэк-Хиллс, Южная Дакота, построенный в 1967 году. Мост да Винчи в Норвегии, завершенный в 2001 году, почти полностью построен из клееной древесины. Пешеходный мост Kingsway в Бернаби, Британская Колумбия , Канада, построен из монолитного бетона для опорных столбов, конструкционной стали и клееной древесины для арки, натяжного сборного железобетонного пешеходного настила и опорных стержней из нержавеющей стали, соединяющих арку с пешеходным настилом.
Клееный брус используется для строительства многоцелевых объектов, таких как церкви, школьные здания и библиотеки. Собор Христа Света в Окленде, Калифорния , является одним из таких примеров и использует клееный брус для усиления экологического и эстетического эффекта. Он был построен в качестве замены собора Святого Франциска Сальского , который стал непригодным для использования после землетрясения Лома-Приета в 1989 году. Здание в форме vesica piscis площадью 2010 квадратных метров (21 600 квадратных футов) и высотой 34 метра (110 футов) образовало каркас с клееной деревянной балкой и стальным стержневым скелетом, покрытым стеклянной оболочкой. Учитывая традиционный способ строительства со стальным или железобетонным моментным каркасом, этот случай с комбинацией клееного бруса и стали рассматривается как передовой способ реализации экономичности и эстетики в строительстве. [22]
В качестве альтернативы свежесрубленным дубам в качестве конструкционного материала для замены шпиля собора Парижской Богоматери , уничтоженного пожаром в 2019 году , была предложена клееная древесина . [23] [24]
Клееный брус широко используется в общественных зданиях из-за его способности охватывать большие пространства без необходимости в промежуточных опорах. Это качество особенно полезно при создании открытых, воздушных интерьеров, которые являются одновременно функциональными и визуально яркими. Lokameru Sunsetfalls в Салатиге , Индонезия , является одним из известных применений клееного бруса в строительстве свадебных часовен. Использование клееного бруса в этих конструкциях дает несколько преимуществ:
Эстетическая привлекательность : Glulam предлагает теплый, естественный вид, который усиливает романтическую и безмятежную атмосферу свадебной часовни. Открытые деревянные балки могут быть изготовлены в элегантные арки или сложные узоры, что добавляет визуального интереса пространству.
Прочность конструкции : высокое отношение прочности к весу клееного бруса позволяет создавать большие открытые пространства без колонн или других опор, которые могли бы загораживать вид. Это особенно важно в свадебных часовнях, где желателен беспрепятственный обзор церемонии.
Универсальность в дизайне : клееный брус можно формировать в различные формы, включая изгибы и углы, которые традиционному цельному дереву нелегко придать. Эта универсальность позволяет архитекторам проектировать уникальные и знаковые свадебные часовни, выделяющиеся своей архитектурной красотой.
Устойчивость : Glulam — это устойчивый строительный материал, часто получаемый из лесов, где ведется устойчивое лесопользование. Его использование в свадебных часовнях соответствует растущей тенденции к экологически сознательным методам строительства.
В 2019 году самым высоким сооружением в мире, в котором использовался клееный брус, было Mjøstårnet , 18-этажное здание смешанного назначения в Брумунддале , Норвегия. [25] В 2022 году здание Ascent MKE в Милуоки , штат Висконсин, превзошло его, имея 26 этажей и высоту более 86 метров. [26]
Крыша музея Центр Помпиду-Мец во Франции состоит из шестнадцати километров клееной ламинированной древесины, пересекающейся в форме шестиугольных блоков. Площадь поверхности составляет 8000 м 2 , а нерегулярная геометрия крыши, включающая различные изгибы и контр-изгибы, напоминает китайскую шляпу . [27]
В 2005 году исследователи из Лундского университета , Швеция, обнаружили ряд разрушений конструкций из клееной древесины в скандинавских странах. Они пришли к выводу, что причиной стали строительные дефекты или ошибки проектирования. [28] В январе 2002 года крыша арены велодрома Siemens в Копенгагене рухнула, когда соединение между фермами клееной древесины разрушилось в точке крепления дюбелей . [28] В феврале 2003 года рухнула крыша недавно построенного выставочного зала в Ювяскюля , Финляндия. Было обнаружено, что во время строительства указанное количество дюбелей в соединениях между брусьями клееной древесины отсутствовало или было неправильно установлено. [28]
Крушение моста Перколо в Шоа , Норвегия, в 2016 году было вызвано ошибкой в расчете напряжений в соединениях при проектировании. [29] После этого инцидента были проверены тринадцать автодорожных мостов из клееной древесины, и были обнаружены лишь незначительные дефекты. [ необходима цитата ]
15 августа 2022 года мост Треттен в Гудбрандсдалене , Норвегия, рухнул, когда по нему проезжали два транспортных средства. Он был сделан из клееного бруса и стали и был возведен в 2012 году с расчетным сроком службы «не менее 100 лет». Причина обрушения не была сразу очевидна, хотя во время проверки 2016 года в одном из соединений были обнаружены слишком короткие штифты. [30] [31] [32]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)