Повышение долговечности и экологической безопасности деревянных жилых зданий, эксплуатируемых в климатических условиях Севера

Основной функцией жилища является защита людей от неблагоприятных метеорологических воздействий (холода, ветра, атмосферных осадков) за счет создания искусственной среды обитания человека в периоды его работы, отдыха, сна, восстановления жизненно необходимой энергии. Многовековой опыт показывает, что в деревянных жилищах обеспечиваются комфортные условия для длительного пребывания людей. На Севере древесина является традиционным строительным материалом. Основными причинами утраты деревянных построек являются биопоражение и пожары. Опыт эксплуатации объектов деревянного зодчества, построенных 200−360 лет назад, подтверждает высокий потенциал природной биостойкости древесины.

Методы обеспечения древними зодчими высокой долговечности деревянных культовых построек, эксплуатируемых на Севере, исследованы достаточно подробно [1−3]. Однако в задачи этих исследований не входила разработка новых методов обеспечения долговечности, и работы завершались оценкой эффективности применявшихся ранее различных методов конструкционной защиты древесины, не подвергавшейся химической обработке биоактивными препаратами.

Использованию химических средств защиты древесины от биопоражения и огня посвящены работы многих исследователей [4,5]. В последние годы просматривается четкая тенденция снижения экологической опасности таких биоактивных препаратов. Однако обеспечить полную безопасность при их применении — невозможно.

По условиям эксплуатации жилища существенно отличаются от культовых сооружений, что исключает непосредственную аппроксимацию на жилища результатов исследования долговечности церквей, колоколен, часовен. Поэтому в ходе настоящих исследований изучены закономерности биопоражения различных конструктивных элементов деревянных жилых зданий, длительно эксплуатируемых в Архангельской области. На основании полученных результатов разработано жилое здание, в котором основным материалом является древесина с минимальным содержанием пропиточных биоактивных химических защитных препаратов там, где это необходимо. При этом конструкции, наиболее подверженные гниению и возгоранию, выполнены из биостойких и огнестойких материалов. Отказ от широкого применения биоактивных химических средств защиты древесины в жилых домах для повышения их долговечности обеспечивает более комфортное проживание людей и имеет большое значение для экологии.

Использование в разработанном жилом здании железоили керамзитобетонных плит перекрытия взамен деревянных конструкций обеспечивает при необходимости свободную внутреннюю перепланировку помещений с учетом изменяющихся со временем требований проживающих. Отсутствие несущих стен на большой площади перекрытий облегчает инсоляцию и аэрацию помещений. Высокая несущая способность железобетонных плит позволяет, без дополнительного усиления основания, монтировать на них камины и печи, которые являются дополнительными источниками тепла и улучшают комфорт жилища. В полах можно устроить экономичную систему обогрева помещений без использования настенных радиаторов. Железобетонные колонны и перекрытия не только исключают биопоражение деревянных конструкций, но и повышают пожаростойкость здания.

Деревянные стены из бруса, смонтированные на отдельном от каркаса фундаменте или на плите цокольного перекрытия, обеспечивают снижение массы здания в 3 раза по сравнению с кирпичным, что особенно важно при строительстве на слабых грунтах.

Вариант опирания деревянных стен на цокольное перекрытие перспективен для строительства зданий на вечномерзлых грунтах, когда требуется устройство проветриваемого технического подполья для предотвращения подтаивания грунта основания из-за теплопотерь эксплуатируемого здания.

В зоне контакта древесины с железобетоном, где обычно интенсивно развивается гниение из-за конденсирующейся влаги, элементы стен отделены от железобетона с помощью деревянных прокладок, пропитанных специальными средствами химической защиты.

Возведение зданий методом подъема крупногабаритных плит перекрытий с помощью разработанных компактных приспособлений делает их перспективными для строительства не только на стесненных соседними строениями площадках, но и в отдаленных труднодоступных районах, где нет оборудования большой грузоподъемности. В этом случае для строительства завозят только цемент, арматуру и щебень, а древесина и песок часто являются дешевыми местными строительными материалами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1.На основании результатов натурных обследований 202-х деревянных, жилых зданий, построенных в 24 населенных пунктах Архангельской области в период с 1846 по 1975 г., используя аппроксимацию экспериментальных данных с помощью степенного полинома, разработаны математические модели износа основных, конструктивных элементов в зависимости от продолжительности их эксплуатации.

2. Экспериментально установлено, что основной причиной износа деревянных, жилых зданий на Севере является фунгицидное поражение. При этом среднегодовой индекс износа элементов деревянных фундаментов ¿-Ф = 2,89, перекрытий 1П = 1,90, стен и перегородок 1С =1,15, а для зданий, эксплуатируемых после капитального ремонта, проведенного без пропитки заменяемых деталей химическими защитными препаратами, ¿-ф = 3,60, ^ =2,90, ]с =1,69−1,71 соответственно. Это можно объяснить быстрым развитием грибов на новой незащищенной древесине в условиях ее длительного контакта с незамененными элементами, инфицированными деревораз-рушающими грибами.

3. В зоне контакта окладных венцов с деревянными сваями среднегодовой индекс износа древесины при отсутствии пропитки защитными препаратами составляет 2,27, а при использовании железобетонных свай он увеличивается на 20,6%. Это объясняется различием показателей точки росы древесины и бетона, что влечет образование конденсата на границе контакта разнородных материалов и интенсифицирует развитие дереворазрушающих грибов. Пропитка наружных окладных венцов здания водорастворимым антисептиком на основе хромо-медного комплекса солей снижает биопоражение древесины в 4,1 раза, а при использовании креозота признаков биопоражения не зафиксировано через 9 лет эксплуатации.

4. В результате экспериментальных исследований в лабораторных условиях двух партий образцов древесины лиственницы, вырезанных из наружных конструкций здания, эксплуатируемого 120 лет, установлено, что временное сопротивление при сжатии вдоль волокон, приведенное к влажности 12%, составило 79,2 и 79,5 МПа при коэффициенте вариации и = 2,48 и 4,28%, а при статическом изгибе — 122 и 141,9 МПа при и = 4,34 и 12,58% соответственно. Модуль упругости при статическом изгибе при этом составил 23,8 и 25,2 ГПа при о = 4,7 и 6,6% соответственно. Это свидетельствует о длительном сохранении древесиной высоких физико-механических характеристик в конструкциях жилых зданий при нормальных условиях эксплуатации.

5. Разработана конструкция малоэтажного, жилого дома повышенной долговечности с наружными ограждающими конструкциями из бруса и несущим железобетонным каркасом, состоящим из четырех колонн, на которых смонтированы методом подъема и закреплены монолитные безкапительные плиты перекрытий.

Железобетонные перекрытия позволяют без дополнительного усиления монтировать на них камины, печи для повышения комфорта проживания, легко осуществлять перепланировку помещений, обеспечивая необходимую инсоляцию и аэрацию, устраивать в полах экономичную систему обогрева. Железобетонные фундаменты и каркас не подвержены биопоражению и повышают пожаростойкость здания. Применение антисептированных прокладок на границе контакта древесины стен с разнородными материалами позволяет минимизировать расход биоактивных химических препаратов.

6. Для снижения трудоемкости работ при изготовлении пакета железобетонных плит перекрытий на нулевой отметке, устройстве разделительного слоя, затирке бетонных поверхностей, а также для подъема плит перекрытия на проектные уровни разработаны машина для устройства фундаментов и полов (Авторское свидетельство № 1 411 392 СССР МКИ Е 02.

Б 5102, 7/02. Б.И., 1988. — № 27. С. 87.) и универсальный механический подъемник грузоподъемностью 120 тонн. Это оборудование позволяет без кранов вести строительно-монтажные работы в сельской местности и в стесненных условиях стройплощадок в густо населенных пунктах.

7. Результаты исследований использованы при разработке «Пособия по расчету и проектированию безкапительных плит перекрытий из монолитного железобетона для малоэтажных жилых домов», (утверждено 30.05.90 г. Ленинградским зональным научно-исследовательским институтом экспериментального проектирования жилища) — технической документации на оборудование для возведения здания — «Автоматизированное устройство подъема панелей перекрытий» (шифр проекта И-561.04−90, ЛенЗНИИЭП) и «Экспериментальный подвесной бетоноукладчик» (шифр проекта И-561−09−90, ЛенЗНИИЭП), а также проектно-сметной документации, по которой ведется строительство экспериментальных двухэтажных жилых домов (отдельно стоящего и сблокированного) в Северодвинске и Архангельске (шифры проектов 2−91 и 4−91).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертационная работа «Повышение долговечности и экологической безопасности деревянных, жилых зданий, эксплуатируемых в климатических Ч условиях Севера» выполнена в соответствии с поставленной целью — изучить закономерности биопоражения деревянных жилых построек при длительной эксплуатации в климатических условиях Севера и разработать конструкцию долговечного жилого здания и технологию его возведения, рационально применив древесину в сочетании с другими материалами и обеспечив удовлетворение современным требованиям к жилищу по комфортности, дизайну и возможности использования достижений науки и техники в области создания благоприятной среды для обитания человека.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

— на основании натурного обследования деревянных, жилых зданий, эксплуатируемых длительное время в климатических условиях Севера, изучить закономерности биопоражения конструктивных элементов, деталей и узлов их сопряжения;

— разработать конструкцию долговечного жилого здания на основе дерева и других материалов, серийно выпускаемых промышленностью, в том числе местной, рационально сохраняя решения, апробированные веками при строительстве жилья на Севере;

— разработать универсальную технологию и приспособления для возведения зданий предложенной конструкции как на стесненных соседними строениями площадках в густо заселенных пунктах, так и в отдаленных труднодоступных лесных районах;

— разработать техническую документацию, необходимую для внедрения предложенных конструкционных и технологических решений в строительную практику.

Экспериментальные исследования выполнены не только по стандартным, но и по разработанным автором методикам.

Обработка результатов исследований проводилась методами математической статистики. Результаты исследований достоверны, а полученные выводы обоснованы.

Это позволило в короткий срок с минимальными капиталовложениями разработать и внедрить технологию возведения каркасных малоэтажных зданий методом подъема.

Народно-хозяйственный эффект от применения проектного решения здания предложенной конструкции и технологии возведения каркасного дома с деревянными стенами заключается в использовании местных строительных материалов и в увеличении срока службы деревянных элементов, что способствует сохранению лесных массивов.

Использование местных строительных материалов и разработанного способа возведения зданий методом подъема крупногабаритных плит перекрытий с помощью компактных приспособлений позволяет снизить затраты на строительство, технику безопасности работающих и охрану окружающей среды.