видео-инструкция по монтажу своими руками, особенности домов из бруса, дачных садовых строений, заборов, гаражей, расстояние между по СНИПу, цена, фото
Дерево используется людьми в строительной сфере уже не одну тысячу лет, что обусловлено множеством положительных характеристик, присущих данному материалу. На сегодняшний день из него также возводят множество разнообразных архитектурных сооружений, в особенности при обустройстве загородных участков. Наиболее интересные дачные постройки мы рассмотрим в данной статье.
Фото деревянных построек
Общие положения
Перед тем как перейти к конкретным примерам, давайте разберёмся с уникальностью самой древесины в качестве строительного материала:
Достоинства
- Экологическая чистота. Леса – лёгкие планеты, и даже срубленное дерево продолжает фильтровать воздух, очищая его от примесей углекислого газа. Если сюда добавить ещё и приятный исходящий от древесины запах, благоприятно воздействующий на человека, то становятся понятными причины популярности возведения деревянных бань, известных своими оздоровительными свойствами.
Дерево делает посещение парной ещё более полезным для здоровья
Совет: при обустройстве детских площадок также рекомендуется использовать древесину, которая гарантирует отсутствие токсичных испарений и выделения аллергенов, способных навредить ребёнку.
Детская площадка из натурального природного материала
- Природная эстетичность. Каждый деревянный элемент обладает своей оригинальной эстетичной фактурой, тёплыми коричневыми тонами и плавными контурами, прекрасно гармонирующими с садом или другими конструкциями из дерева.
Садовые деревянные беседки прекрасно вписываются в окружающую их природную обстановку
- Простота обработки своими руками. Из податливой древесины можно сделать конструкции практически любой формы. Она легко поддаётся сверлению, резке, шлифовке, фрезеровке и покраске.
Шлифовка отдельных деревянных деталей
- Низкая теплопроводность. Все деревянные постройки для дачи своими руками хорошо удерживают тепло зимой и прохладу летом. По этой же причине древесина всегда тёплая на ощупь, что также немаловажно в процессе её эксплуатации.
По этой же причине древесина всегда тёплая на ощупь, что также немаловажно в процессе её эксплуатации.Постройка дома из дерева гарантирует сохранение тепла внутри даже в самые суровые зимы
- Хорошая звукоизоляция. В срубе вас не станут беспокоить посторонние звуки с улицы, что значительно способствует отдыху и уединению.
- Приемлемая цена. На первый взгляд применение древесины кажется делом дорогим, так как это натуральный материал.
Но несколько факторов позволяют по-новому взглянуть на эту проблему:
- Постройки легких зданий из дерева не требуют мощных дорогостоящих фундаментов.
- В большинстве случаев можно обойтись без нанесения декоративной отделки, достаточно покраски или вскрытия лаком.
- Многие монтажные операции вполне под силу осуществить самостоятельно, что позволяет сэкономить на оплате работы наёмных специалистов.
- Всегда есть выбор между дорогими и дешёвыми породами древесины.
- Морозостойкость. Выдерживает множество циклов замораживания и размораживания.
- Долговечность. При правильном уходе деревянные строения прослужат вам долго и качественно.
Выдерживает множество циклов замораживания и размораживания.Недостатки
Также имеются и некоторые минусы у древесины:
Результат гниения
Совет: любое деревянное сооружение рекомендуется тщательно обрабатывать антисептиком для дерева, что позволит снизить возможность возникновения деструктивных процессов к минимуму.
- Пожароопасность. Дерево даже используют в качестве топлива для печей, настолько хорошо оно горит. Таким образом, загоревшийся сруб может стать настоящей ловушкой для проживающих в нём людей. Поэтому и расстояние между деревянными постройками по СНИПу должно соблюдаться не менее шести метров.
Совет: жилые дома и бани из дерева следует обрабатывать антипиренами, чтобы повысить их уровень пожарной безопасности.
Нанесение антипирена на стены из дерева
Как видите, хоть отрицательные стороны и есть, с ними можно успешно бороться.
Примеры сооружений
Теперь давайте перейдёт к самим конструкциям:
Пример №1: дом
Постройка деревянного дома из бруса своими руками является непростым мероприятием
Постройка деревянных домов – это наиболее масштабный вариант использования пиломатериалов. Зато в итоге вы получите тёплое, экологичное, красивое и надёжное жильё для себя и своей семьи.
Устройство такого сооружения выглядит так:
Схема строения дома из бруса
| Обозначение на рисунке | Название элемента |
| 1 | Фундамент. Примечательно, что, как мы уже отметили выше, для деревянных построек не требуется мощное основание. Наиболее часто устанавливается столбчатая или ленточная конструкция. |
| 2 | Обвязка. Это первый венец из балок с сечением 150 на 150 мм, соединённых по углам «в полдерева». |
| 3 | Лаги. Основание половой конструкции из продольно уложенных балок с сечением 50 на 150 мм и шагом 750 мм. |
| 4 | Черновой слой пола. Нижняя часть полового «пирога», которая состоит из необрезной доски установленной на бруски с сечением 40 на 50 мм. На него укладывается утеплитель. |
| 5 | Чистовой слой пола. Создаётся из шпунтованной строганной доски. |
| 6 | Внешние стены из профилированного или круглого бруса с сечением указанным в проекте. |
| 7 | Внутренние стены из профилированного бруса с сечением 100 на 150 мм. |
| 8 | Стропильная конструкция из хвойной деревянной доски. |
| 9 | Кровельная обрешётка из обрезной хвойной доски сечением 20 на 100 мм. |
| 10 | Кровля. Здесь можно использовать шифер, металлочерепицу или битумную черепицу. |
| 11 | Мансарда. Жилое помещение под крышей. В более экономных вариантах это может быть простой чердак. |
| 12 | Пароизоляция кровельной конструкции. |
| 13 | Окна из дерева с двойными стеклопакетами. |
| 14 | Двери. |
| 15 | Лестницы. |
Постройка деревянного гаража, бани, хозблока или закрытой беседки осуществляется схожим, но упрощённым способом.
Пример №2: забор
Забор из досок
Постройка забора из дерева в разы проще возведения жилого здания и легко выполняется собственными силами. Устройство такого сооружения выглядит следующим образом:
Схема дачного ограждения из дерева
| Обозначение на рисунке | Название элемента |
| 1 | Деревянные планки |
| 2 | Слега из дерева |
| 3 | Опорная свая |
| 4 | Калитка |
| 5 | Шаблон, регулирующий высоту забора |
| 6 | Шнур, позволяющий выставить планки ровно |
| 7 | Яма под опорную сваю |
Подобным способом, используя более низкие планки, можно зонировать и сам участок.
Вывод
Деревянные постройки обладают массой преимуществ перед конструкциями из иных строительных материалов и достаточно легко возводятся собственными силами.
Благодаря простоте обработки сооружения из дерева могут принимать самые неожиданные формы
Видео в этой статье предоставит дополнительные материалы.Используйте древесину для обустройства своего загородного участка.
Топ-10 уникальных деревянных строений: архитектура снова смотрит «в корень»
Новый мировой рекорд по строительству высотных зданий из дерева был установлен в Норвегии, где в марте 2019 года завершилось строительство многофункционального жилого комплекса Mjøstårnet («Мьёсторнет») высотой 85,4 м. Предыдущий рекорд, согласно рейтингу Международного совета по высотным зданиям и среде обитания (CTBUH), с 2017 года принадлежал деревянному 18-этажному зданию студенческого общежития Brock Commons в университетском кампусе Ванкувера (Канада),
высотой 53 м.
Дерево – один из древнейших и по-прежнему один из самых ценных и востребованных строительных материалов. Собственно, от старославянского «древа» происходит само понятие «древность», в котором, по одной из версий филологов, изначально заложена смысловая связь с «корнями» как символом устойчивости, крепости, надежности и преемственности веков и поколений. Ровно за те же свойства зодчие испокон веков ценили древесину и до сих пор сохраняют преданность этому материалу, несмотря на множество современных альтернатив в виде инновационных композитных материалов, имитирующих текстуру и даже качества природной древесины.
Первое научное описание свойств дерева как строительного материала, а также первые в истории экспертные рекомендации по его использованию были изложены римским инженером и архитектором Витрувием в трактате «Десять книг об архитектуре» (I век до н.э.) В частности, отдавая безусловный приоритет дубу, он отмечал и его уязвимость.
«В самом деле, она состоит в наибольшей степени из воздуха и огня, в небольшой — из земного начала и в наименьшей — из влаги. Поэтому, будучи вбита частыми сваями под фундаментами зданий в болотистых местностях и вбирая в себя жидкость, которой немного в ее древесине, она никогда не гниет, поддерживает огромную тяжесть кладки и сохраняет ее без повреждений», — уверен Витрувий.
Его труды, созданные на основе богатой строительной практики при Юлии Цезаре, не утратили актуальности до сих пор и продолжают служить источником базовых знаний по строительству зданий любой сложности, в том числе из дерева. Современные архитекторы все чаще обращаются к этому материалу как самому доступному и экологичному, и даже при строительстве современных высотных жилых и офисных зданий. Некоторые из этих объектов вошли в топ-10 уникальных деревянных сооружений по версии пресс-службы Главгосэкспертизы России.
Топ-10 уникальных деревянных строений
Многофункциональный жилой комплекс Mjøstårnet (Норвегия)
Введен в эксплуатацию 15 марта 2019 года.
Архитекторы из норвежского бюро Voll Arkitekter AS построили самое высокое деревянное здание в XXI веке: оно расположено в окрестностях Осло, на берегу крупнейшего в Норвегии озера Мьёс, которое и дало название небоскребу Mjøstårnet (в переводе с норвежского — «башня Мьёс»). Город Брумунндаль, где находится деревянный небоскреб, также известен как один из норвежских центров лесной и деревообрабатывающей промышленности. Общая жилая площадь 18-этажного здания составляет 11 300 кв.м. Его высота – 85,4 м, хотя изначально планировалось здание высотой 81 м. Но инвестор решил увеличить высотность. Конструкции здания, в том числе колонны, балки, межэтажные перекрытия, а также лестницы и даже шахты лифтов выполнены из клееного бруса. Процесс возведения башни можно увидеть на сайте проектной компании.
Студенческое общежитие Brock Commons (Канада)
18-этажное здание из дерева в университетском кампусе Ванкувера построили в 2017 году по проекту бюро Acton Ostry Architects.
До появления норвежской башни под Осло это здание было самым высоким в мире среди всех деревянных построек. Его высота – 53 м. Каркас высотки вместе с навесным фасадом из сборных панелей был смонтирован за 70 дней. Здание имеет в плане прямоугольную форму и состоит из двух железобетонных осей, перекрытий на основе CLT-панелей (Cross Laminated Timber — перекрестно клееной древесины) и деревянных колонн, соединенных металлическими креплениями. Общежитие рассчитано на 404 студентов, которые проживают в 272 студиях и 33 апартаментах с четырьмя спальнями. Для утверждения проекта властям пришлось вносить поправки в законодательство канадской провинции Британская Колумбия. За ходом строительства студенческой высотки в Ванкувере можно проследить здесь.
Деловой центр 25 King (Австралия)
10-этажная башня «25 King» высотой 45 м стал на сегодняшний день самым высоким в мире офисным зданием из древесины. Его построили в австралийском городе Брисбене в 2018 году по проекту Bates Smart – одного из старейших в мире архитектурных бюро, основанного в 1853 году.
Компания известна, прежде всего, своим стремлением к экологичным методам строительства и минимальному воздействию на окружающую среду. При возведении делового центра «25 King» использованы высокотехнологичные материалы из древесины, что, по оценкам компании, позволило снизить углеродный выброс на 74%, а энергопотребление — на 46%. При этом вес здания за счет применения деревянных конструкций на 20% меньше по сравнению с аналогичным строением из железобетона. Плюс ко всему, благодаря сборным конструкциям здание удалось возвести за 15 месяцев. Видеосюжет о проекте доступен
на портале проектировщика.
Пагода Тяньнин (Китай)
Она построена в 2002 году в городе Чанчжоу в провинции Цзянсу на востоке Китая. Это не только самая высокая в мире буддийская пагода, но и самое высокое деревянное сооружение в мире. Его высота – 153,79 м, количество ярусов – 13, на верхнем расположен колокол весом 30 тонн, звучание которого слышно на несколько километров.
При строительстве использовались ценные породы дерева, которые доставлялись из тропических лесов Мьянмы и Папуа Новой Гвинеи.
Архангельская церковь в Шурдешти (Румыния)
Грекокатолическая церковь Архангелов Михаила и Гавриила была построена на территории современной Румынии в 1721 году. Здание храма считается одной из самых высоких старинных построек из дерева. Его высота более 70 м. Для его возведения использовали особо прочную древесину норвежской сосны, причем деревянные конструкции крепились без гвоздей. В 1999 году здание уникального храма в Румынии было внесено в список Всемирного наследия ЮНЕСКО как часть комплекса деревянных церквей Марамуреша.
Мечеть Гёджели (Турция)
Самой старинной мечетью в мире, построенной без единого гвоздя, считается храм Гёджели, который находится в районе Чаршамба провинции Самсун в Турции. Его построили во времена сельджуков в 1206 году из дерева, без использования гвоздей.
Несмотря на солидный возраст, деревянная мечеть до сих пор действует. Здание площадью 392 кв.м. вмещает до 300 молящихся.
Храм Тодайдзи (Япония)
В переводе с японского название еще одного уникального сооружения из дерева, известного также как храм Дайбуцудэн, означает «Великий восточный храм». Здание высотой 48 метров — главная достопримечательность города Нара под Киото. Архитектурные формы и конструктивные элементы храма, расположенного на территории оленьего парка, полностью отвечают классическим канонам древнего японского зодчества. Для устойчивости фундамента использовались деревянные сваи. Храм Тодайдзи в Наре также известен своей главной святыней – огромной бронзовой статуей Будды Вайрочаны, крупнейшей в Японии и одним из самых главных буддистских изваяний в мире. Храм находится под охраной ЮНЕСКО.
Прасат Май, или Храм Истины в Паттайа (Таиланд)
Строительство деревянного храма на берегу Сиамского залива началось в 1981 году и продолжается до сих пор.
Высота храма составляет около 105 м. При его возведении использован древний опыт тайской архитектуры, в том числе уникальные технологии строительства и резьбы по дереву. Фасады храма украшают тонко выточенные скульптуры и орнаменты на различные религиозные, философские и мифологические сюжеты. И хотя формально окончание строительства намечено на 2025 год, в самой идее возведения Прасат Май, или Храма Истины в Паттайа, заключен посыл к «долгострою». Как гласит местное предание — не такой уж далекой старины, храм начали строить почти сорок лет назад по инициативе одного тайского бизнесмена, который якобы получил предсказание о том, что его жизнь будет продолжаться, пока будет строиться храм.
Храм Преображения на острове Кижи (Россия)
Это сооружение, которое находится в Карелии, считают одним из чудес света. Его строительство велось в 1694 — 1714 годы. Высота деревянного храма — более 35 м, что позволяет отнести его к числу не высотных, но достаточно высоких строений из дерева.
Одна из уникальных конструктивных особенностей церкви в Кижах – отсутствие фундамента. В ее основании заложен каменный грунт, на котором храм и держится более трех веков. В начале 1980-х годов в Кижах были выполнены аварийные работы, в ходе которых установили внутренний металлический каркас для предотвращения возможного обрушения здания церкви. Реставрационные работы в храме продолжаются и сегодня.
Дворец царя Алексея Михайловича (Россия)
Подлинное здание деревянного дворца, построенного в подмосковном селе Коломенское в 1667 — 1672 годы для царя Алексея Михайловича Романова, не сохранилось. Но на его месте в 2010 году была возведена историческая копия, которая достоверно воспроизводит проект XVII века, выполненный зодчими Семеном Петровым и Иваном Михайловым. Дворцовый комплекс отличается сложными асимметричными формами и другими уникальными конструктивными элементами, и состоит из 26 палат и теремов, соединенных множеством переходов. Высота отдельных сооружений достигает 30 м.
Оригинальный проект дворца, о котором сегодня можно судить по его римейку, а также по архивным документам и гравюрам, специалисты считают одной из вершин русского деревянного зодчества.
Следите за нами в
ВКонтакте ,
Одноклассники ,
Дзен и
Telegram
Подписаться на рассылку
Навесы для хранения дров: лучший выбор на данный момент
Содержание
Почему деревянные навесы?
Деревянный сарай имеет массу преимуществ перед металлическим или пластиковым. Во-первых, деревянные сараи имеют приятный эстетический вид, с деревянными сараями вы получаете естественный и «классический» вид сарая.
Кроме того, деревянные навесы очень универсальны, так как они хорошо держат краску, в отличие от металлических, и вы можете надежно установить полки, в отличие от пластиковых навесов.
Еще одним плюсом является то, что деревянные сараи могут служить долго, до 25 лет! Дерево также является отличным изолятором, не говоря уже о том, что его также легко ремонтировать, в отличие от пластиковых и металлических навесов. Это лишь некоторые из многих преимуществ, которые дает наличие деревянного сарая!
Наши деревянные навесы для продажи
Здесь, в Sheds Unlimited, у нас есть широкий выбор высококачественных деревянных навесов, просмотрите наши коллекции ниже:
Стандартный навес для мастерских
Наш стандартный навес для мастерских — отличный выбор, поскольку он просто, функционально и недорого. Этот деревянный сарай с его упрощенным дизайном и простой конструкцией является нашим самым доступным вариантом деревянного сарая!
Основные характеристики:
- Уклон крыши 5/12 с выступом 4 дюйма на карнизе
- (2) Окна 18×27 дюймов с решетками
- Самый экономичный навес для мастерских
- Двойные двери
Цена:
3
Классический навес для мастерских
Наш классический навес для мастерских идеально подходит баланс формы и функции.
Это хорошо спроектированный прочный сарай для хранения с некоторыми дополнительными функциями. Этот деревянный сарай, являющийся следующим шагом по сравнению со стандартным мастерским, имеет более широкие свесы крыши, большие окна и улучшенные двери!
Основные характеристики:
- Скат крыши 6/12 с выступом 8 дюймов со всех сторон
- (2) окна 24×36 дюймов с ширмами
- Одна из наших самых продаваемых моделей
- Двойная двери
Цена:
$3,600 – $7,000+
Навес для мастерских Premier
Навес для мастерских Premier представляет собой красивое сооружение, которое можно использовать как складское, рабочее или даже жилое помещение. В отличие от своего предшественника, в этом деревянном сарае больше окон и более крутой уклон крыши.
Основные характеристики:
- Уклон крыши 10/12 с выступом 8 дюймов со всех сторон (8/12 на больших зданиях)
- (4) Окна 24×36 дюймов с решетками
- (4) 10 24-дюймовые оконные рамы
- Двойные двери
Цена:
$4,700 – $9,000+
Наследие 2-этажный цех
Наше наследие 2-этажный Workshop Shed — это сарай нового уровня.
С двумя этажами у вас теперь вдвое больше места, чем обычно. Этот деревянный сарай может удовлетворить все ваши потребности, от общего склада до жилого помещения. Являясь улучшенной версией Premier Workshop Shed, этот сарай добавляет к столу целый дополнительный этаж!
Основные характеристики:
- 14/12 уклон крыши с 8-дюймовым свесом со всех сторон
- (2) окна 30×40 дюймов с экранами и отделкой
- 6-дюймовые двустворчатые двери со стеклом 9 0025
Цена:
$15 500 – $22 000+
Три варианта обшивки дровяных навесов
1. Дровяные навесы с LP SmartSide Панели (50 лет гарантии)
Навесы с LP SmartSide, безусловно, являются многообещающим популярным выбором, если вам нужен экономичный деревянный сарай, который выдержит испытание временем.
Этот продукт был тщательно протестирован на устойчивость к погодным условиям, жаре, термитам и долговечности. В отличие от старых вариантов сайдинга T111, у него не будет проблем с пузырями под верхним шпоном.
SmartSide доступен с тремя различными подложками
2. Деревянные навесы с обшивкой LP SmartSide внахлестку
После того, как мода на виниловый сайдинг сошла на нет, вернулись деревянные навесы для хранения в гораздо более стильном виде, имитирующем виниловый сайдинг во внешнем виде… с немного более наглым видом и технологиями. Как уже упоминалось, эти продукты LP SmartSide разработаны, чтобы выдержать испытание временем.
Он поставляется с ограниченной гарантией на 5/50 лет, что означает, что вы должны быть спокойны на долгое-долгое время! Если вам нравится внешний вид этого первоклассного садового сарая, то это может быть для вас.
3. Деревянные навесы с обшивкой LP SmartSide без канавок
Обшивка без канавок — прекрасный выбор, если вы хотите придать современному навесу-студии действительно элитный вид. Тот, что показан здесь, имеет LP SmartSide без канавок, но вы увидите рейки снаружи, чтобы добавить приятный штрих.
Это действительно сборный деревянный сарай из другого времени! Сегодня…
Другие важные сведения о деревянных навесах и LP SmartSide
узнайте больше о lp Smartside
На что обратить внимание при покупке деревянного навеса
Перед покупкой деревянного навеса необходимо учесть множество факторов, чтобы убедиться, что вы выберите лучший для вас, в том числе:
Местные правила и положения
Прежде чем даже подумать о покупке деревянного сарая, убедитесь, что вы можете иметь его на законных основаниях. В некоторых местах не разрешается иметь сарай в зависимости от его размера и/или расположения. Поэтому обязательно ознакомьтесь с местными строительными нормами и правилами. Кроме того, если вы являетесь членом ассоциации домовладельцев, ознакомьтесь с их правилами.
Дизайн
Внешний вид вашего деревянного сарая может повлиять на внешний вид всего вашего имущества. Итак, вы хотите убедиться, что ваш деревянный сарай может дополнять вашу собственность, а также выглядеть привлекательно сам по себе.
Хороший способ сделать это — придерживаться темы вашего дома, перенеся такие элементы, как дизайн окон и дверей.
Заявка
Если вы покупаете деревянный сарай, убедитесь, что он соответствует той цели, для которой вы хотите его купить. Например, если вы планируете хранить большое оборудование или транспортные средства, то небольшой сарай — не лучший выбор. Или, если вы просто планируете хранить садовый инвентарь, вам действительно нужен двухэтажный сарай? Убедитесь, что вы получаете то, что лучше всего соответствует вашим потребностям.
Цена
Как и при любой другой покупке, при покупке деревянного сарая вы хотите проверить цену и убедиться, что вы можете себе это позволить. Не находите сарай своей мечты только для того, чтобы узнать, что вы не можете себе это позволить.
Качество
Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание при покупке деревянного сарая, — это убедиться, что он хорошо построен и принадлежит надежному поставщику.
Тратить тысячи долларов на сарай только для того, чтобы он сломался и развалился, было бы ужасным опытом и пустой тратой денег. К счастью для вас, здесь, в Sheds Unlimited, вам не придется об этом беспокоиться, все наши навесы построены на века с использованием качественных материалов и мастерства!
Часто задаваемые вопросы о деревянном сарае
Дешевле построить деревянный сарай или купить его?
Да, если у вас есть необходимые инструменты для постройки сарая, его строительство обойдется дешевле, чем покупка готового, поскольку вам не придется беспокоиться о затратах на рабочую силу и платить только за материалы.
Как долго прослужит дровяной сарай?
Средний срок службы деревянного сарая составляет от 20 до 25 лет, но при надлежащем уходе ваш сарай может прослужить еще дольше.
Как защитить от влаги деревянный пол сарая?
Чтобы сделать деревянный пол сарая водонепроницаемым, вы можете открыть двери и окна или установить вентиляционные отверстия.
По сути, делайте все, чтобы поддерживать циркуляцию воздуха, чтобы предотвратить накопление влаги. Другой вариант — использовать осушитель воздуха.
Гниют ли деревянные сараи?
Так как они сделаны из дерева, да, деревянные сараи подвержены гниению и плесени. Однако с качественными материалами и обслуживанием вы можете предотвратить и то, и другое. Просто старайтесь, чтобы в сарае не было влаги, и время от времени осматривайте его.
Заключение
Итак, теперь вы хорошо осведомлены о мире деревянных сараев. Мы надеемся, что эта статья так или иначе помогла вам, от преимуществ деревянных сараев до принятия решения о том, какой из них подходит именно вам. Если вам понравилась эта статья, обязательно ознакомьтесь с нашей статьей о сравнении пластиковых и деревянных навесов!
Свяжитесь с нами по телефону (717) 442-3281, чтобы узнать больше о том, как Sheds Unlimited может предоставить вам сборные деревянные навесы . Вот еще одна статья, которая покажет вам, как сохранить прохладу в сарае в эти жаркие летние месяцы.
Или напишите нам по номеру [email protected] для БЕСПЛАТНОЙ ОЦЕНКИ любого деревянного складского здания из нашей длинной линейки продуктов. Мы будем рады помочь Вам любым возможным способом!
Использование природных структур в деревянных зданиях | Новости Массачусетского технологического института
Обеспокоенность по поводу изменения климата привлекла значительное внимание к строительному сектору, в частности к добыче и переработке строительных материалов. На долю бетонной и сталелитейной промышленности приходится до 15 процентов глобальных выбросов углекислого газа. Напротив, древесина обеспечивает естественную форму связывания углерода, поэтому вместо нее есть тенденция использовать древесину. Действительно, некоторые страны призывают к тому, чтобы общественные здания хотя бы частично строились из дерева, и масштабные деревянные здания появляются по всему миру.
Наблюдая за этими тенденциями, Кейтлин Мюллер ’07, SM ’14, PhD ’14, адъюнкт-профессор архитектуры и гражданской и экологической инженерии в программе строительных технологий в Массачусетском технологическом институте, видит возможность для дальнейшего повышения устойчивости.
Поскольку лесная промышленность стремится производить деревянные заменители традиционных бетонных и стальных элементов, основное внимание уделяется заготовке прямых участков деревьев. Части неправильной формы, такие как узлы и вилки, превращают в гранулы и сжигают или измельчают в садовую мульчу, которая разлагается в течение нескольких лет; оба подхода высвобождают углерод, захваченный древесиной, в атмосферу.
В течение последних четырех лет Мюллер и ее исследовательская группа Digital Structures разрабатывали стратегию «переработки» этих отходов путем их использования в строительстве — не в качестве облицовки или отделки, направленной на улучшение внешнего вида, а в качестве структурных компонентов. «Самая большая ценность, которую вы можете придать материалу, — это дать ему несущую роль в конструкции», — говорит она. Но когда строители используют первичные материалы, эти структурные компоненты являются частями зданий с наибольшим объемом выбросов из-за большого объема высокопрочных материалов.
Поэтому использование переработанных материалов вместо этих высокоуглеродных систем особенно эффективно для сокращения выбросов.
Мюллер и ее команда сосредотачиваются на разветвлениях деревьев, то есть на местах, где ствол или ветвь дерева делится надвое, образуя Y-образную часть. На архитектурных чертежах много подобных Y-образных узлов, где сходятся прямые элементы. В таких случаях эти блоки должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать критические нагрузки.
«Вилки деревьев — это естественно спроектированные структурные соединения, которые работают как консоли в деревьях, а это означает, что они могут очень эффективно передавать силу благодаря своей внутренней структуре волокон», — говорит Мюллер. «Если вы возьмете вилку дерева и разрежете ее посередине, вы увидите невероятную сеть волокон, которые переплетаются, создавая эти часто трехмерные точки передачи нагрузки в дереве. Мы начинаем делать то же самое с помощью 3D-печати, но мы далеки от того, что делает природа с точки зрения сложной ориентации волокон и геометрии».
Она и ее команда разработали пятиэтапный «рабочий процесс от проектирования до изготовления», который сочетает в себе естественные структуры, такие как разветвления деревьев, с цифровыми и вычислительными инструментами, которые сейчас используются в архитектурном проектировании. Несмотря на то, что уже давно существует «ремесленное» движение по использованию натурального дерева в перилах и декоративных элементах, использование вычислительных инструментов позволяет использовать дерево в конструкционных целях — без чрезмерной резки, что является дорогостоящим и может нарушить естественную геометрию и внутреннюю текстуру. структура древесины.
Учитывая широкое использование цифровых инструментов сегодняшними архитекторами, Мюллер считает, что ее подход «по крайней мере потенциально масштабируем и потенциально достижим в наших промышленных системах обработки материалов». Кроме того, сочетая разветвления деревьев с инструментами цифрового дизайна, новый подход также может поддерживать тенденцию среди архитекторов к изучению новых форм.
«Многие культовые здания, построенные за последние два десятилетия, имеют неожиданные формы, — говорит Мюллер. «Ветви деревьев имеют очень специфическую геометрию, которая иногда приводит к неправильной или нестандартной архитектурной форме — движимой не каким-то произвольным алгоритмом, а самим материалом».
Шаг 0: Найдите источник, поставьте цели
Прежде чем приступить к процессу от проектирования до изготовления, исследователям нужно было найти источник разветвлений деревьев. Мюллер обратился за помощью в отдел городского лесного хозяйства города Сомервилль, штат Массачусетс, который ведет цифровую инвентаризацию более 2000 уличных деревьев, включая более 20 видов, и записывает информацию о местоположении, приблизительном диаметре ствола и состоянии каждого дерева. .
С разрешения отдела лесного хозяйства команда присутствовала в 2018 году, когда рядом с новой средней школой Сомервилля была срублена большая группа деревьев. Среди тяжелого оборудования на площадке была дробилка, готовая превратить всю древесину в мульчу.
Вместо этого рабочие услужливо погрузили древесные отходы в грузовик исследователей, чтобы доставить их в Массачусетский технологический институт.
В своем проекте команда Массачусетского технологического института стремилась не только переработать эти отходы, но и использовать их для создания структуры, которая будет оценена общественностью. «Там, где я живу, городу пришлось срубить много деревьев из-за повреждений, нанесенных инвазивным видом жуков», — объясняет Мюллер. «Люди очень расстраиваются — это понятно. Деревья — важная часть городской ткани, обеспечивающая тень и красоту». Она и ее команда надеялись уменьшить эту враждебность, «переустановив удаленные деревья в виде новой функциональной структуры, которая воссоздала бы атмосферу и пространственный опыт, ранее обеспечиваемые срубленными деревьями».
Определив источник и цели, исследователи были готовы продемонстрировать пять шагов рабочего процесса от проектирования до изготовления пространственных структур с использованием инвентаря развилок деревьев.
Шаг 1: Создание цифровой библиотеки материалов
Первой задачей было превратить свою коллекцию веток деревьев в цифровую библиотеку. Они начали с отрезания лишнего материала для производства изолированных вилок деревьев. Затем они создали 3D-сканирование каждой вилки. Мюллер отмечает, что в результате недавнего прогресса в фотограмметрии (измерении объектов с помощью фотографий) и 3D-сканировании они могут создавать цифровые изображения отдельных веток деревьев с высоким разрешением с помощью относительно недорогого оборудования, даже используя приложения, которые работают на обычном смартфоне.
В электронной библиотеке каждая вилка представлена «скелетонизированной» версией, показывающей три прямых стержня, сходящихся в одной точке. Относительная геометрия и ориентация ветвей представляют особый интерес, поскольку они определяют внутреннюю ориентацию волокон, которая придает компоненту его прочность.
Шаг 2. Найдите наилучшее соответствие между первоначальным проектом и библиотекой материалов
Подобно дереву, типичный архитектурный проект состоит из Y-образных узлов, где три прямых элемента встречаются, чтобы выдерживать критическую нагрузку.
Таким образом, цель состояла в том, чтобы сопоставить разветвления дерева в библиотеке материалов с узлами в образце архитектурного проекта.
Во-первых, исследователи разработали «метрику несоответствия» для количественной оценки того, насколько хорошо геометрия конкретной ветки дерева соответствует заданному узлу проекта. «Мы пытаемся выровнять прямые элементы в структуре с первоначальными ветвями в дереве», — объясняет Мюллер. «Это дает нам оптимальную ориентацию для передачи нагрузки и максимально использует присущую древесному волокну прочность». Чем хуже выравнивание, тем выше показатель несоответствия.
Цель состояла в том, чтобы получить наилучшее общее распределение всех веток дерева между узлами в целевом проекте. Таким образом, исследователям нужно было попробовать разные распределения от вилки к узлу и для каждого распределения сложить отдельные ошибки несоответствия между вилкой и узлом, чтобы получить общую или глобальную оценку соответствия. Распределение с наилучшей оценкой совпадения обеспечит наиболее структурно эффективное использование всего инвентаря веток дерева.
Поскольку выполнение этого процесса вручную заняло бы слишком много времени, они обратились к «венгерскому алгоритму», методу, разработанному в 1955 году для решения таких задач. «Великолепие алгоритма позволяет очень быстро решить эту проблему [сопоставления], — говорит Мюллер. Она отмечает, что это очень универсальный алгоритм. «Он используется для таких вещей, как сватовство. Его можно использовать в любое время, когда у вас есть две коллекции вещей, между которыми вы пытаетесь найти уникальные совпадения. Таким образом, мы определенно не изобрели алгоритм, но мы были первыми, кто определил, что его можно использовать для этой задачи».
Исследователи провели повторные тесты, чтобы показать возможное распределение разветвлений деревьев в их инвентаре, и обнаружили, что показатель совпадения улучшался по мере увеличения количества разветвлений, доступных в библиотеке материалов, — до определенного момента. В целом исследователи пришли к выводу, что показатель несоответствия был самым низким и, следовательно, лучшим, когда в библиотеке материалов было примерно в три раза больше ответвлений, чем узлов в целевом дизайне.
Этап 3. Сбалансируйте замысел проектировщика с конструктивными характеристиками
Следующим шагом в этом процессе было включение намерения или предпочтения дизайнера. Чтобы обеспечить такую гибкость, каждая конструкция включает ограниченное количество критических параметров, таких как длина стержня и деформация при изгибе. Используя эти параметры, дизайнер может вручную изменить общую форму или геометрию дизайна или может использовать алгоритм, который автоматически изменяет или «трансформирует» геометрию. И каждый раз, когда изменяется геометрия проекта, венгерский алгоритм пересчитывает оптимальное соответствие разветвления к узлу.
«Поскольку венгерский алгоритм чрезвычайно быстр, все преобразования и обновления дизайна могут быть очень плавными», — отмечает Мюллер. Кроме того, за любым изменением новой геометрии следует структурный анализ, в ходе которого проверяются прогибы, энергия деформации и другие показатели эффективности конструкции.
Иногда автоматически сгенерированный дизайн, дающий наилучшую оценку соответствия, может сильно отклоняться от первоначального замысла дизайнера. В таких случаях можно найти альтернативное решение, которое удовлетворительно уравновешивает замысел проекта с низкой оценкой соответствия.
Шаг 4: Автоматически генерировать машинный код для быстрой резки
Когда конструктивная геометрия и распределение разветвлений дерева завершены, пришло время подумать о фактическом построении конструкции. Чтобы упростить сборку и техническое обслуживание, исследователи подготавливают вилки деревьев, повторно обрезая их торцы, чтобы они лучше подходили к соседним прямым бревнам, и срезая любую оставшуюся кору, чтобы уменьшить подверженность гниению и огню.
Чтобы управлять этим процессом, они разработали собственный алгоритм, который автоматически вычисляет разрезы, необходимые для того, чтобы данная вилка дерева подошла к назначенному ей узлу, и чтобы снять кору.
Цель состоит в том, чтобы удалить как можно меньше материала, а также избежать сложного и трудоемкого процесса обработки. «Если мы сделаем слишком мало надрезов, мы отрежем слишком много важного конструкционного материала. Но мы не хотим делать миллион крошечных надрезов, потому что это займет вечность», — объясняет Мюллер.
Команда использует оборудование в Autodesk Boston Technology Center Build Space, где роботы намного больше, чем в MIT, и вся обработка автоматизирована. Чтобы подготовить каждую вилку, они устанавливают ее на роботизированную руку, которая проталкивает соединение через традиционную ленточнопильный станок в разных направлениях, руководствуясь компьютерными инструкциями. Робот также фрезерует все отверстия для структурных соединений. «Это полезно, потому что гарантирует, что все выровнено так, как вы ожидаете», — говорит Мюллер.
Шаг 5: Соберите имеющиеся вилки и линейные элементы для сборки конструкции
Последний шаг – сборка конструкции.
Соединения на основе вилок дерева все неровные, и их сочетание с предварительно вырезанными прямыми деревянными элементами может быть затруднено. Однако все они маркированы. «Вся информация о геометрии встроена в соединение, поэтому процесс сборки очень прост», — говорит Мюллер. «Это как детский игрушечный набор. Вы просто следуете инструкциям на соединениях, чтобы собрать все части вместе».
Они временно установили свою последнюю структуру в кампусе Массачусетского технологического института, но Мюллер отмечает, что это была лишь часть структуры, которую они планируют в конечном итоге построить. «У него было 12 узлов, которые мы спроектировали и изготовили с использованием нашего процесса», — говорит она, добавляя, что работа команды «немного прервалась из-за пандемии». По мере возобновления деятельности в кампусе исследователи планируют завершить проектирование и строительство полной конструкции, которая будет включать около 40 узлов и будет установлена в виде открытого павильона на месте срубленных деревьев в Сомервилле.
Кроме того, они продолжат свои исследования. Планы включают работу с более крупными библиотеками материалов, некоторые с многоветвевыми разветвлениями, и замену их метода 3D-сканирования технологиями компьютерного томографического сканирования, которые могут автоматически генерировать подробное геометрическое представление разветвления дерева, включая его точную ориентацию волокон и плотность. И в параллельном проекте они изучали использование своего процесса с другими источниками материалов, причем в одном тематическом исследовании основное внимание уделялось использованию материала из снесенного деревянного каркасного дома для строительства более дюжины геодезических куполов.
По мнению Мюллера, работа, выполненная на сегодняшний день, уже дает новое руководство для процесса архитектурного проектирования. Благодаря цифровым инструментам архитекторам стало легко анализировать воплощенный углерод или будущее использование энергии в том или ином варианте проекта. «Теперь у нас есть новый показатель производительности: насколько хорошо я использую доступные ресурсы?» она говорит.