Деревина як конструкційний матеріал у національних та європейських нормах

Summary. Structures of solid and glued timber have high popularity in the world. To provide the competitiveness of national building industry on the international market there is ongoing process of implementation of European design standards in Ukraine. The very first step on this direction was an acceptance of current state document on timber structures design [1], on which replacement the new ДСТУ-Н Б В.2.6-184:2012 «Structures of solid and glued timber. Design Guide» was prepared with included rules according to European code called Eurocode 5 [2]. Implementation of European standard in national design practice foresees harmonization of provisions of this standard with national codes. Ft the same time harmonization foresees not only transfer eurostandard rules into national but gradual replacement national codes by European. Objective. To analize the approaches to phisical and mechanical characteristics of structural timber determination according to national Ukrainian and European standards  of timber structures design. Results. There is the rsults of analize of the approaches to phisical and mechanical characteristics of structural timber determination according to national Ukrainian and European standards of timber structures design called Eurocode 5, which now is being implementated in Ukraine. The impossibility of momentary transfer in timber structures design to Eurocode 5 without classification of timber growing on Ukraine territory by strength according to its volumetric weight is proved. There are given position-finding data on quality and strength assessment of timber growing on Ukraine territory considering average width and quantity of annual zones. Practical value. Given data will profurther harmonization of normative regulations of Eurocode 5 with national building code.Аннотация. Конструкции из цельной и клееной древесины имеют значительную популярность во всем мире. Для обеспечения конкурентоспособности отечественной строительной отрасли на международном рынке в настоящее время в Украине происходит процесс имплементации европейских стандартов проектирования. Первым шагом в этом направлении является принятие действующего государственного документа по проектированию деревянных конструкций [1], на замену которого подготовлены новые нормы ДСТУ-Н Б В.2.6-184:2012 «Конструкции из цельной и клееной древесины. Руководство по проектированию» с включением в них правил проектирования согласно с общим европейским стандартом Еврокод 5 [2]. Внедрение в национальную проектную практику европейского стандарта предусматривает гармонизацию нормативных положений этого стандарта с национальными нормами. При этом гармонизация предусматривает не просто перенос правил евростандарта в национальный, а постепенную замену национальных норм европейскими. Цель. Выполнить анализ подходов к определению физико-механических характеристик конструкционной древесины в соответствии с национальными стандартами Украины и согласно Европейского стандарта проектирования деревянных конструкций. Результаты. Выполнен анализ подходов к определению физико-механических характеристик конструкционной древесины в соответствии с национальными стандартами Украины и согласно Европейского стандарта проектирования деревянных конструкций Еврокод 5, который в данное время внедряется в Украине. Обоснована невозможность моментального перехода к проектированию деревянных конструкций по Еврокоду 5 без выполнения классификации древесины, которая производится в Украине, по прочности в зависимости от объемного веса. Приведены ориентировочные данные по оценке качества и прочности древесины, которая произрастает на территории Украины, по средней ширине и количеству годичных слоев. Практическое значение. Приведенные данные будут способствовать гармонизации нормативных положений Еврокода 5 с национальными нормами.Анотація. Конструкції з цільної та клеєної деревини мають значну популярність у всьому світі. Для забезпечення конкурентоздатності вітчизняної будівельної галузі на міжнародному ринку наразі в Україні триває процес імплементації європейських стандартів проектування. Першим кроком в цьому напрямку є прийняття чинного державного нормативного документа по проектуванню дерев’яних конструкцій [1], на заміну якого підготовлені нові норми ДСТУ-Н Б В.2.6-184:2012 «Конструкції із цільної і клеєної деревини. Настанова з проектування» із включенням до них правил проектування згідно із загальним європейським стандартом «Єврокод 5» [2]. Впровадження у вітчизняну проектну практику європейського стандарту передбачає гармонізацію нормативних положень цього стандарту з національними нормами. Причому гармонізація передбачає не просто перенесення правил євро стандарту в національний стандарт, а поступову повну заміну національних норм європейськими. Мета. Виконати аналіз підходів до встановлення фізико-механічних властивостей конструкційної деревин, відповідно до національних стандартів України та згідно з Європейським стандартом проектування дерев’яних конструкцій. Результати. Виконано аналіз підходів до встановлення фізико-механічних властивостей конструкційної деревин, відповідно до національних стандартів України та згідно з Європейським стандартом проектування дерев’яних конструкцій Єврокод 5, який наразі впроваджується в Україні. Обґрунтовано неможливість моментального переходу до проектування дерев’яних конструкцій за Єврокодом 5 без виконання класифікації дерев, що ростуть на території Україні, за міцністю в залежності від об’ємної ваги. Наведені орієнтовні дані щодо оцінки якості і міцності деревини, що виготовляється на території України, за середньою шириною і кількістю річних шарів. Практичне значення. Приведені дані сприятимуть гармонізації нормативних положень Єврокоду 5 з національними нормами

Дослідження напружено-деформованого стану гібридних дерево-залізобетонних багатоповерхових будівель

Problem statement. The use of timber in multi-storey buildings is a promising direction in terms of reducing the impact of the construction industry on the environment. Hybrid buildings represent a rational combination of timber as the main structural material and reinforced concrete for spatial stability providing. At present time there are no recommendations for the choice of structural system of multi-storey hybrid buildings, the issues of joint work and stress-strain state of load-bearing structures of timber and reinforced concrete in the spatial system of multi-storey buildings are insufficiently studied. The article is devoted to the analysis of the stress-strain state of hybrid timber-reinforced concrete multi-storey buildings. In the study, the number of storeys of the building was accepted of 5, 10 and 15 floors. The type of the joints between of the load-bearing structures and the method of ensuring spatial rigidity, namely the number and location of the shear walls and the rigidity core, were varied. For each option, a spatial finite element model was compiled and a static load analysis was performed in accordance with the requirements of current design standards. Results and conclusion. The data on the magnitude of the horizontal displacements of the upper part of the building, as well as the maximum values of the forces from adverse combinations of loads, were obtained. The analysis of the stability of the building and the bearing capacity of timber columns were performed. Based on the results obtained, the recommendations are proposed for choosing a structural scheme, a method for ensuring the spatial rigidity of a building, as well as assigning cross-sectional dimensions at the initial stage of the design of a hybrid timber-reinforced concrete multi-storey building.Постановка проблемы. Использование древесины в многоэтажных домах является перспективным направлением с точки зрения снижения воздействия строительной отрасли на окружающую среду. Гибридные здания представляют собой рациональное сочетание древесины как основного конструкционного материала и железобетона для обеспечения пространственной жесткости. В настоящее время отсутствуют рекомендации по выбору конструктивной системы многоэтажных гибридных зданий, вопросы совместной работы и напряженно-деформированного состояния несущих конструкций из дерева и железобетона в пространственной системе многоэтажных зданий недостаточно изучены. Статья посвящена анализу напряженно-деформированного состояния гибридных железобетонных многоэтажных зданий. Для анализа было принято квадратное в плане здание. При моделировании варьировалась количество этажей (5, 10 и 15), тип сопряжения между несущими конструкциями и способ обеспечения пространственной жесткости. Для каждого варианта была составлена пространственная конечноэлементная модель и выполнен статический расчет в соответствии с требованиями действующих стандартов проектирования. Результаты и выводы. Получены данные о величине горизонтальных перемещений верхней части здания, а также о максимальных значениях усилий от неблагоприятных сочетаний нагрузок. Проведен анализ устойчивости здания и несущей способности деревянных колонн. На основании полученных результатов предложены рекомендации по выбору конструктивной схемы, способа обеспечения пространственной жесткости здания, а также назначению размеров поперечного сечения на начальном этапе проектирования гибридного дерево-железобетонного многоэтажного здания.Постановка проблеми. Гібридні конструкції, завдяки раціональному поєднанню властивостей, дозволяють збільшити несну здатність та просторову жорсткість будівля, що дає можливість багатоповерхового будівництва з використанням деревини як основного конструкційного матеріалу. Застосування деревини в багатоповерховому будівництві є перспективним напрямком з точки зору зменшення впливу будівельної галузі на навколишнє середовище. На сьогоднішній день відсутні рекомендації щодо вибору конструктивної системи багатоповерхових будівель гібридної системи, питання спільної роботи та напружено-деформованого стану несучих конструкцій з деревини та залізобетону в просторовій системі багатоповерхової будівлі досліджені недостатньо. Мета статті полягає у дослідженні напружено-деформованого стану гібридних дерево-залізобетонних багатоповерхових будинків. Для аналізу було прийнято квадратний у плані будинок-прототип. Під час моделювання варіювалася кількість поверхів (5, 10 та 15), тип сполучення між несучими конструкціями (колонами та балками) та спосіб забезпечення просторової жорсткості (кількість та розташування діафрагм та ядра жорсткості). Для кожного варіанту з використанням програмного комплексу ЛІРА − САПР була складена просторова скінченноелементна модель та проведено статичний розрахунок відповідно до вимог чинних стандартів проектування. Результати та висновки. Проведена оцінка впливу конструктивної системи, поверховості та способу забезпечення просторової жорсткості на напружено-деформований стан багатоповерхових гібридних будівель.Отримані дані щодо горизонтальних переміщень свідчать про те, що просторова жорсткість забезпечується: для 5 та 10-поверхових будівель для всіх варіантів, крім шарнірних з'єднань елементів каркаса без додаткових заходів щодо забезпечення просторової жорсткості; для 15-поверхової будівлі для жорстких з'єднань елементів та для шарнірних з'єднань з ядром жорсткості або чотирма діафрагмами. За результатами аналізу коефіцієнта використання несучої здатності колон було встановлено, що прийняті розміри поперечного перерізу забезпечують несну здатність відповідно до вимог чинних нормативних документів. Виняток становить 5-поверхова будівля з шарнірними з'єднаннями, а також 10-поверхова будівля з жорсткими стиками між елементами (коефіцієнти використання 1,96 та 1,11, відповідно). Запропоновані рекомендації щодо вибору конструктивної схеми, способу забезпечення просторової жорсткості будівлі, а також призначення розмірів поперечного перерізу на початковому етапі проектування гібридної дерево-залізобетонної багатоповерхової будівлі

Багатоповерхове дерев’яне домобудування: сучасні тенденції та майбутні перспективи

Summary. Construction which utiles timber as main structural material is gaining high popularity throughout the world. This is facilitated by the awareness of environmental problems and the search for solutions to them through the development and implementation of innovative materials, products and structures. Due to the advantages of timber construction from the point of view of sustainable development and the circular economy, recently many authors have been carrying out research and pilot projects have been implemented to study the physical and mechanical characteristics and performance indicators of multi-storey timber buildings. Purpose. To analyze and systematize data on modern developments in the field of multi-storey timber construction. Results. The main factors of the construction industry environmental impact are considered and the advantages of using timber as a structural building material for solving global environmental problems are established. The latest developments and researches in the field of timber construction are systematized; specific structural solutions depending on the number of storeys are revealed on the example of realized projects of multi-storey buildings. The brief review of scientific works on development and research of structural solutions of high-rise timber buildings is given. Practical value. The given data will promote expansion of possibilities of application of timber structures in national construction industry of Ukraine.Аннотация. Строительство с использованием древесины как основного конструктивного материала приобретает большую популярность во всем мире. Этому способствует осознание проблем окружающей среды и поиск вариантов их решения путем разработки и внедрения инновационных материалов, изделий и конструкций. В связи с преимуществами деревянного строительства с точки зрения устойчивого развития и циркулярной экономики в последнее время многими авторами проводятся исследования, а также реализуются пилотные проекты с целью изучения физико-механических характеристик и эксплуатационных показателей многоэтажных деревянных зданий. Цель. Проанализировать и систематизировать данные о современных разработках в области многоэтажного деревянного домостроения. Результаты. Рассмотрены основные факторы влияния строительной отрасли на окружающую среду и установлены преимущества применения древесины как конструкционного строительного материала для решения глобальных экологических проблем. Систематизированы последние наработки и исследования в сфере деревянного строительства, на примере реализованных проектов многоэтажных зданий выявлены характерные конструктивные решения в зависимости от этажности. Приведен краткий обзор научных работ по разработке и исследованию конструктивных решений высотных деревянных зданий. Практическое значение. Приведенные данные будут способствовать расширению возможностей применения деревянных конструкций в национальной строительной отрасли Украины.Анотація. Будівництво з використанням деревини як основного конструктивного матеріалу набуває значної популярності у всьому світі. Цьому сприяє усвідомлення проблем оточуючого середовища та пошук варіантів їх розв’язання шляхом розробки та впровадження інноваційних матеріалів, виробів та конструкцій. В зв’язку з перевагами дерев’яного будівництва з точки зору стійкого розвитку та циркулярної економіки останнім часом багатьма авторами проводяться дослідження, а також реалізовуються пілотні проекти з метою вивчення фізико-механічних характеристик та експлуатаційних показників багатоповерхових дерев’яних будівель. Мета. Проаналізувати та систематизувати дані щодо сучасних розробок в галузі багатоповерхового дерев’яного домобудування. Результати. Розглянуті основні фактори впливу будівельної галузі на навколишнє середовище та встановлені переваги застосування деревини як конструкційного будівельного матеріалу для вирішення глобальних екологічних проблем. Систематизовані останні напрацювання та дослідження в сфері дерев’яного будівництва, на прикладі реалізованих проектів багатоповерхових будівель виявлені характерні конструктивні рішення в залежності від поверховості. Приведено стислий огляд наукових робіт з розробки та дослідження конструктивних рішень висотних дерев’яних будівель. Практичне значення. Приведені дані сприятимуть розширенню можливостей застосування дерев’яних конструкцій в національній будівельній галузі України

Вибір раціонального варіанта влаштування зовнішнього контуру теплового насоса

Problem statement. The use of renewable energy sources by the world community is considered as one of the most promising ways to solve the growing problems of energy supply. The presence of an inexhaustible resource base and the environmental friendliness of renewable energy sources are their defining advantages. Given the significant potential of renewable energy sources in Ukraine, which is many times higher than the predicted levels of heat energy consumption, the withdrawal of alternative energy sources to a cost-effective level and the expansion of areas of use is an urgent issue of our time. Purpose of the article. is an in-depth study of alternative energy sources and methods for the efficient use of energy resources, followed by the selection of rational technology for constructing a heat supply system for a residential building based on geothermal energy sources. Analysis of recent research. According to the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD), Ukraine has the highest level of utility costs in relation to income levels among European countries. The cost of Ukrainians to pay for housing is close to 40%, which is 1.6 times higher than the European average. To ensure a low level of energy consumption in energy efficient homes of the new generation, European countries use technologies that use geothermal energy through ground heat exchangers. However, this technology has not become widespread in Ukraine or enshrined in law. Therefore, the issue of introduction of technologies of ground heat exchangers at the expense of renewable energy sources is actual. Conclusion. The methods for arranging the external contours of the heat pump are considered and showed that the laboriousness of the device of heat exchangers in the horizontal circuit is almost 4 times lower than during drilling operations. The cost is also almost 4 times lower. Despite this, the developer will not always choose a horizontal heat exchanger, since for its construction it is necessary to provide a significant territory that cannot be given away for development or temporary, commercial buildings. In the case of tight construction conditions, an energy-efficient pile with a heat exchanger circuit will be acceptable.Постановка проблемы. Использование возобновляемых источников энергии мировое сообщество рассматривает как один из наиболее перспективных путей решения растущих проблем энергообеспечения. Наличие неисчерпаемой ресурсной базы и экологическая чистота возобновляемых источников энергии являются определяющими их преимуществами. Учитывая значительный потенциал возобновляемых источников энергии в Украине, который многократно превышает прогнозируемые уровни потребления тепловой энергии, вывод альтернативных источников энергии до экономически эффективного уровня и расширение сфер использования являются актуальным вопросом современности. Цель статьи − углубленное изучение альтернативных источников энергии и методов эффективного использования энергоресурсов с последующим выбором рациональной технологии устройства системы теплоснабжения жилого дома на основе геотермальных источников энергии. Анализ последних исследований. По данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), в Украине среди стран Европы самый высокий уровень расходов на оплату коммунальных услуг по отношению к уровню доходов. Расходы украинцев на оплату услуг ЖКХ приближены к 40 %, что в 1,6 раза выше среднеевропейского показателя. Для обеспечения низкого уровня энергопотребления в энергоэффективных домах нового поколения европейские страны применяют технологии, которые используют геотермальную энергию за счет грунтовых теплообменников. Однако такие технологии не нашли широкого распространения в Украине или закрепления на законодательном уровне. Итак, актуальным является вопрос развития технологий на основе геотермальных источников энергии, а именно, недостаточно изучены технико-экономические показатели устройства различных вариантов грунтовых теплообменников. Вывод. Рассмотренные способы устройства наружных контуров теплового насоса показали, что трудоемкость устройства теплообменников в горизонтальном контуре почти в четыре раза ниже, чем при энергоэффективных буронабивных сваях. Стоимость также ниже почти в четыре раза. Несмотря на это, застройщик не всегда выберет горизонтальный теплообменник, так как для его устройства необходимо предусмотреть значительную территорию, которую нельзя отдавать под застройку или временные торговые сооружения. В случае стеснённых условий застройки приемлемым будет вариант именно энергоэффективных свай с контуром теплообменника.Постановка проблеми. Використання поновлюваних джерел енергії світова спільнота розглядає як один із найбільш перспективних шляхів вирішення зростаючих проблем енергозабезпечення. Наявність невичерпної ресурсної бази та екологічна чистота поновлюваних джерел енергії – визначальні їх переваги. Зважаючи на значний потенціал поновлюваних джерел енергії в Україні, який багаторазово перевищує прогнозовані рівні споживання теплової енергії, то виведення альтернативних джерел енергії на економічно ефективний рівень та розширення сфер використання постають найактуальнішим питанням сьогодення. Мета роботи – поглиблене вивчення альтернативних джерел енергії та методів ефективного використання енергоресурсів із подальшим вибором раціональної технології влаштування системи теплозабезпечення житлового будинку на основі геотермальних джерел енергії. Аналіз останніх досліджень.За даними Організації економічного співробітництва та розвитку (ОЕСР), в Україні серед країн Європи найвищий рівень витрат на оплату комунальних послуг відносно рівня доходів. Витрати українців на оплату послуг ЖКГ наближені до 40 %, що в 1,6 раза вище середньоєвропейського показника.Для забезпечення низького рівня енергоспоживання в енергоефективних будинках нового покоління європейські країни використовують технології, які застосовують геотермальну енергію за рахунок ґрунтових теплообмінників. Однак, вказана технологія не знайшла широкого розповсюдження в Україні чи закріплення на законодавчому рівні. Отже, актуальним залишається питання розвитку технологій на основі геотермальних джерел енергії, а саме недостатньо вивчені техніко-економічні показники влаштування різних варіантів ґрунтових теплообмінників. Висновок. Розглянуті способи  влаштування зовнішніх контурів теплового насоса показали, що трудомісткість влаштування теплообмінників в горизонтальному контурі майже в чотири рази нижча, ніж за влаштування енергоефективних буронабивних паль. Вартість також нижча майже вчетверо. Незважаючи на це, забудовник не завжди обере горизонтальний теплообмінник, тому що для його влаштування необхідно передбачити значну територію, яку не можна віддавати під забудову чи тимчасові торгівельні споруди. У випадку стиснених умов забудови прийнятним буде варіант саме енергоефективних паль із контуром теплообмінника