ГІБРИДНІ КАРКАСНІ СИСТЕМИ З CLT-ЕЛЕМЕНТАМИ

Гібридні каркасні системи з CLT-елементами представляють собою інтеграцію двох передових технологій дерев’яного будівництва: традиційного або модернізованого каркасу та масивних CLT-панелей. Суть цієї концепції полягає у використанні CLT (Cross-Laminated Timber) як ефективного елемента для створення жорстких діафрагм (перекриттів, дахів, іноді зовнішніх стін) та несучих стін, тоді як каркасна частина може формувати внутрішні перегородки, нежорсткі зовнішні оболонки або служити опорою для CLT-елементів. Це дозволяє оптимізувати розподіл навантажень, знизити вагу конструкції та підвищити швидкість монтажу.

CLT-панелі, виготовлені з кількох шарів перпендикулярно склеєних ламелей, демонструють виняткову просторову жорсткість та несучу здатність, а також високу стабільність до деформацій. Їхня масивність сприяє покращенню акустичних характеристик та вогнестійкості. Водночас, каркасні системи забезпечують гнучкість у проєктуванні, легкість інтеграції інженерних комунікацій та ефективне заповнення порожнин утеплювачем для досягнення високих теплотехнічних показників. Наприклад, зовнішні стіни можуть бути виконані як комбінація CLT-панелі (що забезпечує конструктивну жорсткість) та додаткового каркаса з ефективним утеплювачем, що дозволяє досягти коефіцієнта теплопередачі U до 0.15 Вт/(м²·К), значно кращого за нормативні ДБН В.2.6-31:2016 для України (до 0.28 Вт/(м²·К) для зовнішніх стін). Такий підхід мінімізує містки холоду та оптимізує витрати на матеріали. Докладніше про CLT-панелі можна дізнатись у нашій статті.

Прикладами застосування європейські проєкти, де CLT використовується для багатоповерхових перекриттів та сходових кліток, а каркасні елементи – для фасадних систем, що несуть утеплювач та оздоблення. В Україні такий гібридний підхід набирає популярність завдяки можливості створювати міцні, енергоефективні та архітектурно виразні будівлі, при цьому адаптуючись до місцевих кліматичних умов та економічних реалій. Використання ЧПУ-обробки для CLT-панелей забезпечує високу точність та швидкість складання, а також дозволяє створювати складні проєктні рішення.

У гібридних системах «Каркас + CLT» зовнішні стіни та внутрішні перегородки відіграють ключову роль як з архітектурної, так і з інженерної точки зору. Їхня конфігурація безпосередньо впливає на енергоефективність, акустичний комфорт, вогнестійкість та загальну довговічність будівлі. Для зовнішніх стін поширеними є рішення, де CLT-панель слугує основною несучою та жорсткісною оболонкою, а ззовні до неї кріпиться додатковий дерев’яний каркас, заповнений утеплювачем. Цей каркас формує вентильований фасад або основу для зовнішнього оздоблення. Таке рішення дозволяє досягти значних показників теплового опору (R-value) і забезпечити необхідну товщину утеплювача (наприклад, 200-300 мм мінеральної вати або PIR-панелей), перевищуючи вимоги ДБН В.2.6-31:2016 для огороджувальних конструкцій.

Для внутрішніх перегородок CLT-панелі можуть використовуватися як несучі стіни, які розподіляють вертикальні навантаження та забезпечують високу звукоізоляцію між приміщеннями. Несуча здатність CLT-панелі товщиною 100 мм (3 шари) може досягати 70 кН/м. У випадку, коли несучість не є пріоритетом, або потрібна гнучкість для комунікацій, можуть застосовуватися каркасні перегородки. Вони, зазвичай, складаються з дерев’яних стійок, заповнених звукоізоляційним матеріалом (наприклад, базальтовою ватою щільністю 40-60 кг/м³) та обшитих гіпсокартонними плитами (одношарово або багатошарово). Важливо враховувати, що каркасні перегородки, хоч і легші, вимагають ретельного підбору матеріалів та виконання для забезпечення відповідної акустичної ізоляції, яка для житлових приміщень згідно ДБН В.2.2-24:2009 повинна бути не менше R_w 50 дБ для міжквартирних стін.

Критичним аспектом є також забезпечення пожежної безпеки. CLT-панелі мають відносно високу вогнестійкість завдяки процесу карбонізації (обвуглювання поверхні), що сповільнює розповсюдження вогню. Наприклад, 5-шарова CLT-панель товщиною 160 мм може мати клас вогнестійкості REI 90 або REI 120 згідно з EN 13501-2. Комбінуючи її з каркасною системою та відповідними облицювальними матеріалами (наприклад, вогнестійким гіпсокартоном), можна досягти високих показників пожежної безпеки, необхідних для багатоповерхового будівництва в Україні.

Акустичний комфорт є одним з найважливіших критеріїв якості сучасного житла, і гібридні системи «Каркас + CLT» надають широкі можливості для його забезпечення. Ключовим показником є індекс ізоляції повітряного шуму R_w (Weighted Apparent Sound Reduction Index), виміряний відповідно до EN ISO 717-1. Для гібридних стін цей показник залежить від маси CLT-панелі, типу каркасної системи, ефективності звукоізоляційних матеріалів у каркасі та якості виконання вузлів.

Наприклад, монолітна 3-шарова CLT-панель товщиною 100 мм сама по собі забезпечує R_w близько 38-40 дБ. Однак, вимоги ДБН В.2.2-24:2009 ‘Захист від шуму’ для міжквартирних стін та перекриттів у житлових будинках в Україні становлять R_w від 50 дБ. Щоб досягти таких показників у гібридній системі, необхідно застосовувати багатошарові конструкції. Типова гібридна зовнішня стіна може складатися з внутрішньої CLT-панелі (наприклад, 100-120 мм), повітряного прошарку або каркаса, заповненого мінеральною ватою (100-150 мм), та зовнішньої обшивки (наприклад, цементно-стружкові плити або додатковий каркас з гіпсокартоном). Така конструкція може досягти R_w в діапазоні 55-65 дБ, що відповідає підвищеним вимогам.

Для внутрішніх перегородок у гібридній системі, що розділяють житлові кімнати, можна використовувати подвійний каркас або каркас, прикріплений до CLT-панелі через віброізолюючі елементи (наприклад, гумові прокладки або акустичні профілі). Заповнення каркаса звукопоглинальною ватою (наприклад, базальтовою ватою щільністю від 50 кг/м³) та обшивка двома шарами гіпсокартону з кожного боку дозволяє досягти R_w до 60-65 дБ. Важливо мінімізувати акустичні містки, які можуть виникати через прямий контакт жорстких елементів. З’єднання CLT-панелей з дерев’яним каркасом має бути виконано таким чином, щоб уникнути передачі структурного шуму. Використання спеціальних звукоізоляційних стрічок та герметиків у місцях стиків є обов’язковим для забезпечення високої акустичної ефективності гібридної системи.

Повітронепроникність (або герметичність) оболонки будівлі є критично важливим параметром для досягнення високої енергоефективності та комфортного мікроклімату, особливо в контексті українського клімату. Показник n50 (кратність повітрообміну при різниці тисків 50 Па) вимірюється згідно з EN 13829 (Blower Door Test) і визначає об’єм повітря, що проходить через неконтрольовані щілини за годину, поділений на загальний об’єм будівлі. Згідно з ДБН В.2.6-31:2016, для житлових будівель рекомендується n50 ≤ 3.0 h⁻¹, а для пасивних будинків цей показник має бути < 0.6 h⁻¹.

У гібридних системах «Каркас + CLT» досягнення високої повітронепроникності потребує особливої уваги до деталей, оскільки кожен стик та з’єднання є потенційним місцем витоку повітря. CLT-панелі самі по собі є достатньо повітронепроникними, якщо шви між ними ретельно герметизовані. Однак, інтеграція каркасних елементів, які часто мають багатошарову структуру, ускладнює задачу. Для забезпечення n50 < 1.0 h⁻¹ необхідно створити безперервний повітронепроникний контур по всьому периметру будівлі.

Ключові аспекти: використання спеціалізованих паро- та повітронепроникних мембран з Sd-значенням > 100 м (відповідно до EN ISO 12572), що надійно з’єднуються у всіх кутах, примиканнях до віконних та дверних прорізів, а також на стиках стін, підлоги та даху. Всі місця проходження інженерних комунікацій (труби, кабелі) через повітронепроникний шар мають бути герметизовані спеціальними манжетами та клейкими стрічками. Для з’єднань CLT-панелей з дерев’яним каркасом необхідно використовувати еластичні герметики або попередньо стиснені ущільнювальні стрічки. Кожен вузол має бути продуманий на етапі проєктування та ретельно контролюватися під час монтажу, щоб уникнути виникнення мікрощілин. Застосування тестів на повітронепроникність на проміжних етапах будівництва дозволяє своєчасно виявити та усунути потенційні проблеми, що значно підвищує якість кінцевого результату.

Ефективність гібридних систем «Каркас + CLT» багато в чому залежить від якості виконання ключових вузлів з’єднання між цими різнорідними, хоч і дерев’яними, конструктивними елементами. Особливу увагу слід приділяти вузлам, які формують зовнішню оболонку будівлі та впливають на акустику та повітронепроникність.

1. Вузол «CLT-стіна до дерев’яного каркаса (зовнішня обшивка)»: Тут CLT-панель є основним несучим елементом. Дерев’яний каркас для утеплення та оздоблення кріпиться до зовнішньої поверхні CLT. Важливо використовувати кріплення, що мінімізує містки холоду (наприклад, консольні кронштейни з терморозривом або гвинти з частковим різьбленням). Повітронепроникний шар CLT-панелі має бути продовжений на каркас за допомогою спеціальних стрічок та герметиків у місцях стику. Мембрана повітронепроникності з високим Sd-значенням (>100 м) на внутрішній поверхні каркасної частини повинна бути ретельно з’єднана з CLT.

2. Вузол «CLT-перекриття до каркасної стіни»: У цьому випадку CLT-панель укладається на несучу каркасну стіну або кріпиться до неї. Щоб уникнути структурного шуму, між торцем CLT-панелі та верхньою обв’язкою каркасної стіни рекомендується встановлювати еластичні прокладки (наприклад, з гуми або пресованої пробки) товщиною 5-10 мм. Це перериває пряму передачу вібрацій. Для повітронепроникності, шов між CLT та каркасом герметизується з використанням еластичного герметика або стрічок. Якщо CLT-панель є елементом зовнішнього контуру, необхідно забезпечити безперервність повітронепроникної мембрани каркасу на з’єднанні з панеллю, проклеюючи її спеціальними скотчами.

3. Вузол «Кутове з’єднання зовнішніх стін (CLT + Каркас)»: Це один з найскладніших вузлів. Тут важливо забезпечити надійну герметизацію як повітронепроникної оболонки, так і вітрозахисту. Використовуються кутові стрічки, а також розробляються спеціальні деталі для з’єднання каркасних елементів з CLT-панелями, що утворюють кут. Наприклад, CLT-панелі можуть бути з’єднані між собою кутовими кріпленнями, а потім зовнішній каркас адаптується до цієї геометрії, забезпечуючи перехресне утеплення та ефективний повітронепроникний контур без розривів. Згідно з EN 1995-1-1, правильне проєктування кутових з’єднань забезпечує необхідну жорсткість і стійкість до навантажень.

Загалом, для всіх вузлів необхідне застосування високоякісних герметиків, ущільнювальних стрічок, а також попередньо стиснених ущільнювачів. Важливо також враховувати температурні деформації матеріалів, хоча деревина має відносно низький коефіцієнт лінійного розширення. Забезпечення правильного монтажу всіх цих елементів є запорукою довговічності та ефективності гібридної системи.

Для досягнення високих показників акустичної ефективності та повітронепроникності в гібридних каркасних системах з CLT-елементами необхідно використовувати спеціалізовані матеріали та інноваційні рішення. Вибір матеріалів впливає не тільки на технічні характеристики, але й на загальну вартість володіння (TCO) будівлею.

Для звукоізоляції:

1. Мінеральна вата (кам’яна або скловата): Основний заповнювач для каркасних порожнин. Її волокниста структура ефективно розсіює звукові хвилі. Рекомендується використовувати матеріали щільністю 40-60 кг/м³ для каркасних стін та перегородок, що відповідає вимогам EN 13162. Для покращення акустики можна застосовувати плити підвищеної щільності, або подвійні шари з повітряним прошарком.
2. Акустичні мембрани: Тонкі, гнучкі та важкі полімерні мембрани, що підвищують масу конструкції без значного збільшення товщини. Можуть інтегруватися між шарами гіпсокартону або безпосередньо в каркасну систему для підвищення індексу R_w на 3-5 дБ.
3. Віброізолюючі стрічки та прокладки: Використовуються у місцях примикання каркасних елементів до CLT-панелей, а також у кріпленнях. Вони переривають передачу структурного шуму, значно покращуючи акустичну ізоляцію. Матеріали – спінений каучук, еластомери.
4. Гіпсокартонні плити: Багатошарова обшивка гіпсокартоном, особливо з використанням акустичного гіпсокартону (наприклад, KNAUF Silentboard), значно покращує звукоізоляцію каркасних стін. Подвійний шар гіпсокартону товщиною 12.5 мм з кожної сторони каркаса вже дає значний приріст до R_w.

Для повітронепроникності:

1. Паро- та повітроізоляційні мембрани: Спеціальні плівки, які створюють безперервний герметичний контур. Важливо використовувати мембрани з високим значенням Sd (коефіцієнт еквівалентної дифузії повітряного шару), що вказує на їх опір паропроникності. Для внутрішнього боку конструкції це зазвичай >100 м.
2. Герметизуючі стрічки та клеї: Для проклеювання стиків мембран, примикань до прорізів, а також для герметизації швів CLT-панелей. Використовуються стрічки на каучуковій основі, бутилові або акрилові клеї, які зберігають еластичність протягом усього терміну служби.
3. Ущільнювальні манжети: Для герметизації місць проходження інженерних комунікацій (труби, кабелі) через повітронепроникний шар. Забезпечують надійне ущільнення навколо елементів, запобігаючи витокам повітря.
4. Мастики та герметики: Застосовуються для заповнення нерівностей, щілин, а також для створення герметичного з’єднання в складних вузлах. Сучасні акрилові та поліуретанові герметики мають відмінну адгезію до деревини та зберігають еластичність при температурних коливаннях.

Інтеграція цих матеріалів у гібридну систему вимагає не тільки правильного вибору, але й суворого дотримання технології монтажу. Наприклад, системи вентиляції мають бути розроблені з урахуванням високої повітронепроникності будівлі, щоб забезпечити оптимальний повітрообмін. Дивіться детальніше на сторінці системи вентиляції.

Проєктування та будівництво гібридних каркасних систем з CLT-елементами в Україні вимагає комплексного підходу та глибокого розуміння як європейських стандартів, так і національних будівельних норм (ДБН). Адаптація цих технологій до місцевих умов є ключовим фактором успіху проєкту. Основні вимоги щодо проєктування та розрахунку дерев’яних конструкцій регламентуються ДБН В.2.6-161:2017 ‘Дерев’яні конструкції. Основні положення’. Проте, CLT-панелі та їх гібридні комбінації часто потребують додаткової експертизи та індивідуальних технічних рішень.

1. BIM-моделювання: Застосування технологій інформаційного моделювання будівель (BIM) є незамінним інструментом для гібридних систем. BIM дозволяє точно моделювати всі елементи конструкції, візуалізувати вузли, виявляти колізії інженерних систем та розраховувати фізико-технічні характеристики (теплотехніка, акустика) на етапі проєктування. Це значно знижує ризики помилок під час будівництва та оптимізує кошторис. Для складних гібридних вузлів BIM допомагає візуалізувати герметизуючі шари та акустичні розв’язки.

2. Експертиза та сертифікація: Оскільки CLT є відносно новою технологією для українського ринку, важливо залучати кваліфікованих інженерів-конструкторів, які мають досвід роботи з цим матеріалом та гібридними системами. CLT-панелі, що використовуються в Україні, повинні відповідати європейським стандартам EN 16351 (для CLT) та мати відповідні сертифікати. ДБН В.1.1-7:2016 ‘Пожежна безпека об’єктів будівництва’ та ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’ є основними документами, які необхідно враховувати при розрахунках та виборі матеріалів.

3. Контроль якості на всіх етапах: Висока якість монтажу є критичною для гібридних систем. Особливо це стосується формування повітронепроникного контуру та акустичної ізоляції. Застосування Blower Door Test (EN 13829) на проміжних етапах та після завершення будівництва є обов’язковим для перевірки повітронепроникності. Акустичні виміри (згідно з ДБН В.2.2-24:2009) також можуть бути проведені для підтвердження заявлених показників R_w. Це дозволяє гарантувати, що будівля відповідає проєктним характеристикам і буде забезпечувати заявлений рівень комфорту та енергоефективності. Докладніше про проєктні рішення можна дізнатися на сторінці проєктні рішення.

Застосування гібридних каркасних систем з CLT-елементами в українських кліматичних умовах відкриває значні переваги, але також ставить певні виклики, які необхідно враховувати на всіх етапах проєктування та будівництва.

Переваги:

1. Висока енергоефективність: Комбінація масивної CLT та ефективного утеплювача в каркасі дозволяє легко досягати нормативних показників теплового опору для зовнішніх стін та навіть перевершувати їх, що важливо для регіонів з холодними зимами. Сумарний коефіцієнт теплопередачі U може бути знижений до 0.15-0.18 Вт/(м²·К) для стін.
2. Покращена акустика: Завдяки масивності CLT та можливості інтегрувати ефективні звукоізоляційні матеріали у каркасні елементи, гібридні системи забезпечують високий рівень акустичного комфорту, що відповідає підвищеним вимогам ДБН В.2.2-24:2009.
3. Швидкість та точність будівництва: Завдяки заводському виготовленню CLT-панелей з ЧПУ-обробкою та попередньому складанню каркасних модулів, монтаж конструкції відбувається значно швидше порівняно з традиційними методами. Це скорочує терміни будівництва до 30-40%.
4. Конструктивна надійність: CLT-панелі забезпечують високу просторову жорсткість та несучу здатність, дозволяючи зводити будівлі до 10-12 поверхів. У поєднанні з гнучкістю каркасних систем це створює стійкі та довговічні конструкції.
5. Екологічність та сталість: Деревина є відновлюваним ресурсом, а сам процес будівництва з CLT та каркасних елементів має менший вуглецевий слід порівняно з бетоном чи сталлю. Це відповідає світовим трендам щодо стійкого будівництва.

Виклики:

1. Вартість матеріалів: CLT-панелі є дорожчими за традиційні каркасні матеріали. Однак, ця різниця може компенсуватися за рахунок економії на роботах, фундаменті та експлуатаційних витратах.
2. Кваліфікація будівельників: Монтаж гібридних систем вимагає високої кваліфікації робітників та ретельного контролю за виконанням вузлів, особливо щодо повітронепроникності та герметизації.
3. Логістика: Доставка великоформатних CLT-панелей на будівельний майданчик вимагає спеціального транспорту та підіймальної техніки, що може бути викликом для віддалених регіонів України.
4. Адаптація нормативної бази: Хоча українські ДБН поступово адаптуються до європейських стандартів, деякі специфічні аспекти проєктування та сертифікації гібридних дерев’яних конструкцій можуть потребувати індивідуальних технічних рішень та погоджень.

Незважаючи на певні виклики, гібридні системи «Каркас + CLT» пропонують перспективне майбутнє для українського будівництва, дозволяючи створювати будівлі високої якості, що відповідають сучасним вимогам до комфорту, енергоефективності та екологічності.