МІЦНІСТЬ НА ВИГИН, СТИСК, РОЗТЯГ У CLT/SLT КОНСТРУКЦІЯХ

Механічні властивості деревини є ключовими для її застосування у будівництві. Розрізняють три основні види навантажень: вигин, стиск та розтяг. Кожен з них впливає на матеріал по-різному і вимагає специфічних підходів до розрахунку та проєктування. Деревина як анізотропний матеріал має різні характеристики міцності вздовж і поперек волокон, що є фундаментальним для розуміння поведінки CLT/SLT. Наприклад, міцність на розтяг вздовж волокон може бути значно вищою, ніж поперек, тоді як міцність на стиск також демонструє суттєву різницю. Ці особливості необхідно враховувати при розробці конструктивних рішень.

Міцність на вигин (Flexural Strength) — це здатність матеріалу чинити опір деформації та руйнуванню під дією згинальних моментів. У дерев'яних балках та панелях це ключова характеристика, особливо для перекриттів і покрівлі. При вигині одна сторона елемента працює на розтяг, інша — на стиск, а по центральній осі проходить нейтральна вісь, де напруження дорівнюють нулю. Максимальні напруження виникають у крайніх волокнах. Для деревини, її міцність на вигин є комбінованим показником, що залежить від модуля пружності (E) та границі міцності при розтягуванні/стисненні. Згідно з Eurocode 5 (EN 1995-1-1), розрахункове значення міцності на вигин f_m,d визначається з урахуванням класу міцності деревини та коефіцієнтів умови експлуатації.

Міцність на стиск (Compressive Strength) — це здатність матеріалу витримувати осьові навантаження, що прагнуть його стиснути. Ця характеристика є критичною для вертикальних несучих елементів, таких як стіни та колони. Розрізняють міцність на стиск вздовж волокон (f_c,0,k) та поперек волокон (f_c,90,k). Міцність вздовж волокон значно вища. Наприклад, для сосни (клас C24) f_c,0,k становить близько 21 МПа, тоді як f_c,90,k — лише близько 2,5 МПа. Це пояснюється будовою деревини: волокна ефективно передають навантаження вздовж, але легко деформуються поперек. При проєктуванні стиснутих елементів також необхідно враховувати ризик втрати стійкості (поздовжній згин) за формулою Ейлера, що залежить від гнучкості елемента.

Міцність на розтяг (Tensile Strength) — це здатність матеріалу витримувати осьові навантаження, що прагнуть його розтягнути. Як і у випадку стиску, розрізняють міцність на розтяг вздовж волокон (f_t,0,k) та поперек волокон (f_t,90,k). Міцність вздовж волокон є найвищою для деревини (для C24 f_t,0,k близько 14 МПа), але поперек волокон вона надзвичайно низька (f_t,90,k близько 0,5 МПа). Це робить деревину вразливою до розшарування під навантаженнями, спрямованими перпендикулярно до волокон. У CLT-панелях, завдяки перехресному розташуванню шарів, ця проблема частково нівелюється, оскільки сусідні шари 'утримують' одне одного, розподіляючи напруження. Однак, при проєктуванні вузлів кріплення та з'єднань, де можуть виникати значні розтягувальні напруження перпендикулярно волокнам, необхідно використовувати спеціальні армувальні елементи або конструктивні рішення.

Розуміння цих фундаментальних механічних характеристик є основою для ефективного та безпечного проєктування будівель, особливо з використанням інноваційних дерев'яних матеріалів, таких як клеєний брус та CLT/SLT.

Cross-Laminated Timber (CLT) та Solid-Laminated Timber (SLT) є передовими інженерними дерев'яними матеріалами, що революціонізують сучасне будівництво. Їхня структура значно покращує механічні властивості деревини, які традиційно обмежувались анізотропією та дефектами. CLT-панелі складаються з мінімум трьох шарів пиломатеріалів, склеєних між собою таким чином, що волокна сусідніх шарів розташовані перпендикулярно. SLT-панелі мають паралельне розташування волокон у всіх шарах, що робить їх схожими на клеєний брус великих розмірів, але з більшою шириною.

Ключові структурні переваги CLT:

1. Зменшення анізотропії: Завдяки перехресному розташуванню волокон, CLT-панелі демонструють значно меншу анізотропію, ніж масивна деревина. Це означає, що їхні властивості міцності та жорсткості є більш рівномірними в двох напрямках площини панелі. Це особливо важливо для міцності на розтяг поперек волокон, яка в масиві є дуже низькою.
2. Підвищена стабільність розмірів: Перехресне склеювання ефективно компенсує деформації деревини, спричинені змінами вологості (усушка та розбухання). Це забезпечує високу геометричну стабільність панелей, мінімізуючи розтріскування та викривлення.
3. Висока міцність і жорсткість: CLT-панелі мають відмінні показники міцності на вигин, стиск та зсув. Вони можуть витримувати значні вертикальні та горизонтальні навантаження, що робить їх ідеальними для несучих стін, перекриттів і дахів у багатоповерхових будівлях. Типові значення модуля пружності для CLT-панелей (залежно від породи та класу деревини) можуть досягати 11000-12000 МПа вздовж основного напрямку.
4. Однорідність матеріалу: Виробництво CLT включає ретельний відбір та сортування ламелей, а також видалення значних дефектів. Це забезпечує більш однорідний та передбачуваний матеріал порівняно з масивною деревиною.
5. Можливість створення великих елементів: CLT-панелі можуть вироблятися великих розмірів (до 30 м в довжину та 4 м в ширину), що дозволяє створювати великопрольотні конструкції та значно прискорює монтаж на будівельному майданчику.

SLT-панелі, хоч і мають паралельне розташування волокон, також пропонують значні переваги за рахунок багатошарового склеювання. Це дозволяє створювати елементи значної товщини та ширини, які мають більшу несучу здатність та стабільність, ніж окремі бруси. Вони відмінно підходять для балок, колон та інших елементів, де потрібна висока міцність на вигин та стиск в одному основному напрямку. Наприклад, у конструкціях з клеєного бруса великі елементи забезпечують значний запас міцності та естетичну привабливість.

Технології CLT та SLT представляють собою значний крок вперед у використанні деревини як конструкційного матеріалу, забезпечуючи будівельникам потужні інструменти для створення міцних, стійких та естетичних споруд. Інженерні розрахунки для цих матеріалів базуються на принципах композитних структур, що враховують внесок кожного шару в загальну жорсткість та міцність панелі. Це дозволяє оптимізувати витрати матеріалу та забезпечити максимальну ефективність конструкції.

Міцність на вигин є критичною характеристикою для горизонтальних несучих елементів, таких як перекриття та дахові панелі з CLT/SLT. Ці елементи постійно піддаються розподіленим навантаженням (власна вага, корисне навантаження, снігове навантаження) та зосередженим навантаженням. Ефективність CLT/SLT у протистоянні вигину значно перевершує традиційну масивну деревину завдяки композитній структурі.

Принцип роботи CLT на вигин:

У CLT-панелі шари з волокнами, паралельними основному напрямку прольоту, приймають основні напруження розтягу та стиску, що виникають при вигині. Шари з волокнами, перпендикулярними до прольоту, виконують функцію підвищення жорсткості на зсув та стабілізації панелі, перешкоджаючи розшаруванню та місцевій деформації. Це дозволяє панелі працювати як єдине ціле, забезпечуючи значну несучу здатність та мінімальні прогини. Розрахунок ефективної жорсткості на вигин (EI_eff) є основою для визначення прогинів та напружень. Цей параметр обчислюється за методикою гамма-фактора (gamma-method) або методикою клейових ліній (shear analogy method), що враховують внесок кожного шару та їхнє взаємне розташування.

Ключові аспекти розрахунку та проєктування:

1. Модуль пружності на вигин (E_m,mean): Для CLT використовується усереднене значення модуля пружності, яке враховує всі шари. Воно може бути значно вищим, ніж у масивної деревини.
2. Момент інерції (I): Ефективний момент інерції (I_eff) є ключовим параметром, що відображає розподіл матеріалу відносно нейтральної осі. Для багатошарових панелей I_eff значно вищий, ніж для одного шару відповідної товщини.
3. Міцність на зсув (Shear Strength): При вигині також виникають напруження зсуву, особливо поблизу опор. У CLT-панелях, перпендикулярні шари ефективно чинять опір зсуву, проте для товстих панелей з великими прольотами цей аспект потребує ретельного контролю. Розрахункові значення міцності на зсув (f_v,d) повинні бути перевірені, зокрема для міжшарових зсувів.
4. Допустимі прогини: Прогини несучих елементів регламентуються будівельними нормами. В Україні, згідно з ДБН В.1.2-14:2018 'Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд', та адаптованими положеннями Eurocode 5, для перекриттів житлових будівель допустимий прогин зазвичай становить L/300 або L/250, де L — проліт. Для дахів цей показник може бути дещо більшим (наприклад, L/200).

Застосування у перекриттях: CLT-панелі ідеально підходять для міжповерхових перекриттів, оскільки вони забезпечують високу несучу здатність, швидкий монтаж та відмінні акустичні властивості. Залежно від необхідної вогнестійкості та прольоту, товщина панелей може варіюватися від 100 мм до 300 мм і більше. Наприклад, для прольоту 6 м і типового житлового навантаження може бути достатньо 5-шарової панелі товщиною 160-200 мм.

Застосування у дахах: Технології монтажу дахів з CLT-панелей дозволяють створювати легкі, але міцні конструкції. CLT може використовуватися як несуча основа для плоских або скатних дахів, забезпечуючи жорсткість у площині та ефективну теплоізоляцію. Крім того, CLT-панелі можуть бути використані для створення складних форм даху, що відкриває нові архітектурні можливості.

Детальний розрахунок міцності на вигин для CLT/SLT елементів вимагає використання спеціалізованого програмного забезпечення та дотримання норм Eurocode 5, який є основною для розробки національних стандартів в Україні.

Міцність на стиск є життєво важливою характеристикою для вертикальних несучих елементів будівель, зокрема для стін. У будівництві з CLT/SLT панелей стіни є основними елементами, що сприймають вертикальні навантаження від власної ваги конструкції, перекриттів, даху, а також корисних навантажень. Ефективність CLT-панелей у передачі стискальних зусиль значно перевищує традиційні дерев'яні каркаси завдяки їхній монолітній структурі та високій жорсткості.

Принцип роботи CLT на стиск:

Завдяки перехресному розташуванню ламелей, CLT-панелі мають підвищену стабільність і жорсткість у площині стіни, що мінімізує ризик місцевої втрати стійкості. Основні стискальні напруження сприймаються шарами, волокна яких орієнтовані вертикально (паралельно до напрямку навантаження). Горизонтально орієнтовані шари забезпечують бічну підтримку, запобігаючи викривленню та локальному руйнуванню вертикальних шарів. Це дозволяє CLT-стінам ефективно розподіляти навантаження на основи проєктування фундаментів та вищі поверхи.

Ключові аспекти розрахунку та проєктування:

1. Міцність на стиск вздовж волокон (f_c,0,d): Це розрахункове значення міцності, яке визначається з урахуванням класу деревини та коефіцієнтів умов експлуатації та тривалості навантаження. Для типової деревини хвойних порід класу С24, f_c,0,d може становити близько 15-18 МПа.
2. Втрата стійкості (Buckling): Хоча CLT-панелі мають високу жорсткість, при великих висотах стін і відносно малій товщині необхідно перевіряти їх на поздовжній згин (втрату стійкості). Розрахунок виконується згідно з Eurocode 5, де коефіцієнт стійкості (k_c) залежить від гнучкості елемента (λ) та відносної гнучкості (λ_rel). Визначається критичне навантаження Ейлера з урахуванням ефективної жорсткості (EI_eff) панелі. Для CLT-стін товщиною 100-140 мм і висотою до 3 м, коефіцієнт стійкості зазвичай близький до одиниці, що свідчить про високу стійкість.
3. Міцність на стиск поперек волокон (f_c,90,d): Цей параметр важливий у місцях передачі навантаження, наприклад, під опорами балок або у верхніх/нижніх обв'язках стін. Оскільки міцність поперек волокон значно нижча, необхідно передбачати розподільні пластини або збільшення площі опори, щоб уникнути місцевого роздавлювання деревини.
4. Стійкість до вигинання: Вертикальні панелі можуть також піддаватися вигинальним моментам через ексцентриситет навантаження або бічні навантаження (наприклад, вітер). У таких випадках розрахунок має враховувати комбіновану дію стиску та вигину, що може зменшити несучу здатність стіни.

Практичне застосування:

CLT-стіни використовуються для будівництва як малоповерхових, так і багатоповерхових будівель. Вони дозволяють досягти значних висот будівель при відносно невеликій товщині стін (від 100 до 200 мм для житлових будівель). Наприклад, для 5-поверхової будівлі загальна висота стін на першому поверсі може перевищувати 15 метрів. При цьому, CLT-панелі забезпечують не лише несучу функцію, а й виступають у ролі тепло- та звукоізоляції, а також є готовою поверхнею для фінішного оздоблення. Використання CLT у стінових конструкціях значно спрощує та прискорює процес будівництва, підвищуючи його ефективність та якість.

Міцність на розтяг деревини, особливо поперек волокон, є найнижчою серед усіх основних механічних характеристик, що робить її критичним фактором при проєктуванні з'єднань та кріплень у дерев'яних конструкціях. У CLT/SLT панелях, завдяки перехресному склеюванню, загальна поведінка матеріалу на розтяг покращується, проте слабкі місця все ще можуть виникати у вузлах, де концентруються напруження розтягу.

Принцип роботи CLT на розтяг:

У поздовжньому напрямку (паралельно волокнам зовнішніх шарів) CLT-панелі мають високу міцність на розтяг, порівнянну з клеєним брусом. Ця міцність використовується у вигнутих елементах або у верхній частині балок. Однак, критичним є розтяг поперек волокон, який може виникати у місцях вирізів, отворів для комунікацій або у складних з'єднаннях, де необхідно передати зусилля перпендикулярно площині панелі.

Ключові аспекти розрахунку та проєктування з'єднань:

1. Розтяг вздовж волокон (f_t,0,d): Ця міцність висока, тому елементи, які працюють на осьовий розтяг вздовж волокон (наприклад, нижні пояси ферм), можуть бути виконані з CLT або SLT. Проте, важливо забезпечити належне кріплення, щоб напруження розтягу ефективно передавалися на кріпильні елементи без концентрації.
2. Розтяг поперек волокон (f_t,90,d): Це найслабший напрямок. Напруження розтягу поперек волокон можуть призвести до розщеплення деревини. Для CLT-панелей, завдяки перехресному склеюванню, ці напруження можуть бути частково розподілені, але все одно вимагають уваги. Типові значення f_t,90,d для деревини C24 можуть бути на рівні 0,2-0,5 МПа, що є дуже низьким.
3. З'єднання та кріплення: Більшість руйнувань у дерев'яних конструкціях відбувається не через недостатню міцність самого матеріалу, а через неправильно спроєктовані або виконані з'єднання. Для CLT/SLT застосовуються різні типи кріплень:
   • Саморізи та шурупи: Довгі саморізи, закручені під кутом (наприклад, 45-60°), можуть ефективно передавати зсувні та розтягувальні зусилля, перетворюючи їх на стиск у деревині. Це дозволяє уникнути прямого розтягу поперек волокон.
   • Болтові з'єднання: Використовуються для великих навантажень. Проте, отвори для болтів створюють концентрацію напружень, і необхідно забезпечити достатні відстані від краю та між болтами, щоб уникнути розщеплення.
   • Металеві пластини та кронштейни: Часто використовуються для посилення з'єднань та розподілу навантажень на більшу площу. Вони також допомагають уникнути прямого розтягу поперек волокон.
   • Клеєні з'єднання: Сучасні технології дозволяють створювати клеєні з'єднання, які можуть бути міцнішими за саму деревину. Вони забезпечують високу несучу здатність та жорсткість.
4. Концентрація напружень: Будь-які вирізи, отвори, гострі кути у CLT-панелях створюють зони концентрації напружень, особливо розтягувальних. Проєктанти повинні мінімізувати такі зони або передбачати їхнє посилення.

Рекомендації з проєктування:

При проєктуванні з'єднань та кріплень у CLT/SLT конструкціях необхідно дотримуватися вимог Eurocode 5, а також рекомендацій виробників панелей. Важливо уникати конструктивних рішень, які призводять до прямого розтягу поперек волокон. Замість цього слід використовувати кріплення, що перетворюють розтягувальні напруження на зсувні або стискальні. Наприклад, для консольних виступів або елементів, де виникає поперечний розтяг, можуть бути застосовані спеціальні анкери або армування зі стержнів, вклеєних у деревину. Ретельний розрахунок кожного вузла є запорукою надійності всієї конструкції.

Враховуючи специфіку роботи деревини на розтяг, правильне проєктування кріплень є більш критичним, ніж для інших матеріалів. Це дозволяє повною мірою використати переваги інноваційних будівельних проєктів з CLT та SLT без компромісів у безпеці.

Вогнестійкість є одним із найважливіших аспектів безпеки будівлі, і для дерев'яних конструкцій, зокрема з CLT/SLT, це питання має особливе значення. Всупереч поширеним міфам, масивні дерев'яні конструкції, такі як CLT-панелі, можуть демонструвати відмінну вогнестійкість, часто перевершуючи незахищені сталеві або бетонні елементи. Класифікація вогнестійкості будівельних виробів та конструкцій в Європі, і в Україні також, визначається згідно зі стандартом EN 13501-2.

Принцип вогнестійкості деревини:

При впливі високих температур деревина горить, утворюючи шар вугілля (char layer) на поверхні. Цей вугільний шар діє як природний ізолятор, сповільнюючи подальше проникнення тепла до внутрішніх, ще незгорілих шарів деревини. Швидкість обвуглювання деревини є передбачуваною і становить приблизно 0,6-0,7 мм/хв для хвойних порід. Це дозволяє інженерам точно розрахувати, яка частина перерізу залишиться несучою після заданого часу впливу вогню. Саме ця залишальна, необвуглена частина конструкції забезпечує збереження її механічних властивостей (міцності на вигин, стиск, розтяг) під час пожежі.

Класифікація за EN 13501-2:

Стандарт EN 13501-2 визначає класи вогнестійкості за трьома основними критеріями:

1. R (Resistance - Несуча здатність): Здатність елемента витримувати навантаження без руйнування протягом заданого часу.
2. E (Integrity - Цілісність): Здатність елемента запобігати проникненню полум'я та гарячих газів.
3. I (Insulation - Теплоізоляція): Здатність елемента обмежувати підвищення температури на його неопалюваній поверхні.

Класифікація позначається комбінацією цих літер та числом, що вказує час (у хвилинах), протягом якого конструкція зберігає свої функції (наприклад, REI 30, REI 60, REI 90). Для багатоповерхових будівель часто вимагаються класи REI 60 або REI 90.

Вогнестійкість CLT/SLT:

• Розрахунковий метод: Для CLT-панелей розрахунок вогнестійкості базується на концепції 'ефективного перерізу'. Визначається швидкість обвуглювання (наприклад, 0,65 мм/хв) і товщина обвугленого шару для заданого часу вогневого впливу. Потім з початкової товщини елемента віднімається цей шар, і розрахунок міцності (вигин, стиск) виконується для залишкового перерізу.
• Захисні шари: Для досягнення вищих класів вогнестійкості (наприклад, REI 90 або REI 120) можуть застосовуватися додаткові захисні шари, такі як гіпсокартонні плити (тип DF за EN 520) або мінеральна вата. Вони затримують початок обвуглювання дерев'яної конструкції, тим самим збільшуючи її ефективний час роботи.
• Взаємозв'язок з міцністю: Збереження несучої здатності (R) напряму пов'язане зі збереженням ефективної міцності на вигин та стиск залишкового перерізу. Чим більша товщина CLT-панелі, тим більше часу вона може протистояти вогню, оскільки має більший запас матеріалу для обвуглювання, зберігаючи при цьому внутрішню несучу частину.

Практичні приклади:

Типова 5-шарова CLT-панель товщиною 160 мм без додаткового захисту може забезпечити вогнестійкість класу REI 60. При додаванні одного шару гіпсокартону товщиною 12,5 мм з кожного боку, панель може досягти класу REI 90 або навіть REI 120, залежно від конструктивного рішення. З'єднання та вузли також повинні бути спроєктовані з урахуванням вогнестійкості, щоб запобігти передчасному руйнуванню. Правильне проєктування та вибір відповідної товщини CLT-панелей дозволяють створювати безпечні, стійкі до пожежі дерев'яні будівлі, що відповідають найсуворішим європейським стандартам безпеки.

Інтеграція сучасних будівельних технологій, таких як CLT/SLT, в українське нормативне поле є складним, але прогресивним процесом. В Україні діють державні будівельні норми (ДБН), які регламентують проєктування та будівництво споруд. Хоча прямих ДБН, присвячених виключно CLT/SLT, наразі немає, їхнє використання можливе шляхом адаптації європейських стандартів, зокрема Eurocode 5 (EN 1995-1-1 'Проєктування дерев'яних конструкцій'), який є основним міжнародним документом для розрахунку дерев'яних конструкцій.

Ключові ДБН та стандарти, що регулюють проєктування дерев'яних конструкцій в Україні:

1. ДБН В.2.6-161:2017 'Конструкції будівель і споруд. Дерев'яні конструкції. Основні положення': Цей ДБН є базовим документом для проєктування дерев'яних конструкцій в Україні. Він встановлює вимоги до матеріалів, розрахунків та конструювання дерев'яних елементів. Хоча він не містить прямої згадки про CLT/SLT, його принципи та методи розрахунку міцності (на вигин, стиск, розтяг, зсув) є застосовними з відповідними адаптаціями.
2. ДСТУ-Н Б В.2.6-156:2010 'Настанова з проєктування дерев'яних конструкцій згідно з Єврокодом 5': Цей національний стандарт є настановою щодо впровадження положень Eurocode 5 в Україні. Він дає роз'яснення та рекомендації щодо застосування Eurocode 5 для різних видів дерев'яних конструкцій, що є критично важливим для інтеграції CLT/SLT.
3. ДБН В.1.2-7:2021 'Пожежна безпека об'єктів будівництва. Загальні вимоги': Цей ДБН встановлює вимоги до пожежної безпеки будівель, включаючи класи вогнестійкості несучих конструкцій. Як було зазначено в попередній главі, вогнестійкість CLT/SLT визначається за EN 13501-2, і її результати повинні відповідати вимогам цього ДБН.
4. ДБН В.2.6-98:2009 'Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення': Хоча цей ДБН стосується бетону, він містить загальні положення щодо розрахунку конструкцій, які можуть бути використані як орієнтир для адаптації розрахункових моделей.

Процес проєктування CLT/SLT конструкцій в Україні:

1. Використання Eurocode 5: Проєктування CLT/SLT конструкцій в Україні зазвичай базується на Eurocode 5, який включає докладні методики розрахунку міцності на вигин, стиск, розтяг, зсув та стійкості для інженерної деревини. Спеціалізоване програмне забезпечення, що використовується для проєктування CLT, вже інтегрує ці методики.
2. Технічна оцінка: Для нових матеріалів або конструктивних рішень, які не мають прямого регулювання в чинних ДБН, може бути потрібна технічна оцінка або розробка спеціальних технічних умов (СТУ). Це процес, який включає експертизу проєкту, підтвердження відповідності матеріалів та конструкцій вимогам безпеки та надійності.
3. Сертифікація матеріалів: Виробники CLT/SLT панелей повинні мати відповідні сертифікати відповідності європейським стандартам (наприклад, ETA - European Technical Assessment), які підтверджують їхні механічні та фізичні властивості. Ці документи є основою для застосування матеріалу в Україні.
4. Аудит відповідності нормам: При проєктуванні необхідно проводити ретельний аудит відповідності нормам, зокрема щодо несучої здатності, стійкості, пожежної безпеки та довговічності. Всі розрахунки повинні бути обґрунтовані та задокументовані відповідно до вимог ДБН та Eurocode 5.

Незважаючи на те, що українська нормативна база все ще розвивається у напрямку повної інтеграції інноваційних дерев'яних технологій, наявні механізми адаптації європейських стандартів дозволяють успішно реалізовувати проєкти з CLT/SLT, забезпечуючи високий рівень безпеки та якості будівництва.

Детальний розбір вузлів є ключовим етапом проєктування будь-якої несучої конструкції, а для CLT/SLT панелей він набуває особливого значення через їхні унікальні механічні властивості та інтеграцію в комплексні системи. Саме у вузлах, де з'єднуються різні елементи та передаються значні навантаження, можуть виникати концентрації напружень, що вимагають ретельного аналізу та спеціальних конструктивних рішень для забезпечення міцності на вигин, стиск та розтяг.

Типові вузли та їхнє проєктування:

1. З'єднання стіна-стіна: Це базовий вузол, який забезпечує жорсткість будівлі в горизонтальній площині.
   • Пряме кріплення: Панелі можуть бути з'єднані між собою довгими саморізами, закрученими під кутом або перпендикулярно до площини з'єднання. Важливо забезпечити мінімальні відстані від краю та між кріпленнями.
   • З'єднання за допомогою шип-пазу: Цей метод забезпечує кращу тепло- та звукоізоляцію, а також покращує вітронепроникність. Кріплення здійснюється через шип або в його площині.
   • Кутові з'єднання: Можуть бути виконані прямим стикуванням під 90 градусів з подальшим кріпленням саморізами або із застосуванням кутових металевих кронштейнів для підвищення жорсткості та міцності на зсув.
2. З'єднання стіна-перекриття: Цей вузол передає вертикальні навантаження від перекриття на стіну та забезпечує зв'язок між поверхами.
   • Пряме опирання: Панель перекриття просто опирається на стінову панель. Важливо перевірити міцність стіни на стиск поперек волокон у зоні опирання.
   • Гнуті металеві пластини: Використовуються для забезпечення безперервності перекриття та передачі горизонтальних зусиль (наприклад, від вітру або сейсмічних навантажень). Ці пластини кріпляться до обох панелей довгими шурупами.
   • Анкерні кріплення: Для сприйняття підйомних (відривних) сил, що можуть виникнути при вітрових навантаженнях, використовуються спеціальні анкери, які кріплять перекриття до стіни.
3. З'єднання стіна-фундамент: Це критичний вузол, що передає всі навантаження від будівлі на фундамент.
   • Опорний брус: На фундамент укладається опорний брус (підкладка), який вирівнює поверхню та забезпечує рівномірну передачу навантаження.
   • Анкерні болти: Стінові панелі кріпляться до фундаменту за допомогою анкерних болтів, які сприймають відривні та зсувні навантаження. Важливо забезпечити належну гідроізоляцію між опорним брусом та фундаментом.
4. З'єднання балка-CLT (для гібридних конструкцій): У гібридних системах, де CLT-панелі використовуються в поєднанні з балками (наприклад, клеєного бруса або сталі), вузли повинні забезпечувати ефективну передачу навантажень.
   • Шарнірні з'єднання: Передача вертикального навантаження з мінімальною передачею моменту.
   • Жорсткі з'єднання: Можуть вимагати використання спеціальних кронштейнів та болтових з'єднань, що забезпечують передачу згинальних моментів.

Ключові принципи проєктування вузлів:

• Уникнення концентрації напружень: Забезпечення плавного переходу напружень та використання достатніх відстаней між кріпленнями.
• Захист від вологи: Всі зовнішні вузли повинні бути надійно захищені від проникнення вологи, що може призвести до руйнування деревини та кріплень.
• Вогнестійкість вузлів: Кріплення та з'єднання повинні зберігати свою функціональність протягом заданого часу пожежі. Металеві елементи можуть потребувати захисту від прямого вогню.
• Міцність кріпильних елементів: Вибір кріплень (саморізи, болти, анкери) повинен відповідати розрахунковим навантаженням та типу деревини.

Детальний інженерний розрахунок кожного вузла з урахуванням усіх видів навантажень та відповідності ДБН є запорукою довговічності та безпеки всієї будівлі з CLT/SLT.

Для повного розуміння переваг та особливостей CLT/SLT у контексті міцності на вигин, стиск та розтяг, доцільно провести порівняльний бенчмарк з традиційними будівельними матеріалами, такими як залізобетон, сталь та масивна деревина. Такий аналіз дозволяє виявити, чому інженерні дерев'яні продукти все частіше обираються для сучасних проєктів.

Міцність на вигин:

• CLT/SLT: Мають високу міцність на вигин завдяки багатошаровій структурі та великому моменту інерції. Ефективний модуль пружності (EI_eff) для 5-шарової CLT-панелі товщиною 180 мм може становити близько 8000 кНм²/м. Це дозволяє створювати великі прольоти перекриттів без надмірних прогинів.
• Залізобетон: Висока міцність на стиск, але на розтяг потребує армування. Здатний витримувати дуже великі прольоти та навантаження, але має значно більшу вагу та складніший процес монтажу.
• Сталь: Екстремально висока міцність на вигин та розтяг при відносно малій вазі. Проте, вимагає захисту від вогню (оскільки швидко втрачає несучу здатність при високих температурах) та має високу теплопровідність.
• Масивна деревина: Залежить від розміру та класу деревини. Має значно меншу несучу здатність на вигин порівняно з CLT/SLT, обмежена розмірами та схильна до розтріскування.

Міцність на стиск:

• CLT/SLT: Демонструють відмінну міцність на стиск вздовж волокон, що дозволяє використовувати їх для багатоповерхових несучих стін. Завдяки жорсткості та стабільності, ризик втрати стійкості (вигинання) мінімальний. Розрахункові значення f_c,0,d для CLT можуть досягати 20 МПа і більше, залежно від класу деревини.
• Залізобетон: Має найвищу міцність на стиск серед усіх будівельних матеріалів (f_c,d для класу С25/30 може бути 16,7 МПа і більше). Ідеальний для висотних будівель, але знову ж таки, велика вага та тривалість будівництва є мінусами.
• Сталь: Висока міцність на стиск, але елементи схильні до втрати стійкості при стискуванні (buckling), якщо не мають відповідних поперечних розмірів або додаткового кріплення.
• Масивна деревина: Міцність на стиск вздовж волокон достатня, але ризик втрати стійкості для тонких елементів вищий, ніж для CLT. Міцність поперек волокон дуже низька.

Міцність на розтяг:

• CLT/SLT: Міцність на розтяг вздовж волокон висока. Міцність на розтяг поперек волокон значно покращена завдяки перехресному розташуванню шарів, хоча все ще залишається найслабшою ланкою і вимагає ретельного проєктування вузлів.
• Залізобетон: Бетон сам по собі має низьку міцність на розтяг, тому для сприйняття розтягувальних зусиль використовується сталева арматура, що є його ключовою перевагою.
• Сталь: Має виняткову міцність на розтяг, що робить її ідеальною для використання в елементах, що працюють на розтяг (наприклад, ферми, зв'язки).
• Масивна деревина: Міцність на розтяг вздовж волокон висока, але поперек волокон — надзвичайно низька, що є її основним недоліком.

Інші фактори:

• Відношення міцності до ваги: CLT/SLT мають дуже високе відношення міцності до ваги порівняно із залізобетоном, що знижує навантаження на фундамент та спрощує монтаж.
• Енергоефективність: Дерево є природним ізолятором, що сприяє високій енергоефективності будівель.
• Швидкість монтажу: Висока ступінь заводської готовності CLT-панелей значно прискорює будівництво на об'єкті.

У підсумку, CLT/SLT є універсальним матеріалом, який поєднує в собі переваги високої міцності, стабільності та екологічності, що робить його конкурентоспроможним у порівнянні з традиційними матеріалами, особливо для проектів, де важливі швидкість, точність та мінімізація вуглецевого сліду.