ПОРІВНЯННЯ ВАГИ КОНСТРУКЦІЙ

Для глибокого розуміння порівняння ваги конструкцій необхідно почати з аналізу питомої ваги основних матеріалів. Деревина, як сировина для CLT-панелей, клеєного бруса та каркасних конструкцій, має значно нижчу щільність порівняно з бетоном чи цеглою. Зокрема, суха сосна (типова для українського будівництва) має щільність в діапазоні 400-500 кг/м³. Це контрастує з монолітним залізобетоном, де щільність становить близько 2400-2500 кг/м³, або повнотілою керамічною цеглою – 1600-1900 кг/м³.

Розглянемо детальніше: CLT-панелі виготовляються з перехресно склеєних ламелей, що забезпечує їхню високу міцність і стабільність. Їхня середня щільність коливається від 450 до 550 кг/м³, залежно від породи деревини та кількості шарів. Наприклад, 5-шарова CLT-панель товщиною 140 мм буде важити приблизно 70-77 кг/м².

Клеєний брус (GL24h, що означає міцність на вигин 24 МПа) – це матеріал з паралельно склеєних ламелей. Його щільність також близька до щільності деревини, зазвичай 480-520 кг/м³. Типовий стіновий брус перерізом 200×200 мм матиме вагу близько 200*0.2*0.2*500 = 20 кг/погонний метр, або 100 кг/м² для стіни. Хоча сам брус є масивним, його загальна вага у стіні або перекритті може бути оптимізована.

Каркасні стіни, заповнені ефективним утеплювачем (мінеральна вата, PIR-панелі), є найлегшими. Щільність мінеральної вати може становити від 30 до 150 кг/м³, а більшу частину об’єму займає повітря. Типова каркасна стіна з дерев’яним каркасом (крок стійок 600 мм), обшивкою (OSB, гіпсокартон) та утеплювачем товщиною 200 мм має вагу всього 30-50 кг/м². Це робить каркасне будівництво надзвичайно привабливим для легких конструкцій.

Важливо враховувати, що наведені цифри – це лише маса конструкційного матеріалу. У загальну вагу стіни або перекриття також входять елементи обшивки, ізоляції, оздоблення. Однак, базові показники щільності дають чітке уявлення про потенціал зниження маси при виборі тієї чи іншої технології.

Вага будівельної конструкції є одним з основних факторів, що визначають вибір та розміри фундаменту. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти будинків і споруд’, навантаження від будівлі є ключовим параметром при розрахунку осадки та несучої здатності ґрунту. Чим менша вага надземної частини, тим менші вимоги до несучої здатності ґрунту, що дозволяє застосовувати легші та економічніші типи фундаментів.

Для порівняння, багатоповерхові будинки з монолітного залізобетону або цегли вимагають масивних стрічкових фундаментів, плитних фундаментів або пальових полів, які здатні витримувати значні навантаження в кілька тисяч тонн. Вартість таких фундаментів може становити до 25-30% від загального кошторису будівництва.

Натомість, для будівель з легких дерев’яних конструкцій, таких як каркасні будинки, CLT-панелі або клеєний брус, можливо застосування значно простіших і дешевших рішень. Наприклад, для одно- або двоповерхового каркасного будинку загальною вагою 50-70 тонн (включаючи перекриття, дах, оздоблення) часто достатньо мелкозаглибленого стрічкового фундаменту або стовпчастого фундаменту. Це зменшує обсяг земляних робіт, витрати на бетон та арматуру.

CLT-будинки, незважаючи на свою масивність у порівнянні з каркасом, все ще значно легші за цегляні аналоги. Середня вага 3-поверхового будинку з CLT може бути в 2-3 рази меншою, ніж аналогічного будинку з цегли. Це дозволяє в багатьох випадках відмовитись від дорогих плитних фундаментів на користь стрічкових або навіть фундаментів на гвинтових палях, особливо на складних ґрунтах. Наприклад, на ґрунтах з низькою несучою здатністю (менше 0.15 МПа) легкі конструкції можуть обійтися мелкозаглибленими фундаментами, тоді як для важчих будівель знадобиться або глибокий фундамент, або поліпшення ґрунту, що значно здорожує проєкт. Вибір оптимального типу фундаменту є критично важливим для економічної ефективності та стабільності будівлі.

Для об’єктивного порівняння ваги конструкцій розглянемо типові стіни та перекриття для кожної технології, враховуючи необхідні товщини для забезпечення теплотехнічних характеристик згідно з ДБН В.2.6-31:2021 для України.

Каркасні стіни: Стіна товщиною 200 мм з дерев’яним каркасом (переріз 50×200 мм), заповнена мінеральною ватою (щільність 45 кг/м³), обшите з обох боків OSB (12 мм) та гіпсокартоном (12.5 мм). Загальна вага такої стіни становить приблизно 40-50 кг/м². Перекриття (250 мм) з дерев’яними балками (50×250 мм), утеплювачем, чорновою та чистовою підлогою може важити 60-80 кг/м².

Стіни з клеєного бруса: Стіна з клеєного бруса перерізом 200×200 мм. При щільності бруса 500 кг/м³ вага такої стіни без додаткового оздоблення складе 100 кг/м². Якщо додати внутрішнє та зовнішнє оздоблення (наприклад, вагонка або фарбування), загальна вага незначно збільшиться. Для відповідності теплотехнічним нормам (U ≤ 0.28 Вт/(м²·К)) в Україні, брус товщиною 200 мм може потребувати додаткового зовнішнього утеплення 100-150 мм мінеральної вати, що додасть близько 5-10 кг/м².

CLT-панелі: Для несучих стін typically використовуються панелі товщиною 100-160 мм. 5-шарова CLT-панель товщиною 140 мм має вагу близько 70-77 кг/м². Для досягнення необхідного опору теплопередачі, як і у випадку з брусом, потрібне зовнішнє утеплення 150-200 мм, що додасть до ваги стіни приблизно 8-15 кг/м². Перекриття з CLT-панелей (наприклад, 180-240 мм завтовшки) матиме вагу 90-120 кг/м².

Таблиця порівняння ваги (без оздоблення):

Як бачимо, дерев’яні конструкції значно легші за традиційні матеріали, причому каркасні є найменш масивними, а CLT і клеєний брус пропонують масивність при значно меншій вазі, ніж бетон.

Вага будівельних елементів прямо впливає на логістичні процеси та швидкість монтажу, що є критично важливим для загальної ефективності проєкту. Легші конструкції, такі як ті, що використовуються в каркасному будівництві, значно спрощують транспортування та вивантаження матеріалів на об’єкті.

Для каркасних будинків, окремі елементи (брус для каркаса, плити OSB, утеплювач) можуть доставлятися стандартним транспортом і розвантажуватися вручну або з використанням мінімальної спецтехніки. Це знижує витрати на оренду вантажопідйомного обладнання та скорочує час простою на майданчику. Модульні будинки, які часто базуються на каркасній технології, можуть бути зібрані на заводі та транспортовані блоками, що вимагає лише підйомного крана для встановлення готових модулів.

CLT-панелі є великогабаритними елементами, але їхня відносно низька питома вага порівняно з бетоном дозволяє використовувати менш потужні крани або здійснювати монтаж швидше. Одна типова стінова CLT-панель (3х6 м) може важити від 1.3 до 1.5 тонни. Ця маса дозволяє перевозити кілька панелей на одній вантажівці та піднімати їх краном середньої вантажопідйомності (25-30 тонн). На відміну від залізобетонних плит перекриття, які можуть важити 5-10 тонн кожна, монтаж CLT-панелей проходить швидше, оскільки вони відразу формують готову несучу поверхню без необхідності опалубки та заливки.

Монтаж клеєного бруса також вимагає підйомної техніки для укладання масивних елементів, але зазвичай це не настільки інтенсивний процес, як для монолітного будівництва. Більші елементи клеєного бруса, які використовуються для несучих балок або колон, можуть важити кілька сотень кілограмів, але їхня установка є відносно швидкою. Загалом, застосування дерев’яних конструкцій істотно підвищує швидкість монтажу, оскільки більшість елементів приходить на майданчик вже готовими до встановлення, мінімізуючи ‘мокрі’ процеси та час на витримку матеріалів.

Незважаючи на меншу вагу, дерев’яні конструкції забезпечують високий рівень структурної цілісності та сейсмостійкості, що підтверджено численними дослідженнями та нормами, такими як Eurocode 5 (EN 1995-1-1). Ключовим фактором є те, що сейсмічні навантаження прямо пропорційні масі будівлі. Чим легша конструкція, тим меншими є інерційні сили, що виникають під час землетрусу, і тим краще будівля здатна їх витримувати.

Каркасні будинки: Завдяки своїй легкості та гнучкості з’єднань, каркасні будівлі добре витримують сейсмічні коливання. Система ‘стійка-обшивка’ (OSB, фанера) створює діафрагми жорсткості, які ефективно розподіляють горизонтальні навантаження по всьому периметру. Згідно з дослідженнями, правильно спроєктовані каркасні будинки можуть витримувати землетруси до 7-8 балів за шкалою Ріхтера без значних пошкоджень.

CLT-панелі: CLT-панелі мають виняткову міцність і жорсткість у двох площинах завдяки перехресній орієнтації ламелей. Це дозволяє їм функціонувати як монолітні плити або стіни, які ефективно протистоять як вертикальним, так і горизонтальним навантаженням. Дослідження, проведені в Японії та США, показали, що 7-поверхові будівлі з CLT можуть успішно протистояти землетрусам інтенсивністю до 9 балів. З’єднання панелей за допомогою спеціальних металевих кріплень забезпечують пластичність та здатність до розсіювання енергії.

Клеєний брус: Будинки з клеєного бруса, хоч і є масивнішими за каркасні, також демонструють хорошу сейсмостійкість. Висока однорідність матеріалу та міцні кутові з’єднання дозволяють конструкції зберігати цілісність під час коливань. Проте, через більшу масивність, реакція на сейсмічні навантаження буде відрізнятися від CLT або каркаса, вимагаючи ретельнішого розрахунку та, можливо, додаткових елементів жорсткості для високих будівель.

Важливо зазначити, що для всіх типів дерев’яних конструкцій ключовим є якісне проєктування з урахуванням місцевих сейсмічних умов, а також точне виконання монтажних робіт. Це гарантує, що переваги легкості матеріалу будуть повністю реалізовані у підвищеній стійкості до зовнішніх впливів.

Оцінка економічної ефективності будівельного проєкту завжди виходить за рамки лише вартості матеріалів. Вага конструкцій є суттєвим фактором, що впливає на кілька ключових статей витрат, від фундаменту до експлуатації.

По-перше, як вже згадувалося, легкі конструкції дозволяють значно зменшити вартість фундаментних робіт. Для типового одноповерхового будинку площею 100 м² економія на фундаменті при виборі каркасної технології або CLT замість цегли може становити від 10% до 30% загальної вартості фундаменту, що є значною сумою.

По-друге, транспортні витрати. Дерев’яні конструкції дозволяють перевозити більший об’єм матеріалу або готових елементів на одному транспортному засобі порівняно з аналогічними за площею бетонними чи цегляними виробами. Це зменшує кількість рейсів, витрати на паливо та час доставки. Для віддалених будівельних майданчиків ця економія може бути критичною.

По-третє, витрати на монтаж та оренду спецтехніки. Менша вага елементів означає, що можна використовувати менш потужні та, відповідно, дешевші крани, або навіть обійтися без них у випадку каркасного будівництва. Швидкість монтажу, зумовлена легкістю та високим ступенем готовності елементів, скорочує терміни будівництва, що в свою чергу зменшує витрати на оплату праці, оренду майданчика та інші накладні витрати.

По-четверте, опосередковані вигоди. Легкі будівлі створюють менше навантаження на інфраструктуру, таку як дороги, по яких здійснюється доставка матеріалів. У довгостроковій перспективі, менша вага може спростити потенційні реконструкції або добудови. Отже, при плануванні проєкту варто враховувати не лише пряму ціну за кубометр матеріалу, а й всі ‘супутні’ витрати, які залежать від його ваги. Цей інтегрований підхід дозволяє отримати більш точну картину TCO (Total Cost of Ownership) та забезпечити оптимальне використання капіталу.

Хоча теплотехнічні характеристики (U/R-значення) безпосередньо не залежать від ваги матеріалу, існує опосередкований взаємозв’язок, який важливо враховувати при проєктуванні. Легкі конструкції, такі як каркасні стіни, досягають високих показників опору теплопередачі (R-value) за рахунок використання ефективних легких утеплювачів, які займають більшу частину об’єму стіни.

Для каркасних стін, основна теплоізоляційна функція покладається на мінеральну вату, PIR-плити або целюлозний утеплювач, які мають низьку щільність (від 10 до 150 кг/м³) та, відповідно, малу теплопровідність (λ = 0.032-0.040 Вт/(м·К)). Це дозволяє легко досягати нормативних значень U ≤ 0.28 Вт/(м²·К) для зовнішніх стін в Україні при товщині утеплювача 200-250 мм, зберігаючи при цьому низьку загальну вагу конструкції.

CLT-панелі та клеєний брус самі по собі є досить щільними матеріалами (близько 500 кг/м³), і хоча деревина має кращі теплоізоляційні властивості, ніж бетон (λ ≈ 0.13 Вт/(м·К) проти 1.7 Вт/(м·К)), їх товщина 200-240 мм не завжди достатня для дотримання сучасних норм без додаткового утеплення. Тому, до стін з CLT-панелей або клеєного бруса, зазвичай, додається шар легкого утеплювача (мінеральна вата, PIR) товщиною 100-200 мм. Це збільшує загальну товщину стіни, але додає відносно невелику масу до основної конструкції, зберігаючи її енергоефективність на високому рівні. Таким чином, легкість конструкцій дозволяє інтегрувати значні шари теплоізоляції без суттєвого збільшення загального навантаження на фундамент.