ВУЗЛИ CLT-CLT

CLT-панелі (Cross-Laminated Timber) – це багатошарові дерев’яні плити, що складаються з щонайменше трьох склеєних шарів ламелей, розташованих взаємно перпендикулярно. Ця перехресна орієнтація волокон забезпечує високу міцність та стабільність у двох напрямках, мінімізуючи деформації, спричинені зміною вологості. Типова товщина CLT-панелей для стін варіюється від 60 мм до 300 мм, а для перекриттів – до 400 мм і більше, залежно від розрахункових навантажень. Для ефективного функціонування конструкції, вузли кріплення між панелями CLT є критичними елементами, що відповідають за передачу навантажень, забезпечення жорсткості та герметичності. Вони повинні бути спроєктовані з урахуванням статичних та динамічних впливів, а також вимог до вогнестійкості та повітронепроникності. Неправильно розроблені або виконані вузли можуть стати слабкою ланкою, компрометуючи загальну структурну цілісність та експлуатаційні характеристики будівлі. Основні принципи проєктування вузлів CLT включають мінімізацію теплових мостів, забезпечення повітронепроникності, адекватного опору вогню та акустичної ізоляції. Важливо також враховувати технологічність монтажу на будівельному майданчику, використовуючи спеціалізовані елементи кріплення та герметизуючі матеріали. Такі підходи дозволяють створювати довговічні та енергоефективні споруди.

Кутові з’єднання CLT-панелей є одними з найбільш розповсюджених у будівництві і відіграють ключову роль у формуванні периметра будівлі та забезпеченні її просторової жорсткості. Існує кілька основних типів кутових вузлів, які розрізняються за методом кріплення та послідовністю монтажу. Найбільш поширеними є з’єднання ‘встик’ з використанням металевих кутників або пластин, а також варіанти зі зміщенням панелей, що дозволяє приховати елементи кріплення. Для забезпечення високої міцності та сейсмостійкості часто застосовуються шурупи повного різьблення (vollgewindeschrauben) під кутом, що проходять через обидві панелі. Ці шурупи створюють ефективне з’єднання, здатне сприймати значні зсувні та розтягуючі зусилля. Детальний розбір вузла передбачає розрахунок необхідної кількості та довжини шурупів, їхнього кута нахилу та відстані від краю панелі, згідно з EN 1995-1-1 (Єврокод 5). Наприклад, для зовнішніх кутів, де панелі примикають ‘встик’, часто використовують дві паралельні лінії шурупів, розташованих під кутом 45° до осі панелі, з кроком 150-200 мм. Для підвищення вогнестійкості вузла, елементи кріплення можуть бути захищені додатковими облицювальними матеріалами або ж вибираються шурупи з достатнім запасом проникнення у деревину, що дозволяє зберегти несучу здатність після обгорання зовнішнього шару. Герметизація таких вузлів здійснюється за допомогою компресійних стрічок або поліуретанових герметиків, що забезпечує повітронепроникність.

Т-подібні вузли застосовуються для з’єднання внутрішніх перегородок з несучими стінами або іншими перегородками. Їхня конструкція повинна забезпечувати ефективну передачу вертикальних та горизонтальних навантажень, а також відповідність вимогам щодо акустичної ізоляції та вогнестійкості. Основні методи кріплення включають використання металевих перфорованих пластин, прихованих з’єднувачів типу ‘ластівчин хвіст’ або прямого з’єднання шурупами повного різьблення. При проєктуванні Т-подібних вузлів критично важливо забезпечити належну фіксацію панелі, що примикає, до основної стіни. Наприклад, для внутрішніх перегородок часто застосовують шурупи повного різьблення, встановлені з кроком 200-300 мм, що забезпечує достатню міцність. У випадку, коли Т-подібний вузол є несучим елементом, наприклад, у багатоповерхових будівлях, додатково можуть застосовуватися консольні металеві з’єднувачі або клеєні дерев’яні бруски, інтегровані в торець панелі. Для досягнення необхідної повітронепроникності (n50 ≤ 0.6 h-1, згідно ДБН В.2.6-31:2021) у Т-подібних з’єднаннях використовують спеціальні ущільнювальні стрічки або еластичні герметики в місцях стику панелей. Це особливо важливо для забезпечення ефективності інженерних систем та зниження втрат тепла. Вогнестійкість таких вузлів, як правило, забезпечується за рахунок розрахункового запасу товщини деревини, що дозволяє елементу зберігати несучу здатність протягом певного часу (наприклад, REI 60 або REI 90), а також застосуванням негорючих ущільнювачів у швах.

Х-подібні вузли CLT зустрічаються в проєктах зі складною архітектурою, де необхідно з’єднати три або чотири панелі в одній точці, наприклад, при перетині несучих стін у центрі будівлі або при формуванні кутів складних об’ємів. Ці вузли є найбільш вимогливими до проєктування та виконання через концентрацію навантажень і необхідність забезпечення багатовісної стабільності. Ключовим рішенням для Х-подібних вузлів є використання центрального елемента кріплення, яким може бути металева пластина, спеціальний анкер або комбінація шурупів повного різьблення, що встановлюються під різними кутами. У деяких випадках можуть застосовуватися інтегровані в CLT-панелі сталеві втулки або штифти, що забезпечують точне позиціонування та міцність з’єднання. Розрахунок таких вузлів вимагає ретельного аналізу передачі зусиль від кожної панелі та забезпечення рівномірного розподілу навантажень. Для України, де сейсмічна активність у деяких регіонах вимагає особливого підходу, Х-подібні вузли повинні мати підвищену здатність до дисипації енергії. Це може бути досягнуто за рахунок використання деформованих елементів кріплення або спеціальних фрикційних систем. Забезпечення повітронепроникності у таких складних вузлах вимагає застосування багатошарових герметизуючих стрічок або спеціальних формуючих елементів, що створюють суцільний контур. Вогнестійкість Х-подібних вузлів оцінюється відповідно до EN 13501-2, де клас вогнестійкості (наприклад, REI 90) досягається за рахунок захисту елементів кріплення та достатньої товщини деревини, яка може обгоріти без втрати несучої здатності. Часто такі вузли посилюються негорючими матеріалами або спеціальними гіпсокартонними плитами з підвищеною вогнестійкістю.

Вогнестійкість будівельних конструкцій є одним з найважливіших аспектів безпеки, а для дерев’яних будівель, таких як ті, що зведені з CLT-панелей, цей показник має особливе значення. Європейський стандарт EN 13501-2 визначає класифікацію вогнестійкості будівельних виробів та елементів конструкцій, використовуючи показники R (несуча здатність), E (цілісність) та I (теплоізоляція). Для вузлів CLT-CLT, забезпечення необхідного класу вогнестійкості (наприклад, REI 30, REI 60, REI 90) досягається кількома шляхами. По-перше, сама по собі CLT-панель має властивість карбонізуватися під впливом вогню, утворюючи захисний шар, який уповільнює горіння внутрішніх шарів деревини. Швидкість карбонізації становить приблизно 0.65-0.7 мм/хв для хвойних порід. Це дозволяє розрахувати ‘додатковий’ шар деревини, який може згоріти до того, як буде втрачена несуча здатність. По-друге, елементи кріплення у вузлах, такі як сталеві пластини або шурупи, повинні бути захищені від прямого впливу вогню. Це може бути реалізовано шляхом ‘заглиблення’ кріплення всередину панелі або за допомогою використання негорючих облицювальних матеріалів, таких як гіпсокартонні плити товщиною 12.5-15 мм, що забезпечують додатковий час вогнестійкості. Для забезпечення класу REI 90, наприклад, може знадобитися додатковий захисний шар або використання масивних CLT-панелей з достатньою товщиною ‘жертвенного’ шару деревини. Проєктування вузлів з урахуванням вогнестійкості вимагає детальних розрахунків, які враховують не тільки матеріал CLT, але й тип та розташування кріпильних елементів, а також потенційний температурний вплив на них.

Повітронепроникність будівлі є критичним фактором для досягнення високих показників енергоефективності, особливо в умовах українського клімату з його значними температурними перепадами. Показник n50, що вимірюється в h-1 (обміни повітря за годину при різниці тиску 50 Па), регламентується в Україні ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, який вимагає для нових будівель значення n50 не більше 0.6 h-1 для будівель з майже нульовим споживанням енергії. Вузли CLT-CLT є потенційними місцями витоку повітря, якщо вони не спроєктовані та не виконані належним чином. Для досягнення високої повітронепроникності необхідно використовувати комплексний підхід, який включає кілька етапів. По-перше, це точне виготовлення CLT-панелей на заводі, що забезпечує мінімальні зазори у вузлах. По-друге, використання спеціалізованих ущільнювальних матеріалів: компресійних стрічок, ПУ-герметиків, EPDM-стрічок. Наприклад, в кутових та Т-подібних вузлах часто застосовують попередньо стиснуті ущільнювальні стрічки, які розширюються після монтажу, заповнюючи всі нерівності. Усі шви та з’єднання повинні бути ретельно проклеєні або герметизовані. По-третє, контроль якості на всіх етапах монтажу, включаючи тестування повітронепроникності методом ‘Blower Door’. Для України, з її нормативними вимогами до теплотехніки, ігнорування повітронепроникності вузлів призводить до значних втрат тепла через інфільтрацію повітря, що нівелює переваги високого R-значення стін з конструкцій з клеєного бруса та CLT. Застосування сучасних герметизуючих рішень забезпечує стабільність мікроклімату та зниження експлуатаційних витрат на опалення.

Ефективність вузлів CLT залежить не лише від проєктування, а й від якості монтажу та суворого дотримання технології. Першим кроком є точне позиціонування панелей CLT на фундаменті або на попередніх рівнях. Це досягається за допомогою лазерних нівелірів та спеціальних монтажних кріплень. Для кутових, Т-подібних та Х-подібних вузлів важливе попереднє розмічання та контроль геометрії. Використання ЧПУ-обладнання для виробництва CLT-панелей забезпечує високу точність розмірів, що значно спрощує монтаж вузлів на об’єкті. Під час монтажу, всі стики та з’єднання повинні бути очищені від пилу та бруду, а також, при необхідності, оброблені ґрунтовками для покращення адгезії герметиків. Встановлення кріпильних елементів – шурупів, болтів, анкерів – повинно здійснюватися згідно з проєктною документацією, використовуючи спеціалізований інструмент, що дозволяє контролювати момент затягування. Це запобігає пошкодженню деревини та забезпечує належну міцність з’єднання. Після монтажу та герметизації вузлів, обов’язковим є контроль якості. Це може включати візуальний огляд, перевірку щільності затягування кріплень, а також вищезгадане тестування повітронепроникності будівлі методом ‘Blower Door’ для підтвердження досягнення показника n50. Для об’єктів в Україні, відповідність ДБН та іншим будівельним нормам є обов’язковою. Залучення досвідчених архітекторів та інженерів є ключовим для успішної реалізації проєкту.

Сучасне будівництво з CLT постійно розвивається, пропонуючи нові, більш ефективні та приховані рішення для вузлових з’єднань. Одним з таких напрямків є розробка інтегрованих в CLT-панелі кріплень, які монтуються ще на заводі. Це можуть бути спеціальні ‘кишені’ для сталевих пластин або втулки, що дозволяють здійснювати швидкий та точний монтаж на будівельному майданчику, мінімізуючи ручну працю та підвищуючи якість. Також активно впроваджуються автоматизовані системи з’єднання, наприклад, за допомогою роботів, що встановлюють шурупи з високою точністю та швидкістю. Розвиток 3D-друку відкриває можливості для створення унікальних, оптимізованих під конкретні навантаження металевих або композитних елементів кріплення складної геометрії. Ці елементи можуть забезпечувати не тільки міцність, але й додаткові функції, такі як покращена акустична ізоляція або підвищена вогнестійкість. Дослідження також зосереджені на розробці самовідновлюваних матеріалів для ущільнення вузлів, які здатні реагувати на деформації або пошкодження, забезпечуючи постійну герметичність. Для українського ринку це означає можливість інтеграції передових технологій, які покращать довговічність та експлуатаційні характеристики будівель з CLT. Майбутнє вузлів CLT полягає в їхній максимальній інтеграції, ‘невидимості’ та багатофункціональності, що дозволить розширити можливості архітектурного дизайну та спростити будівельні процеси.