УДК 69

Строительство малоэтажного жилья из дерева: CLT-панели

Лейбович Давид Павлович – студент кафедры архитектуры Государственного университета по землеустройству. 

Научный руководитель Кошкин Андрей Корнилович – старший преподаватель кафедры строительства Государственного университета по землеустройству.

Аннотация: В статье анализируются особенности строительства малоэтажного жилья из дерева с использованием CLT-панелей. Рассматриваются структура и технология производства CLT-панелей. Выявляются наиболее значимые свойства CLT-панелей, которые необходимо учитывать при формировании архитектурных решений. Приводятся показатели тепло- и звукозащитных характеристик CLT-панелей. Рассматриваются возможности улучшения эксплуатационных характеристик CLT-панелей.

Ключевые слова: строительство, малоэтажное жильё, дерево, строительные материалы, CLT-панели.

В число актуальных проблем Российской Федерации входит обеспечение граждан жильём [1]. Это обуславливает исследование и развитие технологий жилищного строительства, дающих возможность сокращать трудоёмкость и материалоёмкость работ и продолжительность выполнения основных строительных процессов для снижения сметной стоимости объектов и повышения их доступности на рынке. Важным направлением развития строительного производства является использования деревянных конструкций, что связано с наличием существенного и возобновляемого объёма лесных ресурсов на территории России и экологичностью данного типа материала [2]. В число наиболее перспективных строительных материалов на основе древесины входят CLT-панели (Cross-Laminated Timber – многослойные клеёные деревянные панели), которые по техническим характеристикам сопоставимы с другими видами применяемых строительных материалов.

Целью работы является изучение особенностей строительства малоэтажного жилья из дерева с использованием CLT-панелей. Для её достижения были использованы аналитический, синтетический, индуктивный и дедуктивный методы обработки тематических исследований, научных публикаций и релевантных литературных источников.

CLT-панели представляют собой массивный многослойносклеиваемый строительный материал из дерева, использующийся в качестве крупногабаритных элементов стен, крыш и потолков [3]. Производство CLT-панелей соответствует классу эмиссии 0, что позволяет использовать их для производства несущих строительных деревянных элементов внутри и снаружи помещений.

Плиты склеиваются из нескольких слоёв досок, обычно нечётного числа, однако количество слоёв зависит от назначения панелей. Продольные и поперечные слои CLT-панели могут быть склеены по длине на зубчатый шип. Размеры панелей различаются в зависимости от производителя: при толщине 278 мм и высоте 3 м длина панелей может достигать 16,5 м. Для изготовления панелей, используемых под последующую отделку, применяется низкосортная древесина хвойных пород – сосна, ель или лиственница. В CLT-панелях, использующихся в интерьере без отделки, наружные слои выполняются из древесины высоких сортов.

Производство CLT-панелей осуществляется по следующей технологии [4]. Выстроганные и сращённые ламели укладываются поочерёдно крест-накрест на рабочую поверхность клеенаносящей машины. Перед основным прессованием в условиях нагрева слои прессуются с краёв, что позволяет значительно снизить пожароопасные свойства CLT-панелей по сравнению с другими деревянными конструкциями. После формирования плита поступает на станок механической обработки с ЧПУ, на котором на основании проектного решения раскраивается оптимальным образом с учётом логистических возможностей. Благодаря высокой степени заводской готовности возможно значительно повысить производительность труда на строительной площадке. Гибкий распил позволяет использовать CLT-панели как для типовых проектов, так и для создания архитектурно и конструктивно уникальных зданий и сооружений.

При формировании архитектурных решений необходимо учитывать следующие свойства CLT-панелей [5-7]:

  1. Высокие прочностные характеристики. У построек из CLT-панелей устойчивость к боковым нагрузкам выше, чем у бетонных зданий, благодаря чему они могут переживать сейсмические толчки с силой 7-8 баллов с минимальными повреждениями. Также хорошая несущая способность панелей позволяет возводить строения со стенами толщиной от 90 мм, однако в этом случае требуется дополнительное утепление.
  2. Высокая стабильность. Благодаря проклейке крест-накрест под высоким давлением в прессе характеристики усадки и набухания древесины в CLT-панелях сокращаются до незначительного минимума, поэтому в отличие от клеёного и массивного бруса они сохраняют свои заводские геометрические размеры при изменениях температуры и влажности.
  3. Высокая энергоэффективность. CLT-панели сохраняют природное свойство древесины удерживать тепло. Так, показатель энергопотребления CLT-панелей составляет 65 кВт на м2, железобетона – 190 кВт на м2, кирпича – 110-130 кВт на м2.
  4. Относительно высокие тепло- и звукозащитные характеристики. Благодаря технологии перекрёстной склейки в CLT-панелях отсутствуют мостики холода и места утечек тепла, что повышает их теплозащитные характеристики минимум на 35 % по сравнению с бревном и брусом аналогичных размеров. Также панели обладают лучшими звукоизоляционными характеристиками по сравнению с другими древесными материалами.
  5. Высокая пожаробезопасность. Структура и массивность CLT-панелей затрудняет поступление кислорода к горящей поверхности при возгорании. При температуре 1200℃ скоростью горения плиты составляет 0,6-0,7 мм/мин., и этот показатель уменьшается с увеличением образующегося при горении углеродного защитного слоя.
  6. Экологичность строительства. CLT-панели изготавливаются из натуральной древесины, благодаря чему выделение CO2 в цикле строительного производства снижается на 50 % по сравнению с использованием бетона.
  7. Скорость возведения. Каркас и инженерные коммуникации из CLT-панелей изготавливаются на заводе, что позволяет собрать здание на стройплощадке в кратчайшие сроки с минимальным оборудованием. Помимо этого, на увеличение скорости строительного производства влияет масса CLT-панелей: она в 4-5 раз меньше массы железобетонных элементов.
  8. Отсутствие сезонности строительства. При монтаже конструкций из CLT-панелей окружающая температура не имеет значения, поэтому их можно возводить круглый год.
  9. Длительный срок эксплуатации. Срок эксплуатации CLT-панелей, устанавливаемый производителями, составляет 100-200 лет.
  10. Готовое интерьерное решение. В CLT-панелях сохранена натуральная текстура древесины, что позволяет получить интересную фактуру внутри помещений. Благодаря высокой точности производства швы не видны как внутри, так и снаружи здания.

Данные характеристики делают CLT-панели оптимальным строительным материалом для индивидуального малоэтажного строительства. Однако при строительстве на территории России важно учитывать, что в абсолютном выражении тепло- и звукозащитные характеристики CLT-панелей недостаточно для их самостоятельного использования: данные исследований показывают, что они не отвечают нормам тепловой защиты зданий и звукоизоляции от воздушного и ударного шума [8]. Так, согласно СП 50 13330.2012 «Тепловая защита зданий», базовое значение сопротивления теплопередаче конструкций жилых домов для стен составляет , минимально допустимое – [9]. Для самой толстой из выпускаемых CLT-панелей (300 мм) сопротивление теплопередаче составляет , следовательно, такие стены нуждаются в дополнительном утеплении минеральными плитами толщиной от 50 до 200 мм.

СП 51.13330.2011 «Защита от шума» устанавливает значения индекса изоляции воздушного шума для межквартирных ограждающих конструкций жилых зданий не ниже Rwтреб = 52 дБ, для межкомнатных – не ниже Rwтреб = 43 дБ [10]. Индекс приведённого уровня ударного шума под перекрытым для межквартирных конструкций не должен превышать Lnwтреб = 60 дБ, для межкомнатных – Lnwтреб = 63 дБ. Для CLT-панелей толщиной 100 мм Rw = 40 дБ, что требует дополнительной обшивки этих панелей с двух сторон с заполнением воздушного промежутка волокнистыми плитами и применением гибких подвесов. Для CLT-панелей толщиной 140 мм показатель Lnw = 64 дБ, следовательно, без дополнительных слоёв такое перекрытие не обеспечивает должной изоляции ударного шума.

Данные зарубежных исследований демонстрируют, что характеристики CLT-панелей могут быть улучшены благодаря использованию бетонного основания [11]. При соединении древесины с бетоном можно получить конструкцию с большей жёсткостью, прочностью, вибро- и звукоизоляцией. В древесно-бетонных композитных панелях сочетаются преимущества обоих материалов: на бетонную часть приходятся силы сжатия, на деревянную – силы натяжения, а вместе они принимают изгибающий момент. Подобная модернизация, а также совместное использование CLT-панелей с железобетонными конструкциями делает их перспективным материалом не только для малоэтажного, но и для массового многоэтажного строительства [12].

Таким образом, строительство малоэтажных зданий из CLT-панелей является перспективным направлением для России, обладающей значительными запасами древесины. Использование CLT-панелей позволяет возводить комфортные, безопасные и экологичные дома в различных архитектурных стилях и с любой отделкой. Дополнительные исследования, направленные на нахождение оптимальных конструктивных решений в части сочетания бетона, металла и древесины и использования походящих стыков, узлов и сочленений несущих конструкций позволит широко применять CLT-панели также для многоэтажного строительства.

Список литературы

  1. Хубаев А.О., Саакян С.С., Макаев Н.В. Мировая практика в области модульного строительства // Construction and Geotechnics. – 2020. – Т. 11, № 2. – С. 99-108. – DOI: 10.15593/2224-9826/2020.2.09
  2. Агафонов С.А. Актуальные направления развития отечественной нормативно-технической документации в области строительства из древесины с учётом зарубежного опыта / С.А. Агафонов, В.А. Волкодав, И.А. Волкодав, И.Д. Титова // Вестник МГСУ. – 2023. – Т. 18, № 7. – С. 1055-1077. – DOI: 10.22227/1997-0935.2023.7.1055-1077
  3. Леонович О.К., Короб А.Ю. Перспективные направления в строительстве деревянных малоэтажных зданий // Труды БГТУ. Сер. 1, Лесное хоз-во, природопользование и перераб. возобновляемых ресурсов. – 2022. – № 1 (252). – С. 188-198.
  4. Амельчугов С.П. Горение древесины при пожаре: учеб. пособие / С.П. Амельчугов, Р.Г. Шубкин, А.В. Антонов, С.В. Романов, М.А. Никулин. – Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2022. – 148 с.
  5. Забегина А.Р. Особенности типологии современных зданий с использованием СLT панелей // Вестник Московского информационно-технологического университета – Московского архитектурно-строительного института. – 2021. – № 1. – С. 37-43. – DOI: 10.52470/2619046Х_2020_1_37
  6. Косов И.И. Деревянные панели CLT в строительстве общественных зданий // Международный журнал прикладных наук и технологий Integral. – 2019. – № 2-1. – С. 253-259.
  7. Гребенев А.С. Перспективы развития деревянного многоквартирного домостроения в России // Научный журнал молодых учёных. – 2023. – № 3 (33). – С. 26-30.
  8. Овсянников С.Н. Проблемы обеспечения теплозащиты и звукоизоляции в зданиях из древесины // Инвестиции, градостроительство, недвижимость как драйверы социально-экономического развития территории и повышения качества жизни населения: материалы XIII Международной научно-практической конференции. – Томск, 2023. – С. 15-24.
  9. СП50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 (с Изменениями N 1, 2). – М.: Минрегион России, 2012. – 100 с.
  10. СП 51.13330.2011 Защита от шума. Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 (с Изменениями N 1, 2, 3). – М.: Минрегион России, 2010. – 46 с.
  11. Акшов Э.А. Технологические особенности клеёных деревянных конструкций // Архитектура и современные информационные технологии. – 2021. – № 1 (54). – С. 156-164. – DOI: 10.24412/1998-4839-2021-1-156-164
  12. Герасимович А.А., Агафонов С.А. Конструктивные системы многоэтажных зданий на основе клеёных деревянных конструкций // Вестник магистратуры. – 2020. – № 5-5 (104). – С. 30-40.