Благодаря своим исключительным качествам, среди которых прочность, размерная стабильность и жесткость, поперечно-клееная древесина может конкурировать с более распространенными в массовом строительстве материалами – железобетоном, сталью, кирпичом. Поэтому совершенствование технологии стыковых соединений CLT-панелей на данный момент имеет большой потенциал для изучения в соответствии с нормативной базой и условиями строительства в РФ.
В данной статье рассмотрены две технологии соединения CLT-панелей – на уголках и при помощи коннекторов X-RAD, с точки зрения таких характеристик, как несущая способность, особенности расчетной схемы, сложность и скорость монтажа и других, а также отражены основные достоинства и недостатки приведенных видов соединения.
Введение
Существующая на данный момент мировая тенденция к снижению негативного влияния человечества на окружающую среду способствует возрождению деревянного строительства на принципиально более высоком уровне. Совершенствование технологии производства и использование клееных деревянных конструкций дало возможность почти безгранично расширить область применения древесины в строительстве. Наиболее прогрессивный вид клееной древесины – перекрестно-клееная древесина или CLT (Cross-Laminated Timber). Направление волокон каждого слоя перпендикулярно направлению волокон соседних слоев. Взаимно перпендикулярное расположение слоев делает перекрестно-клееную древесину более жестким по сравнению с древесиной, за счет чего материал может воспринимать нагрузки в обоих направлениях. Среди преимуществ конструкций из CLT – экологичность, стабильность размеров, небольшой вес (меньше в 6 раз в сравнении с бетоном), простота транспортировки и монтажа, высокую сейсмоустойчивость, хорошие теплотехнические характеристики, возможность строительства большее простого фундамента, поэтому CLT может конкурировать с конструкциями из железобетона, металла, кирпича. Активный процесс работы над нормативной базой для многоэтажного деревянного строительства, масштабные инвестиционные проекты, направленные на создание значительных производственных мощностей заводов CLT-панелей и растущий интерес профессионального сообщества привлекают внимание также к вопросу о более существенном изучении способов крепления панелей между собой для обеспечения необходимой несущей способности конструкции.
Цель работы – анализ конструктивных решений в области узловых соединений CLT-панелей. Основным направлением исследований является изучение несущей способности различных видов соединений панелей и обзор традиционной технологии выполнения соединений и более инновационных решений в этой области.
Методы. В статье рассмотрены два вида соединений CLT-панелей – с применением усиленных уголков и саморезов и XRAD-коннекторов, описаны основные характеристики, преимущества и недостатки выбранных узловых соединений и проведен сравнительный анализ.
Результат: на основании теоретических материалов и существующих исследований произведен сравнительный анализ более распространенного способа закрепления панелей (усиленные уголки и саморезы) и инновационного технологического решения узлового соединения при помощи X-RAD коннектора.
Виды узловых соединений CLT-панелей
Узловые соединения в каркасе напрямую влияют на структурную целостность каркаса, обеспечение необходимой степени пластичности конструкции при действии боковых нагрузок (например, сейсмических и ветровых), эксплуатацию конструкции (вибрационные, акустические свойства и пр.), пожарную безопасность сооружения, выбор внутренней и внешней отделки и ограждающих конструкций здания, уровень заводской готовности панелей к монтажу на строительной площадке, скорость сборки и демонтажа.
Выбор оптимального варианта узлового соединения и его расчет может обеспечить такое разрушение, при котором до потери несущей способности каркаса происходят большие видимые перемещения в стальных крепежных элементах, т. е. пластическая работа металла.
Традиционным конструктивным решением соединения панелей является использование саморезов большой длины и стальных уголков. На данный момент одна из основных альтернатив традиционному способу соединения панелей – крепежные системы X-RAD, инновационное решение узловых соединений для сложных условий строительства. Далее рассмотрим особенности традиционного соединения и соединения с коннекторами X-RAD.
Саморезы и уголки получили широкое применение в узловых соединениях деревянных конструкций в силу их сравнительно высокой несущей способности при воздействии сдвиговых, растягивающих усилий и значительным сопротивлением выдергиванию. Кроме того, распространенность этой технологии в строительной практике обоснована простотой монтажа без предварительного сверления.
Стальные пластины и уголки – универсальные элементы для соединения панелей между собой, с покрытием или фундаментом. Крепежные и усиленные уголки производятся из стали толщиной 2–4 мм и имеют отверстия диаметром от 5 мм для саморезов и гвоздей (рис. 2). Подбор оптимальной комбинации уголков позволяет обеспечить необходимую прочность соединения панелей.
Представим виды конструктивных решений узлов соединения панелей:
1. Соединения в плоскости плиты.
Соединения в плоскости плиты могут выполняться с помощью саморезов и дополнительных деревянных вставок (рис. 3), а также с помощью специальных элементов и их комбинаций.
3. Платформенный стык стеновых панелей и панели перекрытия.
Основными способами соединения стеновых панелей с перекрытием являются соединения с использованием длинного самореза с полной резьбой. Различные конфигурации соединения показаны на рис. 5.
простота сборки;
доступность крепежных элементов;
возможность скрытого крепежа без вреда внешнему виду;
распространенность в строительной практике;
большой опыт проектирования узловых соединений;
низкая металлоемкость.
Недостатки:
большое количество нагелей, мест ослабления сечения;
большое количество крепежных элементов;
низкая несущая способность при действии сейсмических нагрузок
Соединения при помощи коннекторов X-RAD
Инновационное решение, получившее название X-RAD, состоит из системы точечного механического соединения, закрепленного на углах панелей из CLT. Это позволяет создавать сейсмоустойчивые системы, которые являются максимально готовыми к сборке на строительной площадке и, с точки зрения конструктивных характеристик, способствуют равномерному распределению нагрузки в каркасе и передаче усилий на фундамент. На строительных площадках CLT с использованием X-RAD коннекторов крепятся к специальным стальным пластинам, закрепленным на фундаментах или других опорах. Для соединения коннекторов со стальными пластинами используются стандартные стальные болты., образующие штыревые соединения между элементами CLT. Сами соединители X-RAD состоят из внешней металлической оболочки, внутреннего деревянного сердечника и шести полнорезьбовых саморезов.
Авторы статьи:
Черных Александр Григорьевич, д-р техн. наук, профессор
Кузьминова Екатерина Вячеславовна, магистрант (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет)
На фото: Компания Kengo kuma и партнеры (KKAA), возглавляемая японским архитектором Кенго Кумой, спроектировала временный павильон для мероприятий и выступлений в Харуми, Токио.
⠀
Полуоткрытое пространство возведено с использованием стального каркаса, заполненного панелями из поперечно-слоистой древесины.
Подробности с фото:
https://www.instagram.com/p/CThKp2OirkL/