CLT panely (cross laminated timber) jsou stavební materiál s nejlepšími vlastnostmi pro moderní dřevostavby, vyrobený z kolmo na sebe lepených vrstev masivního dřeva. Díky tomu se snižuje „pracování dřeva“ na zanedbatelnou hodnotu. Označení CLT je anglická zkratka cross-laminated timber, ale můžete se setkat i s označením X-LAM. Jedná se o konstrukční systém dřevěných panelů, vyrobených z masivních, křížem vrstvených dřevěných lamel. Základem nosného systému těchto dřevostaveb je dřevěný panel složený zpravidla lichého počtu na sebe kolmých vrstev, přičemž každá jednotlivá vrstva je složena z masivních lamel. Technologie panelů z vrstveného masivního dřeva vznikla v polovině devadesátých let 20. století v Rakousku. Počátky vývoje vycházely ze spolupráce vědeckých pracovišť a dřevozpracovatelských podniků. V České republice se systém začal rozvíjet na počátku 21. století. S rozvojem vícepodlažních dřevostaveb nabývají konstrukce z křížem lepeného dřeva (CLT) na významu.
Vlastnosti a použití CLT panelů
Stavby z CLT panelů jsou ekologické, přesné, rozměrově stálé, vzduchotěsné, difuzně otevřené a mají výbornou statickou únosnost. Konstrukční systém je velmi jednoduchý, lehce proveditelný a s minimálním počtem vrstev. Díky svým vlastnostem poskytují téměř neomezené možnosti ve stavebnictví a architektuře. Hlavní užití nachází jako vnitřní a vnější stěny, stropy a střechy novostaveb rodinných i bytových domů, velmi se hodí na rekonstrukce, přístavby a vestavby budov. Dílce splňují požadavky statiky, tuhosti a stavební fyziky.
Stropní panely CLT
Stropní panely jsou lehké, samonosné, okamžitě únosné, rozměrově přesné. Montáž je rychlá a jednoduchá. Stropní panely mají obdobné složení jako stěny. Mívají vyšší tloušťku s větším počtem vrstev a používají se pro rozpon okolo šesti metrů. Při výstavbě však není podmínkou použít výhradně CLT stropní panely. Zajímavou alternativou mohou být i vícevrstvé panelové systémy se středovým nosným roštem. Opláštění panelu tvoří vrstvená deska, na kterou jsou nalepena žebra v podélném i příčném směru.
Výroba a složení CLT panelů
CLT panely se vyrábí ze smrkových lamel sušených na 12-14 % skládaných do vrstev, jednotlivé vrstvy jsou k sobě otočené o 90°. Lamely jsou napojované otevřeným zubovým spojem. Počet vrstev je lichý (3, 5, 7) a určuje konečnou tloušťku panelu. Tloušťka lamel v jedné vrstvě se pohybuje od 10 mm do 50 mm a počet vrstev v panelu je vždy lichý. Minimální počet vrstev jsou tři a maximální obvykle sedm. Celková tloušťka panelu se pohybuje kolem 60 až 240 mm. Pro výrobu jsou používána především polyuretanová lepidla, která neobsahují formaldehyd. Lepeny jsou pouze sousedící vrstvy.
Ortotropie a tloušťky lamel
Plošná CLT je materiál, který lze označit jako ortotropní, tedy při pohledu kolmo na plochu materiálu bude mít v každém směru jiné materiálové vlastnosti. To je dáno křížením jednotlivých vrstev materiálu. Běžně se používá lichý počet vrstev a v daných případech rovněž různé tloušťky lamel. Dle materiálové normy definující vlastnosti výrobku CLT ČSN EN 16351 by měla být tloušťka lamel v rozsahu 6-47 mm, nejčastěji jsou však kombinovány tloušťky lamel 20, 30 a 40 mm. Ortotropie materiálu je pak definována hlavně tl. započitatelného materiálu v jednotlivých směrech a z pohledu výpočtu nosného průřezu vrstveného materiálu pak vzdáleností osy jednotlivé vrstvy k neutrální ose celkového průřezu. Přenos zatížení přenáší především svisle orientované vrstvy.
Čtěte také: Betonové stropní nosníky: Přehled
Porovnání CLT s tradičními materiály
Masivní panely jsou odolné, mají vysokou rozměrovou stabilitu a díky svým technickým a stavebně-fyzikálním vlastnostem představují vážnou konkurenci betonu a oceli. Ve srovnání s tradičními materiály je velký rozdíl v hmotnosti materiálu. Plošná hmotnost CLT prvku se odvíjí od hustoty dřevní hmoty. U používaného smrkového a borovicového dřeva se hustota pohybuje v rozmezí 440-570 kg/m³. Při použití dřeva ve výrobku se pak při plánované vlhkosti 12 ±2 % uvažuje vlastní hmotnost 5,0 kN/m³, pro přepravu a technologický návrh pak 470 kg/m³.
Hmotnost a pevnost
Vyšší vypovídající hodnota je při porovnání s betonem, s ohledem na obdobný způsob použití. Při zvážení návrhu prvku jako plošného dílce je například pro rozpon konstrukce 6,0-7,5 m použita betonová deska uvažovaná jako spojitý nosník v řádu 220-240,0 mm s plošnou hmotností 550-600 kg/m². Oproti tomu dřevěný plošný prvek při návrhu za stejných okrajových podmínek lze předpokládat v tloušťce 280 mm, při zvážení návrhu včetně posouzení vibrace pak 140 kg/m², tedy plošná úspora hmotnosti je ve prospěch dřevěné konstrukce zhruba 75 %, dřevěná deska bude přibližně 4x lehčí.
| Vlastnost | CLT panel (hlavní nosný směr) | Beton (třída C25/30) |
|---|---|---|
| Pevnost v tahu (MPa) | 14,5-16,5 | 2,6-3,2 (vyztužený) |
| Pevnost v tlaku (MPa) | 21-24 | 25,0 |
| Modul pružnosti (MPa) | 12 000 | 31 000 |
Modul pružnosti CLT ve směru rovnoběžně s vlákny je 12 000 MPa, u betonu porovnávané třídy je pak 31 000 MPa. Pro doplnění je nutno ještě uvést klíčovou vlastnost CLT desky, kterou je bezesporu tzv. valivý smyk. Jedná se o porušení pevnosti dřeva sklouznutím po tečné hraně letokruhu.
Konstrukční systémy s CLT panely
Při aplikaci na velké konstrukce volíme základní uspořádání příčně nebo podélně. Optimální konstrukční krok je 5,5-6,5 m při uložení horizontálních konstrukcí s uvážením spojitého nosníku. Jako konstrukčně výhodné se jeví rozdělit nosné stěny na prvky, které přebírají svislé a vodorovné zatížení (gravity and lateral loads), a kolmo na tyto stěny pak umístit smykové stěny, jež odolávají převážně vodorovným silám (lateral forces). Z principu tohoto uspořádání převládá pnutí horizontální konstrukce jedním hlavním nosným směrem, i když princip plošného uspořádání nabízí využití i křížem pnuté desky. Na základě našich zkušeností s návrhem těchto konstrukcí předpokládáme tl. stropní CLT konstrukce 240 mm.
Konstrukční řešení
Je konstrukčním řešením, které díky uspořádání nosných prvků dokáže uvolnit vnitřní dispozici objektu. Vzhledem k této vlastnosti je vhodné jeho použití pro administrativní budovy a jiné objekty občanské vybavenosti. Zpravidla jsou rámy kladeny v příčném směru. Jedná se o dvou až třílodní uspořádání. Rám se klade opět v kroku 5,5-6,5 m. Provedení rámu je z těžkého dřevěného skeletu s použitím BSH profilu. Plošná CLT konstrukce je kladena kolmo na rámovou konstrukci. Předpoklad tl. stropní desky pak při využití spojitého nosníku je v tl. CLT 240. Příčná tuhost objektu je zajištěna příčnými rámy.
Čtěte také: Betonové stropní desky – přehled
Nyní se dostáváme k porovnání klasických betonových skeletů. Systém betonového skeletu s tuhou deskou v provedení ŽLB nikoho nepřekvapí, ale komplexní provedení v podobě dřevěné konstrukce, tedy BSH masivních sloupů a CLT horizontální konstrukce, je efektivně proveditelné. Při základní osové síti 6 × 6 m je možné následující provedení: do bodů sítě osadíme BSH masivní sloupy. V kratším, příčném směru vymezíme hlavní příčný směr. V příčném směru podsadíme desku CLT v šířce přibližně 1,225 m (šířka sloupového pruhu je volena s ohledem na logistiku dopravy), tl. desky pak lze předpokládat opět jako CLT 240 mm. Přes podsazenou desku ve sloupovém pruhu pak klademe jednotlivé desky hlavní horizontální konstrukce ve stejné tl., tedy CLT 240 mm. Deska hlavní konstrukce je řešena jako podélně pnutý spojitý nosník. Rozpon se díky šířce sloupového pruhu na každé straně o 0,6 m zkrátí a teoreticky pak lze uvažovat rozpon pole 4,8 m.
Eliminací sloupového pruhu do lokálního plošného místa je možné vytvořit prostorově ještě úspornější systém. Do základního rastru 6 × 6 m osadíme již výše zmíněné sloupy v dimenzi 420 × 420 mm. Sloupy v daném rastru podporují CLT desku, železobetonářským slovníkem lze tuto desku definovat jako křížem vyztuženou. V lokálním místě je nutné provedení hlavice, které eliminuje jak lokální síly, tak extrémy momentů a posouvajících sil. V tomto případě navrhujeme profil desky CLT 240 k dalšímu podrobnému posouzení. Deska se předpokládá jako pnutá v obou směrech, což je oproti železobetonové konstrukci mírná komplikace. Výrobní rozměry CLT desek jsou do šířky 2,95 m. S ohledem na přepravu desek se ve většině případů volí šířka 2,45 m. V rámci návrhu celé stropní konstrukce je nutné řešit liniový spoj v podélném směru, který zajišťuje jak přenos smykové síly, tak přenos ohybového momentu. Výhodné je rovněž propojení plošné hlavice s běžným deskovým panelem. Hlavice je proveditelná v maximálních rozměrech 2,45 × 2,45 m a při vhodném propojení se může zmenšit rozpon pro návrh desky.
Akustika a požární odolnost CLT panelů
U staveb z CLT panelů musíme počítat s tím, že akustiku ovlivňuje několik konstrukčních vlivů. Od ledna 2021 u nás platí nová akustická norma ČSN 73 0532:2020, která ve srovnání s předchozím stavem přinesla řadu změn. Příkladové hodnoty vzduchové neprůzvučnosti stěnových konstrukcí s CLT panely, opláštěnými sádrovláknitými deskami fermacell®, požadavky této normy plní. Například 145 m silná konstrukce, tvořená 80 mm CLT panelem, 27 mm akustickým profilem, 20 mm minerální izolace a opláštěná 18 mm deskou fermacell má R´w = 49 dB, v případě vyšších akustických požadavků lze s CLT panely nabídnout i konstrukce s výrazně vyšší zvukovou izolací. Akustiku stropních CLT konstrukcí lze vylepšit pomocí řady našich systémových řešení.
Požární ochrana
CLT panely nabízí celou řadu výhod pro vícepodlažní dřevostavby z hlediska požární bezpečnosti. Již při tloušťce okolo 80 mm dosahují panely požární odolnosti REI30 a při vyšších tloušťkách může dosáhnout i na REI60 a REI90. Tyto hodnoty se však mohou lišit podle výrobce. I přes zvýšené nároky na požární odolnost však může být masivní dřevěná konstrukce přiznána. V případech, kdy je potřeba požární odolnost zvýšit, je možné použít protipožární obkladové desky. Sádrovláknité desky fermacell® přebírají v kombinaci s CLT panely současně několik funkcí. Cílem je v podstatě umožnit optimalizaci požární ochrany stěnových prvků s vysokým statickým zatížením a realizovat štíhlé stěnové konstrukce.
S přihlédnutím k platným požárním předpisům, tedy s maximální výškou požárního zásahu 12 m, je předpokládána maximálně zatížená stěna ve vstupním podlaží CLT 140 mm. Výškově je omezení opět požárním předpisem výšky zásahu 12 m, což odpovídá čtyřem patrům. Hodně diskutované hledisko požárního návrhu zatím vymezuje základní limit požárního zásahu ve 12 m. Při zvážení požárního zatížení, které je základem definice pro stupeň požární bezpečnosti, vychází ve většině případů podmínka pro návrh konstrukce R60.
Čtěte také: Proč zvolit betonový stropní systém?
Spojovací materiál a montáž
Většina spojů je prováděna suchou montáží, nejčastěji pomocí vrutů a ocelových kotev. Velkou výhodou je možnost provedení spojů skrytě, kdy není narušen vzhled CLT panelu. Spojovací materiál pro tyto typy konstrukcí se používá ve škále od nejjednoduššího typu, jako jsou vruty a svorníky, přes různé běžně dostupné ocelové úhelníky a plechy až k sofistikovaně navrženým ocelovým styčníkům, které se svým tvarem plně přizpůsobují velikosti síly a směru působení. Složitým typem spojovacího materiálu jsou pak vysokopevnostní tahové plechy a úhelníky doplněné typovými vruty pro přenos významných tahových sil, které vznikají zejména ve smykových stěnách.
Jedná se většinou o certifikovaný výrobek, jenž bývá zpravidla testován při cyklickém namáhání, a výrobce v rámci certifikace prvku udává i tuhosti a moduly prokluzu celé spojovací sestavy. Tyto hodnoty je nutné brát v úvahu při zpracování FEM modelu a správně nastavit tuhost jednotlivých, v tomto případě uzlových připojení. Na nejvyšším stupínku propracovanosti spojovacích prvků pak stojí například přesně uspořádané rohové ocelodřevěné spojovací prvky stěn, které přesně přebírají síly vznikající z principu chování smykové stěny, v přesně definovaném směru přebírají tahové a smykové síly.
tags: #stropni #deska #clt #panel #tloustka