Jedinečný design pro všechny generace!

Napište nám.

Technologie stavby

        

 

BSP/CLT křížem lepené dřevěné panely

Ekologický stavební materiál budoucnosti

Křížem lepené dřevo (čes. křížem lepené dřevo, nem. BSP - BrettSPerrholz, angl. CLT - Cross Laminated Timber, obchodní název v několika zemích X-LAM) je materiál, který je pravděpodobně v blízké budoucnosti stane nejvýznamnějším výrobkům v masivních dřevěných konstrukcích, v bytové výstavbě a vícepodlažní výstavbě. Duhy díl se zabývá výrobou křížem lepeného dřeva. 

Základním materiálem pro výrobu CLT-elementů dřeva jsou desky z okrajových částí kmene. Tento material má za normálních okolností nízkou cenu a zároveň dobré mechanické vlastnosti z hlediska pevnosti a tuhosti.

Obr.  5

Obr. 5 Desky z okrajových částí kmene (vlevo), rozdělení mechanických vlastností v průřezu kmene (vpravo)

Šířka jednotlivých desek v CLT se pohybuje od 80 do 240 mm, tloušťka běžně od 10 do 45 mm (závisí od výrobců - někdy až do 100 mm). Poměr šířky a tloušťky by měl být b : d  = 4:1. V současnosti je používáno jehličnaté dřevo (smrk, borovice, jedle), v budoucnu se uvažuje s používáním listnatých dřevin (akát, buk).

Charakteristickými vlastnostmi jednotlivých desek je pevnost v tahu, modul pružnosti a hustota. Na vnější vrstvy se používají desky předepsané třídy pevnosti. Desky jsou nejdříve strojově tříděné. Následuje vyznačení a vyříznutí úseků v desce, v nichž byly identifikovány nějaké nehomogenity. Pak jsou desky spojovány zubovitého spoji a lepené. Pro lepení jsou používány polyuretanové, fenolové a melaminové lepidla. Podle třídy použití vyráběného prvku se určuje potřebná vlhkost desek.

V dalším kroku jsou lamely hoblované ze všech čtyř stran. Boční strany jsou paralelní nebo tvarované kónicky nebo jsou frézované na pero a drážku.

 

Obr.  6
Obr. 6 Lamely s paralelními, profilovanými nebo kónickými bočními stranami

Zubů spoje musí být zhotoveny podle EN 385. Ve spoji musí být dosažena stejná kvalita, jakou má spojován materiál. Podle EN 1194:1999-09 je nutné, aby charakteristická pevnost spoje v tahu ( f t, 0, l, k ) byla vyšší o 5 N / mm 2 , než je pevnost příslušné desky.

Boční spojování jednotlivých lamel se v současnosti používá spíše výjimečně, než pravidelně. Zubů spoje v jednotlivých lamelách by měly být v rámci sousedních lamel odsazené podle EN 386.


Obr.  7
Obr. 7 Jednovrstvá deska - lamely jsou lepeny na bočních stranách jen zřídka

Typická stavba jednotlivých vrstev v krizi lepeném dřevě je ortogonální. Vrstvy však mohou být ukládány i pod jiným úhlem (např. 45 °). Kvazi tuhé spojení jednotlivých vrstev se dosáhne celoplošným slepením vrstev. Je důležité, aby lepidlo bylo naneseno na celou plochu rovnoměrně.


Obr.  8
Obr. 8 Pětivrstvový CLT-element
Velikost a tvar CLT-elementů jsou dány omezením výroby, přepravy a montážních možností. V současnosti jsou jako standardní označovány následující rozměry pro rovinné a mírně zakřivené elementy: délka 16,5 m, šířka 3,0 ma tloušťka do 0,5 m. Větší délky (do 30 m) se dají dosáhnout spojováním zubovitého spoji již hotových elementů. Pro zakřivené prvky musí být dodrženy zásady tloušťky vrstev a poloměru zakřivení - viz např.. EN 386:1995.

Při výrobě CLT-elementů se na dosažení požadovaných pevnostních a požárních vlastností používají různé konfigurace podélných a příčných vrstev.

Tří-nebo pětivrstvé elementy mají tloušťku přibližně 100 mm (170 mm). Při stavbě mostů se používají hrubší elementy.

CLT-elementy se prodávají se surovým povrchem vnějších vrstev, tzv.. průmyslová kvalita. Opracovaný povrch, tzv.. pohledová kvalita se dělá na objednávku.

Některé používané typy vnějších vrstev jsou nenosné (např. dřevěné obkladové profily, OSB-desky, sádrovláknité desky). Tehdy jsou použity kvůli estetickým požadavkům, stavebně-fyzikálním požadavkům (zvuková neprůzvučnost) nebo kvůli zlepšení požární odolnosti. Tyto vrstvy jsou k CLT-elementu šroubované, hřebíkované nebo lepené.


3.2 Produkce křížem lepeného dřeva

Obr. 9 Růst produkce křížem lepeného dřeva v Evropě od roku 1995, autor: R. Brandner [1]
Je pozoruhodné, jakým tempem narůstá objem výroby tohoto produktu. Od roku 1995, kdy začala jeho výroba a bylo vyrobeno 25 000 m 3 , stoupla jeho výroba do roku 2010 téměř 15násobne av příštím roce se očekává výroba 560 000 m 3 !

95% celkové produkce střední Evropy se nachází zejména v Rakousku - cca 63%, v Německu - cca 26% a ve Švýcarsku - cca 6%. Úspěšně a vysokým tempem se začíná vyrábět v USA a Kanadě [1]. V současnosti existuje asi 15 hlavních výrobců, přičemž v příštím roce je předpoklad zvýšení jejich počtu až na 20.


 
3.3 Modelování CLT-elementů
Při navrhování konstrukce musí být splněny všechny požadavky jednak pro konstrukci jako celek a jednak pro jednotlivé části konstrukce (např. CLT-elementy). Únosnost a použivatelnost CLT-elementů je ovlivněna velikostí elementu, otvory v elementu (dveře, okna, komíny, schodiště, světlíky), skladbou příčného řezu (počet a tloušťka vrstev, pevnostní třída vrstev, typ dřeviny, uspořádání vrstev)
Obr.  9
.
3.4 Standardy
V současnosti nejsou (kromě DIN 1052:2004) v evropských normách uvedené postupy navrhování CLT-elementů. Jednotliví výrobci používají pro výrobu, navrhování a použití CLT-elementů vnitrostátní technické předpisy.

Mechanické parametry CLT-elementů mohou být stanoveny na základě vlastností jednotlivých vrstev a jednotlivých desek ve vrstvě. Výpočtový model byl publikován např.. v [2].

3.5 Modelování a navrhování CLT-elementu jako desky
V závislosti na rozměrech elementu (na poměru délky a šířky l : b ) a na způsobu uložení, se uvažuje působení zatížení v jednom nebo dvou směrech. CLT-desky jsou uvažovány jako prostý nosník nebo vícepólové nosník. Pokud se předpokládá ohyb ve dvou směrech, musí se uvažovat s jednoduchým spojením jednotlivých desek ve vrstvě.

Masivní CLT-stropy se posuzují jako tuhé desky (pokud zatížení působí plošně), které mohou přenášet zároveň horizontální zatížení (od větru, seismicity, atd ...).

Pomůcku pro projektanty nabízí rakouská společnost Holz.bau Forschungs GmbH Graz pod vedením Prof. Gerharda Schickhofera z Technické univerzity v Grazu. Software "CLT designer" je bezplatný , je zpracován v němčině, angličtině, italštině a francouzštině. S jeho pomocí je možné navrhovat desky a stěny a také navrhovat CLT-elementy na požární zatížení.

3.6 Modelování a navrhování CLT-elementu jako stěny
Na modelování CLT-elementů jak stěn lze použít model příhradové konstrukce nebo rámový model. Při přesnějším výpočtu lze použít metodu konečných prvků. Na zohlednění dveřních a okenních otvorů musí být vytvořeny příslušné modely.


 
 

3.7 Použití CLT-elementů v jedno-a vícepodlažním objektu
3.7.1 Obecně

Obr. 10 Příčný řez stěny rámové konstrukce (vlevo) a masivní konstrukce (vpravo)
Systém masivní výstavby ze dřeva je charakterizován použitím CLT-elementů.Obr.  10

Vzhledem k rozměry prvků a poměr výšky resp. délky elementů k jejich tloušťce se elementy dají klasifikovat jako plošné prvky (stěny, desky). Použití je vhodné nejen na velké vnější a vnitřní stěny, stropy a střechy, ale jsou možné i kombinace s prutovými prvky - průvlaky a sloupy.

Na níže popsaném projektu třípodlažních bytů ve městě L `Aquila byly použity tyto dvě varianty skladeb stěn:



Česká společnost ZIMARK invest, s.r.o. nabízí architektům, projektantům a dalším zájemcům o použití dřeva ve stavebnictví katalog skladeb stěn, stropů a střech s vypočtenými stavebně vlastnostmi a hmotnosti jednotlivých vrstev.  V katalogu je zpracovaných několik stovek různých skladeb se dřevem jako nosnou a také nenosnou konstrukcí.
 
Obr.  11a  Obr.  11b

Obr. 11 Montáž stien a stropov

 
Stěny s otvory (okna a dveře), stropy s otvory (schodiště, komíny) a střešní elementy s otvory (světlíky) se dají realizovat zpravidla bez další dodatečné práce a dalších dodatečných zesílení.

Ze zkušeností je známo, že tloušťka 5vrstvovího stropního elementu ve vícepodlažním objektu (do tří podlaží) je přibližně 95 mm. Minimální tloušťka stěnového prvku je závislá na rozpětí a typu použitého výrobku. Obecně se nedoporučuje menší tloušťka než 75 mm.

V závislosti na uspořádání stropu, tíhy podlahových vrstev a užitného zatížení se dají hospodárně realizovat stropy s rozpětím 4,0 až 5,0 m pomocí 5vrstvových elementů tloušťky 125 mm až 160 mm. Pro větší rozpětí stropu a výše stěnové prvky mohou být použity trámové nebo komůrkové stropní konstrukce se stěnami z nosníků z lepeného lamelového dřeva.

Masivní stěny, stropy a střešní elementy se dají vyrábět spolu s předpřipravenými přípoji velmi přesně. Dá se tak uspořit čas a náklady spojené s korigovaná nepřesností výroby na stavbě. Izolace, bednění, obklady a fasádní elementy se dají připojit jednoduše a rychle.

3.7.2 Požární odolnost konstrukcí s použitím CLT-elementů
CLT-elementy jsou složeny ze dřeva a případně z materiálů na bázi dřeva, které mohou hořet. Navzdory této skutečnosti se chování dřeva v případě požáru považuje za vhodné . V případě požáru vytvoří vnější spálené vrstvy ochrannou izolační vrstvu ("rovina pyrolýzy"), čímž jsou další vrstvy před požárem chráněny. Teplo se rozšiřuje pomaleji a hoření se zpomalí. Zmenšení odolnosti prvku je způsobeno zmenšením průřezu.

V rámci požárních zkoušek musí být zohledněna ztráta vnější vrstvy. To znamená, že v 5vrstvovom elementu v případě 30minutovém požáru shoří nejméně jedna vrstva. Z původního elementu se třemi podélnými a dvěma příčnými vrstvami se po 20 minutách působení požáru stane element se třemi vrstvami. Tento však působí dalších třicet minut jako element s třemi vrstvami (hoří vlastně druhá, nenosná (příčná) vrstva).

Experiment se 120 mm tlustým 5vrstvovým CLT-elementem ukázal, že se dá dosáhnout 60minútová požární odolnost. Při určité skladbě vnější roviny a / nebo opláštěním elementu dodatečnou vrstvou (např. sádrokartonem) lze dosáhnout ještě vyšší požární odolnost.

3.8 Spojovací technika pro CLT-elementy
3.8.1 Obecně
Použitím velkých elementů v masivní výstavbě vzniká jen málo spojů. Tyto jsou rozděleny podle spojovaných prvků na spoje stěna-stěna, stěna-základ, stěna-strop a strop-strop. Spoje jsou většinou realizovány mechanickými spojovacími prostředky.

Zhotovení spojů CLT-elementů v uvedených místech a jejich dimenzování probíhá většinou rozdělením spoje do jednotlivých bodů. Používanými spojovacími prostředky jsou samořezné drevoskrutky, vlepované tyče do dřeva, kolíky a svorníky. Mohou být použity i spojovací systémy s příslušným technickým osvědčením.

Ve spoji stěna-strop a stěna-základ se vyskytují převážně tlakové napětí vznikající od vlastní tíhy konstrukce. Tahové síly vznikají vzácně - např.. v případě montáže a / nebo určité geometrie jednotlivých dílců. Tahové síly musí být zachyceny vhodnými spoji.

Musí být dodržena pravidla pro vzdálenosti spojovacích prostředků, pro předvrtání otvorů, pro lepené délky, atd.. Při vzniklé mezeře mezi jednotlivými deskami (může vzniknout při výrobě) je třeba tuto při návrhu spoje zohlednit.

V důsledku kolmé orientace vrstev (0 °, 90 °, 0 ° ...) lze očekávat jiné pevnosti a tuhosti poměry spoje, jak při navrhování prutových prvků. Pro spojovací prostředky používané v současnosti (samořezné drevoskrutky, vlepované tyče, kolíky a svorníky) je důležité předpokládat určitý model působení spoje. Teito modely jsou v současnosti vyvíjeny. Před použitím nově vyvinutého spoje je nutné jeho experimentální zkoušení.

3.8.2 Drevoskrutky
Příčné zatížené drevoskrutky musí mít jmenovitý průměr ds minimálně 4 mm. Zároveň musí být alespoň čtyři střihové plochy. Pokud je průměr šroubu větší než 10 mm, se požadují alespoň dvě střihové plochy. Šrouby mohou být použity v CLT-elementech i do čelních ploch, pokud jsou dodrženy příslušné předpisy.

Pokud ve vnitřních vrstvách existují mezi spojovanými deskami mezery, tak se za nosnou vrstvu pro spojovací prostředky považuje pouze vnější vrstva. Kvůli této skutečnosti je výhodnější, pokud jsou desky jednotlivých vrstev spojované kratších stranách lepením.

Velmi dobrým spojovacím prostředkem s vysokou únosností jsou samořezné drevoskrutky, které jsou zároveň hospodárným řešením. Vyráběny jsou průměry 8 mm, 10 mm a 12 mm, délky až do 600 mm. Mohou se použít bez předvrtání pod různými úhly vzhledem k vlákna dřeva. Tyto šrouby jsou většinou zatíženy osově, což umožňuje přenos poměrně velkých sil.

3.8.3 Vlepované tyče

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obr. 12 Přípoj balkonu pomocí vlepovaných tyčí, foto: ZIMARK invest
 
Vlepované tyče jsou přiměřeným spojovacím systémem CLT-elementů. Umožňují spojení úzkých stran a přenos velkých sil v případě působení zatížení příčné a podélné vzhledem k ose.

V případě, že desky elementu nejsou lepené na užších stranách, může vlepování tyč procházet neslepené mezeru, čímž se její únosnost výrazně zmenší.

 
3.8.4 Kolíky a svorníky
Kolíky a svorníky se mohou používat pro spojování CLT-elementů, jsou zatíženy příčně. Musí být zohledněn směr rovin příčného řezu elementu. V případě, že desky elementu nejsou lepené na užších stranách, může kolík nebo šroub procházet neslepené mezeru, čímž se jeho únosnost výrazně zmenší.

3.8.5 Klince, kruhové záchytky a klincové dosky
Tyto spojovací prostředky se ještě před nedávnem nepoužívali na spojování CLT-elementů.

Použití høebínkových a spirálových hřebíků - většinou v kombinaci s ocelovými úhelníky - je při dodržení výše uvedených požadavků možné. Hřebíkové spoje na úzkých stranách elementů nejsou podle nám dostupných informací dovoleno.

Kruhové jímky a hřebíkové desky se na spojování CLT-elementů mohou používat, musí být však zohledněna skutečnost, že jejich odolnost je velmi ovlivněna polohou spojovacího prostředku.

3.9 Detaily spojov
3.9.1 Obecné požadavky
Všechny přípoje musí být uzavřeny vhodným způsobem (těsnící pásky, gumové profily, atd..), Aby byly připojovány hrany vzduchotěsné a prachotěsné. Také musí být zohledněny požadavky na zvukovou neprůzvučnost. Zhotovení spojů musí být provedeno podle technologických předpisů pro použité výrobky. Většina spojů potřebuje pro svoji funkčnost určitou přítlačnou sílu. Není dovoleno, aby spojovací prostředek ovlivňoval těsnost pojené hrany.

Pomůckou při navrhování může být i katalog Institutu stavební fyziky TU Graz: www.bauphysik.tugraz.at/aktuelles/pdf/bph5.pdf .

Ve všech kontaktních místech mohou vznikat deformace těsnění a deformace vlivem sesychání a bobtnání CLT-elementů. Speciální kolmo na rovinu CLT-elementů (radiální bobtnání) mohou dosahovat poměrně velké hodnoty. Tyto pohyby související se změnou vlhkosti musí být zohledněny při návrhu těsnění. Projektant musí při návrhu zohlednit chování spojovaných prvků a také těsnění.

V důsledku tolerancí při výrobě CLT-elementů, nepřesností montáže, sedání konstrukce a ostaních deformací jsou hodnoty koeficientů tření μ často neznámé. Pozitivní efekt tření ve spojích mezi elementy se proto nemůže využívat.

3.9.2 Spoje stropná doska–stropná doska
Obr.  13

Obr. 13 Spoje stropní deska-stropní deska, 
Kvůli výrobním a transportním možnostem se elementy vyrábějí s ​​omezenými šířkovými rozměry (v závislosti od výroby 3,0 až 4,0 m). Pro stropy s většími rozměry jsou důležité spoje jednotlivých elementů. Jednou z možností je přeplátování v kombinaci se šrouby. Tento přípoj může přenášet normálové a příčné síly, ale není to momentový spoj. Tento spoj je běžně používaný pro spojení podélných stran elementů. 
V přípradě nerovnoměrných zatížení jednotlivých elementů vzniká nebezpečí rozštěpení průřezu v důsledku velkých tahových nebo tlakových napětí ve směru kolmém na vlákna. V takovém případě je třeba použít svorníkový spoj.

Při použití příložek z technických výrobků ze dřeva (např. troj-nebo vícevrstvá deska, Kert-Q) se dá vytvořit i momentový spoj. Příložky jsou spojeny šrouby nebo lepením s vyvozením přítlačné síly hřebíky nebo drevoskrutkami.

 
3.9.3 Spoje stena–stropná doska
Obr.  14

Obr. 14 Spoj stěna-stropní deska, 
Pro spojení stěny a stropu se používají ocelové úhelníky, samořezné šrouby a vlepované tyče. Těmito spojovacími systémy se mohou do stropu přenášet horizontální síly (např. od větru). Stěnové elementy mohou přenášet síly, které způsobují namáhání stropu na nadzvednutí.

Spoj elementů stěna-stropní deska může být vytvořen také pomocí dřevěných profilů. Jako materiál se používá LVL, dubové nebo akátové profily. Lokální otvory v desce dovolují i ​​použití vlepovaných tyčí.

Je třeba se vyhnout přímému spoji stropní desky se spodním stěnovým elementem pomocí šroubů, protože tyto by byly osazeny do čelní strany elementu, což je nevhodné umístění. Pro nosné spoje je třeba použít spojovací prostředky průměru d s  <10 mm a spojovat nejméně čtyři smykové roviny.

 
3.9.4 Spoje stena–stena v rohoch
Obr.  15

Obr. 15 Možnosti spoje stěna-stěna v rozích, 
Tento spoj může být zhotoven v různých variantách - s použitím samořezných vrutů, hákového spojky nebo ocelové trubky.

Další možností tohoto spoje je použití speciálních profilů, které jsou kombinací dřeva a oceli a vytvářejí spojovací systém, obdobný jako v nábytkářském průmyslu. Při přiměřené přípravě spoje v dílně je pak montáž spoje na stavbě velmi jednoduchá.

 
3.9.5 Spoj stěna-základ a stěna-hrana betonové desky
Obr.  16

Obr. 16 Spoj stěna-základ, 
Pro spojení stěnových CLT-elementů se základem a betonovou stropní deskou existuje několik způsobů. Ve většině případů se jedná o spoj pomocí ocelové desky a / nebo ocelového úhelníku a vrutů jako spojovacích prostředků do CLT-elementu. Z důvodu ochrany dřeva před vlhkostí a výrobních tolerancí dřeva i betonu se používají dřevěné profily (z tvrdého dřeva) nebo profily z technických výrobků ze dřeva.

 
3.9.6 Speciální spojovací prostředky pro CLT-elementy
Spoje stěna-stropní deska-stěna mohou být realizovány i vlepování ocelovými tyčemi, které jsou vlepené již ve výrobní dílně. Během montáže budovy se CLT-elementy spojují ocelovými prstenci, kterými jsou elementy fixovány. Tento způsob spojování je v současnosti ještě ve vývoji.

Na spojování se používají také systémy podobné z nábytkářského průmyslu, přirozeně adaptované na velikost působících sil. Tímto způsobem se dá docílit vysoký stupeň stabilizace konstrukce.