Przyszłość CLT w budownictwie

Zaledwie 20 lat od czasu wynalezienia i raptem 10 lat od wprowadzenia drewna klejonego krzyżowo (CLT) na rynek brytyjski materiał ten zaczyna być powszechnie stosowany w budowie domów, szkół, a nawet biur. Jednocześnie w tej kategorii pojawiają się na rynku nowe produkty, takie jak CLT z tulipanowca, które łączą tempo budowy i odporność pożarową CLT z wytrzymałością i wyglądem drewna liściastego, przecierając szlaki dla nowych możliwości wykorzystania materiału, zarówno na potrzeby tworzenia elementów strukturalnych, jak i wykończeniowych w zaawansowanych technicznie projektach.

CLT - co to jest?

Jak to wszystko się zmienia! Sklejka CLT została opracowana raptem 20 lat temu jako sposób na wykorzystanie odpadów desek o nierównych krawędziach. Początkowo CLT wykonywane z równych desek było uważane za zbyt dużą ekstrawagancję, aby mogło się powszechnie przyjąć. Rozwój techniki w dziedzinie przycinania CNC pozwolił na wykonywanie bardzo dokładnych cięć i montażu na miejscu, podobnie do wielkiego mebla zapakowanego do płaskiej paczki. Jednocześnie na rynku pojawiły się wytrzymałe wkręty samowiercące, umożliwiające szybkie i trwałe łączenie elementów na miejscu budowy. W ten sposób dzięki CLT znacząco zwiększyło się tempo budowy i pojawiła się możliwość konstruowania ścian i podłóg wykonanych w całości z CLT. Wynikające z tego oszczędności w czasie przygotowania projektu i ustawiania placu budowy równoważą wyższe koszty materiału. CLT jest zatem w stanie dorównać całkowitym kosztom wznoszenia budynku z betonu i stali, a przy tym oferuje dodatkową korzyść, polegającą na uzyskaniu szybszego strumienia przychodów z uwagi na wcześniejszy termin oddania projektu do użytku. Wszystko to zbiegło się w czasie z tendencją w kierunku tworzenia elementów konstrukcyjnych poza miejscem budowy - jako stosunkowo lekki materiał, precyzyjnie przycinany w zakresie milimetrów, CLT okazał się idealnym wyborem.

CLT w budownictwie

Budowa przy użyciu ścian wykonanych z CLT, a nie z kolumn z betonu i stali przyczynia się do tworzenia przestrzeni komórkowych, które najlepiej sprawdzają się w budownictwie mieszkaniowym. W procesie tworzenia większych kubatur na potrzeby biurowe płyty podłogowe z CLT mogą być łączone z ramą drewnianą lub stalową - takie budynki już powstają. W porównaniu z wylewaniem mokrego betonu na metalowy podest, i tym razem płyty CLT oferują znaczące oszczędności związane z czasem przygotowania inwestycji.

Dotychczas w większości przypadków CLT stosowane było w budownictwie mieszkaniowym, a co za tym idzie ukrywane za płytami gipsowymi. Celem zastosowania tej warstwy jest przede wszystkim stworzenie bariery dźwiękowej między poszczególnymi mieszkaniami. W miarę jak CLT znajduje coraz więcej zastosowań poza mieszkaniówką, gdzie oczekiwania akustyczne nie są aż tak istotne, najczęściej elementy te pozostają odsłonięte. A nawet w budownictwie mieszkaniowym, gdy drewno staje się argumentem sprzedażowym, architekci poszukują sposobów odkrycia sufitów wykonanych z CLT, w związku z czym inżynierowie stale opracowują nowe metody zakrycia obróbki akustycznej na ścianach wykonanych z CLT.

Co oczywiste, wraz z odkrywaniem większej powierzchni CLT konieczne jest uwzględnienie zwiększonego obciążenia pożarowego. Odsłonięcie tylko jednej powierzchni wykonanej z płyt CLT, na przykład sufitu w danej komórce, ogranicza zakres dodatkowego obciążenia pożarowego, ponieważ tylko jedna taka powierzchnia powinna bezpiecznie zapewnić koniec palenia wraz ze spaleniem zawartości pomieszczenia. Jest to spowodowane tym, że do odprowadzenia gazów palnych z powierzchni drewna konieczna jest znacząca ilość ciepła. Z tego powodu, bez zewnętrznego źródła ciepła pojedynczy element drewniany przestanie się palić, tak samo jak pojedyncze polano w kominku.

LVL - dobra alternatywa

Czy CLT stanowi najlepszy wybór w sytuacji, gdy struktura drewniana zostanie przykryta płytą gipsową? Wraz ze wzrostem popularności drewna i jego cen, surowiec ten powinien być wykorzystywany możliwie najbardziej ekonomicznie. Jednym ze sposobów wykonania podłóg jest zastosowanie paneli kanałowych zamiast paneli z litego CLT. Oprócz tego, że takie podejście pozwala zaoszczędzić materiał, panel kanałowy może zostać wykonany z drewna klejonego warstwowo z fornirów (laminated veneer lumber - LVL). LVL produkowany jest z fornirów ścinanych, co umożliwia dalsze wykorzystanie nawet 80-90% pnia drzewa. Dla porównania: cięcie i obrabianie desek na potrzeby CLT pozwala wykorzystać jedynie ok. 40-50% materiału.

LVL jest także materiałem wytrzymalszym niż CLT, ponieważ forniry są na tyle cienkie, że sęki w jednej warstwie mają bardzo niewielki wpływ na ogólną wytrzymałość. Stąd duże prawdopodobieństwo, że w przyszłości ukryte elementy konstrukcyjne podłóg i ścian wykonywane będą z drewna klejonego warstwowo z fornirów, a podłogi z paneli kanałowych. Mimo że panele kanałowe są lżejsze, a przez to bardziej podatne na drgania, można to w prosty sposób rozwiązać poprzez wtłaczanie do kanałów piasku, który zapewni dodatkowe obciążenie.

W okresie kolejnych 10 lat, wraz ze wzrostem zapotrzebowania na drewno i prawdopodobnymi rocznymi ograniczeniami dotyczącymi wycinki tradycyjnych gatunków drewna iglastego, zasadne będzie poszukiwanie innych gatunków odpowiednich do zastosowań w budownictwie. Jedną trzecią wszystkich lasów znajdujących się w klimacie umiarkowanym na kontynencie europejskim i północnoamerykańskim stanowią drzewa liściaste.

CLT z drewna liściastego

Koncepcja CLT wykonanego z drewna liściastego została w pionierski sposób opracowana przez firmę Arup oraz pracownię dRMM na potrzeby projektu pod nazwą Endless Stair, skonstruowanego w roku 2013 dla AHEC i pokazanego na Londyńskim Festiwalu Designu. Zespół projektowy poszukiwał liściastego gatunku drewna o niskiej gęstości. Właściwość ta była istotna nie tylko z uwagi na łatwość obróbki i transportu, lecz także ze względu na konieczność zastosowania wkrętów samowiercących, zaprojektowanych do użytku w drewnie iglastym o niskiej gęstości, bez konieczności przeprowadzania powolnego i kosztownego procesu wstępnego nawiercania otworów. Tulipanowiec okazał się strzałem w dziesiątkę: łatwo go kleić i obrabiać, cechuje się gęstością drewna iglastego, a ponadto oferuje wytrzymałość drewna liściastego; jest przy tym stosunkowo tani i niezwykle dostępny.

Co intrygujące, testy wykazały szczególną wytrzymałość i sztywność tulipanowca w procesie ścinania prostopadłego. Ponieważ CLT to drewno klejone krzyżowo, ścinanie prostopadłe ma stosunkowo duży wpływ na sztywność, a zatem i zakres drganiowy płyty podłogowej. A ponieważ drewno jest stosunkowo lekkie, to właśnie drgania przyczyniają się do takiego projektowania podłóg, aby te nie poddawały się zbyt łatwo wibracjom pod obciążeniem.

Jak w przypadku każdego nowego produktu, uzyskanie odpowiednich homologacji i zbudowanie łańcucha dostaw zajmuje czas, jednak powstały już pierwsze dwa projekty z wykorzystaniem dużych paneli CLT wykonanych z tulipanowca, a kolejne są w trakcie opracowywania. W miarę coraz częstszego odsłaniania powierzchni z CLT, materiał wykonany z drewna liściastego powoli tworzy własną kategorię, oferując lepszy wygląd w sytuacji łączenia elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych. Możliwość pozostawienia elementów wykończeniowych bez dodatkowych okładzin dodatkowo wpływa na uzyskanie oszczędności w procesie projektowania i realizacji inwestycji.

CLT a wysokie budynki

Tak samo jak ważne jest wykorzystywanie wszystkich gatunków drewna i tworzenie efektywniejszych produktów, takich jak płyty kanałowe z LVL, niezwykle istotne jest opracowywanie bardziej wydajnych sposobów budowania z wykorzystaniem CLT. W ramach projektu Haut w Amsterdamie, firma Arup oraz pracownia Team V Architectuur postanowiły zbudować wysoki budynek z drewna, mierzący 73 m. Zespół podjął ponadto decyzję o niezakrywaniu fasad budynku i stworzeniu możliwych do dalszego zaadaptowania przestrzeni wewnętrznych. Rozwiązaniem było zastosowanie długich i grubych paneli z CLT na potrzeby ścian nośnych między apartamentami; ściany te przejmują obciążenie pionowe kondygnacji (rozciągających się na długość 6 m między ścianami dzielącymi) i zapewniają budynkowi odporność skrętną na wiatr (mimo że główną odporność boczną zapewnia betonowy trzon). Ściany wewnętrzne wykonane zostały z tanich i lekkich ścianek szkieletowych. W odróżnieniu od pierwszych budynków CLT, w których wszystkie ściany były ścianami nośnymi, działówki te nie będą elementem strukturalnym, co umożliwi dowolne ich adaptowanie w przyszłości. Przyczyni się to do wydłużenia żywotności budynku i uatrakcyjnienia go wśród potencjalnych najemców.

Należy jednak pamiętać, że budownictwo z paneli CLT znajduje się w fazie początkowej i jest zdominowane przez produkty własne, tak samo jak branża betonowa mniej więcej 100 lat temu. W sektorze trwa aktualnie okres standaryzacji, który doprowadzi do obniżenia kosztów i uzyskania większej ich przewidywalności - to z kolei przełoży się na rozwój rynku. Jednocześnie trwają prace badawcze związane z eksploatacją budynków wykonanych w całości z drewna (a nie tylko elementów drewnianych), których celem jest zapewnienie niezawodności konstrukcji w sytuacjach ekstremalnych, takich jak trzęsienie ziemi, pożar, eksplozja czy silne wiatry.

Prowadzone są ponadto badania, mające na celu ustalenie maksymalnej wysokości budynków wykonanych z drewna. Jak pokazały testy przeprowadzone na potrzeby projektu Haut, wysokość budynków w całości zbudowanych z drewna jest ograniczona do maksymalnie kilkunastu kondygnacji, ponieważ powierzchnia "ścinania" drewna, wykonana z wielu małych elementów CLT, nie jest na tyle wytrzymała, aby móc ograniczyć kołysanie lub drgania wyższych konstrukcji. Nie ma jednak powodu, aby w ich przypadku nie zastosować betonowego trzonu.

Zobacz także: Tak wygląda najwyższy drewniany budynek mieszkalny w Szwecji. To projekt CF Møller Architects>>

Przyszłość CLT

W przyszłości zatem prawdopodobne jest coraz częstsze wykorzystanie płyt wykonanych z LVL na elementy zakryte budynków, przy jednoczesnej tendencji do eksponowania paneli z CLT. Nadal będą trwały poszukiwania różnorodnych gatunków drewna, z których możliwa będzie produkcja płyt CLT, w tym gatunków liściastych; coraz częściej też stosowane będą drewniane płyty na metalowych ramach. Większy nacisk zostanie położony na standaryzację komponentów budowlanych i systemów połączeń, co z kolei przełoży się na obniżenie kosztów, które staną się bardziej przewidywalne, zapewniając klientom większą pewność korzystania z różnorodnych i powszechnie dostępnych na rynku produktów drewnianych. Wszystko to razem sprawi, że elementy konstrukcyjne z drewna przetworzonego staną się standardem w budownictwie, dorównując popularności betonowi i stali. Wszystkie z tych materiałów mają swoje zalety, jednak niepodważalnym atutem drewna przetworzonego jest tempo budowy, łatwa obróbka i możliwość niezwykle precyzyjnego cięcia, a także lekkość, która przekłada się łatwy transport. Mimo że w większości budynki z drewna nie przekroczą wysokości kilkunastu pięter (choć wspomniany wcześniej projekt Haut z Amsterdamu zakłada 21 kondygnacji), drewno nadal będzie wykorzystywane na podłogi w wyższych konstrukcjach, w połączeniu z betonowymi trzonami i stalowymi ramami. Obecnie trwają prace nad systemami podłóg kompozytowych, które łączą zalety drewna i betonu w jednym spójnym elemencie. To niezwykle interesujący czas dla drewna!

Andrew Lawrence jest szefem działu inżynierii drewnianej w Arup Engineers, zajmując stanowisko Globalnego Eksperta ds. Drewna. Od drugiej połowy lat 2000 uczestniczy w projektach dotyczących rozwoju CLT, w tym eksperymentach prowadzących do stworzenia CLT z drewna liściastego, o którym mowa w powyższym artykule.