Drewno klejone krzyżowo – CLT. Właściwości i zastosowanie

Zaledwie 20 lat od czasu wynalezienia i raptem 10 lat od wprowadzenia drewna klejonego krzyżowo (CLT, cross-laminated timber) na rynek brytyjski (fot. 1) materiał ten zaczyna być powszechnie stosowany w budowie domów, szkół, a nawet biur.

Fot. 1. Szkoła Kingsdale, zaprojektowana przez pracownię dRMM i wzniesiona przez Michael Hadi Associates, była pierwszym budynkiem ze sklejki CLT w Wielkiej Brytanii.
Fot. 2. Projekt The Smile stworzony dla AHEC przez Alison Brooks Architects oraz Arup (widok od środka)

Jednocześnie pojawiają się na rynku nowe produkty, takie jak CLT z tulipanowca (fot. 2) – pozwalające łączyć tempo budowy i odporność pożarową CLT z wytrzymałością oraz estetycznym wyglądem drewna liściastego – które przecierają szlaki dla nowych możliwości wykorzystania materiału, zarówno na potrzeby tworzenia elementów strukturalnych, jak i wykończeniowych w zaawansowanych technicznie projektach.

Fot. 5. Gotowa ściana CLT w hali produkcyjnej

Gdzie jest wykorzystywane drewno klejone krzyżowo CLT

Sklejka CLT umożliwia wykorzystanie odpadów desek o nierównych krawędziach. Początkowo drewno CLT wykonywane z równych desek było uważane za zbyt dużą ekstrawagancję, aby mogło się powszechnie przyjąć. Rozwój techniki w dziedzinie przycinania CNC pozwolił na realizację bardzo dokładnych cięć i montażu na miejscu, jak w przypadku wielkiego mebla zapakowanego do płaskiej paczki (fot. 3). 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 oraz podłóg wykonanych w całości z tego rodzaju drewna. Wynikające stąd oszczędności w czasie przygotowania projektu i placu budowy równoważą wyższe koszty materiału. Wszystko to zbiega się z tendencją tworzenia elementów konstrukcyjnych poza miejscem budowy i tu CLT jako stosunkowo lekki materiał, którego elementy są precyzyjnie przycinane (z dokładnością do milimetrów), okazało się bardzo dobrym wyborem. Obiekty z CLT na razie najlepiej sprawdzają się w budownictwie mieszkaniowym. W obiektach przeznaczonych na potrzeby biurowe płyty podłogowe z tego materiału mogą być łączone z ramą drewnianą lub stalową (fot. 3).

Fot. 3. CLT na ramie stalowej, zaprojektowanej przez Arup
Fot. 4. Widok wnętrza budynku Haut ukazujący odsłonięte podbicia (projekt w Amsterdamie)

Drewno CLT jako izolacja akustyczna

Dotychczas w większości przypadków CLT stosowane było w budownictwie mieszkaniowym, a co za tym idzie, ukrywane za płytami gipsowymi. Celem wykorzystania tej warstwy jest przede wszystkim poprawa akustyki. W miarę jak ten rodzaj drewna znajduje coraz więcej zastosowań poza budownictwem mieszkaniowym, gdzie oczekiwania akustyczne nie są aż tak istotne, elementy z niego wykonane częściej pozostają odsłonięte. A nawet w budownictwie mieszkaniowym architekci poszukują już sposobów odkrycia sufitów wykonanych z CLT (fot. 4).

Zastosowanie CLT a bezpieczeństwo pożarowe

Co oczywiste, wraz z odkrywaniem większej powierzchni CLT, konieczne jest lepsze zabezpieczenie przeciwpożarowe. Odsłonięcie tylko jednej powierzchni wykonanej z płyt CLT, np. sufitu, ogranicza zakres dodatkowego zagrożenia pożarowego. Jest to spowodowane tym, że do odprowadzenia gazów palnych z powierzchni drewna konieczna jest znacząca ilość ciepła i bez zewnętrznego źródła ciepła pojedynczy element drewniany przestanie się palić, tak samo jak pojedyncze polano w kominku.

Ściany i podłogi z CLT

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 (fot. 5) zamiast paneli z litego CLT. Takie podejście pozwala zaoszczędzić materiał, bowiem panel kanałowy może zostać wykonany z drewna klejonego warstwowo z fornirów (LVL – laminated veneer lumber; fot. 6). LVL produkowany jest z fornirów ścinanych, co umożliwia wykorzystanie nawet w 80-90% pnia drzewa. Dla porównania: cięcie i obrabianie desek na potrzeby CLT pozwala wykorzystać jedynie ok. 40-50% pnia.

Fot. 5. Przykład płyt kanałowych wykonanych z LVL (Kerto Ripa)
Fot. 6. Panel LVL z bliska

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 zapewniającego dodatkowe obciążenie.

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

Polecamy też: Drewno klejone warstwowo – czy tylko konstrukcje wielkowymiarowe?

CLT z drewna tulipanowca

Koncepcja CLT wykonanego z drewna liściastego została w pionierski sposób opracowana przez firmę Arup oraz pracownię dRMM na potrzeby projektu Endless Stair, 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, ale także na konieczność zastosowania wkrętów samowiercących, zaprojektowanych do użytku w drewnie iglastym o niskiej gęstości, bez przeprowadzania powolnego i kosztownego wstępnego nawiercania otworów. Doskonałym materiałem okazało się drewno tulipanowca: łatwo je kleić oraz obrabiać, cechuje się gęstością drewna iglastego, a ponadto oferuje wytrzymałość drewna liściastego; jest przy tym stosunkowo tanie i łatwo dostępne. Testy wykazały jego szczególną wytrzymałość oraz sztywność 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. Drewno tulipanowca jest dość lekkie, a podłogi tak projektowane, aby nie poddawały się zbyt łatwo wibracjom pod obciążeniem.

Jak w przypadku każdego nowego produktu, uzyskanie odpowiednich homologacji i stworzenie łańcucha dostaw zajmuje dużo czasu, jednak powstały już pierwsze dwa projekty z wykorzystaniem dużych paneli CLT wykonanych z tulipanowca, a kolejne są opracowywane. W miarę coraz częstszego odsłaniania powierzchni z CLT, materiał wykonany z drewna liściastego staje się coraz popularniejszy, podnosząc estetykę pomieszczeń w przypadku łączenia elementów konstrukcyjnych oraz wykończeniowych.

Ważne jest wykorzystywanie wszystkich gatunków drewna i tworzenie efektywniejszych produktów, takich jak płyty (panele) kanałowe z LVL oraz opracowywanie bardziej wydajnych sposobów budowania z użyciem CLT.

Projekt, w którym zastosowano CLT

W Amsterdamie powstaje wysoki budynek Haut z drewna (73 m). Jego projektanci podjęli decyzję niezakrywaniu fasad oraz stworzeniu możliwych do dalszego zaadaptowania przestrzeni wewnętrznych. Zastosowano długie grube panele z CLT na ściany nośne między apartamentami. Ściany te przejmują obciążenie pionowe kondygnacji (rozciągających się na długość 6 m między ścianami dzielącymi) oraz zapewniają budynkowi odporność skrętną na wiatr (mimo że główną odporność boczną zapewnia betonowy trzon). Ściany wewnętrzne wykonane zostały z tanich i lekkich ścianek szkieletowych.

Zobacz: Drewniany wieżowiec Hypérion

Przyszłość drewna klejonego krzyżowo CLT

Należy pamiętać, że budownictwo z paneli CLT znajduje się w fazie początkowej. Trwają prace badawcze związane z eksploatacją budynków zrealizowanych w całości z drewna (a nie tylko elementów drewnianych), o dużej niezawodności w sytuacjach ekstremalnych, takich jak trzęsienie ziemi, pożar czy silne wiatry. Prowadzone są badania mające na celu ustalenie maksymalnej wysokości obiektów wykonanych z tego materiału. 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.

W przyszłości zatem prawdopodobne jest coraz częstsze wykorzystanie płyt 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 popularnością betonowi i stali. Niepodważalnym atutem drewna przetworzonego jest tempo budowy, prosta obróbka oraz możliwość niezwykle precyzyjnego cięcia, a także lekkość, która przekłada się na łatwy transport. Mimo że w większości budynki z drewna nie przekroczą wysokości kilkunastu pięter, materiał ten nadal będzie wykorzystywany na podłogi w wyższych konstrukcjach, w połączeniu z betonowymi trzonami i stalowymi ramami. Obecnie trwają prace nad systemami podłóg kompozytowych, które łączą zalety drewna oraz betonu.

Andrew Lawrence – ekspert ds. budownictwa drewnianego firmy Arup