Приведу концентрированное инженерно‑конструктивное решение и ключевые приёмы (расчёты, соединения, конструктивные меры) для многоэтажного каркаса из CLT в сейсмоопасной зоне.
1) Принципы расчётов (сейсмика, прочность, деформативность)
- Философия: обеспечить несущую способность + управляемую диссипацию энергии и пути приложения нагрузок (capacity design, контроль местных пластических зон, запас прочности).
- Анализы: нелинейный динамический расчёт (time‑history) или спектральный (response spectrum) с моделированием нелинейных характеристик соединений; вторично — проверка по упрощённым статическим эквивалентам.
- Базовые выражения (упрощённо):
- равнодействующая сейсмическая сила $V=C_{s}W$ (где $W$ — масса, $C_s$ — коэффициент сейсмичности по коду или из спектра);
- опрокидывающий момент у основания стены $M=V\cdot h$;
- усилие растяжения в анкерных/hold‑down элементах $T=\frac{M}{e}$ (где $e$ — плечо между центрами усилий).
- Контроль деформаций: межэтажные относительные перемещения $\Delta /H$ ограничить нормативно (обычно $\le 0.02$–$0.025$ для несущих конструкций); учесть P‑Δ эффекты.
- Capacity design для связей: проектировать основные конструктивные элементов (стеновые панели) так, чтобы в циклическом нагружении «расходуемая» энергия шла в специально выбранных и заменяемых стальных элементах (фьюз‑элементы), а не в узлах CLT.
- Учитывать контактную нелинейность (вскрытие/запирание швов, зазоры, проскальзывание) и включать в модель жёсткость и усилия крепёжных элементов.
2) Виды соединений и их поведение
- Основные типы:
- самонарезные/структурные винты (dowel‑type screws) — хороши для сдвига и растяжения, обеспечивают циклическую прочность и пластичность при проектировании по производительности производителя;
- закладные стальные пластины с болтовыми соединениями (втулки, пластины внутри CLT) — для передачи больших моментов и для жестких узлов;
- уголки/анкерные кронштейны и hold‑downs (растяжки) — для сопротивления отрыву/опрокидыванию;
- литые/сварные стальные демпферы или сменные «фьюзы» (рукообразные / гибкие швеллеры) — для рассеяния энергии;
- шпонки/шлицы, шип‑паз (съёмные/жёсткие) — для передачи касательных усилий между панелями (сборные швы, spline joints).
- Конструктивные требования к креплениям:
- использовать сертифицированные циклические характеристики (EN/ASTM тесты); в расчётах учитывать кривые сила‑смещение (жёсткость, накопление пластики);
- предусмотреть преднапряжённые или предварительно затянутые болты для сцепления (slip‑critical) там, где важно минимизировать относительное перемещение;
- для узлов, где возможен большой цикл нагружения, применять сменные стальные элементы (fuse plates, replaceable dissipaters).
- Защита стальных элементов от коррозии и высокой температуры (см. пожар).
3) Конструктивные приёмы для прочности и устойчивости
- Система силового перераспределения:
- вертикальные CLT‑панели как несущие и одновременно как сейсмо‑стойкие панели (shear walls) — швы совпадают по этажам или жёстко стыкуются через стальные коллектора;
- перекрытия из CLT — работают как диафрагмы, передающие горизонтальные силы на стеновые панели; обеспечивать непрерывность диафрагмы и жёсткие узлы примыкания.
- Удержание/опротивление опрокидыванию:
- hold‑downs с расчётом на момент $T=M/e$ и проверкой на циклическую усталость;
- анкеры в фундаменте и стальные плиты‑коллектора для передачи больших горизонтальных усилий в фундамент.
- Геометрия и деталировка:
- ограничить относительные размеры панелей (аспект‑регионы) для контроля локальных деформаций;
- обеспечивать непрерывный путь для силы (roof → diaphragm → shear wall → foundation) без «разрывов» из‑за инжиниринговых стыков;
- предусмотреть контрольные и монтажные зазоры, компенсаторы усадки и температурных перемещений.
- Диссипация энергии:
- использовать металлические рассеиватели/шунты, демпферы или специально подобранные винтовые соединения, которые будут являться «слабым» элементом и заменяемыми после землетрясения.
- Испытания и верификация:
- компонентные циклические испытания узлов и стеновых панелей; при моделировании применять экспериментально полученные циклические диаграммы.
4) Пожаробезопасность (конструктивно)
- Пожарный расчет CLT: учитывать явление расчёта оставшейся несущей части после выгорания слоя. Формула остаточной толщины:
- глубина обугливания $d_{char}={\beta }_0{t}_f+k_0$ (например ${\beta }_0\approx 0.65\text{мм/мин},k_0\approx 7\text{мм}$ по Еврокоду);
- остаточная толщина $t_{res}=t_0-d_{char}$.
- Защитные меры:
- конструктивная «жертва»: увеличивать начальную толщину CLT или оставлять «сцепленный» защитный слой для обеспечения заданной несущей способности в расчётный пожарный интервал (1–2 ч);
- огнезащитная обшивка (несгораемые плиты — гипсокартон типа F, кальций‑силикатные плиты) на внутренней поверхности для защиты CLT и стальных соединений; по требованию применять классифицированную конструкцию (F‑class);
- спрятанные или защищённые стальные элементы: либо встраивать стальные пластины внутри CLT (они защищены слоем древесины), либо покрывать сталь огнезащитными составами/шахтами (интумесцентные покрытия, для болтов — огнеупорные рубашки);
- спринклерная установка и автоматические системы пожаротушения как обязательный уровень защиты в многоэтажных объектах.
- Конструктивные решения для узлов:
- обеспечить, чтобы критические стальные элементы имели огнезащиту, а соединения, рассчитанные на удержание в пожаре, имели запас прочности при уменьшенной сечении CLT;
- исключить или минимизировать открытые металлические «мосты» тепла, ведущие к быстрому разогреву скрытых узлов.
- Проходы инженерных коммуникаций: герметизация и противопожарные опалубки в местах прохода, чтобы избежать утраты противопожарной целостности.
5) Рекомендации по реализации и проверке
- Использовать фабричную подготовку узлов: закладные пластины и карманы для болтов в заводских условиях для точности.
- Проектировать соединения на основе паспортных/испытательных кривых производителей; при отсутствии — проводить испытания.
- Предусмотреть заменяемые фьюз‑элементы и простые демонтажные узлы для ремонта после сейсмики.
- Совместно с пожарными расчётами и инженером по ОПБ согласовать требуемую степень защиты (время пожарной нагрузки) и выбрать толщину CLT и способы огнезащиты.
- Документировать load path и требования к монтажу (затяжка болтов, порядок монтажа диафрагм), выполнять контроль качества монтажа и испытания на месте.
Короткая сводка контрольных формул (упрощённо):
- $V=C_{s}W$ - $M=V\cdot h$ - $T=\frac{M}{e}$ - $d_{char}={\beta }_0{t}_f+k_0,t_{res}=t_0-d_{char}$
Если нужно — могу привести пример расчёта узла hold‑down с конкретными величинами и подбором винтов/анкерных элементов.