Кратко — преимущества и ограничения CLT и современных деревянных систем в сравнении с бетоном и сталью.
Преимущества
- Низкая масса: плотность древесины значительно ниже — ${\rho }_{\text{wood}}\approx 400-700{\text{kg/m}}^3$ против ${\rho }_{\text{concrete}}\approx 2400{\text{kg/m}}^3$ и ${\rho }_{\text{steel}}\approx 7850{\text{kg/m}}^3$. Меньший вес уменьшает нагрузки на фундаменты и ускоряет монтаж.
- Быстрый монтаж и заводская префабрикация: большие элементы CLT поставляются готовыми, что сокращает сроки и труд на стройплощадке, снижая косвенные затраты.
- Экологичность/углерод: деревоматериалы аккумулируют углерод и обычно дают меньшую эмбоди‑карбоновую нагрузку по сравнению с цементом и сталью при прочих равных (зависит от источника древесины и клеёв).
- Теплотехнические свойства: лучшая теплоизоляция конструкции за счёт меньшей теплопроводности древесины; проще достигать энергоэффективности.
- Сейсмоадаптивность: благодаря малой массе и некоторой вязкопластичности соединений хорошие поведенческие характеристики в землетрясении при правильном проектировании соединений.
- Архитектурные преимущества: эстетика, возможность большого панельного заполнения фасадов, внутренние высокие темпы сборки.
Ограничения
- Жёсткость и прогибы: модуль упругости древесины ниже — типично $E_{\text{wood}}\sim 8-14\text{GPa}$ против $E_{\text{concrete}}\sim 25-35\text{GPa}$ и $E_{\text{steel}}=200\text{GPa}$. Для тех же пролётов приходится увеличивать сечение или применять композитные решения, иначе возникают избыточные прогибы и вибрации (жёсткость рассчитывается через $EI$).
- Огнестойкость и расчёт на выгорание: действуют другие принципы — рассчитывают слой обугливания. Оставшееся рабочее сечение можно оценить как $h_{\text{res}}=h_0-\beta t$, где типичный темп обугливания $\beta \approx 0.6-0.8\text{mm/min}$. Требуются специальные решения (защита, толщины, компенсирующие расчёты) для обеспечения требуемой критической прочности в огне.
- Влагоустойчивость и долговечность: критична защита на стадии строительства и эксплуатации; требуется вентиляция, пароизоляция, грамотная гидроизоляция. Долговечность снижается при неправильной защите.
- Акустика и ударный шум: деревянные перекрытия хуже по ударной звукоизоляции по сравнению с массивным железобетоном; часто требуется плавающая стяжка, дополнительный слой массы или звукопоглощение, что уменьшает преимущества по массе.
- Высотные ограничения и нормативы: коды и разрешения в разных странах ограничивают высоту; хотя сейчас есть проекты выше $\sim 10-20$ этажей (есть проекты $\sim 18+$ этажей), нормативы и опыт ещё быстрее развиваются, чем практики внедрения.
- Соединения и конструктивная жёсткость: нагрузку и поведение во время пожара/циклической работы определяют соединения (болты, металлические пластины, клеи). Качественные соединения дороже и требуют точного расчёта.
- Переработка/утилизация: древесина в некоторой степени возобновляема и пригодна для повторного использования, но клеёные панели и просмолённые элементы сложнее перерабатывать.
Практические компромиссы и решения
- Гибридные системы: CLT + стальные/бетонные ядра или бетонная стяжка повышают акустику и жёсткость, но увеличивают массу и эмбоди‑карбон.
- Толщина/сечение под прогиб: для заданного пролёта L и нагрузки q необходимо увеличивать $EI$ (или применять композицию) чтобы держать прогиб $\delta$ в допустимых пределах по нормам.
- Пожарная стратегия: либо конструктивная устойчивость за счёт расчёта обугливания, либо защита (штукатурка, облицовка, спрей‑защита).
Вывод
CLT и современные деревянные конструкции дают существенные преимущества в массе, скорости строительства и экологичности, но требуют тщательной проработки жёсткости, звукоизоляции, влагозащиты и огнестойкости. В многоэтажных проектах чаще применяют либо усиленные/конструктивно гибридные решения, либо специальные детали соединений и огнезащиты — что позволяет использовать дерево конкурентно с бетоном и сталью при избавлении от их недостатков и с учётом ограничений.