Příklady dřevěných střešních konstrukcí velkých rozpětí

Rostlé dřevo je dostupné v omezených rozměrech, daných průřezem a délkou řeziva nebo kulatiny a v tomto stavu se přímo používalo zejména na jednoduché stropní nebo mostní konstrukce. Pro vytvoření dřevěných konstrukcí požadovaných tvarů a větších rozpětí je nutné spojování dřeva, a to jak v podélném směru (nastavování), tak i v příčném směru (sdružování nebo vytváření styčníků). Vedle klasických tesařských spojů se používají kovové spojovací prostředky kolíkového typu (hřebíky, sponky, kolíky, vruty a svorníky s maticemi) nebo plošného typu (styčníkové desky, styčníkové desky s prolisovanými trny a talířové, prstencové nebo ozubené hmoždíky). Tyto tzv. mechanické spojovací prostředky se vyznačují určitou poddajností a označují jako spoje poddajné. Pro rozvoj a konkurenční schopnost dřevěných konstrukcí mělo zásadní význam zavedení plošných lepených spojů, které umožňují výrobu nosných prvků s rozměry omezenými pouze manipulačními a přepravními možnostmi; byly vyrobeny lepené prvky se šířkou průřezu až 50 cm, výškou průřezu až 300 cm a délkou větší než 40 m. Lepené spoje jsou při použití odpovídajícího lepidla tuhé a nepoddajné. Zavedení dřevěných lepených konstrukcí je spojováno s patentem švýcarského tesaře Hetzera z r. 1906, za nejstarší existující konstrukci tohoto druhu se považuje zastřešení haly univerzity King Edward College v Southampton (obrázek 1).

Obrázek 1 – Hala v univerzitě Southampton/Anglie 1860 se považuje za nejstarší známou dřevěnou lepenou konstrukci

Pokrok moderních dřevěných konstrukcí je vedle zlepšení poznatků o samotném materiálu (třídění) a rozvoji technologie (lepení, kompozitní materiály na bázi dřeva aj.) třeba připsat převážně pokroku v technice spojování. V poslední době jsou to například samovrtné vruty, které umožňují efektivní dřevěné konstrukce.

Na rozdíl od umělých konstrukčních materiálů (ocel, železobeton), které lze vyrábět s požadovanými vlastnostmi, jsou vlastnosti dřeva získaného v lese prakticky dané (v určité míře v závislosti na stanovišti, lokalitě a klimatu) a je možné (potřebné) je odstupňovat tříděním (vizuálním anebo pomocí strojů). V posledním období však došlo k vývoji a zavedení kompozitních materiálů na bázi dřeva (kromě tradičních třískových, vláknitých a překližovaných desek, jsou to desky OSB, vrstvené dřevo z dýh (LVL, s obchodním názvem Kerto, Steico ultralam, Microlam aj.), vrstvené dřevo z dýhových pásů (Parallam) nebo z dlouhých třísek (Intrallam) a křížově lamelované dřevo (anglicky cross laminated timber, německy Brettsperrholz), které vykazují proti rostlému dřevu výrazně lepší rozměrovou stabilitu, vyšší pevnosti a tuhosti a podstatně větší rozměry.

Dřevo a kámen byly až do první poloviny 19. století jedinými konstrukčními stavebními materiály. K požadavku větších rozpětí docházelo zejména u dřevěných mostních konstrukcí, které dosáhly první vrchol v 18. století známým mostem švýcarského tesaře Grubermanna přes Rýn u Schaffhausen (obrázek 2).

Obrázek 2 - Grubermannův most přes Rýn u Schaffhausen z roku 1758 (kombinace vzpěradel a věšadla), zničen požárem 1799 (po 40 letech provozu), rozpětí 63+56 m (podle STEP 2 [1])

V USA byl v r. 1812 postaven most Colossus bridge s rozpětím 103,6 m (obrázek 3). Dalším vývojem v první polovině 19. století v Severní Americe byly příhradové nosníky různých systémů, často kombinované z dřevěných a železných prutů (obrázek 4). Příhradové mosty ze dřeva se používaly již ve středověku (obr. 5).

Obrázek 3. Most Colossus bridge v USA z r. 1812, rozpětí 103,6 m, zničen požárem 1838.

Obrázek 4− Příklady dřevěných mostních příhradových nosníků používaných v Severní Americe zejména pro železniční mosty (názvy nejznámějších typů): (b) mřížový příhradový nosník Town, 1819, (e) příhradový nosník Howe, 1840, (g) příhradový nosník Pratt, 1846; (podle STEP 2 [1]).

Obrázek 5 – Palladiův návrh příhradového mostu z roku 1550, l = 30 m (podle STEP 2 [1])

Mimořádná rozpětí byla dosažena u pomocných dřevěných podpěrných konstrukcí (skruží) železobetonových mostů, které při dřívější technologii bylo nutné zhotovit předem pro celé rozpětí, a které byly vystaveny enormnímu zatížení betonovou směsí. Byla to například skruž obloukového mostu La Caille (F) z roku 1925-1928 s rozpětím 140 m nebo skruž mostu Plougastel u Brestu (F) z roku 1926-1930 s volným rozpětím 186,4 m (podle [4]). Skruž obloukového mostu Sandö ve Švédsku z roku 1939, mřížová příhradová konstrukce spojovaná hřebíky, měla světlou délku 247,5 m a průřez 11,3 × 4,0 m (obrázek 6) [5]. V závěrečné fázi betonování došlo dne 31.8.1939 ke zřícení celé konstrukce (obrázek 7), přitom přišlo o život 18 dělníků.

Obrázek 6. Přeprava skruže výšky 4 m a rozpětí 247,5 m obloukového mostu Sandö, 1939

Obrázek 7 – Destrukce dřevěné skruže mostu Sandö bridge ve Švédsku, 1939

S obnovenou a vyztuženou skruží byl most úspěšně dokončen a uveden do provozu v r. 1943 a řadu let byl železobetonovým mostem s největším volným rozpětím (264 m) na světě (obrázek 8).

Obrázek 8. Železobetonový most Sandö bridge s rozpětím 264 m ve Švédsku, 1943

Dřevěné střešní konstrukce jsou vzhledem k příznivým technickým vlastnostem dřeva (vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, snadná obrobitelnost a snadné spojování, dobrá izolační schopnost atd.) odedávna jednou z hlavních oblastí oboru. Po zavedení ocelových a železobetonových konstrukcí v polovině 19. století byly dřevěné konstrukce (s výjimkou malých krovů) zatlačeny do pozadí a k renesanci dřevěných konstrukcí větších rozpětí došlo až o sto let později, zejména vzhledem k zavedení průmyslové výroby lepených dřevěných prvků (obrázek 9) a vodovzdorných syntetických lepidel.

Obrázek 9 − Vlevo: nosné prvky z lepeného lamelového dřeva s přímkovými okraji: a – nosník stálé výšky, b – pultový nosník proměnné výšky, c – sedlový nosník s přímým dolním okrajem, d – zalomený nosník, e – polovina rámu s velkým zubovitým spojem (A). Vpravo: zakřivené nosníky a rámy: f – sedlový nosník se zakřiveným dolním okrajem, g,h – rám se zakřiveným rohem, i – oblouk, j – nosník se střídavým podélným zakřivením (podle Holzbau Atlas [2])

Dřevěné lepené lamelové nosníky mimořádných rozměrů byly použity na trámovou mostní konstrukci přes řeku Dangerous v USA/Aljaška. Délka/rozpětí nosníku je 43,5 m a výška průřezu 2300 mm (podle Wood Handbook [6]).

Obrázek 10. Most Dangerous bridge na ALjašce, přímě lepené lamelové nosníky, rozpětí 3 × 43,5 m, výška průřezu 2300 mm

Z lepených prvků lze kromě toho vytvářet složené (blokově lepené) lamelové prvky velkých rozpětí (obrázek 10).

Obrázek 11 – Příklady průřezů složených (blokově lepených) prvků z lepeného lamelového dřeva (podle DIN EN 1995-1-1/NA [3])
Legenda: 1 bloková spára

Vedle přímých a zakřivených nosníků stálé nebo proměnné výšky a rámových a obloukových konstrukcí se lepené prvky používají na příhradové konstrukce velkých rozpětí, vzpínadla, trámové rošty, kopule a skořepiny.

Literatura
[1] Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5 – STEP 2 – Navrhování detailů a nosných systémů, ČKAIT Praha, 2004
[2] Holzbau Atlas (K.-H. Götz, D. Hoor, K. Möhler, J. Natterer), Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH, Mnichov 1978
[3] DIN EN 1995-1-1/NA:2010 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau – Nationaler Anhang –National festgelegte Parameter
[4] Mucha, A,: Strassenbrücken aus Holz, Bauen mit Holz 1980, Nr. 1.
[5] Björn Åkesson: Understanding Bridge Collapses, 2008 Taylor & Francis Group, London
[6] Wood Handbook, Wood as an Engineering Material: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory 2010

Obrázky: archiv autora, sken z uvedené literatury