Dřevěné konstrukční systémy a jejich možnosti použití

Datum: 21.12.2015  |  Autor: doc. Ing. Bohumil Straka, CSc., Ing. Milan Šmak, Ph.D., VUT Brno, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí  |  Recenzent: doc. Ing. Petr Kuklík, CSc., ČVUT Praha, pracoviště UCEEB

Dřevo patří k nejstarším materiálům, které člověk využíval původně pro stavbu jednoduchých přístřešků, hrází, opevnění a lávek. V dalších vývojových etapách pak pro stavbu domů, mostů, monumentálních konstrukcí a specifických staveb. Poznatky a zkušenosti vyplývající z analýzy dlouhodobého působení realizovaných dřevěných konstrukcí jsou důležité pro navrhování nových konstrukcí a vývoj konstrukčních systémů. Cílem příspěvku je uvést poznatky z chování vybraných typů konstrukcí za dobu od provedení jejich montáže po současné období.

1 Úvod

Dřevo je v nejrůznějších formách a způsobech využití úzce spojeno s existencí a vývojem lidské společnosti. Lze souhlasit s vizí H. Blumera, že „Dřevo může změnit svět“ [1] nebo významnou měrou ke změnám a vývoji přispět. Podstatné je, že se jedná o vývoj progresivní. V oboru stavebních konstrukcí můžeme zaznamenat řadu vývojových etap, které tuto vizi potvrzují. V současné době se projevuje zvýšený zájem o realizaci dřevěných konstrukcí s využitím nejen tradičních, ale také nových a perspektivních druhů materiálů na bázi dřeva a spojovacích prostředků. Je potěšitelné, že přetrvává i zájem studentů o dřevěné konstrukce a materiály, což je nejvíce patrné na množství i kvalitě zpracovávaných bakalářských a diplomových pracích.

Jedním z důležitých kritérií při hodnocení konstrukcí je jejich skutečné chování při dlouhodobém užívání. Cílem příspěvku je shrnout poznatky a závěry z reálného působení vybraných typů dřevěných konstrukcí, na jejichž návrhu, realizaci a průzkumu se podíleli autoři.

2 Dřevo v příhradových a střešních konstrukcích

Dřevo je efektivním a v řadě případů nejvhodnějším materiálem pro rovinné i prostorové konstrukce s prutovým nosným systémem. Z průzkumu a analýzy starších i historických konstrukcí vyplývá, že stále existuje velký počet těchto konstrukcí, které jsou plně funkční a mohou být dále provozně využívány. O vývoji a typech dřevěných konstrukcí, včetně příhradových, je pojednáno v mnoha publikacích, například [2] a webových zdrojích.

Významný posun ve vývoji příhradových konstrukcí znamenaly soustavy s pruty lepeného průřezu a soustavy s novými typy spojovacích prostředků [3]. Tyto soustavy splňují požadavky bezpečné únosnosti a dlouhodobé použitelnosti i pro velká rozpětí a umožňují navrhovat i geometricky složité architektonické tvary konstrukcí.

Na chování dřevěných konstrukcí mají zásadní vliv mechanické a konstrukční vlastnosti spojů. V případě příhradových konstrukcí je tento vliv ještě výraznější, protože se v konstrukci vyskytuje velký počet přípojů a styků. Z toho důvodu může být únosnost spojů limitujícím faktorem při návrhu konstrukce.

Příhradové vazníky různých geometrických tvarů jsou běžnou součástí střešních konstrukcí, příhradové rámy a oblouky jsou základními konstrukčními dílci halových objektů s rovinnými příčnými vazbami, ale i prostorových útvarů uspořádaných nad kruhovým či nepravidelným půdorysem. Pro připojení prutů ve styčnících se stále používají tradiční mechanické spojovací prostředky (hřebíky, vruty, svorníky, kolíky, hmoždíky, tesařské spoje) a spoje, které lze považovat z časového hlediska, ve srovnání s uvedenými, za novější typy. Příhradové konstrukce se spoji s kovovými deskami s prolisovanými trny patří v současném období k nejvíce používaným.

Pro konstrukce větších rozpětí, případně konstrukce se silně namáhanými pruty nosné soustavy, se jako výhodné ukázalo řešení s přípoji řešenými pomocí vkládaných styčníkových plechů. Do textu příspěvku byly zařazeny čtyři konstrukce uvedeného typu, které jsou v užívání 15 až 18 let. Konstrukce byly navrženy ve spolupráci s firmami Profinvestik Frýdek-Místek, s.r.o. a Mitek Industries, s.r.o., dodavatelem dřevěných konstrukcí byla firma Profinvestik, s.r.o.

Montážní stav konstrukce v r. 1997
Montážní stav konstrukce v r. 1997
Současný stav objektu v r. 2015
Současný stav objektu v r. 2015

Osazení sekce na betonové rámy tribuny
Osazení sekce na betonové rámy tribuny
Interiér tenisové haly v r. 2015
Interiér tenisové haly v r. 2015

Obr. 1: Hala s příhradovými oblouky ve Frýdlantu nad Ostravicí 40,5 × 60 m

Pro konstrukci zastřešení tenisové haly (obr. 1) byly navrženy příhradové oblouky na rozpětí 40 m. Oblouky polygonálního tvaru jsou vyrobeny z rostlého dřeva. Oblouky jsou vetknuty do betonových rámů tribun prostřednictvím ocelových úložných příčníků. Ze struktury nosné konstrukce jsou viditelné pouze dolní pásy oblouků. Přípoje prutů jsou řešeny pomocí styčníkových plechů tloušťky 1,25 mm a hřebíků průměru 3,1 mm. Při návrhu bylo nutné uvážit spolupůsobení dřevěné konstrukce s podporovými rámy následkem jejich předpokládaného posunutí a pootočení. Konstrukce je v užívání 15 let. Při posledním průzkumu stavu dřevěné konstrukce v r. 2015 bylo ověřeno, že konstrukce je stabilní, nevyskytují se nepředpokládané deformace, což odpovídá teoretickému předpokladu o poměrně velké tuhosti tohoto systému. Kontrolované spoje nevykazují nepřípustné prokluzy.

Konstrukce zastřešení centrálního dvorce v areálu Panorama ve Frýdlantu nad Ostravicí byla vytvořena jako příhradová prostorová soustava podepřená na vetknutých betonových sloupech proměnné výšky (obr. 2). Tímto způsobem byl dosažen požadovaný cylindrický tvar střešní plochy. Hlavním nosným dílcem jsou příhradové vazníky délky 26,7 m na rozpětí 24,4 m s pásy lepeného průřezu. Pruty příhradové soustavy jsou připojeny na styčníkové plechy tloušťky 1,25 mm hřebíky průměru 3,1 mm. Při návrhu byl uvažován vliv prokluzu v přípojích prutů a stycích pásů. Vizuálně kontrolované spoje v místech montážních styků dolních pásů nevykazovaly příznaky nepřípustného porušení (obr. 2). Vazníky byly vyrobeny s nadvýšením parabolického tvaru s amplitudou 40mm. Ze struktury nosné konstrukce jsou viditelné pouze dolní pásy vazníků.

Montážní stav konstrukce v r. 1997
Montážní stav konstrukce v r. 1997
Interiér haly v r. 2015
Interiér haly v r. 2015

Struktura dřevěné konstrukce v r. 1997
Struktura dřevěné konstrukce v r. 1997
Stav montážního styku dolního pásu v r. 2015
Stav montážního styku dolního pásu v r. 2015

Obr. 2: Prostorová příhradová soustava pro zastřešení haly ve Frýdlantu nad Ostravicí

Konstrukce sportovní haly v Bílovci (obr. 3) je tvořena soustavou trojkloubových příhradových oblouků o rozpětí 59,5 m, kloubově podepřených na betonových patkách prostřednictvím ocelových čepových ložisek. Půdorys haly je obdélníkový 60 × 30 m. Prostorová stabilita je zajištěna příhradovými příčnými a podélnými ztužidly. Při návrhu této konstrukce bylo již možné využít poznatky z realizace předcházejících konstrukcí. Konstrukce je vyrobena z rostlého dřeva. Nosná konstrukce je vizuálně v interiéru přiznaná. Pruty příhradové soustavy jsou připojeny ke styčníkovým plechům tloušťky 1 mm pomocí hřebíků průměru 3,1 mm. V silně namáhaných přípojích jsou použity styčníkové plechy tloušťky 6 mm a kolíky, respektive přesné svorníky průměru 7 mm. Dřevěná konstrukce haly je systematicky geodeticky sledována od jejího uvedení do provozu v roce 2001 [4]. Geodetické měření prokázalo, že skutečné hodnoty deformací poměrně dobře korespondují s teoreticky stanovenými hodnotami. Dřevěná konstrukce během svého provozu prochází také procesem teplotně-vlhkostních změn a v tom důsledku dochází k velmi mírnému narůstání trvalých deformací. Největší podíl na sezónních změnách tvaru konstrukce má teplota vnějšího prostředí (konstrukce tzv. „sezónně dýchá“). Na základě výsledků měření a průzkumu stavu lze konstatovat, že konstrukce je bezpečně stabilní a podle názoru uživatelů haly působí estetickým a příznivým dojmem.

Montážní stav konstrukce v roce 2001
Montážní stav konstrukce v roce 2001
Interiér sportovní haly
Interiér sportovní haly

Detail patního kloubu před zasunutím čepu
Detail patního kloubu před zasunutím čepu
Geodetická měření, etapa v roce 2012
Geodetická měření, etapa v roce 2012

Obr. 3: Konstrukce sportovní haly v Bílovci s příhradovými oblouky na rozpětí 59,5 m

Původně otevřený zimní stadion ve Vrchlabí byl zastřešen dřevěnou konstrukcí s příhradovými vazníky s rozpětím 40,4 m (obr. 4). Vazníky jsou podepřeny na konstrukcích tribun prostřednictvím elastomerových ložisek. Stadion byl otevřen v roce 2002. Konstrukce je vyrobena z rostlého dřeva. V příhradové konstrukci jsou použity převážně vkládané styčníkové plechy tloušťky 5 mm s kolíkovými spojovacími prostředky průměru 7 mm. Struktura nosné konstrukce je v interiéru přiznaná. Vzhledem k tomu, že vnitřní prostředí zimních stadionů patří z hlediska vlivů teplotních a vlhkostních změn k nejnáročnějším, byl prováděn průzkum stavu dřeva nosné konstrukce zejména v oblasti vložených ocelových styčníkových plechů. Podle výsledků průzkumu nedochází k degradaci dřeva v oblasti kontrolovaných spojů a zjevným příznakům snížení jejich předpokládané únosnosti. Představu o současném stavu stadionu lze získat prohlídkou fotodokumentace na internetových stránkách.

Montáž příhradových vazníků v roce 2001
Montáž příhradových vazníků v roce 2001
Interiér zimního stadionu v roce 2002
Interiér zimního stadionu v roce 2002

Charakteristický detail styčníku
Charakteristický detail styčníku
Posuvné elastomerové ložisko vazníku
Posuvné elastomerové ložisko vazníku

Obr. 4: Konstrukce zastřešení zimního stadionu ve Vrchlabí na rozpětí 40,4 m

Oblouky systému de L´ Orme, jsou používány již od šestnáctého století. Také v ČR existuje řada konstrukcí tohoto typu (například střešní konstrukce jízdárny zámku v Letovicích a další). Oblouky lze využít i v současných konstrukcích, případně s uplatněním lepených prvků, nových typů materiálů na bázi dřeva, spojovacích prostředků a výztužných materiálů (fólií či tkanin) eliminujících nepříznivý vliv příčných tahových napětí v oblasti spojů.

Osazování obloukových žeber
Osazování obloukových žeber
Montáž konstrukce v roce 1996
Montáž konstrukce v roce 1996

Dokončená střecha v roce 1997
Dokončená střecha v roce 1997
Budova školy v roce 2014
Budova školy v roce 2014

Obr. 5: Střešní konstrukce školy v Brně-Soběšicích

Prostorová soustava, vytvořená ze zakřivených žeber sestavených ze dvou až tří lamel spojovaných svorníkovými spoji, byla navržena pro zastřešení školy v Brně-Soběšicích v roce 1995 (obr. 5). Půdorysné rozměry objektu 14,5 × 19 m. Výroba obloukových žeber s mechanickými spoji kolíkového typu je jednoduchá a mohou ji zabezpečit firmy s běžným vybavením pro výrobu dřevěných konstrukcí. Návrh zmíněné konstrukce vycházel ze základního záměru provést novou střešní konstrukci nad stávajícím nevyhovujícím krovem, který se po smontování konstrukce rozebere a odstraní. Konstrukce byla navržena na základě výsledků řešení prostorového modelu zahrnujícího i navazující ocelové prvky související s požadavky na rozšíření části půdorysu budovy.

3 Lepené a rostlé dřevo v konstrukcích

Konstrukce kopule planetária v Brně (obr. 6) byla smontována v roce 1987 [5]. Výrobu lepených obloukových žeber zabezpečila firma Drevina Turany, montáž Průmyslové stavby Brno.

Rozpětí kopule je 20,6 m, vzepětí 8,6 m, průměr lucernového prstence 2,0 m, počet radiálních obloukových žeber je 16. Lepená žebra profilu 150 × 500 mm jsou vyrobena z lamel tloušťky 30 mm. Na koncích jsou opatřena ocelovými botkami pro připojení do patního betonového a ocelového lucernového prstence.

Lepené obloukové žebro kopule
Lepené obloukové žebro kopule
Montáž žeber kopule planetária v Brně (1987)
Montáž žeber kopule planetária v Brně (1987)

Kopule planetária po dokončení stavby
Kopule planetária po dokončení stavby
Kopule planetária v areálu hvězdárny v Brně
Kopule planetária v areálu hvězdárny v Brně

Obr. 6: Konstrukce kopule planetária v Brně

V rámci modernizace a instalace nového technologického zařízení bylo potřeba v roce 2013 provést oslabení některých žeber výřezy. Na základě ověření stavu lepeného dřeva a posouzení konstrukce byla požadovaná úprava povolena. Na vyřezaných prvcích bylo možné dobře zkontrolovat stav dřeva a lepených spár po přibližně 26 letech působení konstrukce. Zabezpečení oblasti výřezů proti nepříznivému vlivu příčných tahových napětí bylo provedeno pomocí vrutů typu WT-T firmy SFS Intec.

Pro zastřešení hvězdicovitého půdorysu kaple Sv. Kříže v Chudčicích u Brna byla navržena prostorová soustava vytvořená z dřevěných prvků lepeného a hraněného průřezu. Střešní konstrukce o rozpětí 16,5 m je uložena na betonovém věnci spodní zděné stavby a na ocelových rámech, které jsou provedeny v místech vstupů do kaple. V horní části konstrukce je navržen ztužující prstenec, na němž je podepřena stropní konstrukce zvonice. Do výztužného prstence jsou připojeny nárožní a úžlabní prvky střešních částí, které navazují na základní věžovou část. Pro výpočet konstrukce byl sestaven prostorový model, který zahrnoval i sekundární nosné prvky (krokvičky, výztužné prvky). Vliv těchto sekundárních nosných prvků na únosnost soustavy je poměrně významný z hlediska dimenzování prvků hlavní nosné soustavy. Přípoje jsou řešeny pomocí mechanických spojů umožňujících v některých případech přenos tlakových i tahových sil. Konstrukce byla postavena v roce 1994.

Montážní stav konstrukce v roce 1994
Montážní stav konstrukce v roce 1994
Realizace stavby v roce 1994
Realizace stavby v roce 1994

Kaple Sv. Kříže v roce 2015
Kaple Sv. Kříže v roce 2015
Kaple Sv. Kříže v roce 2015

Obr. 7: Konstrukce zastřešení kaple Sv. Kříže v Chudčicích

Kaple Svatého Antonína tvarově představuje loď – archu, postavenou na louce na břehu potoka uprostřed vesnice Černá na Českomoravské vrchovině [7]. Vlastní realizace stavby kaple probíhala po etapách v letech 2005 až 2006.

Půdorys kaple ve tvaru čočky má rozměry přibližně 27 × 6,5 m. Výška objektu je 6 m od základové desky. Střecha je při pohledu na budovu celá skryta za atikou, má sedlový tvar a její hřeben je výškově proveden pod úrovní atiky.

Montáž dřevěné konstrukce v roce 2005–2006Montáž dřevěné konstrukce v roce 2005–2006Montáž dřevěné konstrukce v roce 2005–2006
Stav objektu v roce 2007
Stav objektu v roce 2007
Stav objektu v roce 2015
Stav objektu v roce 2015

Obr. 8: Konstrukce zastřešení kaple Sv. Antonína v obci Černá

Vnější vzhled kaple je minimalistický. Opláštění je tvořeno dřevěným horizontálně uspořádaným prkenným bedněním. Hladké plochy pláště jsou pouze minimálně členěny – na vstupní straně kaple vchodem s nástupní rampou a vně zavěšeným zvonem a na protější straně oknem. Vstupní i okenní otvor je chráněn překrytím z ocelového plechu.

Nosná dřevěná konstrukce kaple je navržena z rostlého jehličnatého dřeva. Je řešena jako prostorový nosný systém, jehož základními dílci jsou příčné rámy proměnného rozpětí, tvořené sloupy s rámovými příčlemi a doplněnými kleštinami. Rozměry sloupů činí 120 × 140 mm, dimenze příčlí je navržena 120 × 240 mm. Sloupy jsou vetknuty do betonové základové desky. Prostorová tuhost stavby je zabezpečena kombinací stěnových ztužidel, šikmého bednění, provedeného ve vybraných polích stěn a střechy, a dále za přispění ocelových táhel, procházejících po obvodu kaple ve sloupech pod rámovým rohem.

Nosná dřevěná konstrukce byla analyzována jako prostorový prutový model. Při návrhu byla zohledněna poddajnost ve vetknutí dřevěných sloupů do betonové základové desky, spoje byly navrženy jako kolíkové s ocelovými plechy. Spojení příčle se sloupem v rámovém rohu bylo navrženo stejného typu, spoje a přípoje ostatních dřevěných prvků byly navrženy jako tesařské nebo hřebíkové.

Součástí komplexu krytého plaveckého bazénu v Brně-Kohoutovicích je bazénová hala [8], [9]. Z hlediska volby základního konstrukčního materiálu vyhovovalo záměru architektů nejlépe lepené lamelové dřevo. Přednosti tohoto materiálu vyplývají zejména z moderní technologie výroby lepených prvků umožňující navrhovat konstrukce velkých rozpětí a požadovaných geometrických tvarů. Lepené dřevo vykazuje rovněž vlastnosti nezbytné pro působení konstrukce ve vlhkostně a teplotně náročném prostředí. Vzhledem ke specifickému uspořádání lepených prvků v nosném systému a k velkým dimenzím hlavních rámů segmentů (výška lepeného průřezu v oblasti zakřivených rámových rohů dosahuje hodnoty 2,945 m) se jedná o ojedinělou konstrukci, která se odlišuje od obvyklých dřevěných konstrukčních systémů.

Návrh a realizace nových typů konstrukcí vždy vyžaduje vyřešení souvisejících teoretických problémů, které se vztahují k únosnosti, stabilitě a použitelnosti konstrukce a k řešení důležitých konstrukčních detailů. Teoretické předpoklady uvažované při návrhu konstrukce mohou být objektivněji ověřeny na základě skutečného chování konstrukce. Z toho důvodu byly na konstrukci osazeny geodetické značky umožňující měření deformací konstrukce v průběhu montáže a následně v provozním stadiu. Zjištěné hodnoty průhybů a posunů konstrukce a prokluzu v montážních stycích jsou důležitým podkladem pro navrhování dalších typů dřevěných konstrukcí.

Montáž konstrukce v roce 2009
Montáž konstrukce v roce 2009
Stav objektu v roce 2014
Stav objektu v roce 2014

Obr. 9: Konstrukce bazénové haly v Brně-Kohoutovicích

Při návrhu dřevěné konstrukce bylo třeba vycházet z toho, že objekt bazénové haly má nepravidelný půdorysný tvar se základními půdorysnými rozměry přibližně 58 × 38 m a různou výškovou úroveň střešní plochy podle uspořádání jednotlivých segmentů (horní úroveň střechy je navržena ve výškových úrovních od +6,075 m do +9,585 m).

V návaznosti na požadavek architektů, tj. aby tvar konstrukce vystihoval představu „pásovce“, spočíval hlavní záměr navrhovatelů v sestavení konstrukce z klenbových pásů-segmentů. Základním dílcem segmentů jsou lepené rámy-žebra umístěné ve středech segmentů. Šířka segmentů byla zvolena 5,0 m. Příčná a torzní stabilita štíhlých lepených rámů a jednotlivých segmentů je zabezpečena nosnou vrstvou střešního pláště vytvořenou z třískových desek typu OSB3 tloušťky 25 mm (v silně zakřivené části rámového rohu je nosná vrstva pláště tvořena třemi OSB deskami tloušťky 3 × 8 mm). Na základní část haly tvořenou devíti segmenty navazuje krajní část přibližně trojúhelníkového půdorysu s prosklenou stěnou.

Z hlediska návrhu konstrukce se jednalo o poměrně složitý problém, protože půdorys i výškové uspořádání objektu jsou nepravidelné. Hlavní rámy segmentů jsou řešeny jako dvojkloubové se zakřiveným rámovým rohem. Lepené průřezy rámů vyžadovaly velké dimenze (výška základního průřezu u segmentů největších rozpětí je v ploché části 1960 mm, v oblasti zakřiveného rámového rohu 2945 mm, šířka průřezu rámů je konstantní 240 mm).

Pro výrobu lepených dílců a prvků (žeber segmentů, vaznic a vzpěrek) bylo zvoleno lepené lamelové dřevo třídy pevnosti GL24h. Ostatní prvky byly navrženy z rostlého dřeva třídy C24.

Jedním z nejdůležitějších problémů bylo navržení vhodné pozice montážních styků lepených rámů a jejich konstrukčního provedení. Kromě požadavků na vyhovující únosnost a tuhost styků bylo třeba respektovat možnosti výroby a transportu. Montážní styky jsou provedeny pomocí vložených plechů tloušťky 8 mm, ocelových kolíků a přesných svorníků průměru 24 mm. Styky jsou umístěny do oblasti přechodu příčle rámu do zakřiveného rámového rohu.

Podepření lepených rámů na betonovou konstrukci je pomocí ocelových čepových ložisek. Dvojstřižné čepy průměru 80 mm jsou z oceli S355. Ve výpočtových modelech byla uvažována interakce dřevěné konstrukce se spodní stavbou projevující se možným vodorovným posuvem v uložení dřevěné konstrukce na štíhlé betonové sloupy. Posunutí má poměrně významný vliv na velikost deformací a vnitřních sil. Teoreticky bylo uvažováno s posuvy v hodnotách do 20 mm.

Každý segment působí jako klenbový pás, jehož součástí je lepené rámové žebro umístěné uprostřed klenbového pásu a nosná vrstva střešního pláště vytvořená z OSB desek. Nosná vrstva pláště opatřená krajními pásy, je vyztužena výztuhami a je uložena na vaznice. Klenbové pásy jsou v oblasti patek žeber ukotveny do betonového soklu v úrovni podlahy haly.

Generálním dodavatelem stavby byla firma Stavoprogres Brno, spol. s r.o., dodavatelem dřevěné konstrukce byly České dřevařské závody Praha, a.s., závod Tesko. Stavba nadzemních částí objektu byla zahájena v roce 2008, výroba dřevěných lepených rámů započala v roce 2009 a montáž dřevěné konstrukce v dubnu roku 2009.

V roce 2010 byl na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí Fakulty stavební VUT v Brně vypracován návrh a projekt nosné dřevěné konstrukce horského hotelu do oblasti Friesovy boudy v Krkonoších [10]. Areál Friesovy boudy se nachází v nadmořské výšce 1217 m ve střední části Krkonoš.

Dvoupodlažní objekt s obytným podkrovím má půdorysné rozměry přibližně 17 × 37 m a výšku hřebene 13 m. Pro danou lokalitu byla ČHMÚ stanovena hodnota základní tíhy sněhu 8,41 kN/m2. Vysoká hodnota zatížení sněhem, spolu s působením větru (se základní rychlostí 31 m/s), vyžadovaly převážně aplikaci dřevěných profilů z lepeného lamelového dřeva GL24h.

Další pro konstrukci nepříznivý faktor vyplynul z dispozičního uspořádání objektu – některé sloupy, podporující konstrukci střechy, nebylo možné navrhnout jako průběžné až na základy, ale tyto byly ukončeny na průvlacích ve stropě nad přízemím.

Objekt má navržen nosný dřevěný skeletový systém, vstupní a komunikační sekce budovy v prostoru 1. NP a 2. NP je uvažována v kombinaci zděných a železobetonových konstrukcí.

Základní části nosného systému jsou sloupy, podélné a příčné průvlaky, stropní nosníky, ztužení, konstrukce krovu (vaznice, sloupky, krokve, vzpěry, kleštiny), konstrukce ploché střechy, plošné nosné vrstvy stropů, střechy a stěnových panelů (včetně stěnových sloupků a výměn).

Z důvodu vnášení osamělých zatížení vysoké intenzity (sloupy, které byly ukončeny na úrovni stropu 1. podlaží) a větších rozpětí průvlaků bylo třeba do vybraných příčných vnitřních stěn navrhnout diagonálně orientované pruty, které spolu s vloženými stěnovými sloupy a průvlaky ve stropech 1. a 2. podlaží vytvářely tuhé a dostatečně únosné příhradové nosníky. Tyto stěnové příhradové nosníky byly současně využity k zabezpečení prostorové tuhosti budovy.

Při ověření konstrukce bylo nutné vyřešit dva zásadní problémy, a to přípoje intenzivně namáhaných prvků a zajištění prostorové tuhosti objektu.

Montáž konstrukce v roce 2012
Montáž konstrukce v roce 2012
Stavba v roce 2014
Stavba v roce 2014

Obr. 10: Konstrukce horského hotelu Andula

Pro spoje prvků nosné konstrukce byly použity ocelové kolíkové spojovací prostředky. Nejvíce namáhané přípoje průvlaků, vaznic a krokví ke sloupům byly navrženy s kolíkovými spojovacími prostředky (svorníky, přesnými svorníky, kolíky) a vloženými ocelovými styčníkovými plechy. Při jejich návrhu bylo třeba taktéž uvážit odpovídající rotační tuhost těchto přípojů.

Prostorová tuhost objektu je zajišťována nosnou vrstvou střešního pláště a stropů, tvořenou šikmým bedněním a výztužnými podélnými a příčnými stěnami budovy. Do výztužného systému je rovněž začleněno komunikační vnitřní zděné jádro s betonovými věnci a stropy.

Střešní plášť (plochých i sklonitých částí) je tvořen celoplošným šikmým bedněním z desek. Šikmé bednění z fošen je použito taktéž pro nosnou vrstvu stropů nad 1. i 2. podlažím (podkroví má uvažován volný prostor až do hřebene, do kterého zasahují pouze kleštiny). Tuhost konstrukce v horizontálním směru je zabezpečována podélnými a příčnými stěnami. Tyto stěny sestávají z vnitřních dřevěných sloupků a oboustranných sádrovláknitých desek Rigidur tloušťky 12,5 mm. Určitý problém nastal u výztužných stěn v přízemí, kde výška stěny byla větší, než výrobní délka desek Rigidur a bylo tedy nutné navrhnout stykování desek i po výšce. Při zohlednění všech faktorů se ukázalo, že tuhost těchto příčných stěn není již dostatečná a bylo třeba ji zvýšit pomocí ocelových táhel uvnitř stěn. Smykově tuhá stropní deska je provedena z šikmého bednění.

Výrobní dokumentaci nosné dřevěné konstrukce zpracovala firma TAROS NOVA, s.r.o. v roce 2011. Stavba byla dokončena v roce 2012.

Dřevěná lávka, spojující areál Mendelovy univerzity v Brně s arboretem přes frekventovanou silniční komunikaci, byla postavena v roce 2000 [6]. Na hlavní pole lávky (obr. 11), které má rozpětí 24,0 m, navazuje nástupní rampa.

Hlavní pole lávky na rozpětí 24,0 m (2000)
Hlavní pole lávky na rozpětí 24,0 m (2000)
Podepření lávky na ocelové podpěry
Podepření lávky na ocelové podpěry

Čepová ložiska na ocelových podpěrách
Čepová ložiska na ocelových podpěrách
Lávka v roce 2015
Lávka v roce 2015

Obr. 11 Konstrukce lávky z lepeného dřeva přes ulici Drobného v Brně

Průřez hlavních nosníků lávky z lepeného lamelového dřeva je 220 × 1400 mm. Nosníky jsou podepřeny na ocelových podporách prostřednictvím čepových ložisek. Lepené hlavní nosníky byly vyrobeny firmou České dřevařské závody Praha, závod Tesko, montáž konstrukce lávky provedla brněnská firma Kaláb, s.r.o.

4 Závěr

Dřevo patří k nejstarším materiálům, které člověk využíval původně pro stavbu jednoduchých přístřešků, hrází, opevnění a lávek. V dalších vývojových etapách pak pro stavbu domů, mostů, monumentálních konstrukcí a specifických staveb. V současné době, v souvislosti s významným rozvojem nových technologií výroby dřevěných prvků, materiálů a spojů, jsou navrhovány a realizovány stavby tradiční i stavby s dřevěnými konstrukcemi velkých rozpětí a složitých geometrických tvarů. Se zřetelem k výhodným vlastnostem dřeva a materiálů na bázi dřeva bude nesporně vývoj dřevěných konstrukcí pokračovat. Lze zaznamenat, že zájem investorů, architektů, realizačních firem i studentů odborných a vysokých škol o dřevěné konstrukce je stále poměrně velký.

Poznatky a zkušenosti vyplývající z analýzy dlouhodobého působení realizovaných dřevěných konstrukcí jsou důležité pro navrhování nových konstrukcí a vývoj konstrukčních systémů. Cílem příspěvku bylo uvést poznatky z chování vybraných typů konstrukcí za dobu od provedení jejich montáže po současné období.

5 Literatura a použité materiály

  • [1] BRŰHWILER, R., Holz kann die Welt verändern, Appenzeller Verlag, Herisau, 2014.
  • [2] DUTKO, P., LEDERER, F. a kol., Drevené konštrukcie, ALFA, Bratislava, 1976.
  • [3] STRAKA, B. Materiály pro stavbu, 5/1999, Bertelsmann Media, s.r.o., Praha, str. 48–51.
  • [4] BUREŠ, J., STRAKA, B., ŠMAK, M., Závěry z měření deformací dřevěných konstrukcí geodetickými metodami, Dřevostavby 2012, Sborník přednášek, Volyně 2012, str. 15–23.
  • [5] STRAKA, B., Nosná konstrukce zastřešení planetária v Brně, Pozemní stavby 6/1989, SNTL Praha, str. 253–256.
  • [6] STRAKA, B., Drevo – tradičný aj perspektívný materiál na stavebné konštrukcie, ASB Architektúra–Stavebnictvo–Bývanie, Jaga group, s.r.o., Bratislava, 6/2004, str. 50.
  • [7] ŠMAK, M., Dřevěná kaple v Černé – ukázka spojení elegance s jednoduchostí, Stavebnictví, 10/2007, Expo data, s.r.o., str. 56–57.
  • [8] STRAKA, B., ŠMAK, M. Vybrané příklady použití dřeva v nosných konstrukcích, Materiály pro stavbu, 9/2010, s. 22–27.
  • [9] STRAKA, B., ŠMAK, M., NOVOTNÝ, M. PEXOVÁ, J.: Konstrukce bazénové haly v Brně-Kohoutovicích, Stavební ročenka 2010, Jaga Group, Bratislava, s. 68–71.
  • [10] Ústav kovových a dřevěných konstrukcí Fakulty stavební VUT v Brně, STRAKA, B., ŠMAK, M.: Návrh dřevěné nosné konstrukce Vysokohorského ubytovacího zařízení, Brno, březen 2010.
 
English Synopsis
Wood and structures

Wood in all its forms and versatility of its use is closely linked with the existence and development of human society. Interest in building timber structures is increasing nowadays. Structures are designed from both traditional timber and from new wood-based materials and connectors. This trend is positively reflected, among other things, in the growing numbers of students choosing timber and wood-based structures for their high-quality bachelor and diploma theses.
One of the most vital criteria in assessing any building structure is monitoring their real behaviour during a long-term use. The aim of the paper is to review data and conclusions from the monitoring in some types of building structures that the authors designed either themselves or participated in their design and development.

 

Hodnotit:  

Datum: 21.12.2015
Autor: doc. Ing. Bohumil Straka, CSc., VUT Brno, Ústav kovových a dřevěných konstrukcíIng. Milan Šmak, Ph.D., VUT Brno, Ústav kovových a dřevěných konstrukcíRecenzent: doc. Ing. Petr Kuklík, CSc., ČVUT Praha, pracoviště UCEEB



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czPři převodu bytu mají dluhy přejít na kupce, navrhli poslanciStarosti s bezdrátovým rozhlasem? Digitální rozhlas Dexon je levnější a spolehlivějšíŠkolka pro nejmenší, která má děti inspirovat k učení