Hlavné trendy z oblasti rozvoja a navrhovania drevených konštrukcií

1. Úvod

Drevo ako stavebný materiál prechádza v posledných dvoch dekádach dynamickým rozvojom. Od tradičných konštrukcií rodinných domov sa masívne drevené systémy, ako CLT (cross-laminated timber), glulam či hybridné drevo-betónové a drevo-oceľové konštrukcie, posúvajú do segmentu viacpodlažných budov, mostov a urbanisticky významných projektov.

Prehľad tém prezentovaných na svetovej konferencii WCTE 2025 (World Conference on Timber Engineering) jasne ukazuje, že výskum a prax sa dnes sústreďujú na niekoľko kľúčových oblastí: aktualizáciu navrhovacích noriem (Eurokódy), seizmickú a požiarnu odolnosť, hybridné a modulárne systémy, optimalizáciu konštrukcií, digitálne nástroje, ako aj udržateľnosť a cirkulárnu ekonomiku.

Cieľom tohto článku je predstaviť hlavné trendy v rozvoji a navrhovaní drevených konštrukcií na základe tematických okruhov konferencie a identifikovať smerovanie, ktorým sa bude drevostaviteľstvo v najbližších rokoch uberať.

2. Druhá generácia eurokódov

Významnou témou súčasného vývoja v oblasti drevených konštrukcií je príprava druhej generácie Eurokódov, najmä Eurokódu 5 a súvisiacich častí Eurokódu 8 zameraných na seizmické navrhovanie. Revízia týchto noriem reaguje na rýchly rozvoj moderných drevených konštrukcií, nové konštrukčné systémy a výsledky experimentálneho výskumu. Cieľom pripravovaných zmien je zvýšiť prehľadnosť a použiteľnosť normy v praxi, rozšíriť jej rozsah na nové typy konštrukcií a zároveň zlepšiť návrhové pravidlá v rámci Európy [4].

Přečtěte si také Technologie a bezpečnost nejvyšší dřevostavby na světě Přečíst článek

2.1 Druhá generácia Eurokódu 5

Revízia Eurokódu 5 prináša viaceré nové kapitoly a rozšírené návrhové postupy, ktoré reflektujú aktuálne potreby praxe a poznatky výskumu. Medzi hlavné zmeny patria najmä:

• nové pravidlá pre návrh otvorov v nosníkoch, ktoré umožňujú systematické posudzovanie vplyvu otvorov na únosnosť a tuhosť drevených prvkov [1],
• aktualizované ustanovenia pre návrh drevených konštrukcií pri požiari, vychádzajúce z nových poznatkov o správaní masívnych drevených prvkov za požiaru [2],
• rozšírené a aktualizované pravidlá pre drevené mosty, ktoré reflektujú vývoj materiálov a konštrukčných systémov používaných v mostnom staviteľstve [5],
• zníženie počtu národne stanovených parametrov, čím sa zlepšuje harmonizácia návrhových pravidiel medzi jednotlivými európskymi krajinami [4],
• lepšia štruktúra a prehľadnosť normy, ktorá má uľahčiť jej praktickú aplikáciu v projekčnej praxi [4].

2.2 Aktualizácia časti Eurokódu 8 pre drevené konštrukcie

Súbežne s revíziou Eurokódu 5 prebieha aj aktualizácia častí Eurokódu 8, ktoré sa venujú seizmickému navrhovaniu drevených konštrukcií. Nové ustanovenia reagujú na rozšírené využívanie moderných drevených systémov a potrebu presnejšieho modelovania ich správania pri seizmickom zaťažení. Medzi hlavné zmeny patria najmä:

• rozšírenie kapitoly venovanej dreveným konštrukciám v rámci Eurokódu 8, vrátane nových návrhových odporúčaní pre moderné konštrukčné systémy [3],
• zavedenie novej kapitoly o drevených konštrukciách v norme EN 1998-3, ktorá sa zameriava na hodnotenie a zosilňovanie existujúcich konštrukcií [6],
• spresnenie návrhových pravidiel pre seizmické správanie drevených konštrukcií, najmä v oblasti modelovania spojov a globálneho správania konštrukčných systémov [3].

3. Seizmické správanie drevených konštrukcií

Seizmické správanie drevených konštrukcií patrí medzi významné výskumné témy, najmä v súvislosti s rastúcim využívaním masívnych drevených systémov vo viacpodlažných budovách. Výskum sa zameriava najmä na viacpanelové CLT stenové systémy, ktoré tvoria základ nosných systémov viacpodlažných drevostavieb [14]. V tejto súvislosti sa analyzuje správanie panelových spojov, ktoré výrazne ovplyvňuje globálnu tuhosť a duktilitu konštrukcie [15], ako aj správanie vysokokapacitných šmykových stien, pri ktorých môže pri vysokom zaťažení dochádzať ku krehkým mechanizmom porušenia [16]. Súčasťou výskumu je tiež identifikácia mechanizmov porušenia a stanovenie limitných deformácií CLT konštrukcií pri seizmickom zaťažení [17]. Okrem samotných CLT systémov sa pozornosť venuje aj hybridným výškovým konštrukciám, ktoré kombinujú drevo s oceľou alebo železobetónom s cieľom zvýšiť stabilitu a seizmickú odolnosť budov [18], [19].

Obr. 1 Deformácie analyzovaných dvoj-podlažných konštrukcií pred kolapsom [17]

Popri výskume samotných CLT stenových systémov sa čoraz väčšia pozornosť venuje hybridným konštrukčným riešeniam pre viacpodlažné budovy v seizmicky aktívnych oblastiach. Hybridné systémy kombinujúce oceľové rámy s drevenými panelovými prvkami umožňujú využiť duktilitu oceľovej konštrukcie a tuhosť drevených panelov [20]. Súčasne sa skúma aj návrh výškových hybridných budov, v ktorých CLT stropné diafragmy spolupracujú so železobetónovými šmykovými stenami s cieľom zvýšiť globálnu stabilitu a seizmickú odolnosť konštrukcie [19].

Obr. 2 Koncept hybridného konštrukčného systému HyWood4Building (a), rozloženie hlavných síl v systéme HyST-LaR (b) a systéme SoN-Wall (c). Rozdelenie síl v typických budovách s plošným konštrukčným systémom z CLT (d) [20].

4. Požiarna bezpečnosť drevených konštrukcií

Požiarna bezpečnosť patrí medzi základné aspekty návrhu moderných drevených konštrukcií, najmä pri rastúcom využívaní masívneho dreva v viacpodlažných budovách. Správanie drevených prvkov počas požiaru je ovplyvnené procesom zuhoľnatenia povrchovej vrstvy, nárastom teploty v jadre prvku a postupnou degradáciou mechanických vlastností materiálu. Súčasný výskum preto nehodnotí iba hrúbku zuhoľnatenej vrstvy, ale aj zmeny pevnosti a tuhosti dreva v teplotne ovplyvnenom jadre prierezu, ktoré majú významný vplyv na zostatkovú únosnosť konštrukčných prvkov [10].

Přečtěte si také Požární bezpečnost vysokých dřevostaveb v příloze K ČSN 73 0802 Přečíst článek

4.1 Tepelná degradácia a zostatková únosnosť

Výskum požiarneho správania drevených konštrukcií sa v súčasnosti zameriava najmä na presnejšie posudzovanie zostatkovej únosnosti prvkov vystavených požiaru. Navrhované inžinierske metódy vychádzajú z redukcie účinného prierezu spôsobenej zuhoľnatením a zo zohľadnenia teplotne závislej degradácie materiálových vlastností. Takýto prístup umožňuje odhadnúť nosnosť drevených stĺpov a nosníkov počas celého trvania požiaru [7].

Dôležitým aspektom je aj zohľadnenie realistických požiarnych scenárov, ktoré môžu viesť k odlišnej distribúcii teploty v konštrukcii v porovnaní so štandardnými normovými krivkami [8]. Presnejšie hodnotenie požiarneho správania prvkov umožňujú numerické simulácie a nové výpočtové prístupy vrátane metód strojového učenia, ktoré dokážu predpovedať teplotné pole v CLT konštrukciách na základe experimentálnych údajov [9]. Významnú úlohu zohrávajú aj veľkorozmerové experimenty, ktoré umožňujú overovať presnosť merania teploty v hĺbke drevených prvkov počas požiaru [13].

Obr. 3 Veľkorozmerový experiment CLT panelov a vzoriek v požiarnom úseku [13]

4.2 Ochranné a zapuzdrovacie systémy

Popri analýze degradácie materiálu sa výskum zameriava aj na možnosti zvyšovania požiarnej odolnosti drevených konštrukcií. Jedným z prístupov je využitie ochranných alebo zapuzdrovacích systémov, ktoré spomaľujú prenos tepla do dreveného jadra a predlžujú dobu zachovania nosnej funkcie konštrukcie [11].

Významnú úlohu zohrávajú aj hybridné konštrukčné riešenia, najmä spriahnuté drevo–betónové systémy. Experimentálne skúšky spriahnutých CLT–betónových stropných dosiek ukazujú, že vhodná konfigurácia šmykových spojov a optimalizácia konštrukčného riešenia môžu prispieť k zvýšeniu požiarnej odolnosti a stabilnejšiemu správaniu konštrukcie počas požiaru [12].

5. Modulárna výstavba a prefabrikácia

Modulárne a prefabrikované konštrukčné systémy predstavujú významný smer rozvoja súčasného stavebníctva. Prefabrikácia umožňuje skrátenie času výstavby, vyššiu presnosť výroby a lepšiu kontrolu kvality jednotlivých prvkov. Súčasne sa zvyšuje dôraz na demontovateľnosť konštrukcií a možnosť opätovného využitia stavebných komponentov, čo podporuje princípy cirkulárneho stavebníctva [25], [26], [17].

5.1 CLT a interlocking spoje

Výskum prefabrikovaných drevených systémov sa zameriava najmä na vývoj nových typov spojov, ktoré umožňujú rýchlu montáž a jednoduchú demontáž konštrukcie. Perspektívnym riešením sú zámkové (interlocking) spoje v CLT paneloch. Li [26] porovnával konvenčné spoje a nové interlocking spoje v CLT šmykových stenách a ukázal, že tieto systémy môžu dosahovať porovnateľné mechanické vlastnosti ako tradičné spojenia, pričom zároveň zjednodušujú montáž a zvyšujú potenciál opätovného použitia konštrukčných prvkov.

5.2 Dočasné a adaptabilné stavby

Modulárne drevené systémy nachádzajú uplatnenie aj pri dočasných a adaptabilných stavbách. Sigrist [25] poukazuje na možnosti využitia jednoduchých modulárnych konštrukčných riešení pri dočasnom využívaní neobsadených budov alebo mestských lokalít. Takéto riešenia umožňujú flexibilné využívanie existujúcich priestorov a zároveň minimalizujú environmentálne dopady spojené s novou výstavbou.

Přečtěte si také Unikátní český pavilon EXPO 2025 patřil mezi nejnavštěvovanější expozice Přečíst článek

Dôležitým smerom vývoja je aj využívanie prefabrikácie a off-site výroby drevených konštrukčných prvkov. Angeli a kol. [27] poukazujú na význam off-site výroby pri vývoji novej modulárnej drevenej architektúry v Taliansku. Tento prístup umožňuje výrobu veľkej časti konštrukčných prvkov v kontrolovanom výrobnom prostredí, čo zvyšuje presnosť, kvalitu spracovania a zároveň skracuje čas realizácie na stavbe. Prefabrikované modulárne prvky je možné efektívne transportovať a rýchlo montovať priamo na mieste výstavby, pričom systém umožňuje aj flexibilnú adaptáciu budov a potenciálnu demontáž jednotlivých modulov.

Obr. 4 Proces montáže prefabrikovaných CLT panelov a možnosti usporiadania konštrukčných prvkov [27]

6. Udržateľnosť, cirkulárna ekonomika a architektonická kvalita

Moderné prístupy sa zameriavajú nielen na znižovanie environmentálnej stopy budov, ale aj na zvyšovanie ich životnosti, adaptabilitu a efektívne využívanie materiálových zdrojov. V tejto súvislosti sa čoraz väčší dôraz kladie na optimalizáciu konštrukčných systémov, využívanie lokálnych materiálov a integráciu architektonických a konštrukčných riešení už v raných fázach návrhu [28].

6.1 Predĺženie životnosti a adaptabilita

Jedným z významných prístupov k udržateľnému navrhovaniu je zvyšovanie adaptabilnosti budov a optimalizácia ich konštrukčných systémov. Riggio [28] poukazuje na význam optimalizácie nosného rastra masívnych drevených konštrukcií s cieľom zabezpečiť väčšiu dispozičnú flexibilitu a možnosť budúcich zmien funkcie budovy. Takýto prístup umožňuje jednoduchšie prispôsobenie priestoru novým požiadavkám bez potreby rozsiahlych stavebných zásahov, čím sa predlžuje životnosť stavby a znižuje potreba jej demolácie. Adaptabilita konštrukcie sa tak stáva jedným z dôležitých návrhových kritérií, ktoré dopĺňajú tradičné požiadavky na únosnosť, stabilitu a bezpečnosť konštrukcie.

6.2 Materiálová efektívnosť a nové konštrukčné prístupy

Udržateľný návrh drevených stavieb zahŕňa aj efektívne využívanie materiálových zdrojov a využívanie menej hodnotných alebo nedostatočne využívaných druhov dreva. Kodera [29] prezentuje návrh a realizáciu dreveného pavilónu z menej využívaného reziva, pričom projekt zároveň uvažuje o budúcej konverzii a opätovnom využití konštrukčných prvkov. Takýto prístup podporuje princípy cirkulárnej ekonomiky a umožňuje efektívnejšie využívanie dostupných materiálových zdrojov.

Obr. 5 Proces CO-design [30]

Významným trendom je aj integrácia vývoja konštrukčných systémov s digitálnymi návrhovými a výrobnými procesmi. Treml a Riedel [30] poukazujú na význam kooperatívneho návrhového procesu (co-design) pri vývoji viacpodlažného dreveného konštrukčného systému IntCDC, kde úzka spolupráca architektov, inžinierov a výrobcov umožňuje optimalizovať konštrukčné riešenia už v raných fázach projektu.

6.3 Architektonické inovácie a nové materiálové koncepty

Drevo sa čoraz viac uplatňuje nielen ako nosný materiál, ale aj ako významný architektonický prvok podporujúci kvalitu vnútorného prostredia. Zoellig [31] zdôrazňuje význam hybridných konštrukčných riešení, ktoré kombinujú výhody rôznych materiálov a umožňujú realizáciu moderných obytných stavieb s vysokou mierou udržateľnosti. Technológia TS3 napríklad umožňuje efektívne spojovanie drevených panelov, čím vznikajú konštrukčné systémy s vysokou tuhosťou a architektonickou flexibilitou.

Obr. 6 Konštrukčný detail uzla vytvoreného laminovaním striedavo zrezaných lamiel z LVL okolo spoločnej osi hlavného ramena uzla [33]

Zaujímavým smerom vývoja je aj výskum nových typov uzlov pre drevené konštrukcie. Baber a kol. [33] predstavujú koncept uzlov pre konštrukcie z guľatiny, ktoré umožňujú efektívne prenášať zaťaženie a zároveň zachovať architektonickú čistotu konštrukcie. Takéto riešenia otvárajú nové možnosti pri navrhovaní priestorových drevených konštrukcií a umožňujú efektívne využitie prírodného tvaru dreva.

Nové výskumné prístupy sa zároveň zameriavajú na využitie prirodzených vlastností dreva pri formovaní konštrukčných prvkov. Alvarez a kol. [32] prezentujú koncept samovoľne tvarovaných drevených konštrukcií demonštrovaný na projekte Wangen Tower, kde sa využívajú hygroskopické vlastnosti dreva na riadené tvarovanie konštrukčných prvkov. Tento prístup umožňuje vytvárať priestorové konštrukcie s minimálnym množstvom dodatočných mechanických zásahov a zároveň rozširuje možnosti architektonického navrhovania drevených stavieb.

Obr. 7 Wagen tower – CLT konštrukcia [32]

Poďakovanie

Tento príspevok vznikol vďaka podpore projektov VEGA 1/0307/23 a VEGA 1/0365/25. Prvýkrát bol prezentovaný na konferencii Drevostavby 2026 vo Volyni.

Literatúra

RISCHMILLER, Kelly (ed.). 14^th World Conference on Timber Engineering 2025 (WCTE 2025): Advancing Timber for the Future Built Environment. Brisbane, Australia, 22–26 June 2025. World Conference on Timber Engineering 2025, 2025. 5799 s. ISBN 9798331320904. https://doi.org/10.52202/080513:

1. Dietsch P.: Design of Holes in Beams – A New Section for Eurocode 5.
2. Frangi A.: The Second Generation of Eurocode 5 – Fire Design.
3. Fragiacomo M., Sciomenta M.: The Timber Chapter of the New Eurocode 8 – Part 1-2: New Features and Future Improvements.
4. Schenk M.: Eurocode 5: From Mandate to Second Generation – Review, Insight and Outlook.
5. Simon A.: The 2^nd Generation of the Eurocode for Timber Bridges.
6. Giongo I.: The New Chapter on Timber Structures in the Second Generation of EN 1998-3.
7. Barber D.: Simplified Engineering Method to Establish Structural Adequacy of Mass Timber Columns for Full Fire Duration.
8. Douglas C.: Structural Design of Timber Columns in Realistic Fires.
9. Abougharib A.: Solid Temperature Prediction for CLT Walls in Fire Using Supervised Machine Learning.
10. Han L.: Temperature Dependent Bending Mechanical Properties of Densified Wood.
11. Salem S.: New Encapsulation Technique for Strengthening and Enhanced Fire Resistance of Mass Timber Structural Elements.
12. Salem S.: Fire Endurance Tests on Optimized CLT-Concrete Composite Floor Slabs with Individual Notch Shear Connections.
13. Pope I.: Comparing In-Depth Temperature Measurement Techniques in Large-Scale Timber Fire Experiments.
14. Doudak G.: Investigating the Mechanical Behaviour of Multi-Panel Balloon-Type CLT Shearwalls Through Full-Scale Tests.
15. Bérubé A.: Development of Overstrength Factors for Multi-Panel CLT Shearwalls Based on Panel-to-Panel Connections.
16. Qiang R.: Investigation of Undesirable Brittle Failure Observed in High-Capacity Shear Walls.
17. Miyake T.: A Study on the Collapse Limit of CLT Panel Construction Based on Static Lateral Loading Tests.
18. Quenneville P.: Comparison of a Seismic Design of a 10-Story All Timber Building and of a 10-Storey Hybrid Steel-Frame CLT Floors Building Using Resilient Technology.
19. Montaño Castañeda J. A.: Case Study: Seismic and Gravitational Design of 15-Story Office and Residential Building Archetypes with a Semi-Rigid CLT Diaphragm and Reinforced Concrete Shear Walls in Chile.
20. Setti A., Zammattio G., Benatti M., Cardillo E., Gaspari A., Giongo I., Pozza L., Casagrande D.: A Novel Hybrid Wooden Structural System for Multi-Storey Buildings in Seismic Prone Areas.
21. Kawano K.: Derivation of Shear Modulus of the RPF Adhesive Layer in Block Shear Tests Using Digital Image Correlation.
22. Idoghor S. M.: Understanding the Effect of Lamination Thickness Variations on Bond Integrity in Cross-Laminated Timber (CLT).
23. Engelen T.: Enhancing the Racking Resistance of Timber Shear Walls with Structural Glass: An Experimental and Computational Study.
24. Vafadar F.: Influence of Knots on Strain Distributions in Glued Laminated Timber Beams.
25. Sigrist C.: Sustainable and Temporary Use of Vacant Buildings and Sites Through Simple and Modular Structural Measures.
26. Li Z.: Comparative Study of Conventional Connections and Novel Interlocking Connections in CLT Shear Walls.
27. Angeli A., Bono J., Callegari G., Francescotti A., Lo Turco M., Menapace S., Lapo Procel J. C., Rossi A., Rossi B., Simeone P., Tomalini A.: Off-Site Manufacturing for a New Modular Wooden Architecture Made in Italy.
28. Riggio M.: Optimizing Mass Timber Structural Grid for Functional Adaptability.
29. Kodera A.: Design and Fabrication of a Wooden Pavilion Using Underutilized Lumber and Proposal for Conversion.
30. Treml S., Riedel L.: Concept to Construction: Co-Design and Integrative Development Processes for the IntCDC Multi-Story Timber Building System.
31. Zoellig S.: Think in Concrete but Build in Wood – Modern Living with Sustainability and TS3 Technology.
32. Alvarez M.: Innovative Self-shaping Timber Constructio – The Wangen Tower.
33. Baber K., Chen C., Gattas J. M.: Laminated Nodes for a Round Timber Structure.