Využitie drevených konštrukcií v nadstavbách a prístavbách v ramci rekonštrukcií budov
Uvedené príklady prezentujú akým spôsobom je možné esteticky a výhodne uplatniť drevené konštrukcie v prípade školskej budovy pre výukové účely, v prípade obnovy historickej budovy pre galerijno-výstavné účely a v prípade cirkevnej budovy na autentické dotvarovanie kostola.
1 Úvod
Jednou z oblastí stavebníctva kde sa výhodne uplatňujú drevené konštrukcie sú nadstavby a prístavby. Nízka hmotnosť konštrukcie a rýchla montáž sú hlavnými devízami drevených nadstavieb a prístavieb, ktoré výhodne ovplyvňujú ich výsledné ekonomické ukazovatele. Často, vzhľadom na malé statické rezervy jestvujúcich budov, vytvorenie nadstavby je možné len s uplatnením ľahkej drevenej sústavy. Uvedené dôvody viedli aj architektov k návrhu v článku uvedených objektov s drevenou nosnou konštrukciou. Jedná sa o nadstavbu hlavnej budovy Fakulty umení Technickej univerzity v Košiciach [1], autor doc. Ing. arch. Juraj Koban, PhD., o atypickú rámovú konštrukciu strechy hradu v obci Füzér v Maďarsku [2], autor Rudolf Mihály, architekt, DLA., a o konštrukciu veže ako prístavby k jestvujúcej budove pastoračného centra v Rozhanovciach [3], autori akad. arch. Štefan Pacák, Ing. arch. Markéta Meďašová.
2 Nadstavba budovy FU TUKE
Nadstavba budovy Fakulty umení Technickej univerzity v Košiciach tvorí 4. nadzemné podlažie budovy (Obr. 1). Nosná konštrukcia nadstavby bola navrhnutá ako stĺpiková sústava, ktorá je symetrická podľa priečnej osi a je tvorená západnou a východnou časťou. Nadstavba bola realizovaná po odstránení všetkých vrstiev strešného plášťa plochej strechy vrátene spádovej vrstvy zo struskobetónu.
Obr. 1 a) Pohľad na realizovanú nadstavbu, b) digitálny model drevenej konštrukcie nadstavbyZákladné konštrukčné prvky drevenej konštrukcie tvoria prahy, zvislé rámy a stužujúce steny, vence, vodorovné a šikmé priečle. Komunikačný uzol nadstavby pre splnenie protipožiarnych kritérií je rámová oceľová konštrukcia, ktorá zároveň stuží drevenú konštrukciu v jadre.
Drevená časť nadstavby je kotvená lepenými kotvami do železobetónových vencov cez drevené prahy zloženého prierezu 3×160×50 mm. Kotvenie zabezpečuje prenos všetkých silových zložiek z nadstavby do nosnej konštrukcie pod ňou. Prahy boli v prvej fáze realizované z prvých dvoch vrstiev, kým tretia vrstva prahu bola uložená v nasledujúcej fáze ako súčasť zvislých prefabrikovaných drevených stenových rámov.
Obr. 2 Priečny rez drevenou konštrukciou nadstavby
Drevené rámy pozostávajú z tretej vrstvy prahu (160×50 mm), prvej vrstvy venca (160×50 mm), stĺpikov (80×160 mm) s rozstupom 1 m a vložiek (80×160 mm) v potrebných výškach vzhľadom na druh opláštenia (Lexan/OSB doska/okná/kombinácia) v danom poli medzi stĺpikmi. Drevené rámy boli montážne spájané pomocou vrutov ∅6 mm. Na drevených rámoch sú uložené ďalšie dve vrstvy venca. Celkový rozmer venca je 3×160×50 mm, totožne ako prah. Na vencoch sú uložené vodorovné priečle (80×240 mm) vždy nad stĺpikom, t.j. s rozstupom 1 m. Na čelných stranách nadstavby sú vodorovné priečle prekryté pozdĺžnikmi (80×240 mm) po celej dĺžke a zabezpečujú ich stabilitu. Vodorovné priečle pôsobia ako dvojpoľový nosník s dĺžkou polí 6,84 m a 3,445 m. Stabilitu priečlí v poli zabezpečujú vložené priečniky (60×240 mm). Na priečľach sú klincovaním pripojené OSB dosky tvoriace vodorovnú rovinu a zároveň nosnú plochu pre uloženie tepelnej izolácie. Nad vodorovnými priečľami sú uložené šikmé priečle (60×220 mm), ktorých spád je vytvorený pomocou drevených prvkov (podložiek) potrebnej výšky podľa pôdorysnej polohy. Šikmé priečniky pôsobia staticky ako dvojpoľový nosník s konzolovitým vyložením a s vloženým kĺbom. Rozmery polí sú totožné s rozmermi polí vodorovných nosníkov a vyloženie konzoly je 1,6 m. Šikmé priečle sú stabilizované pozdĺžnikom (60×245 mm) na strane konzoly po celej dĺžke a vloženými priečnikmi (60×220 mm) v poli a na strane bez konzoly. Na priečľach sú klincovaním pripevnené OSB dosky tvoriace šikmú rovinu strešného plášťa. Krajné polia stredného radu stĺpikov s rozpätím 7,1 m sú preklenuté lepeným nosníkom (150×400 mm) proste uloženým na zdvojených stĺpikoch a na jeho koncoch zosvorníkovaným s priľahlými drevenými prvkami.
Obr. 3 Detail spojenia konštrukcie strechy s konštrukciou stenou
Obr. 4 a) Proces výstavby, b) Pohľad do interiéruStuženie nadstavby je v pozdĺžnom a priečnom smere tvorené stužujúcimi stenami a v jadre oceľovou rámovou konštrukciou. V pozdĺžnom smere sú umiestnenú dve stužujúce steny a v priečnom smere tri stužujúce steny na oboch stranách nadstavby symetricky. Vnútorné stužujúce steny sú zakryté OSB doskami, ktoré zároveň zvyšujú ich tuhosť. Vonkajšie stužujúce steny sú odkryté. Konštrukcia stužujúcich stien je tvorená typickým rámom s predpätou (pre aktiváciu) oceľovou tyčou priemeru 10 mm do kríža s rektifikačnými článkami. Konce tyčí sú privarené k oceľovým uholníkom kotveným svorníkmi v rohoch stužujúcich stien. Stuženie nadstavby vo vodorovnej rovine je tvorené OSB doskami a priklincovanými oceľovými páskami do kríža v pozdĺžnom smere nadstavby.
Pre spájanie jednotlivých drevených prvkov boli použité oceľové spájacie prostriedky, svorníky, vruty a konvexné klince. Svorníky boli z estetických dôvodov zapustené a zakryté.
3 Konštrukcia strechy hradu Füzér
V rámci projektu rekonštrukcie hradu v obci Füzér bolo riešené zastrešenie časti objektu s voľnou dispozíciou bez medziľahlých podpier. Nosná konštrukcia zastrešenia bola navrhnutá v súvislosti s požiadavkou voľnej dispozície z trojkĺbových rámov z lepeného lamelového dreva pevnostnej triedy GL24h.
Rámy s rozpätím od 11,5 do 15 m boli navrhnuté z prierezov 150×550 mm, rámy s rozpätím od 7,3 m do 10,7 m s prierezom 150×500 mm. Vzájomná osová vzdialenosť rámov sa kvôli rôznorodému pôdorysu mení okolo hodnoty 4 m. Na prenos vodorovných síl v kotvení bola navrhnutá betonárska výstuž 3∅R10 do železobetónovej stropnej dosky do každej priečnej väzby (Obr. 6a). Spoje prvkov boli navrhnuté svorníkové.
Obr. 5 Proces výstavby strechyVrcholové a medziľahlé väznice boli navrhnuté z rasteného dreva C24 s prierezom 200×200 mm. Priestorové stuženie zabezpečujú oceľové tiahla DETAN s priemerom 16 mm v piatich poliach.
Obr. 6 a) Pôdorys priečnych rámov, b) digitálny model drevených rámov4 Prístavba veže kostola
Pastoračné centrum Gréckokatolíckej cirkvi v Rozhanovciach sa nachádza v rekonštruovanom historickom objekte bývalého gazdovského domu. Snahou cirkevnej obce bolo opatriť budovu vežou. Najvhodnejším spôsobom sa javilo navrhnúť prístavbu veže, ktorá je súčasťou novej konštrukcie obklopujúcej jestvujúcu budovu z južnej a západnej strany na spôsob historických drevených gréckokatolíckych chrámov (Obr. 7).
Obr. 7 Pohľady – severný, južný, východný
Obr.8 a) Digitálny model drevenej konštrukcie veže, b) statický modelNosná konštrukcia veže je navrhnutá ako drevená priestorová štruktúra so stenami s mriežkovou konštrukciou. Pôdorysný tvar veže je obdĺžnikový s osovým rozmerom stien 8230×3180 mm. V nárožiach sú umiestnené nosné stĺpy z lamelového dreva s rozmermi prierezu 320×320 mm. Mriežková štruktúra stien je vytvorená z drevených diagonál v dvoch rovinách medzi ktorými sa nachádza sústava zvislých a horizontálnych oceľových prútov. Drevené diagonály sú navrhnuté s prierezom 100×100 mm, kým oceľové zvislice a horizontály sú vytvorené z dvojice kruhových tyčí s priemermi 10 mm. Drevené diagonály sú spojené s oceľovými prvkami v uzloch v ktorých sa stretávajú pomocou svorníkov resp. závitových tyčí o priemere 16 mm a dvojice tvarovaných podložiek. Prípoj diagonál ku stĺpom resp. rámom portálov je navrhnutý pomocou kovových styčníkových plechov hr. 8,0 mm. Zvislice a horizontály pôsobia ako mierne predpäté ťahadlá. Ich predpätie je vytvorené prostredníctvom napínacej matice na oboch koncoch prúta. Konce ťahadiel sú prevlečené cez predvŕtaných otvorov v driekoch stĺpov. Na vrchu veže sa nachádza horná „cibulovitá“ časť veže s krížom. Tá je kotvená do dreveného roštu na úrovni 11,440 m a stabilizovaná na úrovni strechy veže sústavou nosníkov. Kotvenie je zabezpečené pomocou zváraných kovových uholníkov a svorníkov M16-8.8. Prístup do podkrovia kostola je z plošiny na úrovni 4,051 m. Tá je navrhnutá z drevených nosníkov na ktorých sú umiestnené drevené dlážkovice. Strecha veže je tvorená sústavou strešných nosníkov dĺžky 2688 mm o vzájomnej osovej vzdialenosti 600 mm a na ktorej je uložený drevený záklop z dosák hr. 24 mm. Dosky je potrebné pripájať k nosníkom pomocou min. dvoch vrutov 6/80 mm na oboch koncoch.
Kotvenie hlavných drevených stĺpov veže je zabezpečené prostredníctvom oceľových zváraných pätiek. Stĺp je k pätke pripojený pomocou svorníkov 8×M20-8.8. Samotná pätka je kotvená do železobetónového základového pásu pomocou lepených kotiev 4×M24-8.8 do hĺbky 250 mm. Pätný plech o rozmere 400×400 mm má hrúbku 20 mm.
Nosná konštrukcia veže je založená na dvoch betónovom základových pásoch šírky 1,0 m o výške 1,0 m z ktorých každý leží na dvoch vŕtaných železobetónových pilótach s priemerom 400 mm a dĺžky 6 m. Pred začatím prác je potrebné uskutočniť geologický prieskum v mieste základov a v prípade potreby upraviť parametre pilót.
5 Záver
Uvedené príklady prezentujú akým spôsobom je možné esteticky a výhodne uplatniť drevené konštrukcie v prípade školskej budovy pre výukové účely, v prípade obnovy historickej budovy pre galerijno-výstavné účely a v prípade cirkevnej budovy na autentické dotvarovanie kostola. Pre úplnosť informácií o autorskom kolektíve uvádzame že nosné konštrukcie prezentovaných objektov navrhol a vypracoval kolektív autorov tohto článku. Na projekte pastoračného centra spolupracoval Ing. Maroš Motýl.
Poďakovanie
Tento príspevok vznikol vďaka podpore v rámci operačného programu Výskum a vývoj, pre projekt: Univerzitný vedecký park TECHNICOM pre inovačné aplikácie s podporou znalostných technológií, kód ITMS: 26220220182, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.
Literatúra
- Nadstavba a dostavba areálu fakulty umení TU Košice, Watsonova 4, Realizačný projekt, Nosné konštrukcie, Fakulta umení TUKE, júl, 2015.
- Obnova hradu Füzér, Realizačný projekt, Konštrukcia strechy a stropov, Kanócz CONSULTING, 2013.
- Úprava strechy a prístavba k pastoračnému centru v Rozhanovciach, Realizačný projekt, Ing. Maroš Motýl, 2015.
In the field of civil engineering, timber is preferable as a material for bearing structures of extensions of existing buildings. Low weight of construction and fast assembly are the main advantages of timber structures. The paper presents examples of aesthetically applications of timber structures in case of the school building extension, the renewal of historical building for gallery-exhibition purposes and in case of extension of church.
