Atypické dřevěné fasády

Příspěvek popisuje použití lepeného lamelového dřeva ve fasádních systémech moderních staveb. První část se zabývá konstrukcí dřevěné fasády rodinného domu, kdy je použito netradičních technických řešení a lepeného lamelového dřeva ze sibiřského modřínu. Druhá část příspěvku popisuje dřevěnou nosnou konstrukci opláštění u univerzitní auly ve Švédsku.

Dřevěná fasáda domu „U Kamenů“ – Vysoký Újezd (Beroun)

Architekt: ADR s.r.o,
Zpracovatel projektu: AED project, a.s.
Objednatel: RAS-REKONSTRUKCE A STAVBY, s.r.o.
Realizační projekt, dodávka a montáž dřevěné konstrukce: TAROS NOVA s.r.o.
Materiály: lepené lamelové dřevo GL24h – Si, nerezová ocel ČSN 17 240 (WNr. 1.4301).
Doba realizace: 2012

Úvod, alias krátký popis domu „pod“ fasádou

Jedná se o zděný objekt s ŽB suterénem a stropy, obdélníkového půdorysu 15 × 7 m rozšířeného o dva přídavné obdélníkové půdorysy přidružených nižších objektů tvořících garáž a obývací pokoj. Přilehlé části domu mají plochou střechu. Hlavní část je zastřešena sedlovou střechou o sklonu střešní roviny 35°.

Původně navržené řešení

Zadání, které se nám dostalo do rukou, bylo jednoduché, navrhnout optimální a funkční řešení fasády, která je trvale vystavena podmínkám povětrnostních vlivů, vypadající podle představ architekta. V jednoduchosti je krása a za ní často přehlížíme práci, která byla vykonána na detailech řešení atypické konstrukce. Tedy popořádku.

Na začátku byla koncepce řešení pro výběr dodavatele:

Objekt domu s krovem měl být obestavěn architektonickým prvkem, tedy dřevěnou fasádou nazývanou pracovně trochu nadneseně „superkonstrukce“. Šlo o sedlovou střechu s výsledným přesahem u štítů 1030 mm a dvěma bočními pergolami. Požadavkem architekta byla možnost jednotlivé profily sundat v případě nutnosti údržby střechy, okapu, případně fasády domu.

Původní rozměr lamel byl 50 × 200 mm ve vzdálenosti 70 mm od sebe, materiál borovice, s vyfrézovanou hlubokou drážkou obsahující plech po obou stranách pro zavěšení profilu na nosnou trubkovou konstrukci z nerezových trubek 50/5. Rohový spoj u okapu a hřebenu měl být realizován přiloženými bočními plechy prošroubovanými dvěma svorníky.

Nosná trubková konstrukce měla být kotvena v místech ŽB konstrukcí (stropní deska, průvlak, ztužující věnec) přes ocelovou plotnu 200 × 200 × 10 mm chemickými kotvami. A nad krovemi přes ocelovou plotnu 200 × 80 × 10 mm pomocí vrutů.

U terénu měla být provedena obdobná trubková nosná konstrukce, avšak kotvena do betonového základku 300 × 300 mm rovněž přes ocelové plotny a chemické kotvy. Obdobně mělo být kotvení řešeno v místě plochých střech nad 1. NP do ŽB střešní desky.

Jednotlivé prvky nerezové konstrukce k sobě měly být přivařeny na koncích se zarážkou. Zajištění stability celku mělo být uskutečněno vyfrézovanou drážkou a vlastní tíhou profilu, ve vodorovném směru měla být stabilita zajištěna vloženými distančními profily tvaru U.

V oblasti střešních oken měla být provedena výměna. V místě prosklených konstrukcí na obvodové stěně měly být profily ukončeny v úrovni podlahy a stropu a lícovat se zapuštěným rámem okna.

Pro přístup k fasádě nebo střešní konstrukci by bylo potřeba odstranit distanční profil a odšroubovat v místě okapu nebo hřebenu jednotlivé lamely.

Náš pohled a řešení

Dřevěná konstrukce fasády byla realizována z rámů tvořených profilem 100 × 200 mm se světlou mezerou 100 mm, které kopírují po odsazení dům ve vzdálenosti 185 mm. Kvůli cyklickému smršťování a bobtnání vlivem proměnlivé vlhkosti byla navýšena šířka profilu, aby se prvek méně kroutil. Rámy jsou vynášeny přes nerezové zámečnické prvky, které jsou opřeny o střechu a přikotveny pomocí chemických kotev do železobetonových věnců ve svislých stěnách nosné konstrukce, případně betonových kvádrů dodatečně vytvořených ve zdivu. Toto bylo největší úskalí návrhu nosné nerezové konstrukce, jejíž princip jsme navrhovali bez znalosti polohy a umístění ŽB konstrukcí na domě. Při bližším prostudování se ukázalo, že nejvíce zatížené věnce v oblasti pozednic v žádném případě nemůžou být použity jako nosné, protože nejsou provázány díky proskleným štítům. Z tohoto důvodu se hlavní kotevní body posunuly až k věncům mezi 1. NP a 2. NP. Horní část konstrukce je pouze opřena o střechu.

Jak je vidět z detailů navržené konstrukce, rizikové detaily jsou zjednodušeny, aby nevedly k velkému oslabení dřevěného profilu. Frézovaná uzavřená místa na povětrnosti by vedly k hromadění vlhkosti v materiálu, které by ústilo v problémy s plísněmi, hnilobou. Zároveň detaily kotvení konstrukce vruty ve střeše by byly problematické kvůli nutnosti izolovat je, proto jsme se rozhodli pro opření přes pryžovou podložku bez narušení konzistence pláště.

Popis dřevěné konstrukce

Nosnou konstrukci lze rozdělit na: a) hlavní nosnou konstrukci – přímé trubky z nerezové broušené oceli podepírané zámečnickými prvky (se kterými jsou pevně spojeny) opřenými na hřebenu, v úrovni pozednic a přikotvené do ŽB věnců, případně betonových kvádrů ve zdivu, b) vedlejší konstrukci – lepené přímé nosníky (krokve a sloupy) tvořící rámy podepřené a připevněné k přímým trubkám hlavní nosné konstrukce.

Hlavní nosná konstrukce: přímé nosníky v 5 výškových úrovních z trubek TR-76,1/3 – nerez ocel, které jsou součástí kování, staticky působí jako spojité nosníky. Rozděleny jsou na dilatační celky po maximálně 6 m. Ocelové nosníky jsou s přesahem přes štíty podepřeny na poslední konstrukční krokvi střešní konstrukce, která je poslední podpěrou. Mezi krajními podpěrami jsou opřeny po 0,6–2,3 m, dle pozice krokví, na stěny jsou umístěny nejčastěji ve vzdálenostech 2,4 a 2,6 m. Toto vedlo k nepříjemně vyložené konzole, která nás později potrápila.

Na hlavní nosné konstrukci jsou uloženy lepené přímé nosníky 100 × 200, GL24h s mezerou 100 mm. Fasáda je vystavena všem účinkům povětrnostních vlivů, dřevo použité na jednotlivé rámy je ze sibiřského modřínu, lepené pro 3. třídu použití, bezbarvě impregnované. Díky netypickému užití je doporučeno, aby bylo dřevo trvale odvětráváno – jedná se o základní konstrukční ochranu dřeva, je totiž nutné udržovat prostor mezi dřevěnými prvky průchodný (riziko zvýšeného bobtnání dřeva a následně vad při rychlém sesychání povrchových vrstev dřeva – důsledkem je vznik výsušných trhlin a tvarové změny). Kvůli chemickým reakcím nesmí být na dřevěné prvky upevňovány žádné předměty pomocí jiné než nerezové oceli.

Montáž

Kvůli zateplení domu musely být zámečnické prvky rozděleny na část, která byla zabudována před tepelnou izolací, a do nich byla poté vsunuta a zajištěna druhá viditelná část vynášející dřevěné rámy.

Snadná rozebíratelnost konstrukce byla hlavním požadavkem při návrhu konstrukce, společně s jednoduchostí detailů kvůli povětrnosti. Tyto požadavky však zkomplikovaly montáž, hlavně nároky na přesnost vyrobených dřevěných prvků. Opracování zamýšlené CNC strojem, realizované rakouským dodavatelem, nesplňovalo naše požadavky na geometrickou přesnost a tyto nepřesnosti byly poté řešeny hlavně tesaři na stavbě. Při realizaci se ukázal ještě jiný problém, kterým byly horší mechanické vlastnosti (větší rozptyl hodnot modulu pružnosti) nerezové oceli než klasické. Z tohoto důvodu bylo potřeba „dovyztužit“ prohýbající se trubky v přečnívající části další vloženou ocelovou trubkou. Připojení dřevěných rámů na nerezovou konstrukci je realizováno estetickým kolíkovým spojem s vnitřním plechem, a to speciálním kolíkem s dvojicí šroubů zapuštěných do podložek.

Dřevěná nosná konstrukce fasády

U některých významnějších staveb se v poslední době začíná dřevo používat i jako nosný prvek obvodových plášťů, kde nahrazuje doposud tradiční ocel. Tento trend kopíruje postupnou tendenci využívání ekologicky pozitivních materiálů a tendenci výstavby posledních let, která směřuje ke snižování celkové energetické náročnosti budov. Obzvláště v severských zemích tento směr nabývá na intenzitě a dřevo se začíná využívat pro čím dál více účelů. Jednou z nejvýznamnějších staveb, u které je použito lepené lamelové dřevo jako nosný prvek fasádního systému, je novostavba auly švédské univerzity Karolinska Institutet. Nachází se ve městě Solna, které je součástí aglomerace kolem hlavního města Stockholmu. Architektonický návrh byl zpracován významným švédským architektem Gertem Wingardhem. Jednalo se o velmi atypickou konstrukci, která si vyžádala spolupráci odborníků z několika evropských zemí. Společnost TAROS NOVA s.r.o. zpracovávala projekt dřevěné konstrukce a prováděla dodávku a montáž dřevěné konstrukce.

Popis objektu

Základní tvar celé budovy lze popsat jako trojboký hranol se zaoblenými rohy. Jedno nároží se silně vyklání do exteriéru a v nejvíce vykloněném místě je přesah atiky nad terénem téměř 18 m. Mezi svislou a vykloněnou částí dochází k postupnému odklonu sloupů od svislice jak ve směru radiálním, tak tangenciálním vzhledem k rovině pláště. V této části má budova tvar zborcené přímkové plochy. Obvod budovy v místě terénu je 180 m, kvůli vyklonění se v nejvyšším bodě atiky obvod zvětšuje až na 200 m. Výška celé osmipatrové budovy dosahuje 32,5 m. Konstrukce budovy je ocelová s betonovým ztužujícím jádrem. Stropní konstrukce jsou z předepnutých betonových panelů.

Dřevěná konstrukce

Nosná konstrukce fasády je navržena jako samonosný dřevěný rošt, který tvoří prostorovou skořepinu po celém obvodu budovy. Tato skořepina je tvořena lineárními prvky – vertikálními sloupy, vodorovnými paždíky a šikmými diagonálami. V nejvíce otevřených prostorách jsou sloupy uchyceny do vodorovného nosníku. Pro spojení jednotlivých částí sloupů jsou použity svorníkové a kolíkové spoje s vnitřním ocelovým plechem. Upevnění paždíku a diagonál je řešeno pomocí vrutů. V místě výskytu velkých tlakových sil jsou použity ocelové pásky. Kotvení do hlavní konstrukce je provedeno pomocí několika typů rektifikovatelných kotev. V celé konstrukci je použito téměř 400 m³ lepeného lamelového dřeva pevnostních tříd GL24h a GL28c. Celkem je obsaženo 7200 kusů dřevěných prvků, z čehož je téměř 3000 kusů jedinečných. Takové množství atypických kusů podmiňuje použití specializovaného softwaru s propojením na CNC obráběcí centra.

Montáž

Na dřevěnou konstrukci obvodového pláště byly kladeny vysoké požadavky na přesnost montáže, protože tvoří podkladní rastr pro fasádní systém z hliníkových profilů, izolačních trojskel a vakuových panelů. Ty byly předem vyráběny a bylo nutné dodržet odchylky mezi jednotlivými prvky do 5 mm. Muselo se také uvažovat s teplotními změnami během montáže a s objemovými změnami způsobenými změnou vlhkosti v průběhu životnosti konstrukce. Před samotnou montáží se přivařovaly k hlavním ocelovým sloupům části kotev, ke kterým se pomocí propojovacích kusů připevňovaly dřevěné sloupy. Protože požadavky na přesnost obvodového pláště byly vyšší než na přesnost ocelové konstrukce, bylo nutné geodeticky vytýčit body pro přivaření kotev. V zakřivených částech se musely vytýčit body pro každé kotevní místo. Celkem se jednalo o zhruba 1300 bodů, z nichž se podstatná část nacházela na ne zcela přístupných místech. Po vytýčení bodů se započalo s přivařováním částí kotev. Tato fáze probíhala v zimních měsících, což se neobešlo bez předehřívání ocelové konstrukce.

Samotná montáž dřevěné konstrukce začala poslední týden v lednu 2012. Do předem vyvrtaných otvorů a zářezů ve sloupech se osadily protikusy kotev, které se napojily k protikusům přivařených k ocelové konstrukci. Z důvodů snadného přístupu a plynulosti montáže byly v rovných částech použity věžové plošiny o šířce 12 m, což stanovilo délku jednoho montážního úseku. Sloupy byly délkově rozděleny, nejdříve došlo k osazení dolní části úseku, poté se stejným způsobem osadily vyšší části sloupů. Ve sloupech byly vyfrézovány dlaby, do kterých se poté z vnější strany zasouvaly paždíky s čepy na koncích. Tento spoj byl z vnější části zajištěn vruty.

Diagonála, která je umístěna mezi paždík a sloup, má pouze šikmé řezy na obou koncích. Zajištěna byla vruty s dvojitým závitem, který má zápustnou hlavu malého průměru. Využitím předem přesně opracovaných prvků se dosáhlo poměrně rychlého postupu montáže. Konstrukce byla v průběhu celé montáže zaměřována a v případě větších odchylek upravována, což umožnily rektifikovatelné kotvy a mírná úprava některých paždíků a diagonál. Přesné zaměřování bylo nezbytné, aby nedošlo ke sčítání případné chyby. Po přesném zaměření a srovnání byly kotvy zajištěny dotažením šroubů, čímž vznikl tuhý třecí spoj.

Ve vykloněné části byly pro montáž použity kloubové a nůžkové plošiny. V této části se musely některé sloupy předem propojit a zvedat jako jeden kus. Nejdelší části sloupů dosahovaly délky téměř 25 m, po složení 32 m. Komplikovanější v této části budovy bylo i osazování paždíků a diagonál, protože každý kus byl jedinečný. Po ukončení montáže dílčího segmentu byly prvky zevnitř obaleny ochranným materiálem, aby se omezilo poškození od ostatních profesí. Z vnější strany se prvky před povětrností chránily plachtou. Dokončení podstatné části dřevěné konstrukce proběhlo v polovině května 2012, v srpnu byly namontovány poslední části, v místě kde byl dříve umístěn stavební výtah. Na podzim roku 2012 se dokončilo zasklívání budovy a je možno konstatovat, že i v nejvíce zakřivené části se podařilo dodržet přísné tolerance. V současné době probíhají v budově dokončovací práce v interiérech. Slavnostní otevření budovy je naplánováno na červen 2013.

Architekt: Gert Wingardh
Investor: Karolinska Hus, Stockholm, SE
Statická analýza opláštění: STATIKA Projekční kancelář s.r.o., Liberec
Projekt, dodávka a montáž dřevěné konstrukce: TAROS NOVA s.r.o., Rožnov pod Radhoštěm
Projekt, dodávka a montáž zasklení: Fenestra Wieden s.r.o., Liberec
Výrobce lepeného lamelového dřeva: MM Kaufmann Reuthe, AT
Doba realizace: 2011–2013

¹ Ing. Eva Grochalová, Ing. Jan Valíček, Radek Ondruch, TAROS NOVA s.r.o., Chodská 697, 756 61 Rožnov pod Radhoštěm Česká republika, e-mail: projekce@taros-nova.cz
Obr. 02, 03, 04, 05 – projektová dokumentace AED project, a.s.