Vícepodlažní dřevostavby

1 Úvod

Dřevostavba je charakteristická tím, že její konstrukce je převážně ze dřeva a materiálů na bázi dřeva. Budovy tohoto provedení se nejvíce uplatňují v nízkopodlažní zástavbě obvykle do čtyř nadzemních podlaží. Konstrukční systémy budov ze dřeva je možné rozdělit na srubové, skeletové a masivní deskové. Dřevěné konstrukce obytných budov se do první poloviny 19. stol. prováděly ve dvou základních variantách - s roubenými a s hrázděnými stěnami. Obě tyto varianty se vyznačovaly náročnými tesařaskými spoji. Od první poloviny 19. stol. se začalo ve větší míře používat deskové řezivo a ke spojování prvků strojově vyráběné hřebíky. Tyto technologie umožnily, že se vedle srubových systémů a těžkých skeletů v podobě hrázděných konstrukcí začal využívat lehký skelet prováděný z prken a fošen. Tento systém se postupně vyvinul z hlediska technologie provádění do tří forem - staveništní, panelové a buňkové.

2 Těžké skelety

Těžký skelet je prostorový nosný konstrukční systém vytvořený ze svislých a vodorovných nosných prvků z hraněného řeziva, lepeného lamelového dřeva, vrstveného dřeva, Parallamu či Intrallamu. Kompletuje se nenosnými obvodovými plášti a dělicími konstrukcemi příček.

Pro těžké dřevěné skelety jsou typické především tyto modulové rozměry 1,20 x1,20 m; 1,25 x1,25 m; 3,60 x 3,60 m a 4,80 x 4,80 m.

Novodobé konstrukce těžkých dřevěných skeletů mohou mít několik variant, které se liší provedením styků vodorovných a svislých prvků:

skelet s jednodílnými průvlaky a sloupy; skelet s dvojdílnými průvlaky a jednodílnými sloupy; skelet s jednodílnými průvlaky a dvojdílnými sloupy.

Těžké skeletové konstrukční systémy se vyznačuji velkou půdorysnou dispoziční volností. Jejich určitou nevýhodou je to, že se většinou zhotovuji z lepených lamelových prvků a náročnější (oproti klasickým tesařským konstrukcím) je i provedeni konstrukčních detailů.

3 Lehké skelety

Lehké skeletové systémy tvoří převážně fošny, prkna a deskové materiály na bázi dřeva a sádry. Sloupky tohoto systému jsou poměrně hustě vedle sebe, na vzdálenost 400 nebo 600 mm.

Rozlišujeme tři základní typy lehkých skeletů:

Balloon frame; modifikovaný Balloon frame; Plattform frame.

Plattform frame má podlaží z dílů posazených vzájemně na sebe a je dnes nejpoužívanějším typem lehkého skeletu při stavbě jednopodlažních a vícepodlažních budov.

4 Masivní deskové systémy

V rámci uplatňování koncepce tzv. trvale udržitelné výstavby, která klade důraz na větší využití materiálů z obnovitelných surovinových zdrojů, roste zájem více používat dřevo na vícepodlažní budovy. V souvislosti s tímto trendem se v posledních letech začaly objevovat i masivní deskové systémy na bázi dřeva.

Masivní deskové systémy se vyznačují různými způsoby provedení prvků stěn a stropů:

• ručně sbíjené prvky, nebo průmyslově vyráběné lepené prvky;
• prvky s různým počtem vrstev stejně či křížem orientovaných;
• prvky s dutinami či bez dutin.

Na obr. 1 jsou znázorněny konstrukční systémy stěn a stropů budov s masivními deskovými systémy a konstrukční systémy uvedené v předcházejícím textu.

4.1 Rozdíl mezi masivními a lehkými stavbami ze dřeva

Tento příspěvek je věnován především tzv. "masivním dřevěným stavbám" (angl. MTC - Massive Timber Construction, něm. Holz-Massivbauweise). Vysvětlen je v něm rozdíl těchto staveb oproti lehkým stavbám (angl. LWC - Light Weight Construction, něm. Holz- Leichtbauweise), i rozdíly s porovnatelnými systémy ze zdiva a z betonu. Dále jsou především vysvětleny vlastnosti poměrně nového stavebního systému s použitím masivních deskových prvků, který je vhodný pro stavbu vícepodlažních budov.

Nejdůležitejším rozdílem medzi MTC a LWC systémy je skutečnost, že u MTC systému je jasné rozdělení nosné a izolační funkce jednotlivých vrstev. Pro MTC a LWC systémy se používají také jiné skupiny materiálů. Zatím co u LWC se využívají prutové prvky s opláštěním, u MTC jsou to velkoplošné prvky.

Další výhodou MTC systému je skutečnost, že nepotřebuje žádné parozábrany a v porovnaní s LWC systémy vykazuje lepší tepelnou kapacitu. Pro oba systémy existují různé způsoby provedení fasády.

U systému MTC sa používají masivní, velké, nosné prvky (např. z CLT), čímž sa dá při dodržení pravidel spojování dosáhnot vysoké tuhosti konstrukce. To je důležité pro využití tohoto systému v budovách s velkým dynamickým zatížením. Možnou aplikací MTC systému jsou i sbíjené desky.

4.2 CLT - křížem vrstvené dřevo

Základním materiálem pro jeho výrobu jsou (neopracovaná) prkna a fošny z okrajových částí kmene stromu. Tento materiál má za normálních okolností nízkou cenu, ale zároveň dobré mechanické vlastnosti (pevnost a tuhost).

Šířka jednotlivých prken a fošen se pohybuje od 80 do 240 mm, tloušťka od 10 do 45 mm (závisí od výrobců - někdy až do 100 mm). Poměr šířky a tloušťky by měl být b:d = 4:1. V současnosti se používá jehličnaté dřevo (smrk, borovice, jedle), v budoucnosti se uvažuje i s použitím listnatých dřevin (akát, buk).

Charakteristickými vlastnostmi jednotlivých prken a fošen je pevnost v tahu, modul pružnosti a hustota.

Obr. 1 Přehled konstrukčních systémů vícepodlažních budov

Na vnější vrstvy CLT sa používají prkna a fošny předepsané třídy pevnosti. Prkna a fošny musí být spojeny zubovitými spoji. Doporučuje se, aby i prkna a fošny v dalších vrstvách byly spojeny zubovitými spoji.

Na lepení zubovitých spojů a vzájemné lepení vrstev se musí používat jen předepsaná lepidla. Běžně se používají fenolická a melamínová lepidla. Podle třídy použití vyráběného prvku se určuje potřebná vlhkost prken a fošen.

V dalším kroku se lamely hoblují ze všech čtyřech stran. Boční strany lamel se upravují kónicky či na pero a drážku.

Zubovité spoje musí být provedené podle ČSN EN 385. Ve spoji musí být dosažena minimálně stejná pevnost, jako má spojovaný materiál. Podle ČSN EN 1194 je nutné, aby charakteristická pevnost spoje v tahu byla dokonce vyšší o 5 N/mm², než je pevnost příslušné lamely.

Výsledky zkoušek ukazují, že pro prvky z CLT se dá dosáhnout minimálně třída pevnosti GL24h. Při návrhu prvků z CLT se dá využít "systémový efekt".

Dalším krokem ve výrobě je boční spojování jednotlivých lamel, čímž vzniká jedna vrstva. Na to, aby sa dosáhly lepší mechanické a stavebně-fyzikální vlastnosti a zároveň příznivější estetický vzhled, jsou lamely po stranách vzájemně lepené. Zubovité spoje v jednotlivých lamelách by měly být v rámci sousedních lamel odsazené. Podle ČSN EN 386 (platí pro výrobu lepeného lamelového dřeva) má být vzájemný posun (odsazení) sousedních zubovitých spojů minimálně jedna třetina šířky lamely. Doporučuje se však odsazení minimálně na šířku lamely.

Typická stavba jednotlivých vrstev v CLT je ortogonální. Vrstvy však mohou být ukládány též pod jiným úhlem (např. 45°). Kvazituhé spojení jednotlivých vrstev se dosáhne celoplošným slepením vrstev. Je důležité, aby lepidlo bylo nanesené na celou plochu rovnoměrně. Při lisovaní prvku je potřebné dodržet příslušné předpisy pro tento proces.

Velikost a tvar prvků z CLT jsou dané omezeními výroby, přepravy a montáže. V současnosti jsou běžné následující rozměry pro rovinné a mírně zakřivené prvky: délka 16,5 m, šířka 3,0 m a tloušťka do 0,5 m. Větší délky (do 30 m) se dají dosáhnout spojováním zubovitými spoji. Pro zakřivené prvky musí být dodrženy zásady tloušťky vrstev a poloměru zakřivení, viz např. ČSN EN 386.

Obr. 2 Prvky z CLT

Při výrobě prvků z CLT se na dosažení požadovaných pevnostních a požárních vlastností používá různé uspořádání podélných a příčných vrstev.

Tří (pěti) - vrstvé prvky mají tloušťku přibližně 100 mm (170 mm). Při stavbě mostů se používají tlustější elementy.

V současnosti nejsou (mimo DIN 1052 z roku 2004) v evropských normách uvedené postupy pro navrhování prvků z CLT. Jednotliví výrobci používají pro výrobu, navrhovaní a použití CLT národní technické předpisy.

CLT se prodává s neopracovaným povrchem vnějších vrstev, opracovaný povrch (pohledová úprava) se dělá na objednávku. V tomto případě je potřeba opracovat obě vnější plochy, aby průřez zůstal symetrický. Vnější povrchové vrstvy se potom spojují např. na pero a drážku, nebo se používají laminátové desky, LVL a nebo OSB.

Některé používané typy vnějších vrstev jsou nenosné a jsou použité kvůli estetickým požadavkům, stavebně-fyzikálním požadavkům (zvuková neprůzvučnost) a kvůli zlepšení požární odolnosti. Tyto vrstvy jsou k CLT připojeny vruty, hřebíky či přilepeny.

4.3 Použití CLT

Použití je vhodné nejen na velké vnější a vnitřní stěny, stropy a střechy, ale jsou možné i kombinace s prutovými prvky - průvlaky a sloupy.

Stěny s otvory (okna a dveře), stropy s otvory (schodiště, komíny) a střechy s otvory (světlíky) se dají realizovat zpravidla bez dalších dodatečných zesilnění. V případě balkónů se deska z CLT vykonzoluje, nebo se z vnějšku obvodové stěny bodově podepře.

Tloušťka 5vrstvého stropního prvku ve vícepodlažním objektu (do třech podlaží) je přibližně 95 mm. Minimální tloušťka stěnového prvku je závislá na délce a typu použitého výrobku. Obecně se nedoporučuje menší tloušťka než 75 mm.

V závislosti na uspořádání stropu, váze podlahových vrstev a užitném zatížení se dají hospodárně realizovat stropy s rozpětím 4,0 až 5,0 m pomocí 5vrstvých prvků tloušťky 125 mm až 160 mm. Pro větší rozpětí stropu a vyšší stěnové prvky se mohou použít trámové nebo komůrkové stropní konstrukce se stěnami z nosníků z lepeného lamelového dřeva.

Masivní stěny, stropy a střešní prvky se dají vyrábět s předpřipravenými spoji velmi přesně. Dá sa tak uspořit čas a náklady spojené s korigovaním nepřesností výroby na stavbě. Izolace, obklady a fasádní prvky sa dají připojit jednoduše a rychle.

Je též možná kombinace s jinými stavebními systémy (např. zděnými konstrukcemi). CLT již bylo využito na celou řadu zajímavých staveb. Patří k nim především 9podlažní budova Murray Grove v Londýně, viz obr. 3.

U nás též již CLT bylo úspěšně použito v několika případech. Jedním z nich jsou apartmány Šumavský dvůr na Špičáku, viz obr. 4. Zajímavé je též použití CLT pro nástavbu na bytový dům v Praze-Podolí, viz obr. 3.

Obr. 3 Bytový dům a nástavba na bytový dům

Obr. 4 Horský apartmánový dům

Poděkování

Tento příspěvek byl vytvořen za podpory výzkumných záměrů MSM 6840770005 "Udržitelná výstavba" a MSM 6840770001 "Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních konstrukcí".

Odkazy

[1] ČSN EN 385: Konstrukční dřevo nastavované zubovitým spojem - Požadavky na užitné vlastnosti a minimální výrobní požadavky
[2] ČSN EN 386: Lepené lamelové dřevo - Požadavky na užitné vlastnosti a minimální výrobní požadavky
[3] ČSN EN 1194: Dřevěné konstrukce - Lepené lamelové dřevo - Třídy pevnosti a stanovení charakteristických hodnot