Masivní dřevostavby a požadavky na ně kladené
Masivní dřevostavby jsou v současné době znovuobjeveným trendem, který se snaží přiblížit více přírodě, než umožňují jiné stavby, ale zároveň si udržet moderní a funkční design. Vzhledem k možnostem, které dřevo jako konstrukční materiál nabízí, je v současné době k dispozici velké množství konstrukčních masivních systémů, které se liší buď v detailech, nebo se zcela vymykají standardu. Tento článek by měl posloužit jako přehled používaných systémů a nastínit možnosti využití masivního dřeva jako konstrukčního materiálu.
Sruby byly jedním z prvních příbytků, které začal člověk v historii užívat, ale zůstaly jedinou dřevěnou konstrukcí až do doby rozvoje obráběcí techniky. Začaly tak vznikat zcela nové systémy, které umožňovaly využití masivního dřeva.
Pohled do historie masivních dřevostaveb
Prvními předchůdci dřevostaveb na území střední Evropy byly dočasné příbytky, které si za doby kočovných kmenů stavěli lovci a rybáři. To se nacházíme v době přibližně 4 000 let před naším letopočtem. Postupná domestikace zvířat, rozvoj chovu a přechod na usedlý způsob života dal vzniku dřevěným stavbám s delší životností, která se pohybovala mezi 20–30 lety, což v té době představovalo stavby určené pro více generací. Tímto postupem docházelo k rozvoji konstrukčních spojů a konstrukčních ochran dřeva.
Srubové stavby mají své počátky ve Skandinávii a východní Evropě. Nejstarší nálezy jsou ze severní Evropy doby bronzové (cca 3500 př.n.l.). V časech, kdy Evropané začali osidlovat Ameriku, měli již dlouho tradici ve stavění srubových domů a vyvinuté základní systémy a proto první osadníci stavěli tyto typy staveb.
Stavby roubených domů v ČR zažila svůj rozvoj především v 17. století. Vše se provádělo ručně, tedy stavba byla časově náročná a představovala velkou investici. Vyvinuly se různé typy spojů (roh s vertikálním sloupem, spoj na rybinu).
Překvapivě se však systém jejich konstrukce téměř nerozvíjel, používala se velmi dlouhou dobu typická srubová konstrukce bez větších změn. Inovace nastala až opracováváním kuláčů do tvaru obdélníkových trámů z důvodu zamezení vzniku spár v konstrukci způsobených tvarovou neurčitostí dřeva. Tím vznikaly roubenky známé ze skanzenů.
Větší rozvoj typů masivních konstrukcí nastal až ve druhé polovině 20. století, kdy nastala doba kombinací moderního života s přírodou, a lidé hledali nové způsoby bydlení.
Proto bývají masivní dřevostavby obvykle děleny na tradiční (srubové a roubené stavby) a novodobé.
Syndrom nemocných budov
V souvislosti s masivními dřevostavbami je vhodné zmínit i jev známý jako SBS (sick building syndrome). Počátky SBS sahají do osmdesátých let dvacátého století, kdy se začal v odborných medicínských publikacích diskutovat problém, kterému nebyla do té doby věnována přílišná pozornost. Lidé, kteří trpěli po přestěhování do nového bydliště nespavostí, poruchami koncentrace, bolestmi hlavy, někdy i dýchacími obtížemi, pálením očí, kašlem či horečkami, ačkoli jejich dům nevykazoval zvýšenou přítomnost alergenů nebo škodlivých látek, byli obvykle pouze léčeni na symptomy a příčina zůstávala neznámá.
Vedle řady jiných příčin, bylo zřejmé, že syndrom se projevuje častěji u obyvatel staveb, které svoji konstrukcí téměř hermeticky izolovaly vnitřní prostor od vnějšího. Snahou minimalizovat únik vzduchu a vzdušné vlhkosti (což je součástí návrhů energeticky efektivních budov) bylo zamezeno přirozené ventilaci, neboli „dýchání“ domu. Dalším společným jmenovatelem bylo použití některých materiálů, které se v jistých kombinacích více či méně podílely na vzniklých nežádoucích reakcích lidského organismu. Obvykle se jednalo o tepelně izolační materiály.
V roce 1984 oznámila světová zdravotnická organizace, že s tímto problémem se potýká až 30 % nově stavěných budov.
Toto je jeden z hlavních důvodů, proč se někteří dodavatelé i investoři staveb začali zajímat více o difúzně otevřené konstrukce obvodových stěn. Takové stěny umožňují přirozenou výměnu venkovního a vnitřního vzduchu společně s vlhkostí a tím pozitivně ovlivňují klima a pohodu bydlení.
Zopakujme si ještě jednou obě hlavní příčiny syndromu nemoci z budov: vzdušně uzavřené konstrukce a nezdravé materiály. Nyní se masivní dřevostavby s difúzně propustnou obálkou jeví jako ideální řešení obou problémů.
Současně s jednoduchostí tohoto řešení přichází i složitá otázka správné koncepce masivní dřevostavby. Při jejich návrhu je, na rozdíl od jiných typů staveb, potřeba mnohem více se zaměřit na jevy spojené s prostupem vzdušné vlhkosti stěnou a kondenzací páry uvnitř stěny. Už i obyčejná aplikace dodatečných izolací zde naráží na neznalost jevů, které uvnitř složitých vrstvených konstrukcí, jako jsou stěny novodobých masivních dřevostaveb, dlouhodobě probíhají. Nevhodný návrh, dodatečné úpravy nebo špatně zvolené materiály mohou snadno způsobit dramatické snížení životnosti celé stavby.
Rozdělení masivních dřevostaveb
Jak již bylo zmíněno, masivní dřevostavby jsou obvykle děleny na tradiční (srubové a roubené stavby) a novodobé. Toto zjednodušené dělení je z důvodu příliš obsažné kategorie novodobých masivních dřevostaveb upraveno na rozdělení mezi:
- srubové a roubené dřevostavby (tradiční)
- stavby z vrstveného masivu (novodobé)
- stavby ze skládaných přířezů (novodobé)
- stavby z dílcových prvků (novodobé)
Srubové a roubené stavby
Nosná stěna srubových staveb je tvořena z odkorněných kuláčů kladených na sebe. Jednotlivé kuláče jsou opatřeny tesařskými spoji, nejčastěji perem a drážkou, drážkou a vloženým perem, nebo vsazenými kolíky.
Kmeny na stavbu původních srubů byly opracovávány ručně, odkornění bylo proto šetrnější vůči dřevní hmotě a stavby tak měly delší životnost. Kmeny byly dvoustranně hraněny pro navýšení plochy styku. Roubené stavby vznikaly při čtyřstranném hranění tak, že nosná stěna byla tvořena z trámů obdélníkového, nebo profilovaného průřezu.
Typickým znakem srubových staveb je řešení spojů v rozích budovy. Zde jednotlivé trámy přesahují vnější hranu stěny a jsou s kolmými trámy spojeny přeplátováním.
Z důvodu tvarové neurčitosti kmenů a nepřesnosti ručního obrábění musely být netěsnosti vzniklé v mezi trámy vyplněny mechem, hlínou, nebo textilií.
Srubové stavby jsou díky historickému vývoji natolik rozšířené mezi současnými výrobci, že nemá praktický význam zde porovnávat nepatrné rozdíly mezi produkovanými systémy.
Od historických srubů se novodobé systémy liší především v následujících bodech:
- strojní opracování kuláčů
- umožňuje výrobu tvarově přesných elementů pro konstrukci a konstrukčních spojů
- naproti tomu částečně znehodnocuje přirozenou ochranu dřeva, což bývá nahrazováno různými impregnacemi
- složitější tvary profilů trámů
- především u roubených staveb se využívá systémů per a drážek pro minimalizaci rizika tvorby spár
- možnost skládání trámů z více přířezů lepením
- tímto způsobem je možno vyrábět trámy velkých profilů s daleko vyšší jakostí a lepší výtěžností než u trámů vyrobených opracováním jednoho kmene
- použití tmelů a vložek na bázi trvale pružných plastů mezi kuláči
- používání přírodních materiálů k zajištění vzduchotěsnosti bývá nahrazováno pryžemi, které umožňují zamezení vzniku spár i při přirozeném sesychání a bobtnání masivních stěn, například EPDM pryže
- z přírodních materiálů se stále používají konopné provazy, nebo těsnící pruhy z ovčí vlny
- zlepšování tepelně-izolačních vlastností stěn zateplením
- původní sruby a roubenky již nesplňují současné požadavky na tepelné vlastnosti konstrukcí obvodových stěn, z tohoto důvodu se využívá možnosti instalace tepelné izolace z interiéru
- tímto se zachovává přirozený vzhled srubů a zároveň je možné dosáhnout dostatečných tepelně-izolačních vlastností
Stavby ze skládaných přířezů
Zatímco tradiční, tedy srubové a rámové dřevostavby mívají povrch a tvar stěn velmi ovlivněn anatomií dřeva a způsobem opracování jednotlivých trámů, novodobé masivní dřevostavby se snaží stále přiznávat svůj hlavní materiál, ale také se přiblížit vzhledem geometricky přesným tvarům.
Stavby ze skládaných přířezů se vyznačují stěnami složenými z opracovaných, vysušených prken, které jsou mezi sebou v kontaktu širší hranou. Rozměr jednotlivých prken se liší dle výrobce, nepřesahují však šířku 50 mm, bývají obvykle délkově nastavované pomocí zubovitého spoje, jsou ale vždy vysušena na vlhkost 12 % ±2 %.
Způsob spojení prken do bloku je různý, buď kolíky, hřebíky, nebo výjimečně lepený.
Pohledem z interiéru jsou tyto stavby typické svým vzhledem, kde jsou viditelné užší hrany prken, vytvářející dojem úzkých masivních lamel.
Stavby ze skládaných přířezů spojených kolíky
Londyb® (firma Longin)
Diagonal Dübelholz
U těchto systémů se jednotlivé přířezy spojují bez nutnosti použití lepidla, buď hřebíky, nebo kovovými, či dřevěnými kolíky, kde se využívá efektu podsušeného pera. Do jednotlivých přířezů (prken) s vlhkostí 12 % je vyvrtán otvor, do kterého je vlisován dřevěný kolík vysušený na vlhkost cca 6 %. Po krátkém čase dojde k vyrovnání vlhkostí mezi kolíkem a přířezy a tedy i k nabobtnání vloženého kolíku, čímž je zajištěno dostatečně pevné spojení. Některé systémy používají hliníkové kolíky, které bývají nalisovány tlakem do vyvrtaných otvorů.
Venkovní stěny staveb ze skládaných přířezů jsou zatepleny z venkovní strany, protože podobně jako srubové stavby již nedostačují svými izolačními vlastnostmi současným normám.
Tyto systémy se obecně v němčině (a na světovém trhu) nazývají Brettstapel. Mají několik způsobů výroby, příkladem mohou být formy Brettstapel viz obr. Londyb a Diagonal Dübelholz.
Stavby ze skládaných přířezů spojených lepením
Genagelte Brettstapeldecken
Podobný vzhled jednotlivých stěnových prvků mají i bloky vyráběné skládáním prken, které jsou k sobě lepené. Využívá se obvykle PVAC lepidla, které po vytvrzení tvoří dostatečně pevný a okem neznatelný spoj. Jinou možností jsou PUR lepidla, která nabobtnáním vyplňují i případné spáry a vypadlé suky v přířezech.
Výhodou oproti blokům spojovaných kolíky je přesnější provedení beze spár i po delší době používání. Nevýhodou je náročnější výroba, která vyžaduje finální velkoplošné broušení. Také rozměr bloku je omezen velikostí lisů, které jsou potřebné pro lepení.
Tyto systémy lze řadit i mezi dřevostavby z dílcových prvků, právě z důvodu omezení velikosti bloku, který při menších dimenzích funguje jako dílcový prvek. Příkladem je systém Genagelte Brettstapeldecke.
Stavby z vrstveného masivu
Základním prvkem těchto dřevostaveb jsou deskové bloky vyráběné podobným způsobem jako BIO desky. Jedná se o vícevrstvý blok o lichém počtu vrstev, nejčastěji tří nebo pěti. Jednotlivé vrstvy mají průběh dřevních vláken kolmý k sousední vrstvě. Tímto způsobem vznikají tvarově velmi stálé konstrukce, které dobře odolávají vnějším silám proti borcení, ale i minimalizují přirozené rozměrové změny dřeva.
Vrstvy jsou z hoblovaných prken vysušených na 12 % ±2 %. Mezi sebou jsou obvykle spojeny lepidlem, některé systémy ale využívají i spoje na kolíky. Používají se opět PVAC a nebo častěji PUR lepidla, někdy však i lepidla na bázi formaldehydu.
Na rozdíl od staveb ze skládaných stěnových bloků jsou u vrstvených stěnových prvků z interiéru (v případě neobložené konstrukce) viditelné širší hrany přířezů, čímž připomíná vzhled spárovky.
Stavby z vrstveného masivu spojovaného kolíky
Holz100 systém (firma Thoma)
MHM (Masiv-Holz-Mauer)
Stavby z lepeného vrstveného masivu
Novatop systém
KLH systém
BSP crossplann (firma Kaufmann)
BBS systém (firma Binderholz)
Mezi systémy využívající vrstvené dřevo patří i systémy, které jako středovou vrstvu v bloku používají přířezy skládané širší hranou k sobě. Částečně tak kombinují dva novodobé systémy masivních dřevostaveb (skládané a vrstvené). Příkladem je systém Schuler Blockholz (např. firma Pius-schuler).
Někteří autoři odborných publikací mezi masivní dřevostavby z vrstvených panelů řadí i systémy, které využívají materiály na bázi dřeva. Při výrobě těchto panelů se na sebe vrství velkoplošné materiály jako OSB, nebo dřevotřískové desky.
Je ale sporné, jestli tyto systémy řadit k masivním dřevostavbám, protože masivní dřevo neobsahují. Jedná se nicméně o zajímavé stavby z hlediska dřevovýroby, které nepatří mezi rámové, nebo skeletové stavby, proto je třeba tento typ staveb alespoň zmínit.
Stavby z dílcových prvků
Snahami o zjednodušení pracovního postupu a minimalizaci vzniku defektů způsobených neodborným přístupem při realizaci dřevostaveb vznikaly systémy dřevostaveb z dílcových prvků. Tyto systémy umožňují konstrukci stěn (popř. i dalších částí stavby) z menších dílců, které jsou připraveny k téměř finálnímu použití z výroby.
Mezi výhody patří rychlost výstavby, pracovníci na stavbě nepotřebují dodržovat obvykle přísná pravidla platící pro jiné typy dřevostaveb a minimalizuje se potřeba použití nákladné techniky (jeřáby apod.).
Pro konstrukci jednotlivých elementů se použití masivního dřeva přímo nabízí – jednoduchým způsobem je možné realizovat moderní stavbu při zachování výhod masivních dřevostaveb.
Každý výrobce tohoto typu staveb má specifický způsob konstrukce dílců. V zásadě je možné je rozdělit dle podstaty metody realizace stavby. Buď výrobce dodává na staveniště kompaktní moduly připomínající dřevěné „truhlíky“, nebo jsou dodávány dílce větších rozměrů, obvykle tak, že dílec má svislý rozměr shodný s výškou stěny jednoho poschodí.
Stavby ze zásuvných modulů
Steko
Příkladem toto typu dřevostaveb je například systém Steko původem ze Švýcarska. Využívá masivní dřevěné moduly, které spojuje na pero a drážku do kompletních stěn.
Mezi tyto typy je možné zahrnout i φ-ha modul, kde jednotlivé elementy jsou vyrobeny z OSB desek. Taková dřevostavba svým fungováním a obsahem rostlého dřeva připomíná spíše rámové dřevostavby, ale svým způsobem výstavby ji lze řadit k stavbám ze zásuvných modulů. Je sporné definovat φ-ha modul jako masivní dřevostavbu.
Stavby z velkorozměrových dílců
LignoSwiss
Lignotrend
Jako velkorozměrné dílce se myslí dílce z masivního dřeva, které jsou nejčastěji spojené lepením a jeden dílec svým rozměrem pokryje celou výšku jednoho podlaží stavby. Buď se jedná o dílce připomínající fošny opatřené perem a drážkou stavěné na výšku vedle sebe, nebo jsou dílce tvořeny z přířezů slepených příčně do širšího bloku, který opět se s dalším blokem spojí perem a drážkou.
Příkladem je systém LignoSwiss nebo Lignotrend.
Požadavky na masivní dřevostavby
Na masivní dřevostavby jsou v základě kladené stejné požadavky, jako na všechny trvalé stavby stanovené zákonem č. 183/2006 Sb. a vyhláškou 268/2009 (dříve č. 137/1998 Sb.)
Protože se zabýváme masivními dřevostavbami, které často bývají řešené jako prefabrikované systémy, bude podstatné také nařízení vlády č. 163/2002, kterým se stanovují základní požadavky na stavební výrobky a také upřesňuje základní požadavky stanovené ve vyhlášce č. 137/1998 Sb.
Na masivní dřevostavby jsou v základě kladené stejné požadavky, jako na všechny trvalé stavby stanovené zákonem č. 350/2012 Sb. O územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon) a vyhláškou č. 268/2009 Sb. O technických požadavcích na stavby.
Protože se zabýváme masivními dřevostavbami, které často bývají řešené jako prefabrikované systémy, bude podstatné také nařízení vlády č. 312/2005, kterým se stanovují základní požadavky na stavební výrobky a také upřesňuje základní požadavky stanovené ve vyhlášce č. 268/2009 Sb.
Nařízení vlády, kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky
Nařízení vlády 163/2002 Sb. ve znění nařízení vlády č. 312/2005 Sb., kterým se stanovují technické požadavky na vybrané stavební výrobky, určuje normy, které jsou potřebné pro provedení prohlášení o shodě, tedy takové normy, které by všechny stavební systémy měly v praxi splňovat.
Příloha č. 2 tohoto nařízení vlády roztřiďuje všechny stavební systémy do skupin, pro které platí shodné technické normy. Masivní dřevostavby spadají do třech základních skupin:
- Konstrukční výrobky z rostlého dřeva (podskupina Podlahy, stěny, střechy, rámy)
○ např. skládané a vrstvené systémy spojované kolíky - Dřevěné rámové a roubené prefabrikované systémy (podskupina Obvodové a vnitřní stěny, stropy a střechy a kompletní budovy)
○ např. srubové a roubené stavby, stavby ze zásuvných modulů - Konstrukční lepené lamelové výrobky a jiné lepené výrobky ze dřeva (podskupina Podlahy, stěny, střechy, rámy z lepeného dřeva)
○ např. lepené skládané a vrstvené masivní dřevostavby, některé dřevostavby z dílcových prvků
Pro tyto tři podskupiny jsou shodně rozhodující následující normy:
- ČSN EN 336 tolerance rozměrů
- ČSN EN 14081-1 jakost dřeva
- ČSN EN 599-1,2, ČSN 490600-1, ověření účinnosti proti biotickým škůdcům, druh a obsah účinných složek, účinnost proti biotickým škůdcům
- ČSN 73 0810 požární odolnost a reakce na oheň
- ČSN EN 13986 únik formaldehydu a obsah pentachlorfenolu
- ČSN 73 0540-2 posouzení šíření vlhkosti a součinitel prostupu tepla, tepelný odpor
- ČSN 73 0532 vzduchová neprůzvučnost a kročejová neprůzvučnost
Dřevěné rámové a roubené prefabrikované stavební sestavy navíc obsahují posouzení podle normy ČSN 73 0540-2 stanovení průvzdušnosti. Toto je dáno způsobem výstavby dílcových systémů, kdy při skládání jednotlivých elementů stavby může docházet k průvzdušnosti stavby.
Konstrukční lepené lamelové výrobky a jiné lepené výrobky ze dřeva se zkoušejí oproti ostatním i na pevnost lepeného spoje podle norem:
- ČSN EN 385 pevnost v ohybu zubovitého spoje
- ČSN EN 386 delaminace lepeného spoje a pevnost ve smyku lepeného spoje
The work describes the divisions of contemporary and traditional solid wood constructions. The introduction briefly explains the historical development of timber structures and the advantages that these structures provide. Individual structural systems are described according to the basic elements and usage possibilities. The requirements for the massive wooden houses are listed in the form of technical standards and laws that have to meet.
