Vícepodlažní dřevostavby I – Úvod do problematiky

Stavění ze dřeva má oproti zděným nebo betonovým konstrukcím řadu nesporných výhod, které jsou do jisté míry měřitelné z hlediska požadavků trvale udržitelného rozvoje a hodnocení životního cyklu stavby (LCA – live cycle assessment), což nabývá stále víc na váze, a nadále se tato kritéria budou pravděpodobně zohledňovat ještě více.

Již v úvodu je vhodné zmínit, že současná platná legislativa neklade omezující nároky na výstavbu vícepodlažních budov s nosnou konstrukcí na bázi dřeva, právě naopak je jim příznivě nakloněna. Omezení podlažnosti vychází z požadavků normy ČSN 73 0802 – Požární bezpečnost staveb – nevýrobní objekty. Pro bytové domy je možné při dodržení konstrukční výšky 3 m počítat s výstavbou čtyř nadzemních podlaží, pro stavby občanské, kde je zpravidla požadována konstrukční výška vyšší než 3 m, s třemi nadzemními podlažími (maximální povolená požární výška objektu 9 m).

Domnívám se, že pro rozšíření dřevostaveb (zejména těch vícepodlažních) v našem regionu je nutné posílit know-how architekta, který začíná celý projekční proces. Z dřevařských konferencí je patrné, že inženýři jsou v řešení technických problémů v určitém směru o krok napřed. Nicméně jsou to právě architekti, kteří začínají architektonickou studií celý projekční proces. Proto je důležité, aby architekt dokázal plnohodnotně nabídnout také dřevěnou materiálovou variantu budovy, samozřejmě ji uměl navrhnout a v případě vhodnosti i přesvědčil investora.

Účast architekta při vzniku stavby, její přípravě a následně její realizaci je zcela nezbytná a nelze ji nahradit žádnou jinou profesí. Je třeba si ale uvědomit, že dřevostavby představují novou a u nás dosud málo známou kvalitu. K dosažení optimálního výsledku je nutná detailní znalost použité technologie i jejích možností.

Ve skandinávských zemích, USA a Kanadě, kde jsou vícepodlažní dřevostavby doma, mají architekti a projektanti k dispozici množství podkladů pro rychlý a efektivní návrh konstrukcí. Jsou často zpracovány do přehledných tabulek, kde lze k daným parametrům jednoduše odečíst hledané hodnoty. V případě potřeby se pak dále mohou obrátit na řadu profesních organizací, kde lze získat kvalifikované odpovědi na dotazy a také pomoc při řešení konkrétních problémů. Mimo jiné existuje i mnoho knih a návodů, jak si postavit svépomocí dřevěný dům.

Tyto materiály a podklady vznikají jako výsledek práce mnohačlenných a profesionálních týmů, rozsáhlých laboratoří a výzkumných center už dlouhá léta. Řada výsledků je ověřena na vzorcích skutečné velikosti a v množství umožňujícím jejich statistické zpracování. Vzhledem k rozsahu, v jakém se lehký skelet používá v nejbohatších a nejvyspělejších zemích, je tlak na jeho fungování vysoký.

 

 

Dřevo má jako konstrukční materiál řadu výhod, od relativně velké pevnosti vzhledem k své nízké hmotnosti až po nesporné estetické kvality. Splňuje úspěšně řadu parametrů, které jsou kladeny na stavby z pohledu LCA analýzy budov – obnovitelná surovina, recyklovatelnost, nižší náklady na demolici staveb atd. Tato kritéria hrají stále důležitější úlohu v rámci celé životnosti stavby. Alarmující je v tomto případě také fakt, že stavební odpad tvoří v celosvětovém měřítku 13 % veškerého pevného odpadu, v poměru demoliční odpad ke stavebnímu odpadu cca 2 : 1. [5]

Dalším z požadavků trvale udržitelného rozvoje je intenzifikace výstavby, což v praxi znamená jednoduše stavět do výšky. Na rozdíl od ostatních ekologických materiálů typu nepálené hlíny nebo slámy, dřevo splňuje i požadavky vícepodlažní výstavby, co je však důležité, je tak možné stavět již nyní, v současném platném právním prostředí.

Z tohoto pohledu se jeví vícepodlažní dřevostavby jako vhodná varianta, která by neměla být opomíjena, a to nejen pro příznivé hodnocení výše naznačených environmentálních kritérií. Tato kritéria se budou pravděpodobně do budoucna ještě více zohledňovat a zpřísňovat.

 

 

V zemích severní Evropy (Švédsko, Norsko, Finsko, Dánsko) probíhal od poloviny 90. let 20. stol. výzkum „Nordic Wood Project“ s cílem doplnit předpisy a podklady týkající se navrhování dřevostaveb. Problematika vícepodlažnosti u staveb ze dřeva je zde zaměřena zejména na protipožární ochranu. První výsledky byly publikovány v roce 1999 a byla zde řešena problematika lehkých dřevěných skeletů. Rozšířená verze závěrů výzkumu, zabývající se dřevostavbami kompletně (např. včetně návrhu konstrukcí z masivního dřeva), byla publikována v roce 2002. Výsledky výzkumu byly postupně zaváděny do stavebních předpisů a vedly k zásadním změnám týkajícím se problematiky vícepodlažnosti dřevěných budov.

Z tabulky je patrné, jak se stavební předpisy severských zemí postupně měnily a povolovaly použití dřeva na vícepodlažní budovy. Od roku 2003 není počet podlaží ve výše uvedených zemích omezen. To je samozřejmě možné za předpokladu splnění řady požadavků, které mají protipožární charakter, např. použití sprinklerů, retardérů hoření v dřevěných obkladech fasád, nicméně je patrné, že tuto problematiku řešit lze, resp. u našich severních sousedů je vyřešena.

Z tabulky je dále vidět, že vícepodlažní dřevostavby nebyly kromě Švédska v dřevařsky tradičních zemích na severu Evropy před bezmála desíti lety žádnou samozřejmostí. Zaměření pozornosti na země EU je v širším kontextu spojeno s přípravou a vznikem společných EN (evropských norem), kam spadá i oblast dřevěných konstrukcí.

 

Konstrukční systémy vícepodlažních budov používané v současnosti

 

Dřevěné obytné domy mají v Evropě více než 3000 let dlouhou historii a tradice roubených a těžkých skeletových variant, vytvořené zvláště v posledních cca 500 letech, se v různé podobě a míře promítají i do současnosti.

Výchozí konstrukční varianty, obdobně jako u ostatních materiálů, jsou skeletové, stěnové a hybridní, ale jejich prvky, struktura, spoje a technologie jsou zcela specifické a rozmanité. Stručný výběr nejpoužívanějších variant konstrukčních systémů v současné bytové výstavbě je uveden na obr. 2.

Konstrukční systém, který vznikl v USA ve 30. letech 19. století s označením Baloon Frame a později pod názvem Platform Frame System (PFS), dominuje dosud dřevostavbám v Severní Americe a cca od poloviny 20. století, postupně s řadou modifikací, i v Evropě a Japonsku.

Malá vzdálenost sloupků (v Evropě nejčastěji 600–625 mm) a konstrukční plášťování funkčně transformuje skelet na stěnový systém s možností otvorů a otevření vnitřního prostoru do cca 3 m resp. úplné otevření dispozice v kombinaci s hmotnějšími skeletovými prvky.

Snadná zpracovatelnost a montáž spolu s lehkostí prvků umožňují jak staveništní, tak průmyslovou výrobu (v podobě panelů nebo prostorových jednotek) na stejném konstrukčním principu. V případě průmyslových variant dochází jen k nezbytným úpravám montážních styků.

Základní rozdělení z hlediska technologie výstavby je tedy v podstatě dvojí, tj. staveništní (prvková) a průmyslová výroba panelů:

Staveništní – prvková – je technologická varianta s převažujícím podílem řemeslné, tesařsko montážní práce, kdy z hoblovaných prvků (případně nařezaných na přesné délky a finálně upravených) jsou postupně sestavovány a montovány jednotlivé stěny, stropy, střechy atd. Neomezené individuální projektové řešení, minimální investice, relativně delší doba výstavby. Řešení hlavních funkčních problémů, především požární bezpečnosti, akustiky a prostorové tuhosti, je známo, v zahraničí úspěšně ověřeno a zakotveno do evropských standardů.

Průmyslová výroba panelů (stěnových, stropních, střešních atd.) optimálně kompletizovaných v prostředí dílen. Výrobní styky jsou obdobné jako u staveništní formy, montážní jsou odlišné vzhledem k nepřístupnosti nosné konstrukce „zevnitř“. V závislosti na investičních nákladech má výroba dílenský, mechanizovaný nebo automatizovaný charakter. Předpokladem této varianty je řešení typových objektů – nejčastěji rodinných domů. Ekonomická efektivnost průmyslové výroby začíná na 50 až 100 objektech ročně.

 

Současné varianty těžkého skeletu se postupně vyvíjely ze středověkého anglického systému Box Frame a německého Fachwerkbau. Tento systém našel uplatnění i v Čechách v 16. až 19. století. Pod názvem hrázděná konstrukce měl poměrně široké uplatnění zvláště u venkovských jednopodlažních a dvoupodlažních obytných a hospodářských budov. Současné těžké skelety jsou v bytové výstavbě uplatňovány v půdorysné modulové síti mezi 2,5 až 6 m; hlavní rozdíl ve srovnání s tradičními typy je v jejích stycích a následné nutnosti průmyslové nebo dílenské výroby prvků skeletu.

Prvky jsou ve srovnání s lehkými skelety cca 2 až 3,5x hmotnější a rámy skeletu jsou orientovány v jednom nebo obou směrech. U TDS se efektivně uplatňuje lepené lamelové a vrstvené dřevo. Lepené je přes vyšší cenu (cca 2,5–3x ve srovnání s řezivem) často nezbytností s ohledem na požadovanou kvalitu prvků. Hlavními přednostmi, oceňovanými v bytové výstavbě, je volnější a flexibilnější dispoziční řešení a opticky výrazné uplatnění dřeva v interiérech i exteriérech domů. Příklady je možné najít ve Švýcarsku a Japonsku, v ČR je tento konstrukční systém aplikován ojediněle na rodinné domy v tradiční koncepci. Většímu rozšíření v bytové výstavbě brání relativně vysoká cena a u vícepodlažních bytových domů komplikovanější řešení požární bezpečnosti.

 

Od dvacátých let minulého století byly ve Švédsku stavěny jednopodlažní a dvoupodlažní domy ze stěnových panelů na výšku podlaží, používané tloušťky 50, 75 a 120 mm, které byly vytvářeny z fošen spojovaných na pero a drážku a vyztuženy rámem stejné tloušťky (systémy Borohus a Trahus). Stropy byly trámové.

Na tuto zkušenost v posledních cca 10 letech především v Německu, Rakousku a Švýcarsku navazuje výroba a aplikace masivních velkorozměrových desek o tl. 50 až 300 mm – stěnových, stropních i střešních panelů. Konstrukční alternativou jsou lepené stropní žebrové prvky s výškou až 500 mm.

Technologie není patentována a je pravděpodobné, že brzy bude tato výroba zavedena i v ČR.

Hmotnost a spotřeba rostlého dřeva je ve srovnání s lehkým skeletem cca 6x vyšší a následně je i cca 3x vyšší cena prvků vztažená na plošnou jednotku. Hlavní motivace rozvoje je jednak ekologická, tj. především vázání velkého množství CO₂ ve dřevní hmotě, jednak možnost využít pro výrobu lepených panelů méně kvalitního řeziva. Používají se převážně smrková prkna v tl. od 17 do 32 mm, někdy i hranoly. Rovněž se uplatňují dřevěné desky z vrstveného dřeva (Kerto) nebo velkých třísek (OSB) apod. Jejich integrace do konstrukčních desek se provádí:

● mechanickými spojovacími prostředky – hřebíky, šrouby do dřeva, kolíky ze dřeva nebo oceli;

● lepením polyuretanovými a melaminovými pryskyřicemi bez zdraví škodlivého fenolfor-maldehydu.

Desky jsou vyráběny výhradně průmyslově buď jako nezávislé prvky, které mohou být použity v jiných dřevěných i zděných stavebních systémech, nebo jako kompletní panelový systém. Velkou předností deskových stropních prvků je, že při normovém zatížení do 3 kN/m² mohou být při výšce 190 mm použity na rozpětí cca 6,5 m, při výšce 240 mm na rozpětí až 8 m.

 

Na závěr je vhodné pouze zopakovat, že z pohledu v současnosti platných norem nejsou na vícepodlažní dřevostavby kladeny zvlášť omezující požadavky a současná legislativa je rozvoji vícepodlažních dřevostaveb v podstatě příznivě nakloněna.

 

 

 

Ing. Libor Přeček, Ph.D., (*1977) absolvoval Fakultu stavební na ČVUT v Praze, obor pozemní stavby a architektura,a je autorizovaným inženýrem pro pozemní stavby. V současné době pracuje jako projektant ve firmě SPS projekt. Dále se zabývá problematikou navrhování vícepodlažních dřevostaveb a věnuje se projektování pozemních staveb.