Niektoré skúsenosti z realizácií drevených konštrukčných sústav

Veľmi významnou a technicky náročnou problematikou drevených konštrukcií sú rekonštrukcie starých, často historicky hodnotných krovových sústav. V súčasnom období, v procese intenzívnej obnovy historických jadier našich miest, sú často obeťou neprofesionálneho a necitlivého prístupu investora a následne aj projektanta.

Využívanie dreva na nosné konštrukcie budov v rámci slovenského stavebníctva nepodarilo sa doposiaľ posunúť bližšie k úrovni, ktorá je bežná v hospodársky vyspelých krajinách Európy. Hoci sú badateľné ojedinelé pokusy o produkciu drevených sústav v oblasti rodinných domov alebo občianskych stavieb, strešné sústavy ostávajú naďalej hlavnou dominantnou oblasťou pre využívanie dreva v stavebníctve. Pri novostavbách sa využívajú popri klasických krovoch nové konštrukčné systémy využívajúce nové technologické možnosti spájanie drevených prvkov. Tie však nie stále sú ekonomicky konkurenčné oproti klasickým sústavám.

 

V procese obnovy drevených krovových sústav vzniká požiadavka na preukazovanie spoľahlivosti týchto nosných konštrukcií, čo je nutnou podmienkou ich ďalšej existencie. Na Slovensku doposiaľ nie sú žiadne zvláštne predpisy ani normy na preukazovanie spoľahlivosti už existujúcich drevených nosných konštrukcií, ktoré väčšinou spadajú do kategórie historických konštrukcií. Platia rovnaké predpisy ako pre novo navrhované konštrukcie. Preto rôzne špecifiká, ktoré je potrebné zohľadniť v procese preukazovania spoľahlivosti už existujúcich drevených nosných konštrukcií, nie sú dostatočne známe odbornej verejnosti. Používajú sa postupy, ktoré sú značne zjednodušené a vedú k rozhodnutiam o likvidácii často aj hodnotných historických krovov.

Úprava existujúcej drevenej konštrukcie (krovu) musí zohľadňovať na jednej strane pamiatkové požiadavky, na druhej statickokonštrukčné princípy. Statické modelovanie sústavy a preukazovanie dostatočnej pevnosti, tuhosti a stability si vyžaduje diferencovaný prístup v závislosti na pamiatkovej hodnote drevenej konštrukcie. U konštrukcií mimoriadneho významu je potrebné použiť výpočtový model čo najvernejšie vystihujúci skutočné pôsobenie sústavy. Výrazný vplyv na celkové pôsobenie sústavy majú vzájomné väzby prútov (prvkov konštrukcie). Ich vlastnosti je potrebné určiť čo najvýstižnejšie k ich skutočnému pôsobeniu. Táto problematika statického modelovania sústavy je najčastejšie podceňovaná a využívajú sa štandardné zidealizované modely s normovými hodnotami vlastností dreva, čo vedie k značnej nepresnosti pri zisťovaní odozvy historickej drevenej konštrukcie. Na základe takto získaných výsledkov sú tvorené nesprávne závery, ktoré majú dominantný vplyv na ďalší osud historickej drevenej konštrukcie.

 

Budova sa nachádza v radovej zástavbe a jej pôdorys má tvar písmena U. Časť budovy, ktorá tvorí jej priečelie, bola zastrešená klasickou sedlovou strechou. Ostatné časti boli zastrešené pultovou strechou. V oboch prípadoch bola plná väzba tvorená drevenou väznicovou sústavou krovu so stojatou stolicou. Prieskumom krovu bolo zistené, že jednotlivé nosné prvky a detaily sú vo vyhovujúcom stave. Preto boli zásahy do nosnej konštrukcie krovu minimálne.

Aby sa otvorila dispozícia, z konštrukcie krovu v pultovej časti strechy sa odstránili stredové stojky s väznicou a šikmé vzpery v plných väzbách (obr. 1). Každá krokva sa v hornej časti previazala s pozdĺžnym rámom a v dolnej časti prepojila s jestvujúcimi úložnými konzolami kotvenými do váhadla. V ostatnej časti krovu boli zmeny minimálne a došlo iba k zosilneniu väzných trámov a k doplneniu podlahových nosníkov. Tieto mali v závislosti na polohe v rámci pôdorysu prierez 40/180 mm, 60/200 mm a 60/220 mm. K väzným trámom sa pripájali pomocou BOVA strmeňov BV/T. Záklop tvorili fošne hrúbky 30 mm, na ktoré sa ukladali Cetris dosky hrúbky 2×10 mm. Aby nedošlo k nadmernému namáhaniu väzných trámov, boli v sedlovej časti ako podlahové nosníky použité klincovené I nosníky L = 6,90 m. Tie sa ukladali rovnobežne s väzným trámom s osovou vzdialenosťou 1,00 m. I nosník tvorili fošne hrúbky 60 mm, jeho výška bola 340 mm a šírka 220 mm (obr. 2a, b).

Ide o historickú budovu v radovej zástavbe s pôdorysom tvaru L s malým nádvorím. Strecha má zložitý členitý tvar. Pred začatím projekčných prác bola prevedená obhliadka krovu, pri ktorej bolo zistené, že konštrukcia krovu bola v minulosti niekoľkokrát modifikovaná, pričom tieto zásahy boli prevedené neodborne a mali provizórny charakter. Ďalej boli zistené lokálne poruchy jednotlivých drevených prvkov a detailov v značnom rozsahu. Išlo o degradáciu dreva spôsobenú rôznymi biotickými aj abiotickými drevoznehodnocujúcimi činiteľmi. Na základe zistených poznatkov bol vyslovený záver, že fyzický stav nosnej konštrukcie krovu z hľadiska spoľahlivého statického pôsobenia bol nevyhovujúci (obr. 3a, b).

 

 

Nový krov v podstate rešpektuje tvar pôvodného zastrešenia. No vzhľadom na snahu využiť podkrovný priestor v maximálnej možnej miere bola nová konštrukcia krovu navrhnutá bez vnútorných podpôr a stĺpikov. V stredovej časti objektu, kde rozpätie krokvy dosiahlo skoro 11 m, bola krokva prierezu 160/340 mm zložená z dvoch kusov. Spojenie bolo realizované pomocou kovových príložiek a svorníkov Ø 20 mm. Horná časť krokvy je podopretá sústavou prútov prierezu 160/160 mm, ktoré sú ku krokve pripojené pomocou svorníkov a zapustených styčníkových platní. Vrchol krokiev sa ukladal na rámovú konštrukciu z hranolov prierezu 180/180 mm. Predná časť nosnej konštrukcie krovu bola navrhnutá s priehradovou vrcholovou väznicou. Výška väznice je 1200 mm a jej rozpätie je 12 500 mm. Horný pás a dolný pás sú členeného prierezu 3×60/200 mm. Diagonály sú taktiež členeného prierezu 4×60/140 mm a 2×60/140 mm. Spojenie pásových a výplňových prútov je realizované pomocou ozubených záchytiek BuldogØ 95 mm so svorníkom Ø 16 mm. Väznica pozostáva z troch dielcov spojených pomocou montážnych spojov (obr. 4a, b).

 

Budova mala klasickú sedlovú strechu s drevenou vzperadlovou sústavou krovu, ktorá pozostávala zo stredovej a vrcholovej väznice. Väznice boli v plných väzbách podopierané šikmými vzperami. Pomúrnice boli položené na obvodových múroch vo výške 860 mm. Pri tvorbe architektonickej koncepcie rekonštrukcie budovy (autori: Š. Zahatňansky, J. Krcho) sa počítalo s využitím priestorov v celom pôdoryse podkrovia, čo si vyžiadalo zvýšenie strešnej roviny o 1,0 m. Pomúrnice boli zdvihnuté do novej úrovne pomocou krátkych stojok, ktoré sa k pôvodnému vencu kotvili skrz kovové pätky. Úprava bola navrhnutá tak, že sa použila prevažná časť pôvodných prvkov krovu. Vnútorné vzpery boli nahradené novými stojkami. Vzájomné spojenie drevených prvkov bolo realizované cez kovové spojovacie prvky a svorníky. ŽB konštrukcia stropu pod podkrovím vyhovela pre nové zaťažovacie účinky. V nárožnej časti budovy pôvodný krov bol nahradený sústavou priehradových väzníkov (obr. 5a, b).

 

Nosná konštrukcia Májky bola navrhnutá tak, aby zapadla do prostredia s charakteristickou ľudovou architektúrou. Hlavným materiálom je ihličnaté drevo triedy SI. Prítomnosť a viditeľnosť oceľových prvkov bola redukovaná na minimálnu možnú mieru. Celá konštrukcia sa môže rozdeliť na niekoľko charakteristických podsystémov, ktoré sú navzájom previazané. Výška Májky je 28 200 mm a osová pôdorysná vzdialenosť krajných stĺpov je 13,80 m. Celková spotreba dreva je 80,70 m³, s čoho na hlavné nosné prvky pripadá 41,80 m^3. Celková plocha striech je cca 590 m2, čo znamená, že na ich zakrytie sa musí použiť asi 24 000 kusov drevených šindľov. Centrálna časť Májky je tvorená ôsmymi lepenými stĺpmi (štyri vonkajšie a štyri vnútorné) prierezu 5×40/200 mm. Osová vzdialenosť vonkajších stĺpov je 3,80 m a vnútorných stĺpov 1,00 m. Vonkajšie stĺpy sú v úrovni podest (+3,0 m; +6,0 m; +9,0m; +12,0 m a +15,0 m) spojené priečnym prvkom prierezu 200/240 mm. Vnútorné stĺpy sú spojené priečnym prvkom rovnakého prierezu po 1,50 m, až po kótu +21,0 m. Vyhliadka sa nachádza na kóte +18,0 m. Je tvorená roštom pozostávajúcim z ôsmich prvkov prierezu 200×240 mm spojených jednoduchým preplátovaním. Tak ako schodisko a podesty je aj podlaha vyhliadky tvorená fošňami hrúbky 40 mm. Na stuženie objektu je použitý ťahaný systém z oceľových tyčí priemeru d = 24 mm, ktoré sa nachádzajú vo vonkajších stenách jadra. Súčasťou stužidiel je aj rektifikačný prvok, lanový napinák, ktorý umožňuje ich aktivovanie ako aj dodatočné dopnutie. Spojenia prvkov sú prevedená s použitím zapustených styčníkových plechov a svorníkov (obr. 6a, b).

 

Za účelom získania návrhových a silových veličín bol v statickom programe vytvorený komplexný priestorový výpočtový model nosnej konštrukcie Májky. Model tvorí celkom 711 prútových elementov a 652 kontaktov. Kontakty sú modelované ako kĺbové s možnosťou vzájomného pootočenia pripojených prútov. Uloženie konštrukcie je taktiež kĺbové (obr. 7a, b). Stále úžitkové a klimatické zaťaženie bolo uvažované podľa STN 73 0035.

Vzhľadom na vežový charakter objektu bolo v prvom rade potrebné vyriešiť a zabezpečiť stabilitu veže pri pôsobení tlaku a sania vetra. Vývojom sa z pôvodného systému drevených stužidiel prešlo na efektívnejší systém oceľových tyčí, pôsobiace ako tahané pruty. Tyč je vlepená do hlavy stľpa a prechádza cez vodorovný prvok.

Návrh drevených a oceľových nosných prvkov a detailov bol prevedený v súlade s platnými slovenskými technickými normami pre navrhovanie (STN 73 1401 a STN 73 1701).

 

Z dôvodu minimalizácie viditeľnosti oceľových prvkov sa pristúpilo k použitiu zapustených styčníkových plechov a svorníkov (obr. 8a, b). Vo väčšine prípadov ide o štandardné tesárske spoje. Spojenie horizontálnych prvkov, ktoré ležia v jednej úrovni, je riešené polovičným preplátovaním. Nadstavenie lepených stĺpov v centrálnej časti je realizované zazubením vo vrchole spodnej a v päte hornej časti stĺpa. Spoj je vyplnený vhodným lepidlom a stiahnutý šiestimi svorníkmi priemeru 14 mm, ktoré sa po utuhnutí lepidla môžu vybrať a otvory dodatočne vyplniť. Osadenie vodorovných prvkov na stĺpy je prevedené pomocou oceľovej tyče priemeru 20 mm s narezaným závitom pre maticu (alternatívne sa môže použiť aj závitová tyč). Tyč je vlepená do hlavý stĺpa a prechádza skrz vodorovný prvok.

Ochrana drevených prvkov voči degradačným účinkom sa zabezpečí namáčaním v ochrannej látke. Oceľové platne a stužidlá sú chránené žiarovým alebo galvanickým pozinkovaním minimálnej hrúbky 10 μm.

 

 

 

Zastrešenie amfiteátra je realizované stanovou strechou (autor: M. Bobrovský). Jej pôdorysné rozmery sú 14,20×14,20 m. Základ nosnej konštrukcie tvorí dvojica diagonálne sa križujúcich priehradových nosníkov s rozpätím 18,40 m. Jeden väzník je priebežný a druhý sa skladá z dvoch polväzníkov (obr. 9a, b). Pásové prúty sú tvorené členeným prierezom 3×60/240 mm s medzerami pre medzipásové prúty prierezu 2×50/120 mm. Tie sú k pásovým prútom pripojené pomocou záchytiek typu Bulldog Ø 75 mm + svorník Ø 20 mm (obr. 10a, b). Väzník je uložený na pomúrniciach tak, že mu je umožnený na jednom konci horizontálny posun.

 

Záver

Uvedené príklady rekonštrukcií krovov dokumentujú, že detailné informácie o geometrii a reálnom technickom stave konštrukcie krovu, ktoré boli získané komplexným prieskumom, významnou mierou napomáhajú v procese návrhu úprav a posúdenia konštrukcie krovu pre nové dispozičné požiadavky tak, aby sa zachovali všetky pôvodné prvky krovu. Vhodným doplnením nových prvkov a zosilnením staticky nevyhovujúcich prvkov je možné vytvoriť modifikovanú konštrukciu krovu, ktorá naďalej disponuje s historickými črtami a súčasne je spoľahlivá a bezpečná v zmysle súčasných normatívnych kritérií.

JÁN KANÓCZ, PETER PLATKO, LADISLAV LABIS

1) Výstavba obytného podkrovia na Drevnom trhu v Košiciach, Projekt stavby, EFEKTA, 2004.

2) Nadstavba a prestavba podkrovia na Vysokoškolskej 4 v Košiciach, Projekt stavby, TUKE SvF, 2001.

3) Výstavba obytného podkrovia na Hlavnej 46 v Košiciach, Projekt stavby, Kanócz CONSULTIG, a. s. i., 2004.

4) Modernizácia areálu folklórneho festivalu Východná, SO-03 Májka s vyhliadkou, Projekt stavby, Časť: Statika, Kanócz CONSULTING, a. s. i., 2005.

5) Výstavba amfiteátra v obci Baška, Projekt stavby – Časť: Drevená konštrukcia strechy, Kanócz CONSULTING, a. s. i., 2006.