Drevená nosná konštrukcia pre viacpodlažné domy

Viacpodlažné drevené konštrukcie sú perspektívnou oblasťou použitia dreva, ktoré na svoju výrobu potrebujú v porovnaní s ostatnými „klasickými“ materiálmi oveľa menej energie. Prevažná väčšina nízkoenergetických stavieb alebo stavieb s pasívnou energetickou bilanciou má drevenú nosnú konštrukciu. Vo vyspelých západoeurópskych štátoch sa drevo používa bežne ako nosný materiál štvor- a päťpodlažných budov. Obmedzenie výšky budovy spravidla súvisí iba s požiadavkami na požiarnu odolnosť daného objektu. V článku sa uvádzajú príklady realizovaných viacpodlažných domov v Nemecku a Anglicku.

Sen budúcnosti?
Je deväťpodlažná budova z dreva vízia alebo ďaleký sen budúcnosti?

Žiadna vízia, takýto dom bol postavený v roku 2008.

Dá sa vôbec uvažovať o nosnej konštrukcii z dreva pre takmer 30-metrov vysoký dom? Dá.

Sú vlastnosti dreva v nosnej konštrukcii (a nielen v nosnej) na takej úrovni, aby sme vedeli nahradiť „klasické“ (väčšinou energeticky náročnejšie a umelo vyrobené) materiály? Sú.

V súčasnosti známa (žiaľ, u nás zatiaľ nepoužívaná) metóda posudzovania životného cyklu stavby – LCA – zohľadňuje aj posúdenie negatívnych vplyvov na životné prostredie, medziiným aj spotrebu neobnoviteľných zdrojov energií. Pri takomto posudzovaní by stavby s použitím dreva boli výrazne výhodnejšie, než stavby z iných materiálov.

Vo vyspelých západoeurópskych štátoch sa drevo používa bežne ako nosný materiál štvor-, päť- a šesťpodlažných budov. Obmedzenie výšky budovy spravidla súvisí iba s podmienkami požiarnej odolnosti daného objektu. Z hľadiska mechanických vlastností dreva by nebol problém ani s dvadsiatimi podlažiami.

Podarí sa aj na Slovensku zachytiť trend ekonomického a ekologického využitia domácej suroviny? Ktovie…

Viacpodlažné objekty z dreva
Predpisy týkajúce sa požiarnej odolnosti drevených konštrukcií na Slovensku sú v súčasnosti asi najprísnejšie zo všetkých blízkych (a ďalekých) krajín. V spoločnom štáte s Českou republikou sme mali technické normy rovnaké. Vývoj samostatných štátov zasiahol aj oblasť technických noriem, medziiným aj predpisy upravujúce možnosti výstavby nosných konštrukcií z dreva. Viacpodlažné stavby z dreva, výpočet požiarnej odolnosti drevenej konštrukcie, uznávanie skúšok požiarnej odolnosti – tejto problematike sa v Čechách venuje oveľa viac pozornosti a zdá sa, že v porovnaní so Slovenskom sú už o „pár“ rokov vpredu.

Viac ako dvojpodlažné objekty s použitím dreva na nosnú konštrukciu sú na Slovensku takmer nemysliteľné. Existuje viacero firiem, ktoré stavajú najmä rodinné domy z dreva, pričom ak má dom tri podlažia, tak spodné nesmie mať drevenú nosnú konštrukciu. Z čoho vychádzajú tieto prísne a konzervatívne predpisy našich zákonodarcov a normotvorcov? Prečo si dodávatelia stavieb nevedia po vzore susedných štátov presadiť zmenu? Má štát záujem o využitie obnoviteľnej suroviny, ktorej má Slovensko dostatok a ročne mu prirastá viac dreva, ako sa spotrebuje? Má štát vôbec záujem, aby sa spotreba energie znížila v oblastiach hospodárstva, kde sa to dá urobiť jednoducho?

Je zaujímavé, že najvyšší bytový dom z dreva nestojí ani v Rakúsku, ani vo Švajčiarsku, ani v Nemecku, ba ani vo Fínsku. Pritom v týchto krajinách nájdeme množstvo päť- a zopár šesťpodlažných bytových domov. Do piatich podlaží sa vo Švajčiarsku môže stavať už asi 20 rokov, v Rakúsku asi od roku 2000. (Dovtedy bol počet podlaží obmedzený „iba“ na štyri.).

Najvyšší bytový dom stojí v Londýne. Má deväť nadzemných podlaží a drevenú nosnú konštrukciu. Obmedzenia počtu podlaží vo Veľkej Británii nemajú – bez ohľadu na to, z akého materiálu sa stavia. Objekt musí spĺňať predpísanú požiarnu odolnosť, a tým je všetko dané.

Predpisy v jednotlivých štátoch
Situácia v niektorých krajinách pri stavbe byto­vých domov s nosnou drevenou konštrukciou:

Nemecko
Výška do 13 m ako úniková výšková úroveň, 4 nadzemné podlažia, je nutné použiť drevené panely alebo stĺpikové konštrukcie, masívne konštrukcie môžu byť iba v stropoch.

Obvodové a deliace steny medzi bytmi musia byť vo vyhotovení K60, navyše sa často vyžadujú dodatočné obklady alebo typ použitej tepelnej izolácie. Postupuje sa podľa smernice pre požiadavky na požiarnu odolnosť (M-HFHHolzR), ktorá má v jednotlivých spolkových krajinách odchýlky.

Pohľad z ulice na 7-podlažný dom s drevenou nosnou konštrukciou v Berlíne, vľavo od domu je prístupové schodisko a krátke „mostíky“ do jednotlivých bytov.	Pohľad z dvora na 7-podlažný dom s drevenou nosnou konštrukciou v Berlíne

Rakúsko
Výška do 22 m ako úniková výšková úroveň, 5 nadzemných podlaží pri deklarovanej protipožiarnej ochrane, v ostatných prípadoch 4 nadzemné podlažia. Pri sedempodlažnej budove musí mať posledné podlažie odolnosť 60 minút. Pri šesťpodlažnej budove musia mať posledné dve podlažia odolnosť 60 minút.

Švajčiarsko
Šesť podlaží (neplatí pre všetky typy objektov). Stavba je projektovaná a kontrolovaná inžinierom s príslušnou kvalifikáciou, dodávateľská firma musí mať tiež svoju kontrolu kvality. Pri použití sprinklerov sa nemusia použiť obklady EI 30 (EI – nenosné deliace konštrukcie).

Veľká Británia
Žiadne obmedzenie počtu podlaží. Budovy vyššie ako 30 m musia mať osadené sprinklery. Požaduje sa 90-minútová odolnosť nosných prvkov, 120-minútová odolnosť výťahov a schodísk.

Taliansko
Žiadne obmedzenie počtu podlaží (s výnimkou seizmických oblastí).

Všetky budovy nad 12 m musia mať certifikát o požiarnej odolnosti.

Výstavba bytových viacpodlažných domov v Taliansku (L‘Aquila). Nosná konštrukcia všetkých domov je z krížom lepeného dreva.

Sedempodlažný bytový dom v Berlíne
Domy vyššie ako 21 metrov sú v Nemecku označované ako „vysoké“. Na prvý pohľad si nosnú konštrukciu z dreva pre takýto objekt možno iba ťažko predstaviť. Ak by sme sa pozreli do histórie, už v stredoveku sa v regiónoch Hessenska (a nielen tam) postavili mnohé hrázdené domy a budovy, ktoré prekračujú výškovú hranicu 21 metrov. Typickým príkladom je radnica z roku 1441 v meste Markgröningen.

Takýmito stavbami sa jasne dokázalo, že z technického hľadiska je vysoká stavba z dreva realizovateľná. Od stredoveku sa požiadavky na budovy výrazne zmenili, čo spôsobilo nutnosť vývoja nových stavebných postupov. Vlastnosti stavebného materiálu – dreva sú však rovnako dobré.

Predstava investora tohto sedempodlažného bytového domu v prieluke bola od začiatku jasná – postaviť ekologický objekt s použitím čo najväčšieho množstva prírodného stavebného materiálu – dreva.

Požiarno-technické požiadavky
Podľa v Berlíne platného predpisu (smernica pre požiadavky na požiarnu odolnosť – M-HFHHolzR) môže byť strop posledného podlažia s použitím drevenej nosnej konštrukcie vo výške maximálne 13 m nad terénom (Gebäudeklasse 4), čo „nezapadalo“ do konceptu investora. Na dosiahnutie Gebäudeklasse 5, čo by znamenalo možnosť výšky stropu do 22 metrov nad terénom, bolo potrebné zmeniť koncepciu posudzovania, čo sa projektantovi podarilo použitím železobetónového schodiska osadeného mimo bytov, železobetónových inštalačných šácht, masívnych drevených stien, spriahnutých drevobetónových stropov a dosiahnutím krátkych únikových ciest. Dispozícia domu sa riešila tak, že schodisko je samostatným prvkom, pričom vždy z dvojice bytov na jednom podlaží sa k nemu možno dostať krátkym mostom.

Nosná konštrukcia – veľa dreva, málo ocele a málo betónu
Pôdorys domu (okrem schodiska) je obdĺžnikový s rozmermi asi 12 × 13 m. Ide o drevený pravidelný skelet s rozponmi 3,3 a 6,0 m metra. Spájanie stĺpov je v každom podlaží pomocou oceľových prípravkov, ktoré vyžadovali (a zároveň zabezpečili) veľkú presnosť konštrukcie a eliminovanie rozmerových zmien drevených prvkov vplyvom zmeny vlhkosti – najmä v smere kolmom na vlákna dreva.

Skelet je vystužený oceľovými diagonálami umiestnenými vo fasádnych stenách a vnútornou železobetónovou inštalačnou šachtou. Stĺpy spodného podlažia majú prierez 300 × 360 mm, sú zhotovené z lepeného lamelového dreva triedy pevnosti BS14.

Stropné konštrukcie sú zo spodnej strany z dreva – priznaná drevená plocha bola podmienkou architekta. Rozpätie stropov je do 6 metrov, stropnú dosku tvorí 160 mm hrubá drevená doska (dosky vedľa seba „nastojato“) a 100 mm hrubá vrstva betónu, pričom drevo s betónom sú spojené do spriahnutej drevobetónovej konštrukcie. Pre požiadavku požiarnej odolnosti F90B bola hrúbka drevenej časti stropu vyššia, než by bolo potrebné pri návrhu s nižšou požiarnou odolnosťou.

Zaujímavosťou je netradičné uloženie stropnej dosky na priečniky – na priečnik je uložená iba betónová časť, samotná drevená časť „končí“ pred priečnikom a je zavesená pomocou oceľových skrutiek do betónovej dosky. Betónová doska s hrúbkou 100 mm je vystužená v tomto mieste ako krátka konzola. Takýmto riešením sa dosiahla nižšia konštrukčná výška každého podlažia.

Výstavba
Po zhotovení základových konštrukcií dosiahol dodávateľ týždenný cyklus – t. j. postavenie jedného podlažia trvalo jeden týždeň. V pondelok a utorok sa osadili stĺpy, vystuženie a vybetónovaná časť železobetónovej šachty, v stredu sa realizovalo kladenie dreveného stropu, vo štvrtok sa montovala výstuž stropu a pripravovali oceľové prípoje pre ďalšie podlažie a v piatok sa betónovali stropy.

Podľa vyjadrení investora, architektov a dodávateľov stavby bol tento projekt veľmi úspešný a nepriniesol so sebou nejaké komplikácie, vyplývajúce z veľkého počtu podlaží. Naopak – energetická efektívnosť objektu sa zväčšením počtu podlaží zlepšila. Zároveň sa potvrdilo, že použitie dreva na nosné konštrukcie viacpodlažných stavieb má svoje opodstatnenie.

Veľkoplošné elementy z krížom lepeného dreva
Pomerne nový materiál – krížom lepené drevo – nachádza uplatnenie stále vo väčšej miere vďaka viacerým svojim prednostiam. Ide o materiál vyrobený z reziva, takže v sebe skrýva všetky pozitívne vlastnosti dreva. Rozmery jedného (stropného, strešného alebo stenového) elementu môžu byť až 3,0 × 16,0 m – čo znamená, že v jednom pracovnom kroku sa dá zabudovať 48 m2 (!) nosnej konštrukcie.

Na Slovensku sa používa okrem pojmu „krížom lepené drevo“ aj pojem „škárovka“. V Rakúsku a Nemecku sa produkt nazýva „Brettsperrholz – BSP“, v Taliansku má obchodný názov „X-LAM“.

Uvedené obrázky sú z talianskeho mesta L‘Aquila, kde tender výstavby niekoľkých desiatok bytov po zemetrasení v roku 2009 vyhrali vďaka rýchlosti výstavby, dobrej požiarnej odolnosti nosnej konštrukcie a dobrej odolnosti nosnej konštrukcie proti seizmickému zaťaženiu dodávatelia domov s drevenou nosnou konštrukciou z krížom lepeného dreva.

Mestský dom v Londýne
Je postavený v štvrti Shoreditsch vo východnej časti Londýna. Medzi pôvodnými tehlovými domami sa nachádza najvyššia budova z dreva v Európe. Architektonická kancelária Waugh Thistleton chcela vyskúšať na pomerne malom rohovom pozemku s plochou 305 m2 stavbu, ktorá bola projektovaná s myšlienkou ochrany životného prostredia. V konkurencii so železobetónovou konštrukciou zvíťazilo drevo vďaka schopnosti viazania CO2 počas plánovanej životnosti objektu. Konštrukčným prvkom sú predpripravené škárovkové veľkoplošné dosky od rakúskeho výrobcu.

Dom je vysoký 29,75 m, má štvorcový pôdorys, 9 podlaží, z toho prvé je zhotovené ako železobetónová konštrukcia. Dosky z krížom lepeného dreva sú použité jednak na stenové prvky a jednak na stropné prvky. V prípade stropov majú hrúbku 146 mm, spájajú sa na pero a drážku diagonálnymi skrutkami, čím sa dosiahla vodorovná tuhosť horizontálnej roviny a schopnosť preberania vodorovných síl.

Objekt je vystužený výťahovými šachtami – ich steny sú zhotovené z elementov krížom lepeného dreva výšky 11,5 m. Spoje jednotlivých stien sú výškovo odsadené, aby sa dosiahla rovnomernejšia a vyššia tuhosť výťahovej šachty.

Steny a schodiskové podesty sú takisto z krížom lepeného dreva. Schodiskové stupne sú oceľové uzavreté profily vyplnené betónom.

Predsadená fasáda z cementotrieskových dosiek pozostáva zo sedemdesiatich percent z recyklovaného dreva.

Podľa požiarnych predpisov vo Veľkej Británii musí každá nosná časť konštrukcie vykazovať príslušnú požiarnu odolnosť, čo však nie je podmienené nehorľavosťou materiálu, z ktorého je prvok zhotovený. Podmienkou bolo, aby schodiská mali 120-minútovú požiarnu odolnosť. Nosné prvky boli navrhované na F90, ostatné prvky na F60. Vrstvy podláh v bytoch (cementový poter a kroková izolácia) spĺňali zvukovoizolačnú funkciu a zároveň ochrannú vrstvu v prípade požiaru. Od výšky 30 m sú podmienky pre objekt iné, preto ostali architekti s výškou objektu na hodnote 29,75 m.

Tento projekt dokazuje vysoký potenciál dreva ako stavebného materiálu viacpodlažných mestských objektov. Suché procesy, krátke montážne časy a nie v neposlednom rade fakty, hovoriace o ochrane životného prostredia, to všetko sú pozitíva dreva ako konštrukčného materiálu. Po vyčíslení nákladov sa ukázalo, že náklad bol nižší v porovnaní so železobetónovou konštrukciou.

V lete 2008 bolo z Rakúska dovezených 950 m³ dreva, ktoré sa okamžite začalo montovať. Výstavba trvala iba 9 týždňov, čím sa ušetrilo asi 6 mesiacov času v porovnaní s výstavbou zo ŽB. Napriek dlhej transportnej trase sa výstavbou ušetrilo asi 125 ton CO2.

Rakúsko ako tretia najlesnatejšia krajina v Európe a zároveň krajina so špičkovými technológiami používanými pri výstavbe drevených konštrukcií plánuje výstavbu viacpodlažnej budovy s drevenou nosnou konštrukciou. Začína sa hovoriť o 20-podlažnej budove…

Záver
Znižovanie energetickej náročnosti stavieb otvára drevu rozsiahle možnosti použitia aj vo viacpodlažných objektoch, kde sa drevo používalo donedávna iba sporadicky.

Je na zamyslenie, či by sa pri energetickej certifikácii stavieb na Slovensku nemala zohľadniť aj energia potrebná na postavenie stavby tak, ako je to napríklad v Nemecku a či by sme nemali stále dorastajúcu domácu surovinu využívať oveľa intenzívnejšie a rozumnejšie.

Ing. Jaroslav Sandanus, PhD.
Foto: Proholz Austria, archív autora

Autor pôsobí na Katedre kovových a drevených konštrukcií SvF STU Bratislava, je autorizovaný inžinier pre statiku stavieb.

LITERATÚRA
1.    Martin Teibinger, Thomas Busch: Machbarkeits­studie eines Holzbaus in der Gebäudeklasse 5. Wien: 2007.
2.    Anne Isopp: So hoch kann man mit Holz bauen. Zuschnitt 33, Proholz Austria, 2009.
3.    Bauen mit Holz 1. Köln: Bruderverlag, 2008.

Článok bol uverejnený v časopise ASB.