Možnosti spájania dutých drevených stĺpov s kovovými konštrukčnými prvkami

Drevo je alternatívnym materiálom pri výrobe nosných prvkov z kovu a betónu. Drevené nosné prvky sa čoraz častejšie uplatňujú v stavebných konštrukciách a drevostavbách. Tento materiál svojím prírodným charakterom a vlastnosťami umocňuje architektonický výraz stavby, vďaka čomu je vhodný i na bežné používanie v praxi.

Konštrukčná charakteristika
Z konštrukčného hľadiska je drevený dutý stĺp zlepený z dvanástich opracovaných kusov dreva lichobežníkového prierezu s perom a drážkou, ktorých strany sú zrezané pod 15o uhlom s cieľom dosiahnuť uzavretý kruh v jeho priereze.

Duté drevené stĺpy sa vyrábajú väčšinou z ihličnatého reziva. Ak sa na ich výrobu použije iný druh dreviny, je to najmä preto, že musia korešpondovať s materiálovým zložením drevostavby. Vyrábajú sa štandardne v priemeroch od 150 do 820 mm a dĺžkach 2,5; 3; 5 a 10 m. Výrobu neštandardných dĺžok a priemerov obmedzuje len výrobná technológia.

Skladanie a lepenie dutého dreveného stĺpa
Pri skladaní súboru dvanástich opracovaných prírezov sa aplikuje lepidlo. Lisovací tlak sa za pomoci vákua vytvorí tak, aby v dutine stĺpa došlo k podtlaku a vonkajší tlak vzduchu stlačil jednotlivé prírezy rovnomerne zo všetkých strán. Na lepenie možno používať niekoľko druhov lepidiel. Napriek vyššej obstarávacej cene sa väčšinou používa rezorcinolformaldehydové lepidlo, resp. iné na báze rezorcinolu, ktoré mu zabezpečí stálosť a odolnosť lepeného spoja.

Pri aplikácii lepidla je dôležité zvážiť jeho vlastnosti, expozíciu, možnosť opracovania povrchu, viditeľnosť škáry, trvanlivosť a pevnosť spoja, jeho odolnosť proti nepriaznivým podmienkam okolia, v ktorom bude prvok exponovaný.

Nezávisle na expozícii dreveného stĺpa (či ide o interiérové alebo exteriérové použitie nosného prvku), používajú sa väčšinou lepidlá na báze rezorcinolu, resp. PVAC montážne lepidlá, ktoré mu umožňujú dosiahnúť vlastnosti očakávané od stĺpa vo vonkajších expozičných podmienkach, napriek umiestneniu v interiéri. Okrem týchto možno použiť aj lepidlá fenolrezorcinol-formaldehydové, fenolformaldehydové a melamínmočovinoformaldehydové.

Charakteristiky dutého dreveného stĺpa
Použitie stĺpa v reálnej konštrukcii určujú jeho charakteristiky ako napríklad priemer, hrúbka steny prírezu a šírka strany (a). Pre jeho nosnosť sú dôležité takisto parametre uvedené v tab. 1 (polomer zotrvačnosti – i, moment zotrvačnosti – I, modul elasticity –W a plocha prírezu v priereze – A).

Tab. 1: Rozmery, prierezové charakteristiky a nosnosť štandardne vyrábaných dutých drevených stĺpov

Funkciou priemeru v prierezových charakteristikách je šírka steny prírezu použitého v prierezovej skladbe dreveného prvku. Plocha prírezu je funkciou priemeru stĺpa a hrúbky prírezu. So zväčšením priemeru stĺpa a zachovaním rovnakej hrúbky steny možno pozorovať nárast prierezových charakteristík a taktiež aj celkovej únosnosti tohto prvku. Najvyššiu únosnosť poskytuje stĺp dlhý 2,5 m (ako udáva tab. 1), pretože pri zachovaní už spomínaných charakteristík a zmenou dĺžky (so vzrastajúcim štíhlostným pomerom) sa únosnosť prvku znižuje.

Návrhové pevnosti FD sú prerátané podľa švédskeho eurokódu. Maximálne povolené zaťaženie prvku FD predstavuje 75 % z hodnoty zaťaženia, pri ktorom dôjde k deštrukcii dreveného stĺpa.

V našich podmienkach boli testované duté drevené stĺpy, pričom hodnoty dosiahnuté v testoch sa nepatrne líšili od hodnôt uvádzaných v tab. 1. Vyrobené a následne testované boli stĺpy priemeru 300 mm, šírky prírezu 77 mm, hrúbky prírezu 38,6 mm a dĺžky 2 450 mm. Sila, pri ktorej došlo k porušeniu a strate stability nosného prvku, sa pohybovala v rozsahu 700 až 800 kN. Dôsledkom vzniknutého rozdielu mohli byť konkrétne rozmery, použité lepidlo a technológia výroby, ktorá sa v konkrétnom prípade odlišovala od švédskej technológie.

Využitie dutých drevených stĺpov
Duté drevené stĺpy sa vzhľadom na svoje fyzikálno-mechanické a estetické vlastnosti v reálnych konštrukciách používajú pomerne často. Môžno ich vhodne umiestniť buď v interiéri, alebo v exteriéri. Využívajú sa napríklad ako stĺpy vedení, pouličné lampy, podpora schodísk, terás, podlaží a balkónov, to znamená všade tam, kde je potrebná funkcia nosného stĺpového prvku. V interiéri dokážu plniť prostredníctvom dutiny aj svoju sekundárnu funkciu – zakrytie, resp. integráciu vedení zdravotnotechnickej inštalácie, elektroinštalácie a vzduchotechniky.

Spojovacie prostriedky
V drevených konštrukciách závisí použiteľnosť a trvanlivosť konštrukčných spojov drevo – kov predovšetkým od návrhu spojov medzi jednotlivými konštrukčnými prvkami. Hlavnou snahou konštruktérov je vymyslieť také spojenia stĺpov s kovovými prostriedkami, aby boli čo najjednoduchšie s použitím malého počtu druhov spojovacích prostriedkov, avšak pri súčasne splnenej požiadavke na zhotovenie a funkčnosť spoja. Výber spojovacích prostriedkov závisí nielen od zaťaženia a únosnosti, ale aj od estetického hľadiska, efektivity nákladov a procesu výroby. Treba zvážiť spôsob montáže a zámery projektanta nosnej konštrukcie alebo architekta.

Ak je dutý drevený stĺp umiestnený vo vonkajších podmienkach, treba brať do úvahy, že pri kontakte s inými vlhkými a hygroskopickými materiálmi ako napr. betón, tehla sa prejaví kapilárny prenos vlhkosti do dreva. V tomto prípade je vhodné uchytenie stĺpu k spodnej platni – doske pomocou kotevnej pätky a oceľových svorníkov.

Možné interakcie kovu s dreveným stĺpom v drevených konštrukciách
Poistenie krokiev vo vrchole	Spojenie trámov na jednom stĺpe
Poistenie trámu voči klopeniu	Polovičné zapustenie trámu o stĺp a dĺžkové nastavenie stĺpu
Kĺbové uchytenie stĺpa o základ	Kĺbové uchytenie stĺpa o základ

Ing. Andrej Argay, doc. Ing. Juraj Detvaj, CSc.
Foto a obrázky: autori

Autori pôsobia na Katedre mechanickej technológie dreva na Drevárskej fakulte TU vo Zvolene.

Recenzovala Ing. Dominika Búryová, ktorá je odbornou asistentkou na Katedre nábytku a drevárskych výrobkov.

Literatúra
1. Detvaj, J. – Hrčka, I. – Dudas, J. – Šúriková, A.: Návrh stĺpového konštrukčného prvku na výrobu drevostavieb. Zborník vedeckých prác, DF TU Zvolen, 1993, s. 105 – 115
2. Hrčka, I. – Osvald, A. – Dzurenda, L. – Makovíny, I.: Projektovanie drevených stavieb, 1994, 342 strán, TU vo Zvolene, edičná rada
3. Gerner, M.: Tesařské spoje, 2003, 220 strán
4. Komzala, M.: Návrh technológie výroby dutých drevených prvkov a overenie ich mechanických vlastností. 1996, TU Zvolen, Diplomová práca, 44 s.
5. Sedliačik, J. – Sedliačik, M.: Lepenie dreva, Zvolen, TU vo Zvolene, 2000, 236 s.
6. Semanco, S.: Zlepšovanie mechanických a úžitkových vlastností dutých drevených stĺpov, 2002, TU Zvolen, Dizertačná práca, 74 s.
7. Šúriková, A. – Detvaj, J. – Dudasová, V.: Duté drevené stĺpy z hľadiska požiarnej odolnosti. AFX, DF TU Zvolen, 1997, s. 77-85
8. STN 73 1701 Navrhovanie drevených stavebných konštrukcií, ÚNM, Praha, 1983
9. COMWOOD – Propagačné materiály fy. Martinsons

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.