Ekonomicko-ekologické aspekty súčinnosti dreva a ocele pri návrhu nosných sústav

KRITÉRIA NÁVRHU
Biofyzikálne aspekty sa stávajú závažným kritériom pri návrhu a realizácii stavebnýchkonštrukcií vo svete. Výber nosného systému by sa mal realizovať na základe dispozičnej, materiálovo-konštrukčnej a statickej optimalizácie. Statická analýza a konštrukčné riešenie nosného systému budov by mali byť determinované:

• biofyzikálnymi kritériami (ekologické a zdravotné),
• architektonickými a estetickými požiadavkami,
• dispozičným riešením pri zohľadnení typologických kritérií,
• spôsobom prenášania zaťaženia – prenosom silových účinkov,
• ekonomickými aspektmi.

SÚČASNÉ TRENDY
Súčasné storočie je determinované novými technológiami a technologickými postupmi. Vo svete sa stále viac využíva kombinácia kovových materiálov s inými, aby sa vhodne dopĺňali z hľadiska fyzikálnych a mechanických vlastností. Z hľadiska ekologických kritérií sú drevo a oceľ vhodné materiály na nosné systémy budov, ktoré si nevyžadujú ďalšie stavebné úpravy. Progresívnosť pri navrhovaní nosných systémov budov je v materiálovej optimalizácii.
Svetový trend je vo zvýšenej využiteľnosti dreva v stavebníctve (v Nórsku to predstavuje až 95 %, v Kanade 80 %, v USA 50 %, v Nemecku a Rakúsku okolo 30 %, v ČR iba 2 % a v SR ešte menej) pri výstavbe najmä:

• montovaných rodinných domov,
• viacpodlažných budov (bytové domy, administratívne budovy, školy),
• ľahkých strešných konštrukcií a nadstavieb,
• halových objektov,
• lávok pre peších a cyklistov.

Obr. 1 a 2 – Spôsob kotvenia zvislej
a šikmej stojky.

POUŽITIE KOVOVÝCH SPOJOVACÍCH PROSTRIEDKOV
Kombinácia dreva a ocele sa začala v dávnej minulosti v dobe prevádzania tesárskychspojov. Kovové spojovacie prostriedky prešli vývojom od kovaných klincov, skôb až po dnes bežne používané klince, svorníky, záchytky, dosky s prelisovanými hrotmi. Vďaka novým technologickým postupom pri aplikácii kovových spojovacích prostriedkov môžeme efektívnejšie využiť profily z dreva, čo nám umožňuje navrhovať náročnejšie konštrukčné systémy. V súčasnosti sú aj u nás dostupné spojovacie prostriedky nazývané aj suché spoje typu BMF –Simpson Strong-Tie a Bova.
Na nasledujúcich záberoch (obr. 1–6) dokumentujem niektoré variácie možností použitia oceľových spojovacích prostriedkov.
 

Obr. 3 a 4 – Zabezpečenie priestorovej
tuhosti oceľovými ťahadlami.

 

Obr. 7 – Nadstavba administratívnej budovy PZ Žilina

DREVOSTAVBY
Prednosťou drevostavieb je, že dosahujú o 10 % väčšiu úžitkovú plochu v porovnaní so stavbami zo silikátových materiálov pri rovnakej zastavanej ploche. Majú malú hrúbku obvodových stien pri zachovaní požadovanej tepelnej izolácie. Ďalšou ich prednosťou je doba výstavby, ktorá je výrazne kratšia ako u objektov realizovaných klasickou technológiou. Drevo má v porovnaní s inými stavebnými materiálmi malú hmotnosť – to má pozitívny vplyv pri dimenzovaní základových konštrukcií. Jedným z nedocenených kritérií je energetická náročnosť na ťažbu dreva, jeho spracovanie a zabudovanie do objektu až po likvidáciu objektu po skončení jeho životnosti – je 3–5krát nižšia ako u keramických a betónových nosných systémov.

Celosvetovým trendom architektov je snaha maximalizovať voľnú dispozíciu, pri čom oceľ ako ekologický stavebný materiál má nezastupiteľné miesto. Tieto trendy sa uplatňujú aj pri výstavbe rodinných domov. Vývojovo k tomu dospeli v USA, Kanade, inovácia myšlienky pokračuje vo Švajčiarsku, Francúzsku a ďalších krajinách EU a taktiež v ČR. Voľná dispozícia sa dosahuje tým, že stenový nosný systém sa nahradí oceľovými profilmi, ktoré spolu so strešnou konštrukciou tvoria základný nosný systém. Obvodové, deliace a ostatné konštrukcie a technologické postupy sa robia tak povediac pod strechou.

Pri takýchto konštrukčných a statických riešeniach sú pre svoje prednosti vhodné duté oceľové profily ako napríklad MSH, respektíve RHS (Rectangular Hollow Section). Duté profily vyrobené za tepla majú menšie polomery zaoblenia rohov ako profily vyrobené za studena. Z toho pre statika vyplýva, že pri rovnakej rozmerovej dimenzii trubkového profilu a identickom zaťažení profily valcované za tepla dosahujú vyššiu mieru bezpečnosti, to znamená väčšiu únosnosť pri menšej hmotnosti. Zásadný rozdiel medzi uvádzanými typmi dutých profilov sú okrem ich prierezových charakteristík aj ich rozdielne fyzikálne vlastnosti. Profily valcované za tepla majú rovnakú tvrdosť po celom obvode. U profilov valcovaných za studena sú miesta zvýšenej tvrdosti v miestach tvárnenia – sú zároveň miesta vzniku reziduálnych napätí.

Okrem klasických dutých profilov RHS existujú aj prierezy RHS oval (prierez tvaru elipsy, obr. 9) a RHS polooval (prierez polovica elipsy). Tieto profily umožňujú nové kreatívne riešenia konštrukcií a jedinečnú kompozíciu stavieb.

In article I have focused on possibilities of wider application in mix of ecological solids, which are steel and wood by structural and static proposals for bearing systems of buildings.

Celý článek v nezkrácené podobě včetně fotografií naleznete v časipisu KONSTRUKCE č. 3/2006.

Autor

• (red)