Statika historických dřevěných konstrukcí

Proto takové konstrukce stojí za připomenutí. Požadavky, kladené na dřevěné konstrukce bez ohledu na druh a provedení:

• v podporách by měly vyvozovat vždy svislé zatížení. Vyvozují-li některé soustavy šikmé tlaky, je třeba zachytit vodorovné složky sil ocelovými táhly nebo dřevěnými kleštinami,
• dřevěná konstrukce musí být v podélném i příčném směru dostatečně tuhá, aby dobře vzdorovala jednostranným zatížením a zejména účinkům větru,
• jednotlivé součásti každé konstrukce musí být řádně naddimenzovány, aby některé prvky a části konstrukcí nebyly přemáhány, obzvláště v místech spojů,
• styčníky by měly být navrhovány pokud možno kloubové, bez excentrických vlivů.

V minulosti byly preferovány zejména dřevěné konstrukce ze slabého řeziva, sbíjené hřebíky. Výhody takových typů konstrukcí lze shrnout do následujících bodů:

• průřezy nosníků a prutů jednotlivých konstrukcí je možné v určitých místech zesílit nebo zeslabit podle namáhání v daném místě konstrukce,
• výšku nosníků je možné měnit podle potřeby a v částech, kde působí značné posouvající síly, je možné nosníky provádět jako plnostěnné,
• spoje příhradových nosníků, namáhané tahem a tlakem, jsou velmi spolehlivé,
• dřevo ze slabých průřezů se dobře zpracovává a není řemeslně složité,
• spotřeba dřeva i kovových spojovacích prostředků je menší než u vazeb z trámů větších průřezů,
• objemové změny dřeva (sesychání a bobtnání) jsou u menších průřezů menší.

Historické konstrukce lze dělit zpravidla na:

• příhradové nosníky (prutové soustavy) staticky určité ⁽¹⁾,
• příhradové nosníky (prutové soustavy) staticky neurčité ⁽²⁾,
• oblouky (dříve nazývané skruže) dvojkloubové, tříkloubové a vetknuté,
• oblouky s táhlem,
• nosníky plnostěnné,
• nosníky pásnicové,
• vazníky roštové,
• dřevěné klenby (dřevěné střechy bez vazníků), působící jako celek.

^{1) Staticky určitý vazník má mít počet prutů, rovnající se dvojnásobnému počtu styčníků, zmenšenému o tři.
2) Staticky neurčité příhradové nosníky musí být navrhovány a sestavovány velmi pečlivě, protože tyto typy konstrukcí značně trpí sesycháním a bobtnáním dřeva.}

Druhy spojovacích prostředků, používané před rokem 1945:

• hřebíky,
• svorníky,
• kolíky (dříve nazývané roubíky),
• hmoždíky (prstencové kruhové vložky

Tuschererovy, talířové hmoždinky Chritoph a Unmack, pérující prstencové vložky Greima, ozubené plechové vložky typu Buldog, ozubené vložky typu Aligátor a litinové hmoždíky s trnovými nálitky systému Geka),

• ocelové kuželové roubíky – nejznámější byly roubíky Küblerovy,
• lepená plošná spojení.

Ještě kolem roku 1900 bylo považováno spojení hřebíky za podřadné a předpokládalo se, že dojde vlivem sesychání dřeva k uvolnění hřebíků a že ve vlhkých prostředích tyto spojovací prostředky zreziví.

VYBRANÉ DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE NA VELKÁ ROZPĚTÍ
Plnostěnné nosníky V 1. polovině 20. století byly navrhovány poměrně často. Byly většinou hřebíkované, v Rusku a Německu se prováděly také lepené plnostěnné nosníky průřezu I. Ty byly ale poměrně pracné, v dobové literatuře se uvádí, že byly téměř vytlačeny nosníky hřebíkovanými. Plnostěnné nosníky byly konstruovány až do rozpětí 16 m, výška byla volena obvykle jako 1⁄12 rozpětí. Stojiny byly u těchto nosníků vytvářeny z fošen 50 až 60 mm tlustých, postavených na výšku, k nimž byly připojovány hřebíkováním. Průřezy se stěnami z poměrně masivních fošen trpěly zejména nerovnoměrným sesycháním dřeva, čímž vznikala vnitřní tahová napětí, jež se projevovala trhlinami ve stojinách a poruchami v místech spojů stojiny s vodorovnými pásnicemi. Později byly stojiny vytvářeny z několika vrstev prken tl. 20 až 40 mm, sestavovaných pod úhlem 45° vzhledem k vodorovné rovině. Jednotlivé vrstvy prken stojiny se tedy vzájemně křižovaly pod úhlem 90° a byly sbíjeny hřebíky.
Rovněž pásnice byly z několika vrstev prken (na každé straně 2–3), navzájem probitých hřebíky. Z hlediska tvaru nebyl problém vytvořit nosníky přímopasé a nebo nosníky proměnné výšky – sedlové a pultové, ale i obloukové. Únosnost stojin se ještě zvyšovala svislými výztuhami mezi horním a dolním pásem. Horní i dolní byly zajišťovány ještě svorníky s poměrně velkými podložkami, které po určitých vzdálenostech zabezpečovaly stažení pasů k sobě. Příklady plnostěnných nosníků jsou na obr. 1 a 2.
Věšadlové střešní konstrukce Pro realizaci zastřešení větších rozponů nastával problém s vaznými trámy, řezanými z jednoho kusu řeziva. Trámy musely být často prováděny jako roštové, zpravidla ze dvou trámů, napojovaných v různých místech. Toto řešení bylo pracné a velmi nevýhodné z hlediska spotřeby řeziva. Proto byly vytvářeny věšadlové systémy, které vynášely vazný trám na několika místech. Alternativně bylo možné použít i systémy vzpěradlové, kde byl vazný trám zespoda podpírán, obvykle na dvou místech. Podle toho, na kolika místech vazný trám vyvěšujeme, rozeznáváme věšadlové konstrukce jednoduché, dvojnásobné, trojnásobné atd. Zásadou všech věšadlových konstrukcí bylo řádné vzepření konstrukce v blízkosti podpor. Minimální sklon šikmých vzpěr se volil 30°. Vzájemné vzdálenosti věšadlových vazeb byly obvykle 4 až 5 m. Vzhledem ke sklonům okolo 30° bylo možné použít krokve, kladené rovnoběžně s okapem (po vlašsku).
Nedílnou součástí konstrukce bylo důkladné zavětrování, provedené ve svislé rovině a nebo v rovině střechy. U několikanásobných věšadel byly šikmé vzpěry osazovány na vazný trám litinovými nebo ocelovými botkami, které byly jednak zapuštěny do vazného trámu, jednak jej objímaly, což umožňovalo ještě posílit spojení svorníky, takže se napětí vnášelo do vazného trámu postupně. Příklad sedminásobného věšadla je na obr. 3.
Důležitým detailem bylo napojení vazného trámu na tzv. věšák, kdy mezi čelem věšáku a vazným trámem bylo zapotřebí ponechat mezeru minimálně 20–30 mm, aby věšadlo nedosedlo na vazný trám a jeho namáhání na ohyb. Při sestavování byl vazný trám příslušně nadvýšen vyvěšením tak, aby po dosednutí vazby nedocházelo k jeho průhybu od vlastní tíhy konstrukce.
Konstrukce vzpěradlové Hlavní trám vzpěradlové konstrukce je podporován kromě jeho uložení v podporách ještě v mezilehlých místech zespoda vzpěrami. Zatížení je tak přenášeno tlakem do opěr. Vzpěradla (podobně jako věšadla) jsou řešena pokud možno jako souměrné vazby. Sklon vzpěr byl navrhován minimálně 30° a rozpětí byla volena od 10 do 15 m (obr. 4). Vzdálenosti příčných vazeb byly navrhovány kolem 4 m a mezi jednotlivými vazbami bylo navrhováno diagonální ztužení zkříženými prvky, obvykle prováděnými v šikmých rovinách vzpěr. Jedním z nejobtížnějších detailů u tohoto typu konstrukcí je přenesení poměrně značných tlaků do podpor.
Velmi výhodné bylo kombinované použití konstrukcí vzpěradel a věšadel (obr. 5). Hlavní trám byl zpravidla vždy tvořen dvojicí kleštin, která obcházela vzpěry. Nikdy nebylo prováděno spojení svorníky nebo hřebíky mezi šikmými vzpěrami a těmito dvojicemi kleštin kvůli dostatečné volnosti pohybu v místech spojení pro umožnění pozdějšího pracování dřeva. Spojení bylo pouze mělce přeplátováno. Osazení vzpěr na navazující svislou konstrukci je třeba důkladně chránit proti vlhkosti.
Soustava Ardantova Jedná se o typ konstrukce, která vychází z předchozí vzpěradlové konstrukce, jejímž autorem byl na počátku 19. století francouzský inženýr Paul Ardant. Plné vazby jsou navrhovány ve vzdálenostech 4 až 5 m od sebe a jsou sestavovány z dřevěných trámů, kleštin a ocelových táhel, tvořících soustavu
staticky tuhých trojúhelníků. Proto tato soustava vykazuje značnou tuhost. Plné vazby této soustavy spočívají na mírně skloněných sloupcích (5°), uložených na podporách. Toto opatření eliminovalo nebezpečí, aby po případném pozdějším pronesení krovu nedocházelo k boční tlakům soustavy na podpory (obvykle na zdivo). Deformace této soustavy byly poměrně malé, neboť jednotlivé uzly byly pevně spojovány tesařskými vazbami. Kvůli oslabení ve spojích musely být ale voleny průřezy jednotlivých prvků cca dvojnásobné (pokud nebyly prováděny šikmé sloupky zdvojené), čímž bylo dosaženo dobrého zapuštění a zároveň úspory materiálu.
Krokve této soustavy byly kladeny rovnoběžně s okapem. Pokud bylo požadováno uložení krokví kolmo k okapu, byly použity vaznice rovnoběžné s okapem (obvykle ve větších vzdálenostech, 3–4 m od sebe) a přes tyto vaznice byly položeny krokve. Příklad této soustavy je na obr. 6.

Celý nezkrácený článek včetně všech obrázků technických nákresů si můžete přečíst v čísle 6/2005 časopisu KONSTRUKCE.

Autor

• Ing. Mikeš Karel Ph.D.