MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva
Konstrukční systémy dřevostaveb Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Dr. Ing. Zdeňka Havířová
Jan Šot
Brno 2012
1
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Konstrukční systémy dřevostaveb zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s §47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne:..................
2
podpis studenta:……………
Poděkování
Chtěl bych tímto poděkovat své vedoucí práce doc. Dr. Ing. Zdeňce Havířové, za čas, který mi věnovala v podobě konzultací, za věcné připomínky a rady, které mi posloužily k napsání této práce. Dále bych chtěl poděkovat svým rodičům za podporu při studiích.
3
Abstrakt:
Práce se zabývá dnes používanými konstrukčními systémy dřevostaveb. V jednotlivých kapitolách jsou popsány systémy pro srubové stavby, moderní stavby z masivního dřeva, skeletové konstrukce a rámové konstrukční systémy, jejich výhody a nevýhody a porovnání konstrukčních systémů srubových, masivních a rámových dřevostaveb z hlediska prostupu tepla venkovní lehkou stěnou a z hlediska nákladů na materiál. Z práce vyplývá, že nejefektivnějším konstrukčním systémem jsou masivní novodobé dřevostavby a rámové dřevostavby. K jejich hlavním výhodám , ve srovnání s ostatními konstrukčními systémy, patří především rychlost výstavby vyplývající z možnosti prefabrikace, z toho plynoucí nižší náklady na samotnou výstavbu a relativně nízké náklady na stavební materiál. Klíčová slova: konstrukčními systémy dřevostaveb, srubové stavby, moderní stavby z masivního dřeva, skeletové konstrukce, rámové konstrukční systémy
Autor: Jan Šot Název bakalářské práce: Konstrukční systémy dřevostaveb
4
Abstract
This work deals with today's communications systems design wood structures. Each chapter describes the systems for wooden buildings, modern buildings made of solid wood skeleton frame design and construction systems, their advantages and disadvantages, the most important structural details and a comparison of log construction systems, massive frame and wooden structures in terms of light transmittance outside wall and in terms of cost of materials. The work implies that the most effective structural system is a wooden frame construction. Its main advantages over other structural systems are primarily construction rate, revenues resulting from the possibility of prefabrication of the resulting lower cost of construction alone, relatively low cost building material.
Keywords: Systems design of wooden buildings, wooden buildings, modern buildings made of solid wood, skeletal structure, frame construction systems
Author: Jan Šot Titile of thesis: Structural systems of wooden buildings
5
Obsah 1 ÚVOD
8
2 CÍL PRÁCE
10
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED
11
3.1 Historický vývoj konstrukčních systémů.
11
3.2 Rozdělení dřevostaveb 3.2.1 Srubové stavby 3.2.2 Novodobé masivní dřevostavby 3.2.3 Skeletové stavby 3.2.4 Rámové konstrukce
11 12 13 14 16
4 PODROBNÝ POPIS A DETAILY KONSTRUKČNÍCH SYSTÉMŮ
21
4.1 Srubové stavby
21
4.2 Novodobé masivní dřevostavby 4.2.1 Křížově slepené řezivo 4.2.2 Křížově kolíkované dílce 4.2.3 Vrstvené masivní bloky 4.2.4 Materiály na bázi dřeva 4.2.5 Příčné lepení s mezerami 4.2.6 Dřevěný modulový zásuvný systém 4.2.7 Lepené masivní bloky
23 23 25 26 28 30 30 31
4.3 Skeletové stavby 4.3.1 Hrázděné stavby 4.3.2 Novodobý skelet
31 31 34
4.3 Rámové stavby 4.3.1 Skladba stěny 4.3.2 Půdorysný rast 4.3.3 Kotvení
42 42 46 47
5 POROVNÁNÍ VYBRANÝCH SKLADEB STĚN
49
5.1 Porovnání z hlediska prostupu tepla 5.1.1 Srubová stavba 5.1.2 Novodobé masivní dřevostavby 5.1.3 Rámové dřevostavby
49 50 51 52
5.2 Porovnání z hlediska materiálové náročnosti 5.2.1 Srubová stavba 5.2.2 Novodobé masivní dřevostavby 5.2.3 Rámová konstrukce
54 54 56 57
6
6 VÝSLEDKY
59
7 DISKUSE
62
8 ZÁVĚR
64
9 SUMARY
65
10 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY
67
7
1 ÚVOD Dřevostavby jsou staletími prověřené stavby. Při dobré konstrukci, kvalitním stavebním provedení a správném ošetřování vydrží dřevostavby po několik generací. V dnešní době obliba dřevostaveb stále roste, jejich výstavba je cenově srovnatelná se zděnými domy, ale komfort bydlení a pocit z prostoru uvnitř dřevostavby je daleko lepší. Proč stavět dřevostavbu? Za prvé je to hledisko rychlosti výstavby. Průběžná lhůta provádění stavby na klíč u dřevostaveb nepřesahuje průměrně šest měsíců. U zděných staveb je průběžná lhůta výstavby
vzhledem
k technologickým
přestávkám
asi
dvojnásobná.
Množství
zabudované vlhkosti je u dřevostaveb ovšem několikanásobně menší než u zděných staveb, to znamená, že do dřevostavby je možné se nastěhovat prakticky ihned po dokončení stavby, zatímco u zděných staveb trvá dosychání objektu do rovnovážné vlhkosti mnoho měsíců a tím se možnost nastěhování brzdí. Kratší průběžná lhůta výstavby a možnost okamžitého nastěhování umožňuje rychlé vyčerpání úvěru, brzké zastavení plateb za stávající bydlení a možnost rychlého zahájení splácení úvěru. Tím je dosažena optimalizace úvěrových podmínek a zaručeno opravdu rychlé bydlení. Druhým neméně podstatným faktorem je výrazná energetická úspora. Zvolit technologii dřevostavby je vhodné zejména z hlediska výrazné energetické úspory v průběhu užívání stavby. Dřevostavby vynikají zejména velmi nízkým součinitelem prostupu tepla přes stěny, stropy a střešní konstrukci. Již v nízkoenergetickém standardu činí náklady na vytápění plynem u běžné velikosti rodinného domu (okolo 100 – 120 m2 užitkové plochy) při současných cenách energií cca 8 – 10 000 Kč ročně. U běžných zděných staveb bez zateplení termofasádou činí za stejných podmínek náklady na vytápění přibližně trojnásobek, tj. 24 – 30 tisíc Kč ročně. Úspora finančních prostředků v nákladech na vytápění cca 20 tisíc Kč ročně (tj. 2 mil. Kč za 100 let) ekonomicky dřevostavby oproti jiným typům staveb výrazně zvýhodňuje. Tato úspora může být ještě větší u domů realizovaných v pasivním standardu. Investice do kvalitního zateplení domu se vyplatí, protože má rychlou návratnost. Příjemné vnitřní klima je zajištěno optimální tepelnou pohodou prostředí a stabilitou vnitřní relativní vlhkosti prostředí. Tepelná pohoda prostředí je zajištěna vysokou mírou tepelné izolace, kde ekonomicky vytápíme rovnou vnitřní objem vzduchu bez nutnosti ukládání tepla do těžkých
8
konstrukcí.
Vzhledem
k menší
tepelné
setrvačnosti
je
umožněna
optimální
termoregulace s rychlými přechody teploty z jednoho požadovaného tepelného režimu do druhého, bez nároků na zvýšené množství energií. Pro používání dřevostaveb v neposlední řadě hovoří i ekologie. Roční přírůstek dřeva v České republice činí cca 18 mil. m3 živé dřevní hmoty. Vzhledem k tomu, že vytěžíme výrazně méně dřevní hmoty než je roční přírůstek, se zásoba dřeva v ČR za posledních 80 let více než zdvojnásobila a nyní činí cca 650 mil. m3 dřevní hmoty. Dřevo je jediný stavební materiál, který má pasivní bilanci CO2, tzn., že v celém životním cyklu ho více absorbuje nežli vyprodukuje zpracování na stavební materiál. Jeden m3 dřeva váže až 250 kg CO2 . Na jeden menší rodinný dům je potřeba cca 30 m3 dřeva, tzn. že jeden dům činí cca 7500 kg vázaného CO2. Naopak při výrobě cementu, oceli, pálených cihel, vápna a jejich přepravě se značné množství CO2 pouze uvolňuje do ovzduší. Dřevostavba, ve srovnání s jinými typy staveb, má výrazně nižší nároky na spotřebu energií a to jak v rámci výstavby, dále v provozu (cca 3krát menší spotřeba energií na provoz domu), tak i na demolici (menší objem a menší tonáže materiálů po demolici určených k likvidaci). Rozšířením podílu dřevostaveb na celkovém objemu výstavby přispíváme ke zlepšení životního prostředí.
9
2 CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je vytvořit ucelený přehled konstrukčních systémů v současnosti používaných pro stavby s hlavní nosnou konstrukcí ze dřeva. V jednotlivých kapitolách budou popsány systémy pro srubové stavby, moderní stavby z masivního dřeva, skeletové konstrukce a rámové konstrukční systémy. Pro každý z konstrukčních systémů budou v práci uvedeny alternativy skladby stěn. Dále budou v práci uvedeny důležité konstrukční detaily jednotlivých systémů a zhodnoceny výhody a nevýhody jednotlivých systémů. Vybrané skladby stěn masivních a rámových dřevostaveb budou hodnoceny z pohledu tepelně technických vlastností a materiálové náročnosti na realizaci.
10
3 LITERÁRNÍ PŘEHLED
3.1 Historický vývoj konstrukčních systémů.
Dřevo patří mezi nejstarší stavební materiály. Za první obydlí člověka postavené ze dřeva lze považovat stany. S vytvořením společnosti, související s tím, že se člověk usazoval
na
jednom
místě,
nastávalo
také
postupné
zdokonalování
staveb.
V zalesněných oblastech, kde byl dostatek dřeva, se začaly stavět stavby srubové, u kterých je vnější obvodová stěna tvořena kulatinou. Jednotlivé výřezy se kladou horizontálně na sebe a jsou vzájemně spojovány v rozích stavby přeplátováním. Tyto stavby jsou s určitým zdokonalením konstrukce a konstrukčních spojů realizovány i dnes. Současně se počátkem našeho letopočtu začínají, především v Německu, stavět i stavby hrázděné. Jsou to stavby charakteristické tím, že je vytvořena kostra z dřevěných tyčových prvků a stěny jsou dodatečně vyplňovány. První hrázděné stavby měly stěny vyplétané vrbovým proutím, později se začaly používat nepálené i pálené cihly. Z historických nálezů a zpráv můžeme soudit, že všechny současné způsoby stavění ze dřeva vznikly z hrázděných a srubových staveb. Postupným vývojem konstrukcí dochází ke zjednodušování spojů a rovněž ke zjednodušení celé konstrukce. Začínají se používat prvky menších průřezů a především pouze prvky konstrukčně nutné. (Vaverka, 2008)
3.2. Rozdělení dřevostaveb Dřevostavby
jsou
stavby,
jejichž
hlavním
konstrukčním
prvkem
je
dřevo.
Ostatní (nenosné) prvky stavby mohou tvořit i jiné materiály. Kromě dřeva tak budovu tvoří především izolační materiály, keramická či betonová krytina, ocelové spojovací prvky, speciální folie, obklady, nátěry aj. Základy stavby jsou zpravidla z betonu nebo zděné. Kombinace těchto materiálů ve výsledku zaručuje vynikající technologické vlastnosti stavby a přináší vysokou kvalitu bydlení. Konstrukční systémy budov na bázi dřeva se zpravidla odvozují od hlavních svislých a vodorovných nosných konstrukcí, respektive konstrukčních prvků. Vyznačují se zejména různým stupněm prefabrikace a návazně staveništní pracností. 11
V současné době se převážně používají následující konstrukční systémy dřevostaveb:
-
Stavby z masivního dřeva
-
Rámové stavby
-
Skeletové stavby ( Kolb, 2008)
3.2.1 Srubové stavby Pod pojmem masivní stavba ze dřeva rozumíme stavbu, u které je nosná část stěny tvořena z řeziva masivního průřezu, nebo z opracovaných přířezů, které jsou vzájemně spojeny do masivních desek skládáním, vrstvením nebo lepením. Z důvodu splnění norem, týkajících se hodnoty součinitele prostupu tepla, jsou dnes stěny masivních dřevostaveb doplňovány tepelně izolační vrstvou, případně dalšími potřebnými vrstvami podle typu konstrukce. (Havířová, 2006)
Charakteristické znaky srubových staveb:
-
vysoká řemeslná dovednost
-
speciální výběr dřeva
-
umělecké rohové spoje
-
pevné uspořádání půdorysu
-
velká spotřeba dřeva
-
sednutí. (Kolb, 2008)
Výhody srubových staveb:
-
Maximální využití vlastností dřeva, jako je schopnost regulace vnitřní vzdušné vlhkosti, filtrace vzduchu, adsorpce škodlivin a podobně.
-
12
není nutný výrobní závod
Nevýhody srubových staveb:
-
výrazně zvýšená spotřeba dřeva a delší doba výstavby hrubé stavby.
-
Při použití nesušené kulatiny nutná technologická přestávka mezi hrubou stavbou a dokončením objektu přibližně jeden rok na vysušení a seschnutí.
-
k výšce oken a dveří musí být připočítána dilatační nadmíra pro vykompenzování vlivu sesychání
-
současné požadované tepelně izolační vlastnosti lze dosáhnout jen s použitím přídavné izolace
-
vzhledem ke specifickému vzhledu staveb horší urbanistické začlenění (Vaverka, 2008)
3.2.2 Novodobé masivní dřevostavby V současné době používané systémy staveb, u kterých je nosná konstrukce stěny tvořena vrstvou masivního dřeva, nemusí být jenom stavby srubové. Stále častěji se objevují systémy, ve který jsou vytvářeny masivní systémy stěn a stropů vrstvením či skládáním jednotlivých přířezů nebo vytvářením dutých lepených nosných prvků na bázi dřeva s vnitřní výplní izolačním materiálem.
Charakteristické znaky novodobých masivních dřevěných staveb:
-
Nosná vrstva z masivní, plošně působící desky.
-
Masivní podíl je nejméně 50% uzavřené nosné vrstvy.
-
Plošně působící nosný systém je tvořen velkorozměrovými plošnými dílci nebo konstrukčními prvky malého formátu.
-
Jednovrstvé systémy spojované hřebíky nebo hmoždíky i vícevrstvé systémy slepené příčně nebo křížově nebo spojované hmoždíky.
-
Většinou poschoďová výstavby, avšak jsou možné také průběžné stěny a zavěšené stropy.
-
Účinný přenos vysokých zatížení.
-
Vyztužení budovy se provádí plošnou nosnou konstrukcí.
13
-
Příčné nebo křížově lepené systémy jsou vysoce tvarově stabilní.
-
Redukovaný počet vrstev konstrukčními prvky protože nosná konstrukce, ohraničení prostoru, těsnící rovina atd. podle systémů jsou výhradně tvořeny masivními dílci nosné konstrukce.
-
Masivní dřevěné konstrukční prvky odebírají vlhkost ze vzduchu místnosti, vážou ji a v suchých obdobích ji opět odevzdávají.
-
Rozličné konstrukční systémy jsou většinou vztaženy na výrobek a změřeny podle výrobce.
-
Na rozdíl do srubových staveb nejsou tyto stavby tolik náročné na spotřebu kvalitního řeziva.
-
Nižší míra objemových změn je výrazně nižší než u staveb srubových. (Kolb, 2008)
3.2.3 Skeletové stavby Hrázděné stavby Nejstarším typem skeletového konstrukčního systému dřevostaveb jsou hrázděné stavby. Nosná konstrukce stěn u hrázděných staveb je tvořena z dřevěných prvků masivního průřezu. Jednotlivé prvky jsou tesané, vzájemné spojení se provádí tesařskými spoji. Tato dřevěná kostra musí být schopna přenést veškeré zatížení na ni působící až do základů. Z tohoto důvodu musí být provedení celé kostry včetně spojů velmi pečlivé a přesné. U řady hrázděných staveb zůstává dřevěná kostra viditelná. Zdivo stěn slouží pouze jako výplň. Konstrukce se nejdříve sestaví v tesařské dílně, teprve potom se montuje na stavbě. Tento způsob výstavby je velmi pracný a náročný na spotřebu materiálů. Proto se dnes tento typ konstrukce používá velmi zřídka. Výstužná vzpěrná konstrukce hrázděných staveb byla nahrazena vývojem nových deskových materiálů a výrobními postupy s ekonomicky i konstrukčně zajímavými alternativami. Hrázděné stavby se stále používají například v zemědělství nebo pro nejvýše dvoupodlažní účelové budovy, ovšem většinou s obloženou nosnou konstrukcí. (Havířová, 2006)
14
Charakteristické znaky hrázděných staveb: -
nosná konstrukce může být oboustranně obložena, podle tradičního vzoru však zůstává zvenku obnažena
-
patrová výstavba
-
především čisté spoje dřeva s čepy, zapuštěními a plátovaním
-
nosné dřevěné prvky vykazují větší a spíše čtvercové průřezy (Kolb, 2008)
Novodobý skelet Dřevěné skeletové stavby umožňují větší rozpětí s menším počtem vnitřních sloupů než jiné systémy a to ponechává značnou volnost pro řešení půdorysu. Skeletová stavba je charakteristická vytvořením nosné kostry z tyčových prvků, která musí být schopna přenést veškerá zatížení na konstrukci působící, bez spolupůsobení stěn nebo výstužného opláštění. První stavbou tohoto typu je stavba s hrázděnou konstrukcí. Vývojem nových technologií, inženýrského zpracování a především s vývojem moderních spojovacích prostředků, vznikly moderní skeletové stavby, u kterých došlo ke zjednodušení celé konstrukce nosné kostry vynecháním šikmých vzpěr a vodorovných příček. Použité profily jsou z lepeného dřeva a tesařské spoje byly nahrazeny spoji inženýrskými. Nosnou funkci má samotný skelet. Stěny mají funkci výplňovou nebo dělící. Nosný skelet je, stejně jako u hrázděných staveb, tvořen tyčovými prvky. Ty však netvoří nosnou kostru jednotlivých stěn. Svislými nosnými prvky jsou pouze sloupy, uspořádaní v pevné osové vzdálenosti, takzvaném modulu. Zcela vynechán je spodní práh, sloupy jsou osazeny přímo do základové konstrukce, horní rám je nasazen systémem vodorovných nosníků. Vynecháním vodorovných prahů a ližin je minimalizováno sedání celé konstrukce, které bylo u hrázděných staveb. Nevýhodou naopak je, že při vynechání dolního prahu musí být u paty každého sloupu zajištěna konstrukční ochrana dřeva, aby nedocházelo k jeho případnému znehodnocování vlhkostí ze základové konstrukce.
15
Charakteristické znaky skeletových staveb : -
velká kompoziční volnost
-
variabilní řešení půdorysu
-
nosný skelet a stěny ohraničující prostor zůstávají vzájemně nezávislé
-
škála rozměrů podle rastru a modulu
-
dřevěný skelet může být uvnitř nebo venku viditelný nebo také oboustranně zakrytý
-
spoje jsou provedeny ocelovými prostředky
-
u stěnových stropních a střešních prvků je velká možnost předvýroby
(Kolb, 2008)
Výhody skeletových dřevěných staveb:
- není nutný výrobní závod, veškeré práce se provádějí na stavbě - velmi variabilní systém, umožňuje změny prakticky po celou dobu výstavby - během celé stavby umožněna kontrola prováděných dílčích prací - nejsou nutné speciální přepravní ani zdvihací prostředky
Nevýhody skeletových dřevěných staveb:
- dlouhá doba výstavby na staveništi - složité zabezpečení materiálu především na počátku montáže - zvýšené požadavky na odbornost montážních pracovníků (Vaverka, 2008)
3.2.4 Rámové konstrukce
Jedná se o domy, u kterých je nosná konstrukce tvořena dřevěnou kostrou z řeziva opláštěnou deskovými materiály, které s dřevěnou kostrou spolupůsobí při přenosu zatížení. Je nutno zdůraznit, že pojem „rámová dřevostavba“ má vystihovat konstrukci stěn, ve které jsou jednotlivé dřevěné přířezy sestavovány do základního nosného obdélníkového rámu. V žádném případě se nejedná o rámovou konstrukci, kterou známe 16
ze statiky, kde pojem rám má skutečně vystihovat chování konstrukce při zatěžování z pohledu statického působení. Názvosloví je v souladu s názvem používaným v angličtině pro severoamerický styl staveb. Systém dřevostaveb s nosnou kostrou z řeziva je tradičním a velmi rozšířeným systémem používaným v Severní Americe, kde je oblíben především proto, že se jedná o rychlou a suchou montáž a výsledkem je stavba s dobrými tepelně- izolačními vlastnostmi při zachování vysoké variability dispozičního a architektonického řešení. Tento systém pronikl z Ameriky do Evropy, kde byl postupně zdokonalován z hlediska opracování jednotlivých prvků a prefabrikace, čili předvyrobení celých hotových dílců předem ve výrobně tak, aby mohly být na stavbě osazeny s minimální dobou potřebnou pro vlastní montáž. Pro rámové dřevostavby jsou charakteristické malé průřezy dřevěných profilů a malá vzdálenost nosných stojek. Celý nosný rám je vytvořen z profilů jednotných rozměrů, nejčastěji používaným rozměrem v evropských zemích je průřez 60 x 120 milimetrů. Ten je v posledních letech často nahrazován průřezem 60 x 180 milimetrů, z důvodů zvýšených požadavků na tepelnou izolaci obvodových stěn. Původní dřevěná nosná kostra amerického systému rozlišuje dva základní typy stavění. U prvního typu jsou stojky průchozí přes celou výšku budovy a k nim se připevňují vodorovná nosná žebra stropu. Tento typ se nazývá „ballon frame“. Dřevěná kostra byla zavětrována diagonálami z prken zapuštěných do stěny, aby nepřekážela při provádění opláštění. V současnosti se používá opláštění stěn z deskových materiálů, které ze statického hlediska spolupůsobí při přenosu zatížení v hotové konstrukci. Druhý tip, nazvaný „platform frame“, je charakteristický tím, že stojky stěn jsou pouze na výšku podlaží. Nahoře jsou vzájemně spojeny vodorovným pasem a na takto vytvořený dřevěný „rám“ se pokládá konstrukce stropu. Svislé nosné stěny jsou tedy konstrukcí stropu přerušeny a u vícepodlažních budov se nosná konstrukce stěny vyššího podlaží ukládá až na stropní konstrukci. Výhodou tohoto systému je to, že stropní konstrukce současně slouží jako pracovní plošina při montáži domu. Tento typ staveb je dnes nejrozšířenějším způsobem realizace dřevěných montovaných domů. Výhodou je jednak zmíněná vyšší bezpečnost při montáži, dále pak také možnost sestavení nosné dřevěné kostry (rámu) předem ve výrobně a určitým stupněm dokončenosti. Nosné stěny dřevěných rámových domů jsou tvořeny svislými stojkami, které jsou rozmístěny v pravidelných osových vzdálenostech (většinou 400, 600 nebo 625 mm).
17
Stojky jsou spojeny s dolním a horním vodorovným pasem na tupý sraz pomocí hřebíků. Tím je vytvořen dřevěný rám, pro který musí být použito tříděné řezivo požadované pevnosti, jehož rozměry jsou dány jednak statickým posouzením, jednak požadavkem na potřebnou tloušťku tepelně izolační vrstvy, která se vkládá do prostoru mezi stojky. Jak již bylo uvedeno, dnes nejčastěji používaným rozměrem jsou stojky 60 x 120 mm. V nosné stěně jsou tyto stojky navrhovány jako tlačené prvky, u kterých je vzpěrná délka rovna jejich skutečné délce ve stěně. Vzhledem k malému průřezu tlačené stojky je třeba zajistit stabilitu proti vybočení. To je provedeno tím, že ve směru menšího rozměru průřezu, tedy v rovině stěny, jsou stojky spojeny s opláštěním. Aby bylo toto spojení schopné přenášet síly, které v něm vznikají a došlo skutečně ke spolupůsobení obou prvků stěny, musí být spoj staticky posouzen. Z tohoto důvodu musí být dodržena také potřebná vzdálenost spojovacích prostředků od okraje stojky v místě stykování opláštění stěny. Tím může být někdy vznesen požadavek na větší rozměr stojky ve stěně. Dalšími prvky nosného dřevěného rámu jsou překlady nad otvory dveřními nebo okenními a poprsníky v místě okenních otvorů. Jsou uloženy na zakrácené stojky ve stěně, které přenášejí zatížení do základů stavby a jsou stejného průřezu jako ostatní nezakrácené stojky. V místě otvoru probíhají zakrácené stojky ve stejných modulových vzdálenostech jako ve zbývajících částech stěny. Deskové materiály, kterými je stěna opláštěna, zajišťují mimo deskové působení rámové stěny také prostorové ztužení celé budovy. Z tohoto důvodu musí být pro opláštění stěn použity materiály, které tyto statické požadavky splňují. Mohou to být deskové materiály na bázi dřeva určené pro stavební účely, sádrovláknité desky, případně cementotřískové desky. Tyto materiály vždy musí mít potřebné mechanické vlastnosti. Z toho důvodu nemůže plnit výztužnou funkci stěn například samotná sádrokartonová deska. Ta se v dřevěných stavbách používá pro obklady vnitřního líce stěn z důvodu nejen povrchové úpravy, ale především z důvodu zvýšení požární bezpečnosti stavby. Pro zajištění výztužného účinku musí být vždy použita spolu s jiným deskovým materiálem na bázi dřeva. Nosná stěna může být v dřevostavbě jednak jako stěna vnitřní, u které má izolační výplň, vkládaná mezi stojky funkci zvukotěsnící, nebo jako stěna vnější. U té je nutné mimo izolačních schopností zajistit i její neprůvzdušnost a především je nutno zajistit, aby
18
uvnitř konstrukce nedocházelo ke kondenzaci vodních par, protože při neodborném provedení stěny je vlhkost, která se do stěny dostane, příčinou mnoha poruch a škod. Ve vzduchu je vždy obsaženo určité množství vodní páry. Při zvyšující se teplotě také roste tlak vodní páry, která pak při ochlazení vzduchu kondenzuje. To znamená, že uvnitř stavby, v interiéru, kde je teplota v zimních měsících vyšší než teplota venkovního prostředí, musí být také dílčí tlak vodních par větší než venku. Dochází k toku molekul vodní páry obvodovou stěnou směrem ven. Rychlost tohoto toku a množství procházejících molekul vodní páry závisí na difuzním odporu jednotlivých vrstev stěny. Proti toku molekul vodní páry pronikají naopak z vnějšího prostředí dovnitř molekuly vzduchu, a tím dochází k vyrovnávání tlaku. Množství molekul vodní páry směrem k vnějšímu líci stěny klesá, pro každý dílčí tlak ve stěně existuje tzv. rosný bod, ve kterém dochází při dalším poklesu teploty ke kondenzaci vodní páry. Pokud je skladba stěny taková, že difuzní odpor jednotlivých vrstev klesá směrem k vnějšímu líci, je umožněno molekulám vodní páry pronikat stěnou a na vnějším líci volně unikat ven. Za předpokladu, že je obvodová stěna řádně tepelně izolovaná, lze takovou skladbu stěn považovat za dostatečnou ochranu proti vzniku vlhkosti ve stěně ze zkondenzované vodní páry. Pokud je však opláštění na obou stranách povrchu obvodové stěny ze stejného materiálu, bude docházet na hranici vrstev ve skladbě pláště ke kondenzaci a tím může být vnesena vlhkost do celého průřezu. To pak má za následek jednak znehodnocené tepelné izolace, ale především nastává nebezpečí pronikání vlhkosti do prvků nosného dřevěného rámu, které tím mohou být postupem času znehodnoceny. Protože tento problém může nastat u všech vícevrstevných konstrukcí, je třeba dodržovat správné zásady návrhu skladby stěn již ve fázi projekčního řešení. (Havířová, 2006) Charakteristické znaky dřevěných rámových staveb: - volnost architektonického řešení - jednoduchý konstrukční systém - opakující se detaily - nosná kostra sestává ze štíhlých, standardizovaných průřezů - celkové vyztužení opláštěním - jednoduchá dostupnost materiálu
19
- poschoďová výstavba - spoje kontaktními styky a mechanickými spojovacími prostředky - rastrový rozměr 400 – 700 mm, přednostně 625 mm - konstrukce oboustranně obložená - krátká doba výstavby, jsou možné různé stupně předvýroby (Kolb, 2008)
Výhody rámové konstrukce:
- krátká doba výstavby na staveništi - převážná část operací je prováděna v krytých, temperovaných prostorách kde nehrozí navlhnutí materiálu - částečnou sériovostí lze snížit náklady - zvýšení produktivity práce použitím moderních výrobních technologií - minimalizace spotřeby konstrukčních materiálů, kde jeho použití je dáno především statickými požadavky - opakovatelnost řešení vede k nižším cenám - vzhledem k rychlosti montáže lze použít stavbu již první den k uskladnění materiálu.
Nevýhody rámové konstrukce: - nutný výrobní závod - nutné speciální přepravní a zdvihací prostředky - nižší variabilita výroby (Vaverka, 2008)
20
4 PODROBNÝ POPIS A DETAILY KONSTRUKČNÍCH SYSTÉMŮ 4.1 Srubové stavby
Jedná se o nejstarší typ konstrukce dřevostaveb, který výrazně ovlivnil vývoj dřívější architektury dřevěných staveb a je široce rozšířený. Původní srubové stavby měly stěny z loupaných kuláčů kladených vodorovně na sebe. Díky tomu, že stavba je realizována z rostlého dřeva, u kterého je jeho povrch narušený jen minimálně nebo vůbec, vyznačují se dlouhou životností. V rozích se obvykle nechává přesah dřeva a v jeho křížení se klády spojují přeplátováním. Vodorovné spáry mezi jednotlivými kládami byly utěsněny mechem, někdy se spáry ještě vymazávaly hlínou. Později se provádělo lícování kulatiny na jejích styčných dolních a horních hranách. S postupným dalším vývojem se spoj prováděl pomocí vloženého pera. Dalším zdokonalením bylo použití polohraněného, později hraněného řeziva s jednoduchými nebo dvojitými drážkami ve vodorovné spáře. U tesaných trámů bylo těsnění vodorovných spár nezbytné, protože tesaný trám nebyl tak přesný jako dnes, kdy při moderním způsobu opracování lze dosáhnout vysoké přesnosti v lícování vodorovných spár. Spáry mají obvykle dvě až tři pera, drážky a vložené těsnění, aby byl splněn požadavek neprůvzdušnosti obvodových stěn.
Obr. 1 Příklady rohové vazby srubových staveb (Havířová, 2006)
Vodorovné trámy obvodových stěn jsou kladeny ve stejné výšce, nebo jsou vzájemně u dvou sousedních stěn o polovinu výšky prostřídány. V rohovém křížení se provádí přeplátování. Třecí síly v ploše plátu nejsou schopny přenášet vodorovné síly. Proto je
21
nutné spoj zajistit proti vodorovnému posuvu. To je možné provést pomocí hřebíků, skob, nebo kolíků z tvrdého dřeva. Dále je spoj možno zajistit použitím rybinového plátu, u kterého dochází k samosvornému účinku nebo použitím rohové vazby se záhlavím a přeplátováním. I v těchto případech se ale doporučuje přídavné zajištění. Pro zvýšení celkové tuhosti stavby se doporučuje vytvoření vnitřní výstužné stěny přibližně v polovině délky stavby. Obr. 2 Možné tvary průřezů srubové stěny
(Havířová, 2006)
Protože nosnou stěnu srubové stavby tvoří vodorovně kladené trámy, dochází po výšce stěny ke značným objemovým změnám vlivem bobtnání a sesychání dřeva. Pro každé poschodí je třeba počítat až se 25 mm seschnutí. Sesychání dřeva je potřeba brát v úvahu především při vytváření otvorů pro okna a dveře. Vzhledem k tomu že u roubené stavby by měla nosná zeď plnit všechny funkce obvodového pláště, měla by u bytového, či rodinného domu splňovat požadavek tepelné ochrany. Protože v posledních letech značně stouply požadavky na snížení součinitele prostupu tepla stěnou, samotná stěna z masivního dřeva současné požadavky nesplňuje. Jedná- li se tedy o stavby pro trvalé bydlení, musí se obvodové stěny dodatečně zateplit. Proto se přibližně v osmdesátých letech minulého století objevují první srubové stavby, u nichž je obvodová stěna zateplená. Aby stavba neztratila svůj charakter masivní dřevostavby, provádí se zateplení například tak, že se vytvoří z vnější strany takzvané „falešné“ roubení a mezi toto roubení a vlastní nosnou stěnu se vloží tepelná izolace. Další možností je postavit zdvojenou roubenou stěnu, u které mohou být obě vrstvy v tloušťce již od 75 mm a mezi tyto stěny se vkládá tepelná izolace. Vždy je však nutno provést taková opatření, aby nedocházelo ke znehodnocování dřeva vlivem kondenzace vodních par ve stěně. (Havířová, 2006)
22
Obr. 3 Možnosti zateplení stěny srubové stavby
(Havířová, 2006)
4.2 Novodobé masivní dřevostavby Skladba stěny novodobé masivní dřevostavby je v podstatě stejná jako u stavby srubové. Rozdíl je v nosné části stěny, která je tvořena skládáním přířezů. Jakým způsobem jsou přířezy poskládány, si ukážeme nyní.
4.2.1 Křížově slepené řezivo
Obr.4 (Kolb, 2008)
Křížově slepené řezivo je tvořeno z několika křížově slepených vrstev prken. Díky tomu mají dílce vysokou tvarovou stálost. Vyrábí se ze smrkového nebo jedlového řeziva. Křížovým uspořádáním prken vznikají plošné dílce, které mohou přenášet zatížení v obou směrech. Přitom se rozlišuje mezi hlavním a vedlejším nosným směrem. Běžné tloušťky desek u křížově lepeného řeziva jsou 50 až 300 mm. Samotná dřevěná konstrukce nesplňuje požadavky tepelné ochrany, proto je u tohoto typu staveb nutné
23
dodatečné zateplení vláknitými materiály z vnější strany stěny. Na vnější vrstvu izolace se provádí dřevěný obklad s odvětrávanou mezerou a difúzní fólií. Vrstvené bloky z masivního dřeva jsou často používány pro stropní konstrukce dřevěných staveb, neboť vzhledem k výši plošné hmotnosti vykazují lepší zvukoizolační vlastnosti než lehké rámové konstrukce. (Kolb, 2008)
Obr. 5 a) Detail napojení příčky na obvodovou stěnu. b) Napojení podlahy na obvodovou stěnu. c) Spojení obvodových stěn v rohu. d)Napojení obvodové stěny na základní desku (Kolb, 2008) a)
b)
c)
d)
24
4.2.2 Křížově kolíkované dílce
Obr. 6 (Kolb, 2008)
Kolíkované dílce z rostlého dřeva jsou tvořeny jádrem
o tloušťce přibližně 60 až 80
mm ze stojatých fošen, ke kterému je z obou stran připojeno kolíky více vodorovných, svislých a diagonálních vrstev jehličnatých prken o tloušťce 20 až 50 mm. Takto vyrobené dílce se používají převážně pro stěny. Protože u tohoto systému slouží pro tepelnou a zvukovou izolaci převážně dřevo, jsou dílce výrazně tlustší než u jiných systémů. Tloušťka dílce se pohybuje v rozmezí 150 až 400 mm. Dílce se doplňují dřevovláknitými deskami. Dalšími materiály pro konstrukční prvky jsou u tohoto systému zpravidla izolace z dřevovláknitých materiálů a bednění z rostlého dřeva. (Kolb, 2008)
25
Obr. 7 a) Detail napojení příčky na obvodovou stěnu. b)Napojení podlahy na obvodovou stěnu. c )Spojení obvodových stěn v rohu. d) Napojení obvodové stěny na základní desku (Kolb, 2008) a)
b)
c)
d)
26
4.2.3 Vrstvené masivní bloky Obr. 8 (Kolb, 2008)
Dalším způsobem vytváření nosných stěn a stropů je skládání jednotlivých pravoúhlých přířezů nastojato vedle sebe tak, že se stýkají širší stranou a tloušťky jednotlivých prken tvoří vnější povrch vytvořeného bloku. Prkna lze také nastavovat po délce zubovým spojem a vytvářet tak větší formáty. Prkna, používaná pro výrobu vrstvených bloků, mají tloušťku od 20 do 40 mm. Prkna sou spojena buď hřebíky nebo kolíky z tvrdého dřeva.
Obvyklé tloušťky dílců jsou 80 až 120 mm. Takto vytvořené bloky se používají pro obvodové stěny v kombinaci s dodatečným zateplením, pro vnitřní nosné stěny a pro nosné konstrukce stropů. (Havířová, 2006)
27
Obr. 9 a) Detail napojení příčky na obvodovou stěnu. b) Napojení podlahy na obvodovou stěnu. c) Spojení obvodových stěn v rohu. d) Napojení obvodové stěny na základní desku (Kolb, 2008)
a)
b)
c)
d)
4.2.4 Materiály na bázi dřeva
Obr. 10 (Kolb, 2008)
28
Nosné a výstužné stěnové konstrukční prvky lze vyrobit z plošně lisovaných desek nebo desek OSB v jedné vrstvě nebo slepených ve více vrstvách. Běžná tloušťka plošně lisovaných desek je 80 mm. Jednotlivé OSB desky se celoplošně slepují do masivního konstrukčního prvku s nejméně třemi a nejvýše deseti vrstvami. (Kolb, 2008)
Obr. 11 a) Detail napojení příčky na obvodovou stěnu. b) Napojení podlahy na obvodovou stěnu. c) Spojení obvodových stěn v rohu. d) Napojení obvodové stěny na základní desku (Kolb, 2008) a)
b)
c)
d)
29
4.2.5 Příčné lepení s mezerami
Obr. 12 (Kolb, 2008)
Dílce sestávají z křížově uspořádaných slepených vrstev prken. V jednotlivých vrstvách jsou prkna rozmístěna se vzájemným odstupem. Tak vznikají vzájemně sladěné dutiny, které poskytují místo pro instalace i pro izolační materiály. Používají se jako stěny i jako stropní a střešní dílce. (Kolb, 2008)
4.2.6 Dřevěný modulový zásuvný systém
Obr. 13 (Kolb, 2008)
Základ tohoto systému tvoří moduly malého formátu vyrobené z rostlého dřeva. Snadno manipulovatelné moduly lze díky speciálnímu spojení zasouvat do vazby v rastrovém rozměru. Tím vznikají nosné vnější i vnitřní stěny. Dřevěnými moduly se vytvoří hrubá stavba. Další skladba stěn následuje podle energetických, architektonických a konstrukčních hledisek. (Kolb, 2008)
30
4.2.7 Lepené masivní bloky
Obr. 14 (Kolb, 2008)
Lepením pravoúhlých přířezů do tvaru dřevěného truhlíku je vytvořen další novodobý systém masivních dřevostaveb. Lepený dřevěný truhlík je obdélníkového průřezu a uvnitř je vyplněn vláknitou izolační hmotou. Obvykle je spojeno několik takto vytvořených prvků do jednoho bloku. Délka spojovaných přířezů je současně délkou vytvořených nosných bloků. Používají se do snosných stěn a stropních konstrukcí. Lepením vykrácených přířezů do obdélníkových tvarovek je vytvořen další systém, u kterého se jednotlivé bloky spojují pomocí dřevěných kolíků do předem předvrtaných otvorů. Rozměry těchto bloků odpovídají přibližně rozměrům tvarovek z klasických stavebních materiálů.(Havířová, 2006)
4.3 Skeletové stavby 4.3.1 Hrázděné stavby
Hrázděná stěna se skládá ze svislých stojek, vodorovných prahů a lyžin, vzpěr a paždíků. Ližina, stojky a práh jsou nosné prvky stěny, které přenášejí svislé síly do základů. Vzpěry a paždíky bývají označovány jako výztužná dřeva. Základový práh tvoří spodní vodorovnou část stěny. Vyrábí se ze smrkového nebo borového dřeva. Při vysokých silách v tlaku kolmo k vláknům se může použít dubové či bukové dřevo. Bukové dřevo ovšem pouze v případě dokonalé ochraně proti vlhkosti. U stěn prvního nadzemního podlaží je uložen na základovou konstrukci jako pozednice, a protože je po celé délce podporován, navrhuje se jako pravoúhlý průřez naležato. Práh musí být
31
chráněn proti zemní vlhkosti a dešťové vodě. Jeho poškození hnilobou by znamenalo narušení celé konstrukce stavby. Z důvodu ochrany před odstřikující dešťovou vodou by měl být (stejně jako všechny dřevěné konstrukce) osazen na soklu ve výšce minimálně 300mm nad okolním terénem. Do prahu jsou začepovány svislé stojky, které spolu se vzpěrami přenášejí do prahu veškeré síly působící na stěnu. Stojky jsou čtvercového průřezu, na výšku jednoho podlaží a v úrovni stropu ukončené ližinou, do které jsou rovněž začepovány. Rozlišují se rohové, vazné, dveřní, okenní a mezilehlé. Horní rám přenáší do stojek zatížení ze stropu nebo střechy. Průřez ližiny je obdélníkový, pro přenášení uvedeného zatížení je prořez položen na výšku. Šikmé vzpěry ve stěnách musí být v každé stěně minimálně dvě, jsou obdélníkového nebo čtvercového průřezu, umístěné v obou krajních polích stěny. Protože zajišťují přenášení vodorovných sil, musí být skloněny proti sobě. V případě že je výstužný účinek ve stěně zajištěn deskovými materiály, mohou být vzpěry vynechány. Vodorovné paždíky jsou umístěny mezi stojky. Stěnu vyztužují, slouží jako opora pro vyzdívku nebo podklad pro bednění stěn. U dveřních a okenních otvorů mají funkci překladu.(Havířová, 2006) Obr. 15 Příklad uspořádání konstrukčních prvků u stěny hrázděné stavby (Kolb, 2008) 1. práh 2. rohový sloupek 3. okenní sloupek 4. dveřní sloupek 5. Ondřejův kříž 6. vzpěra 7. horní rám 8. nosník 9. příčka 10. parapetní příčka překladová příčka
32
Obr. 16 Řez hrázděnou konstrukcí (Kolb, 2008) 1. maltové lůžko, hydroizolace 2. práh 3. okenní parapet 4. horní rám 5. vnitřní obklad 6. laťový rošt, prostor pro instalace 7. parozábrana 8. laťový rošt, izolace 9. hrázděná stěna
33
4.3.2 Novodobý skelet Základní modul stavby určuje celkovou koncepci stavby. Základní modul je většinou 600 mm. Modulová síť nebo rastr je pak násobkem tohoto základního modulu. Modulová síť bývá většinou pravoúhlá. Lze však použít i jiné tvary, jako trojúhelník, či dokonce kruh. Obr. 17 ( Havířova, 2006)
Modulová síť také určuje rozměry jednotlivých prvků, jejich dimenze, počet a tvar spojů. V zásadě platí, že uspořádání nosné konstrukce ve větším půdorysném rastru má za následek větší spotřebu dřeva, celkové náklady na dřevěný skelet však se zvětšeným rastrovým rozměrem klesají. Příčinou je, že v dřevěných stavbách jsou náklady výrazně ovlivněny počtem styčníků, které jsou finančně náročné. Nejčastěji používaný rastr je 3600 nebo 4800 mm, běžné je však i použití rastru 1200 x 1200 mm, u kterého jsou použity menší profily prvků a konstrukční spoje jsou jednoduché. Pro větší rozpony se používají profily z lepeného dřeva, jednotlivé nosné prvky mohou být provedeny jako jednoduché nebo zdvojené. Výhodou zdvojených prvků je možnost provádět nosné prvky jako průběžné, bez přerušení v místě styčníku. Tím lze docílit provádění vícepodlažní dřevostavby se sloupy průběžnými na celou výšku stavby. U systému hlavních nosníků není problém vytvořit u průběžných prvků převislé konce. Podle vzájemného uspořádání prvků ve styčníku je rozlišeno pět základních systémů pro skeletové stavby ze dřeva. (Vaverka 2008)
34
Nosníky uložené na sloupech Obr. 18 ( Kolb, 2008)
Pro jednopodlažní konstrukce lze použít systém, u kterého je jednodílný sloup a jednodílný hlavní nosník. Sloupy jsou provedeny pouze na výšku podlaží a hlavní nosníky jsou položeny na nosné sloupy. Tím je umožněno provedení hlavních nosníků jako průběžných, s převislými konci. Výhodou takovéto konstrukce je právě uložení nosníků na sloupy, protože veškeré síly od zatížení jsou přenášeny pouze tlakem. Důležité je v tomto případě (Havířová 2006) Sloup a dvojitý nosník Obr. 19 ( Kolb, 2008)
35
provést zajištění proti nadzdvižení vodorovných prvků.
Pro vícepodlažní budovy lze použít zbývající konstrukční systémy. U prvního z nich je sloup proveden jako jednodílný, průběžný na celou výšku stavby. Hlavní nosník je také průběžný a je proveden jako dvoudílný, připojený ke sloupu z obou stran jako kleštiny. Vedlejší nosníky mohou být položeny shora na hlavní nosník nebo mohou být výškově osazeny mezi hlavní nosníky pro snížení konstrukční výšky stropu. Při osazení vedlejších nosíků shora na hlavní nosník mohou být vytvořeny v obou směrech převislé konce v konstrukci stropu, u nosníků vkládaných mezi hlavní nosníky jsou možné převislé konce pouze v jednom směru. Systém průběžných nosníků ukládaných shora na hlavní nosníky je výhodnější i z hlediska statiky. (Havířova, 2006) Dvojitý sloup a nosník Obr. 20 ( Kolb, 2008)
Druhý systém pro vícepodlažní budovy je systém, kde je opět průběžný sloup, ale v tomto případně je vytvořen jako dvoudílný, kleštinový. Hlavní nosník prochází mezi oběma díly sloupu, je jednodílný a průběžný. Lze tedy vytvářet převislé konce ve směru hlavních nosníků. Při uložení vedlejších nosníků na hlavní nosníky mohou být převislé konce v obou směrech. V tomto případě je třeba vzít v úvahu členění sloupu a tím snížení požární odolnosti oproti jednoduchému. Nevýhodou je také nutnost vkládat mezi oba díly sloupu v jistých intervalech spojky. (Havířova, 2006)
36
Sloup a přilehlý nosník Obr. 21 ( Kolb, 2008)
Sloup je průběžný a hlavní nosník je k němu připojen jako prostý nosník v libovolné úrovni. Při uložení vedlejších nosníků ve stejné výškové hladině jako jsou nosníky hlavní, mohou být vedlejší nosníky orientovány všechny stejným směrem, nebo se jejich směry mohou v jednotlivých polích šachovnicově střídat. V prvním případě mluvíme o tzv. souosém systému, v druhém o nesouosém systému. Protože hlavní nosník je v místech napojení na nosné sloupy přerušen, jedná se ze statického hlediska o prostý nosník a pro dodržení potřebných dimenzí je nutné použít více materiálu. Také pro spoje je potřebné použít speciální spojovací prostředky. Vytváření převislých konců v tomto případě není možné. Přístřešky a balkóny musí být řešeny jako samostatné konstrukce. (Havířová, 2006)
37
Vidlicový sloup Obr. 22 ( Kolb, 2008)
Hlavní nosná konstrukce je tvořena jednodílnými spojitými nosníky, které jsou uloženy na sloupech o výšce poschodí. Sloupy jsou vzájemně spojeny přes boční vidlice. Tento typ uložení je jednoduchým a účinným způsobem pro zajištění polohy nosníku a přenos svislých zatížení. Ve vícepodlažních budovách se zatížení z horních podlaží přenáší bočními patkami vidlicového sloupu. Z toho vyplývají dvě výhody. Za prvé, sesychání a bobtnání zůstává po celé výšce budovy minimální, protože jsou na sebe postaveny pouze podélné dřevěné prvky, za druhé podélný dřevěný prvek má výrazně vyšší pevnosti než dřevo v příčném směru. Existuje možnost použití vidlicových sloupů křížového tvaru nebo sloup může mít čtvercový nebo obdélníkový průřez, ke kterému jsou přidány boční příložky ve tvaru přídavného sloupu. Osazením těchto přídavných sloupů vzniknou křížové průřezy, čímž lze jednoduše provádět připojení stěny. (Kolb, 2008)
Ztužení skeletové konstrukce Protože samotný skelet musí být schopen přenést všechny svislé i vodorovné síly do základů, musí být nosná dřevěná konstrukce doplněna o výstužné prvky. Ztužení se provádí ve svislém a vodorovném směru tak, aby byla zajištěna prostorová stabilita
38
budovy. Vyztužení ve vodorovném směru je realizováno pomocí výztužných tabulí v rovině sloupu a střechy. Pro přenesení vodorovných sil do základů musí být ještě provedeno ztužení konstrukce ve svislém směru. To lze provést pomocí výstužných stěn, rámů, vetknutím sloupů, pomocí ocelových diagonál, nebo pomocí tuhého jádra. Pokud je v konstrukci vytvořena výstužná vodorovná tabule, je pro zajištění prostorové tuhosti konstrukce dostačující provést tři svislé výstužné prvky, které musí být v půdoryse umístěny tak, aby se nestýkaly u jednoho sloupu a musí být orientovány dva v jednom směru, zbývající jeden ve směru druhém. V případě, že není v konstrukci použito vodorovné výstužné tabule, musí být v každé řadě sloupů v obou směrech v půdorysu proveden alespoň jeden vertikální výstužný prvek. (Havířová, 2006) Plášť budovy Protože vnější stěny nemusí přenášet žádné zatížení ze stropů a střechy, lze je v zásadě uspořádat libovolně. To znamená, že mohou být vloženy před, za nebo mezi nosnou konstrukci. Pokud je nosný skelet oboustranně obložen, vznikají u sloupů nebo u průniků nosníků tepelné mosty. Vhodné je takové uspořádání, kdy nosná konstrukce je umístěna v teplé oblasti, tzn. uvnitř izolační vrstvy. Tím nedochází k tepelným mostům. Pouze takové uspořádání lze doporučit pro dosažení trvalé a spolehlivé konstrukce. (Kolb, 2008)
Obr. 23 (Kolb, 2008 ) Nosná konstrukce je umístěna uvnitř budovy. Stěny jsou drženy distančními
39
vložkami.
Konstrukce
je
chráněna
před
povětrnostními
vlivy.
Obr. 24 (Kolb, 2008) Nosná konstrukce je umístěna uvnitř budovy. Ani ve vrstvách tepelné izolace ani v parozábraně nedochází k průnikům. Konstrukce je chráněna před povětrnostními vlivy.
Obr. 25 (Kolb, 2008) Nosná konstrukce je jednostranně umístěna ve stěnové konstrukci.
Obr. 26 (Kolb, 2008) Nosná konstrukce je umístěna ve stěnové konstrukci. Průniky stěny vznikají nosníky, vaznicemi, kleštinami, případně také krokvemi. Napojení neprůvzdušné vrstvy je pracné. Hrozí vzniky tepelných mostů.
40
Obr. 27 (Kolb, 2008) Nosná konstrukce je umístěna zvenku. Nosná konstrukce prochází přímo z teplé do studené oblasti. Tím vznikající průniky lze provést pouze s velkou pracností. Také je velice obtížná ochrana proti povětrnostním vlivům.
Skladbu stěn lze konstruovat podle zásad rámových (i jiných) konstrukčních systémů, s tím rozdílem, že nejsou nosné.
Sloupkové konstrukce Mimo
uvedených
s nosnými
prvky
novodobých ve
velké
skeletových
osové
vzdálenosti
systémů zůstal
z původního amerického systému stavění v Evropě zachován sloupkový systém dřevostavby. Ten je tvořen spodním vodorovným prahem, svislými hustě kladenými žebry malých průřezů přes celou výšku budovy a horním rámem. Osová vzdálenost prvků je nejčasněji 600 -625 mm. Obr. 28 (Kolb, 2008)
41
4.3 Rámové stavby 4.3.1 Skladba stěny
Skladba stěny musí být navržena tak, aby difuzní odpor jednotlivých vrstev směrem ven dostatečně klesal. Není-li to možné, musí být nebezpečí kondenzace uvnitř stěny zabráněno použitím dostatečně odvětrávané mezery ve skladbě v místě předpokládané kondenzace, případně použitím parotěsné vrstvy co nejblíže vnitřnímu povrchu stěny. Tyto systémy rozlišujeme na difúzně uzavřené a difúzně otevřené. Za nejúčinnější lze považovat kombinaci obou způsobů. Stejně tak při použití skladby stěny s parotěsnou vrstvou, která je při provádění vnitřních rozvodů a vnitřních instalací porušena otvory například pro krabice elektrorozvodů nebo napojení vodovodních baterií, nelze zaručit naprostou těsnost této vrstvy ani při pečlivém provedené spojů. Z tohoto důvodu se doporučuje i v těchto případech zvýšit účinnost parozábrany ještě vytvořením odvětrávané vrstvy v konstrukci. Pokud je to možné, je u obvodových stěn vhodnějším řešením vytvoření další přídavné vrstvy ve stěně, ve které je možno vést rozvody instalací, aniž by došlo k porušení parozábrany. Neprůvzdušnost obvodové stěny musí být zajištěna v některém z vnějších vrstev pláště. Její funkcí je ochrana interiéru před tepelnými ztrátami vzniklými prouděním vzduchu konstrukcí. Nejčastěji se tato vrstva provádí ze speciálních fólií, které nepropustí proudící vzduch dovnitř, ale jsou dostatečně propustné pro vodní páru. Rovněž je možno tuto vrstvu vytvořit pomocí použitého opláštění z deskových materiálů, které však musí být v tomto případě provedeno tak a v takové úpravě, aby podmínku vzduchotěsnosti splňovalo. Pokud je v obvodové stěně provedena vrstva s difuzním odporem, lze konstrukci stěny považovat za dostatečně vzduchotěsnou. Parotěsná vrstva je provedena na vnitřní straně stěny, v některé vrstvě co nejblíže povrchu. Nejčastěji to bývá polyetylenová fólie v tloušťce 0,15 až 0,20 milimetrů, umístěná za vnitřní opláštění stěny. Její výhodou je možnost snadného stykování v kritických místech napojení jednotlivých částí konstrukce a její snadné osazení. Nevýhodou je již zmíněná možnost porušení při provádění vnitřních rozvodů a instalací, včetně osazování některých zařizovacích předmětů. Správné provedení stykování této
42
vrstvy v jednotlivých konstrukčních spojích stavby a utěsnění v místě prostupů ovlivňují životnost dřevostavby. (Havířova, 2006) Na tepelnou izolaci se dnes kladou vyšší požadavky, než vyplývají z tloušťky stěny 120mm určené standardními rozměry. V souladu s tím se používají vyšší průřezy. Většinou 160 až 220 mm, v řadě případů v kombinaci s druhou vrstvou, s průběžnou vnější izolací. Tato, ve stavebnictví často používaná sestava, znamená například tloušťku nosné konstrukce 160 mm a venkovní izolace 40, 60, 80 mm nebo více. (Kolb, 2008)
U dřevostaveb, navržených v nízkoenergetických či pasivních standardech, tvoří izolační systémy velmi důležitou součást stavby. Konstrukční skladby, složené z více různorodých materiálů, jsou však funkčně i technologicky poměrně náročné. Současný trend konstrukcí dřevostaveb směřuje k materiálově jednoduché, maximálně ekologické, tepelně úsporné a konstrukčně přirozené skladbě stěn a střech – tzv. difúzně otevřenému systému . Tento systém počítá s regulovaným obousměrným průchodem par konstrukcí. Jednotlivé izolační vrstvy jsou navrženy tak, aby difuzní odpor směrem do exteriéru klesal a tím byl zajištěn snadný prostup par konstrukcí, aniž by došlo k případné kondenzaci vlhkosti uvnitř izolačních částí konstrukcí, která pak může být příčinou plísní a hnilob. Velmi dobře se uplatňují izolace na bázi přírodních materiálů – jako je dřevo, konopí, len atd. Stavba pak přirozeně „dýchá“. U tohoto systému je potřeba vytvořit vzduchotěsnou vrstvu, která bude tvořit zároveň i vrstvu parobrzdnou. K tomu je opět vhodná vrstva OSB desek nebo lze použít speciálně impregnovanou celulózovou fólii. Tato vrstva nebrání přístupu par do konstrukce, ale zajišťuje, aby mohly vodní páry bezpečně vydifundovat z konstrukce do exteriéru i za extrémních podmínek. Vše musí být opět důkladně utěsněno kvalitními parotěsnými páskami. Jako výplňové izolace mezi sloupky a krokvemi jsou velmi vhodné dřevovláknité izolace, které jsou vysoce paropropustné, mají velkou sorpční schopnost a schopnost akumulovat vlhkost, čímž výrazně přispívají k zamezení
možnosti
kondenzace
vodních
par
v konstrukci.
Další
výhodou
dřevovláknitých izolací je vysoká schopnost akumulace tepla (díky vysoké měrné specifické tepelné kapacitě, která je cca třikrát vyšší, než mají současně běžně používané tepelněizolační materiály na bázi kamene a skla). Tato vlastnost přispívá
43
hlavně k zamezení přehřívání interiéru v létě, což se nejvíce projevuje v podkrovních obytných prostorech. Stavbu je také nutné opláštit paropropustnou vrstvou. K tomuto účelu se používají u provětrávaných fasád difúzně propustné dřevovláknité desky nebo fasádní difuzní fólie, které slouží zároveň jako pojistná hydroizolace a vzduchotěsná obálka stavby pod tzv. provětrávané, většinou dřevěné fasády z palubek, modřínových profilů nebo dřevěných deskových materiálů. U kontaktních zateplovacích fasádních systémů se především užívají dřevovláknité izolace, na které se pak přímo aplikují difúzně propustné omítkové systémy. (Čabrada, 2009) Vnitřní stěny, které neplní nosnou funkci a slouží pouze k oddělení vnitřních prostor, se provádějí také jako rámová konstrukce. Stojky jsou menšího průřezu, obvykle postačuje průřez 60 x 60 mm. Opláštění z desek může být jednostranné za předpokladu, že druhý líc stěny je obložen sádrokartonem. Do dutiny mezi stojkami stěny se opět vkládá izolace z minerální plsti. Vzhledem k tomu, že se jedná o vnitřní stěny, zajištění vzduchotěsnosti a ochrana před možnou zkondenzovanou vzdušnou vlhkostí není nutná. (Havířova, 2006)
44
Obr. 29 a) Skladba vnější stěny s jednovrstvou izolací b) Skladba vnější stěny s dvouvrstvou tepelnou izolací c) Skladba vnější stěny s dvouvrstvou izolací, druáý vrstva je vytvořeka kompaktní fasádou d) Skladba vnější stěny s doplňkovou izolací v instalační rovině
(Kolb, 2008)
a)
b)
c)
d)
45
4.3.2 Půdorysný rast
Obr. 30 (Kolb, 2008)
Řešení půdorysu a rastrový rozměr lze zvolit libovolně, při čemž je dobře zohlednit nejen statické požadavky, ale i konstrukční a výrobní možnosti. Je-li u skeletových staveb nosná konstrukce uspořádána ve velkém rastru, u rámových staveb je běžné uspořádání v malém rastru. Dřevěné konstrukční prvky se šířkou 60 mm se s výhodou rozmisťují v rastu 625 mm. Zvolený rastr určuje strukturní řád stavebního záměru. Při použití bednění z rostlého dřeva nebo třískových desek jako výztužného pláště byla dříve běžná rastrová vzdálenost 650 mm. Dnes, při používání desek na bázi dřeva a sádrovláknitých desek s obchodní šířkou 1250 mm, se plánuje a staví v rastrovém rozměru 625 mm.
Kritéria pro stanovení rastrového rozměru jsou: - formát izolačního materiálu - obchodně běžné formáty plášťových materiálů - modulová koordinace oken, balkónových a vnitřních dveří - členění fasády - rozdělení prostoru (Kolb, 2008)
46
4.3.3 Kotvení
Obr. 31 (Kolb, 2008)
Nosné vnější a vnitřní výztužné stěny musí také přenést vodorovné zatížení ze stropních prvků do základů. Přitom musí být zachyceny smykové a kotevní síly. Kontinuálním připevněním dřevěných prvků spodního prahu k základu lze v běžném případě přenést smykové síly a také část kotevních sil. Zbývající kotevní síly jsou přeneseny přímým kotvením dřevěných rámů. Pro kotvení dřevěných rámů se používá plochá ocel, kruhová ocel nebo také děrované plechy. Připevnění do betonového základu se dnes provádí přímou montáží. Otvory v základu jsou pracné a téměř se s nimi nesetkáváme. Dnes se všeobecně upřednostňuje přímé připevnění s rozličnými hmoždinkovými a kotevními systémy. Kotvení horního poschodí ve styku podlaží se provádí pomocí děrovaných plechů, desek na bázi dřeva nebo dalšími spojovacími prostředky. Jsou výhodné bezprostředně spojené pláště, pokud plochy nejsou příliš často přerušovány okny nebo dveřmi. Pomocí vzájemně spojených plášťů lze obejít pracné kotvení ve styku podlaží pomocí 47
děrovaných plechů a spojovacích prostředků nebo také pásových překližkových desek, které zajišťují silové spojení částí stěny. Pomocí přeplátovaných pásů překližkových desek lze efektivně přenést vedle smykových sil také působící tahové síly pomocí hustějšího uspořádání hřebíků. Pokud je staticky účinná vrstva pláště umístěna na vnitřní straně roviny konstrukce, přenáší se síly prostřednictvím horního rámu, mezipatrového stropu a prahu rovněž spojovacími prostředky z ocelových částí. (Kolb 2008)
Obr. 31 a) Příklady napojení stropu, b) Příklady napojení v rozích (Kolb, 2008)
a)
b)
48
5 POROVNÁNÍ VYBRANÝCH SKLADEB STĚN 5.1 Porovnání z hlediska prostupu tepla
V této kapitole jsou srovnány skladby stěn u srubových, novodobých masivních a rámových konstrukcí. Porovnání je provedeno takovým způsobem, že u každého z výše uvedených konstrukčních systémů je navržena právě taková skladba stěny aby odpovídala: I) požadované hodnotě prostupu tepla venkovní lehkou stěnou UN= 0,30 W/m2K. II) hodnotě prostupu tepla venkovní lehkou stěnou pro nízkoenergetické domy UNn= 0,15 W/m2K. III) hodnotě prostupu tepla venkovní lehkou stěnou pro pasivní domy UNp= 0,13 W/m2K. Všechny konstrukční systémy používají pro skladbu venkovních stěn víceméně stejné materiály. Je to masivní dřevo, materiály na bázi dřeva (například OSB), izolační materiály (minerální vata, polystyren atd.) a sádrokartonové desky. Parozábrany a venkovní fasády vzhledem k jejich tloušťce v porovnání s ostatními materiály zanedbáváme. Hodnoty součinitele prostupu tepla jsou tedy závislé výhradně na skladbě stěny, resp. na tloušťce izolační vrstvy. Vzhledem k tomu že se u všech používaných izolačních materiálů uvádí koeficient tepelné vodivosti l. Nemusíme rozlišovat jednotlivé materiály. Podobně je tomu u sádrokartonu a OSB desek. Koeficienty tepelné vodivosti u vybraných materiálů: - masivní dřevo kolmo na vlákna při vlhkosti 12% lmd = 0,18 W/mK - materiály na bázi dřeva lmnbd = 0,22 W/mK - izolační materiály liz = 0,04 W/mK - sádrokarton, lsk = 0,22 W/mK
49
Vzorce pro výpočet prostupu tepla stěnou tepelný odpor celkový tepelný odpor stěny
R = d/l
kde d je tloušťka dané vrstvy
Rc= Ri + Re + SR
kde Ri = 0,13 m2KW-1 a Re =
0,04 m2KW-1 jsou návrhové hodnoty odporu prostupu tepla na vnější straně konstrukce a na vnitřní straně konstrukce bez kondenzace. součinitel prostupu tepla
U = 1/Rc
5.1.1 Srubová stavba
U srubových staveb si uvedeme dvě nejrozšířenější skladby stěn pro obytné domy a to: a) stěna složena z dřevěných trámů, izolační vrstvy a venkovního obkladu z masivního dřeva b) stěna tvořená dvěma stěnami z trámů, mezi kterými je vrstva tepelné izolace. V obou případech se jedná o difúzně uzavřené systémy. a) ) stěna složena z dřevěných trámů, izolační vrstvy a venkovního obkladu z masivního dřeva Při šířce trámů nosné stěny 0,25 m a použití jedné vrstvy vnitřního opláštění z OSB desek o tloušťce 0,025m jsou hodnoty diz a dcelk rovny. Tloušťku izolace spočítáme pomocí vzorce odvozeného z výše uvedených rovnic.
I) diz = 0,066 m, dcelk = 0,341 m II) diz = 0,2 m, dcelk = 0,475 m III) diz= 0,240 m, dcelk = 0,516 m
Obr. 32
50
b) stěna tvořena dvěma stěnami z trámů, mezi kterými je vrstva tepelné izolace. Při šířce trámů obou stěn 0,25 jsou hodnoty diz a dcelk rovny: Tloušťku izolace spočítáme pomocí vzorce odvozeného z výše uvedených rovnic.
I) diz = 0,015 m, dcelk = 0,515 m II) diz = 0,149 m, dcelk = 0,649 m III) diz= 0,190 m, dcelk = 0,68
Obr. 33 5.1.2 Novodobé masivní dřevostavby
U tohoto typu dřevostavby si uvedeme pouze jeden stavební systém a to stěnu složenou z vrstveného masivního bloku, sádrokartonových desek, a přídavné izolace. Použití parozábrany je nutné v případě, že pro přídavnou izolaci a kontaktní fasádu použijeme difúzně nepropustné materiály. Případné použití odvětrávané mezery a vnějšího obložení
namísto
kontaktní
fasády už
nemá
na hodnotu součinitele prostupu tepla podstatný vliv. Parozábranu a kontaktní fasádu můžeme ve výpočtu vzhledem k její tloušťce zanedbat. Ostatní skladby stěn se liší pouze způsobem spojení nebo uložení prken v masivním bloku. Tloušťku
izolace
spočítáme
pomocí
vzorce
odvozeného z výše uvedených rovnic, kde dmd = 0,12 m a dsk= 0,025mm.
Obr. 34 51
Hodnoty diz a dcelk jsou potom rovny: I) diz = 0,095 m, dcelk = 0,24 m II) diz = 0,227 m, dcelk = 0,374 m III) diz= 0,270 m, dcelk = 0,425 m
5.1.3 Rámové dřevostavby
U rámových dřevostaveb musíme vzít do úvahy, že nosná část stěny (dřevěný rám se stojkami) je složena jak z masivního dřeva tak i z tepelné izolace. a) Pro běžně používaný rozměr trámky 120/60 a rastrový rozměr 625 je výpočet odporu prostupu tepla pro tuto část stěny následující: = 2,34 m2KW-1
fa=0,2825/0,625=0,452 ; 2
m KW
Ra= 0,12/0,04 =3
-1
fb=0,06/0,625=0,096 ; Rb= 0,12/0,18= 0,666 m2KW-1 fc==0,2825/0,625=0,452; Rc= 0,12/0,04 = 3 m2KW-1 Obr. 35 Tloušťku izolace spočítáme pomocí vzorce odvozeného z výše uvedených rovnic, dsk= 0,0375mm
Hodnoty diz a dcelk jsou potom rovny: I) diz = 0,026 m, dcelk = 0,184 m 52
II) diz = 0,159 m, dcelk = 0,317 m III) diz= 0,200 m, dcelk = 0,358 m
b) jako druhou skladebnou variantu si uvedeme stěnu s instalační předstěnou. Ta je tvořena laťovým roštěm z latí o rozměrech 40x50 mm a izolačním materiálem. Způsob výpočtu odporu prostupu tepla instalační předstěny je stejný jako u nosné části stěny.
= 0,779 m2KW-1
fa=0,2875/0,625=0,46 ; 2
m KW
Ra= 0,04/0,04 =1
-1
fb=0,05/0,625=0,08 ;
Rb= 0,04/0,18= 0,222
m2KW-1 fc==0,2875/0,625=0,46; Rc= 0,04/0,04 = 1 m2KW-1
Obr. 36
Tloušťku izolace spočítáme pomocí vzorce odvozeného z výše uvedených rovnic, kde dmd = 0,12 m a dsk= 0,0375mm
Hodnoty diz a dcelk jsou potom rovny: I) diz = 0,000 m, dcelk = 0,192 m II) diz = 0,128 m, dcelk = 0,326 m III) diz= 0,169 m, dcelk = 0,367 m
53
5.2 Porovnání z hlediska materiálové náročnosti
Druhým, neméně důležitým faktorem při posuzování jednotlivých konstrukčních systémů, je spotřeba materiálu při výstavbě. V této kapitole jsou porovnány konstrukční systémy srubových a rámových staveb právě z tohoto hlediska, tak aby odpovídaly: I) požadované hodnotě prostupu tepla venkovní lehkou stěnou UN= 0,30 W/m2K. II) hodnotě prostupu tepla venkovní lehkou stěnou pro nízkoenergetické domy UNn= 0,15 W/m2K. III) hodnotě prostupu tepla venkovní lehkou stěnou pro pasivní domy UNp= 0,13 W/m2K. Dále pak pro difúzně uzavřený a otevřený systém, opět pro tyto tři hodnoty prostupu tepla. Jako tepelnou izolaci je možné použít mnoho materiálů. Mimo polystyrenu, minerální vaty a dřevovláknitých desek můžeme použít foukanou izolaci, minerální vatu, balíky slámy a podobně. U většiny alternativních tepelných izolací je však zapotřebí doplnit skladbu stěny o podpůrnou konstrukci pro tepelnou izolaci a venkovní záklopnou desku, například z heraklitu, případně ještě o odvětrávanou mezeru. Skladba stěny difúzně otevřené dřevostavby je tématem na samostatnou práci. V této bakalářské práci budeme u difúzně otevřených systémů uvažovat pouze zateplení pomocí dřevovláknitých desek. Výpočet je proveden pro 1m2 stěny. Skladby stěn jsou stejné jako v kapitole 5.1. 5.2.1 Srubová stavba
Průměrná cena
dřevěných trámů 25 x 25 cm je 6800Kč/m3 to je 425 Kč/bm a v našem případě 1700 Kč/m2
Cena
palubky o tloušťce 1,9 cm je 200 Kč/m2 polystyrenu je 11kč/m2 za 1cm tloušťky
54
minerální vaty je 25 Kč/m2 za 1 cm tloušťky dřevovláknitých desek je přibližně 27 Kč/m2 za 1 cm tloušťky parozábrany je 20 Kč/m2 difúzní fólie je 24 Kč/m2 a) stěna složena z dřevěných trámů, izolační vrstvy a venkovního obkladu z masivního dřeva. Difúzně uzavřená skladba stěny: I) tloušťka izolace je 6cm.
Při použití polystyrenu je cena za 1m2 stěny 1986 Kč. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 2070 Kč.
II) tloušťka izolace je 20cm. Při použití polystyrenu je cena za 1m2 stěny 2140 Kč. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 2420 Kč. II) tloušťka izolace je 24cm. Při použití polystyrenu je cena za 1m2 stěny 2184 Kč. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 2520 Kč.
Difúzně otevřená skladba stěny: U tohoto systému je možné použít difúzně otevřenou skladbu stěny v případě, že mezi tepelnou izolací a vnějším obkladem bude odvětrávaná mezera. I) tloušťka izolace je 6cm a cena za 1m2 stěny 2071 Kč II) tloušťka izolace je 20cm a cena za 1m2 stěny 2460 Kč II) tloušťka izolace je 24cm a cena za 1m2 stěny 2580 Kč
b) Stěna tvořená dvěma stěnami z trámů, mezi kterými je vrstva tepelné izolace I) tloušťka izolace je 1,5cm. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 3437 Kč. II) tloušťka izolace je 15cm. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 3775 Kč. 55
III) tloušťka izolace je 19cm. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 3875 Kč. Difúzně otevřená skladba stěny: U tohoto systému je možné použít difúzně otevřenou skladbu stěny opět pouze v případě, že mezi tepelnou izolací a vnější stěnou z trámů bude odvětrávaná mezera. I) tloušťka izolace je 6cm a cena za 1m2 stěny 3464 Kč II) tloušťka izolace je 20cm a cena za 1m2 stěny 3874 Kč II) tloušťka izolace je 24cm a cena za 1m2 stěny 3940 Kč
5.2.2 Novodobé masivní dřevostavby
U tohoto stavebního systému si uvedeme variantu, kdy nosná část stěny je tvořena skládáním jednotlivých pravoúhlých přířezů nastojato vedle sebe tak, že se stýkají širší stranou a tloušťky jednotlivých prken tvoří vnější povrch vytvořeného bloku. V našem případě budeme uvažovat rozměry přířezů 25x120mm. Při ceně 3800 Kč./m3 je cena za 1m2 stěny z takto poskládaných přířezů 475 Kč. Cena
polystyrenu je 11 Kč./m2 za 1cm tloušťky minerální vaty je v našem případě 23 Kč/m2 za 1 cm tloušťky sádrokartonových desek je 50 Kč.m2 dřevovláknité desky je 27 Kč/m2 za 1cm tloušťky parozábrany je 20 Kč/m2 difúzně uzavřené fasádní stěrky je 140 Kč/m2 difúzně otevřené fasádní stěrky je 180 Kč/m2
Difúzně uzavřený systém: I) tloušťka izolace je 10cm. Při použití polystyrenu je cena za 1m2 stěny 805 Kč. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 945 Kč.
56
II) tloušťka izolace je 23cm. Při použití polystyrenu je cena za 1m2 stěny 948 Kč. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 1270 Kč. III) tloušťka izolace je 27cm. Při použití polystyrenu je cena za 1m2 stěny 992 Kč. Při použití minerální vaty je cena za 1m2 stěny 1370 Kč. U difúzně otevřené skladby stěny nepoužijeme parozábranu a naopak použijeme difúzně otevřenou fasádní stěrku. I) tloušťka izolace je 10cm a cena za 1m2 stěny 985 Kč II) tloušťka izolace je 23cm a cena za 1m2 stěny 1336 Kč III) tloušťka izolace je 27cm a cena za 1m2 stěny 1444 Kč Vnější fasáda může být, mimo kontaktní fasády, vytvořena (především u difúzně otevřených stěn) mnoha způsoby. Například obkladem z masivního dřeva (palubky) s odvětrávanou mezerou nebo záklopem taktéž s odvětrávanou mezerou atd. 5.2.3 Rámová konstrukce
U toho systému je, co se tepelné izolace a deskových materiálů týče, nepřeberné množství možností. V této práci si uvedeme nejčastěji používanou skladbu stěny s minerální vatou mezi sloupky a u difúzně uzavřených staveb, zateplenou polystyrenem a u difúzně otevřené stavby, zateplenou dřevovláknitými deskami. Průměrná cena
dřevěných trámů 12 x 6 cm je 140 Kč/bm tedy 280 Kč.na 1m2
Cena
polystyrenu je 11 Kč./m2 za 1cm tloušťky minerální vaty je v našem případě 23 Kč/m2 za 1 cm tloušťky sádrokartonových desek je 50 Kč./m2 OSB desek je 85 Kč/m2 dřevovláknité desky je 27 Kč/m2 za 1cm tloušťky parozábrany je 20 Kč/m2
57
difúzně uzavřené fasádní stěrky je 140 Kč/m2 difúzně otevřené fasádní stěrky je 180 Kč/m2 a) U difúzně uzavřeného systému je: I) tloušťka izolace ve fasádě 4 cm a cena za 1m2 stěny 1310 Kč II) tloušťka izolace ve fasádě 17cm a cena za 1m2 stěny 1453 Kč III) tloušťka izolace ve fasádě 21cm a cena za 1m2 stěny 1479 Kč
b) U difúzně otevřeného systému je: I) tloušťka izolace ve fasádě 4 cm a cena za 1m2 stěny 1324 Kč II) tloušťka izolace ve fasádě 17cm a cena za 1m2 stěny 1662 Kč III) tloušťka izolace ve fasádě 21cm a cena za 1m2 stěny1766 Kč U stěny s instalační předstěnou se cena v obou případech zvýší o latě a další vrstvu sádrokartonu, tedy o 75 Kč. Vnější fasáda může být, stejně jako u novodobých masivních staveb, vytvořena (především u difúzně otevřených stěn) mnoha způsoby. Například obkladem z masivního dřeva (palubky) s odvětrávanou mezerou nebo záklopem taktéž s odvětrávanou mezerou atd.
58
6 VÝSLEDKY Tabulka 6.1 Tloušťky stěn u jednotlivých konstrukčních systémů v závislosti na hodnotě prostupu tepla. Tloušťky stěn v mm při hodnotě prostupu tepla Tloušťka stěny (mm)
0,30 W/m2K.
0,15 W/m2K
0,13 W/m2K
Srubová stěna typu „a“
342
474
516
Srubová stěna typu „b“
515
649
690
Novodobá masivní dřevostavba
240
374
415
Rámová dřevostavba
184
317
358
Rámová dřevostavba s instalační předstěnou.
194
326
367
Graf 6.1 Tloušťky stěn u jednotlivých konstrukčních systémů v závislosti na hodnotě prostupu tepla.
59
Tabulka 6.2 Ceny na 1 m2 stěny u jednotlivých konstrukčních systémů v závislosti na hodnotě prostupu tepla. Kč/ 1 m2 stěny při hodnotě prostupu tepla 0,30 W/m2K
0,15 W/m2K.
0,13 W/m2K.
2070
2420
2520
2071
2460
2580
Srubová stěna typu „b“ při použití minerální vaty Srubová stěna typu „b“ při použití DVD Novodobá masivní dřevostavba při použití polystyrenu Novodobá masivní dřevostavba při použití minerální vaty Novodobá masivní dřevostavba při použití DVD Rámová dřevostavba difúzně uzavřená
3437
3775
3875
3464
3874
3940
805
948
992
945
1270
1370
985
1336
1444
1310
1453
1497
Rámová dřevostavba difúzně uzavřená s instalační předstěnou Rámová dřevostavba difúzně otevřená
1385
1528
1575
1324
1662
1766
Rámová dřevostavba difúzně otevřená s instalační předstěnou
1399
1737
1838
Srubová stěna typu „a“ při použití minerální vaty Srubová stěna typu „a“ při použití DVD
60
Graf 6.2 Ceny na 1 m2 stěny u jednotlivých konstrukčních systémů v závislosti na hodnotě prostupu tepla a použitém izolačním materiálu
61
7 DISKUSE Vzhledem k tomu, že koeficienty tepelné vodivosti jsou pro všechny izolační materiály stejné (0,04 W/mK), na součinitel prostupu tepla nemá typ použité izolace vliv. Je tedy zcela jedno, zda na zateplení stavby použijeme polystyren, foukanou izolaci nebo například balíky slámy. Důležitá je v tomto případě pouze tloušťka izolační vrstvy. Naproti tomu, chceme – li, aby byla stavba difúzně otevřená, musíme podle toho volit i způsob zateplení. Je zřejmé, že v tomto případě nepoužijeme polystyren nebo jiný nepropustný materiál, ale izolaci s co možná nejmenším odporem při prostupu vodních par. Nejčastěji se používá minerální vata nebo dřevovláknité desky. Ale je možné použít i foukanou izolaci a podobně. U izolačních materiálů, které nejsou tvarově stálé, například u foukané izolace, je ovšem zapotřebí doplnit skladbu stěny o podpůrnou konstrukci pro tepelnou izolaci a záklopné desky. S tím je spojena i nutnost odvětrávané mezery mezi tepelnou izolací a záklopnými deskami. Tento problém nám při zateplení dřevovláknitými deskami odpadá. Tady stačí použít paropropustnou fasádní stěrku, která se aplikuje přímo na dřevovláknitou desku. Při srovnání cen u jednotlivých konstrukčních systémů, má typ použitého materiálu velice podstatný vliv. Jak je patrné z grafu 6.2, nejdražšími stavbami jsou stavby srubové. Důvodem je vysoká spotřeba masivního dřeva velkých průřezů, které je velmi drahé. Můžeme konstatovat, že u srubové stavby typu „a“, splňující požadovanou hodnotu prostupu tepla, zateplené pomocí minerální vaty je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 28,7%, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 36,9%. Pro difúzně otevřenou stavbu, tedy při použití dřevovláknitých desek, je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 18,7%, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 24,5%. U srubové stavby typu „b“, zateplené pomocí minerální vaty, je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 8,7%, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 11,2%. Pro difúzně otevřenou stavbu, tedy při použití dřevovláknitých desek je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 10,6%, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 13,7%. Pro novodobé masivní dřevostavby jsou rozdíly v cenách podobné. U stavby, splňující požadovanou hodnotu prostupu tepla, zateplené pomocí polystyrenu, je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 17,7% a pro pasivní standard 62
je nárůst nákladů na materiál 23%. U stavby, zateplené pomocí minerální vaty, je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 34 %, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 45 %. Pro difúzně otevřenou stavbu, tedy při použití dřevovláknitých desek, je při dodržení nízkoenergetického standardu nárůst nákladů na materiál 36 %, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 47%. U rámové konstrukce difúzně uzavřené je proti stavbě, splňující normy na prostup tepla při dodržení nízkoenergetického standardu, nárůst nákladů na materiál 11%, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 14,3%. U rámové konstrukce difúzně otevřené je proti stavbě, splňující normy na prostup tepla při dodržení nízkoenergetického standardu, nárůst nákladů na materiál 25,5%, pro pasivní standard je nárůst nákladů na materiál 33,4%. Rozdíl v ceně mezi stěnou s instalační předstěnou a bez ní je 5 %. Jako nejlepší konstrukční systém pro realizaci stavby na bázi dřeva se rámová dřevostavba a to z hlediska prostupu tepla a tedy tloušťky stěny Naproti tomu novodobá masivní dřevostavba se
zdá být nejlepší variantou při nákladech na 1 m2 stěny.
Nesmíme ovšem zapomínat, že porovnání je provedeno pouze z hlediska nákladů na materiál a nejsou v něm zohledněny náklady, spojené s prací a podobně.
63
8 ZÁVĚR Dřevostavby zabírají ve výstavbě rodinných domů stále větší část trhu. Přesto, že stále výrazně
převažují
klasické
stavební
materiály
jako
pórobeton,
s rozvojem
nízkoenergetických a pasivních domů nalézají i dřevostavby své místo. Důvodem je především rychlost výstavby, možnost spojení systému dřevostavby se skeletem z jiného materiálu, například betonovými panely a tím využití výhod a potlačení slabin obou materiálů, nízká hmotnost stavby, které se s výhodou využívá při nástavbách, výborné tepelné izolační vlastnosti stěn a v neposlední řadě ekologičnost výstavby, neboť dřevo jako jediný stavební systém má při „výrobě“ záporné hodnoty emisí CO2. V současnosti existuje mnoho firem, které nabízejí výstavbu dřevostavby a to od srubových staveb až po rámové dřevostavby. Se vzrůstajícím zájmem o dřevostavby a rostoucím trhem roste i konkurence a to příznivě přispívá k vývoji a zdokonalování stavebních systémů dřevostaveb. Při porovnání jednotlivých systémů dřevostaveb jsme došli k závěru, že nejlepší variantou, z hlediska prostupu tepla a tedy tloušťky stěny, je rámová dřevostavba. Při nákladech na 1 m2 stěny, je nejvýhodnější novodobá masivní dřevostavba. Nesmíme ovšem zapomínat, že porovnání je provedeno pouze z hlediska nákladů na materiál a nejsou v něm zohledněny náklady, spojené s prací a podobně.
64
9 SUMARY This work deals with today's communications systems design wood structures. Each chapter describes the systems for wooden buildings, modern buildings made of solid wood skeleton frame design and construction systems, their advantages and disadvantages, the most important structural details and a comparison of log construction systems, massive frame and wooden structures in terms of light transmittance outside wall and in terms of cost of materials. When comparing the different systems in terms of material costs per 1 m2 of wall I found that the difference in price between the log buildings compared to other systems can be 50 to 150%. When comparing the same song wall construction systems, however, designed to meet the required value of 0.3 W/m2K heat transfer, low-energy standard and standard 0.15 W/m2K to 0.13 W/m2K passive houses are differences in the cost of one square meter walls very different for different structural systems. Can say that in a log house, meeting the required value of heat, is, in relation to the structure wall and the material, in compliance with standard low-energy increase the cost of materials 8.7 - 28% and increase the standard of passive material costs 11 - 37%. For modern wooden buildings are massive differences in prices similar. The building meets the required value of heat, insulated with polystyrene, depending on the material, in compliance with the standard low-energy, the increase in material costs 17.7 - 36% and increase the standard of passive material costs 23 to 47%. The frame structure is diffusely closed meeting against the construction standards for heat transfer, in compliance with the standard low-energy material costs increase 11% for passive standard is the material cost increase 14.3%. The frame structure is diffusion open to meeting construction standards for heat transfer, in compliance with the standard low-energy material costs increase 25.5% for the passive standard material costs increase 33.4%. The work implies, the heat transfer coefficient does not influence the type of insulation used. It is therefore absolutely does not matter if the thermal insulation of buildings used polystyrene or blown insulation such as straw bales. Important in this case is only the thickness of the insulation layer. On the other hand, we want - if that was the construction of diffusion, we must choose according to the method of insulation. It is
65
obvious that in this case do not use polystyrene, or other impermeable material, but isolation with the least possible resistance to the passage of water vapor. The most commonly used mineral wool or fiber boards. But it is also possible to use blown insulation and the like. Wall with that, the most efficient structural system is timber frame and modern solid timber. The jejch main advantages over other structural systems are primarily construction rate, revenues resulting from the possibility of prefabrication of the resulting lower cost of construction alone, relatively low cost building material. The work also implies that the log house have their foundation only in places where the history and impact-fit and that their construction is economically disadvantageous compared to other building systems, primarily used by large-scale lumber, which is very expensive.
66
10 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY 1.
VAVERKA J., HAVÍŘOVÁ Z, JINDRÁK M. a kol. Dřevostavby pro bydlení. Grada. 2008
2.
KOLB, Dřevostavby. Grada. 2008
3.
HAVÍŘOVÁ Z., Stavíme dům ze dřeva. ERA group, s.r.o. 2006
4.
ING. DANIEL ČABRADA, Materiály pro dřevostavby, citováno 7.4.2012. dostupné na Word Wide Web:
5.
KUKLÍK, Dřevěné konstrukce. ČKAIT 1997
6.
VAVERKA J.. Stavební tepelná technika a energetika budov. Vutium. 2006.
7.
JOSEF ŠTEFKO, LADISLAV RAINPRECHT, PERT KUKLÍK, Dřevěné stavby. JAGA MEDIA s.r.o. 2009
8.
http://www.woodlife.cz/konstrukce
9.
http://www.drevostavby-harabis.cz/info-konstrukce-sruboveho-domu/
10.
http://www.rezivo-drevo.cz/cenik.html
11.
http://stavebniny.baushop.cz
12.
http://www.akastav.cz/UserFiles/File/steico/AKASTAV-cenik%20od%201_9 _2011.pdf
13.
http://www.fasady.eu
67
