Žilinská univerzita v ŽILINE Stavebná fakulta

Katedra pozemného stavite ľstva a urbanizmu ŽILINA

ZBORNÍK PREDNÁŠOK

DREVOSTAVBY

IV. VEDECKÁ KONFERENCIA S MEDZINÁRODNOU ÚČASŤOU

2. - 3. jún 2011 ***hotel Boboty, Terchová

2

Odborní garanti konferencie: ĎURICA Pavol, doc. Ing., CSc., ŽU SvF Žilina, SR KORENKOVÁ Renáta, Ing., PhD., ŽU SvF Žilina, SR Vedecký výbor: BIELEK Milan, prof. Dr.h.c. Ing., DrSc. - STU Bratislava, SR BLÁHA Jiří, Ing., Ph.D. - ÚTAM, ČR ĎURICA Pavol, doc. Ing., CSc. - ŽU SvF Žilina, SR KATUNSKÝ Dušan, prof. Ing., CSc. - TU Košice, SR KUBEČKOVÁ SKULINOVÁ Darja, prof. Ing., Ph.D. – VŠB -TU Ostrava LOKAJ Antonín, doc. Ing., Ph.D. – VŠB -TU Ostrava, ČR REINPRECHT Ladislav, prof. Ing., CSc. - TU Zvolen, SR RYBÁRIK Ján, doc. Ing., PhD. - ŽU SvF Žilina, SR ŠKABRADA Jiří, prof. Ing. arch., CSc. - UP FF, Pardubice, ČR ŠTEFKO Jozef, prof. Ing., PhD. - TU Zvolen, SR TOMAŠOVIČ Peter, prof. Ing., CSc. - STU Bratislava, SR VIČAN Josef, prof. Ing., CSc. - ŽU SvF Žilina, SR Príspevky v zborníku sú recenzované. Recenzenti: Čísla príspevkov: VIČAN Josef, prof. Ing., CSc. - ŽU SvF Žilina, SR 05, 06, 07 ĎURICA Pavol, doc. Ing., CSc. - ŽU SvF Žilina, SR 01, 02, 03, 04, 17 RYBÁRIK Ján, doc. Ing., PhD. - ŽU SvF Žilina, SR 09, 12, 23, 24, 29 KORENKOVÁ Renáta, Ing., PhD., ŽU SvF Žilina, SR 14, 15, 16, 22, 26, 30 GOCÁL Jozef, Ing., PhD., ŽU SvF Žilina, SR 08, 10, 11 KRUŠINSKÝ Peter, Ing. arch., PhD., ŽU SvF Žilina, SR 19, 20, 21, 25, 27, 28 Príspevky s číslami 01, 02, 03, 05, 30 boli vyžiadané vedeckým výborom konferencie. Organiza čný výbor: Predseda: KORENKOVÁ Renáta, Ing., PhD., ŽU SvF Žilina, SR Členovia: RYBÁRIK Ján, doc. Ing., PhD., ŽU SvF Žilina, SR KRUŠINSKÝ Peter, Ing. arch., PhD., ŽU SvF Žilina, SR HALAŠOVÁ Adriana, ŽU SvF Žilina, SR PISTOVČÁKOVÁ Mária, ŽU SvF Žilina, SR Sekretariát konferencie: Ing. Renáta Korenková, PhD., e-mail: renata.korenkova@fstav.uniza.sk Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Stavebná fakulta Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina tel: +421 41 513 5707, 0915 801 677, fax: +421 41 513 5522

3

OBSAH 01 M. Bielek - B. Bielek - J.Híreš Prírodné materiály, voda a obnovite ľné zdroje energie ako nezastupite ľná produk čná technológia kapitálu poskytovaného človeku prírodou ........................................................................................... 7 02 J. Dorica - L. Reinprecht Obnova drevených prvkov v kaplnke a sakristii hradu Ľupča uhlíkovými a oce ľovými výstužami .............................................................. 13 03 J. Štefko - P. Sedlák Integrita obalového pláš ťa nízkoenergetických budov na báze dreva ..... 21 04 J. Škabrada Nové a staré d řevěné stavby ......................................................................... 25 05 A. Lokaj - K. Vavrušová Problematika rázové houževnatosti prvk ů dřevěných konstrukcí ............. 29 06 K. Vavrušová - A. Lokaj - P.Agel Laboratorní testování spoj ů kolíkového typu v cementošt ěpkových deskách Velox ................................................................................................. 33 07 J. Sandanus - M. Slivanský Vystužovanie drevených priehradových konštrukcií - teória a prax ......... 39 08 I. Julínek - F. Lužica - J. Sandanus - M. Slivanský - K. Sógel Analýza drevených väzníkov a ich experimentálne ove rovanie u výrobcu ........................................................................................................ 45 09 J. Odrobiňák - J. Gocál Tuhos ť prípoja oce ľových prie čnikov pri analýze klopenia drevených mostných trámov ........................................................................................... 51 10 E. Mašová - K. Mikeš Styčníky kulatin .............................................................................................. 59 11 A. Hynková - P. Bednářová - P. Hynek - L. Máče Zesilování d řevěných konstrukcí uhlíkovými metodami ............................ 65 12 M. Rusinová - M. Sedláková Dřevostavby z pohledu požární bezpe čnosti staveb .................................. 71 13 V. Hamran Projektovanie drevostavieb pomocou špecializovaného softvéru Dietrich´s ......................................................................................... 77

4

14 M. Držka Ochrana drevených konštrukcií v budovách ............................................... 83 15 P. Agel - J. Labudek Nová konstruk ční soustava pro stavby na bázi d řeva s foukanou izolací ........................................................................................... 87 16 S. Baďurová Posúdenie pasívneho domu pod ľa kritérií udržate ľnej výstavby ................ 93 17 M. Múčka Výzkum energetické náro čnosti d řevostaveb - vázaná a provozní energetická náro čnost staveb ......................................................................... 99 18 P. Šmíra - J. Štěpánek Termosanace - likvidace d řevokazného hmyzu horkým vzduchem .......... 103 19 E. Bozejewicz - E. Dolezinska-Sewerniak Window woodwork from the turn of 19 th century that has been preserved on the north-eastern territory of Poland ........ ...................... 115 20 A. Krajewski - P. Witomski - A. Wójcik - M. Nowakowska - P. Bobiński - Z.Kulka Electroacoustic signals as the method of detection of wood boring insects in constructions ............................................... ................................. 121 21 E. Bozejewicz The studies on the king-post rafter-frames in sacra l architecture of Culmland (Ziemia Chełmi ńska) ..................................................................... 125 22 P. Krušinský - J. Rybárik - L. Suchý - K. Ďurian Historické krovy nad Dómom sv. Martina v Bratislave ................................ 131 23 R. Korenková - P. Ižvolt – P. Glos Sanačné úpravy krovov Dómu sv. Martina ................................................... 137 24 P. Krušinský - L. Suchý - D. Zacharová - Z. Grúňová Historické krovy sakrálnych stavieb na Liptove .......................................... 141 25 K. Ďurian - D. Zacharová - Z. Grúňová Renesančné krovy sakrálnych stavieb Liptova ............................................ 147 26 M. Zsóka Poškodenie drevených krovov ....................................................................... 153 27 M. Kanderková Moderná drevená architektúra ....................................................................... 157 28 R. Ponechal Súčasné škandinávske drevostavby z h ľadiska tepelnej ochrany ............ 163

5

29 J. Barčiak Spôsoby vykurovania v drevostavbách ........................................................ 167

30 P. Ďurica -J. Rybárik - S. Baďurová - M. Cangár Experimentálne merania obalových konštrukcií v Labo ratórnom centre KPSU SvF v Žiline ................................................................................ 173

6

7

PRÍRODNÉ MATERIÁLY, VODA A OBNOVITE ĽNÉ ZDROJE ENERGIE AKO NEZASTUPITEĽNÁ PRODUKČNÁ TECHNOLÓGIA

KAPITÁLU POSKYTOVANÉHO ČLOVEKU PRÍRODOU

M. Bielek 1 - B. Bielek 2 - J. Híreš 3 Abstract The current technical-economic problem of mankind – securing energy for the continuous development of society while accepting ecology as much as possible. Economic activities of man. Greenhouse gas emissions. Global temperature increase. Biocapacity of the Earth. Ecological footprint. Ecological debt. Ecological reserve. Necessity of mankind to review investment priorities. New formulation of the problem of utilization of natural materials and renewable energy sources as irreplaceable production technologies of capital provided to a human by nature. Reflection of the problem in the technology of architecture of the information age. 1. SPOLOČNOSŤ – ENERGIA – EKOLÓGIA Ľudstvo rieši náročný dlhodobý technický problém, ktorý sa premieta do dvoch neoddeliteľných úloh : 1. zaistenie energie pre plynulý rozvoj spoločnosti v jej najširšom poňatí – Obr.1, pri 2. zaistení ekológie v makroštruktúre (priemysel, doprava, ľudské sídla) i v tvorbe architektonického životného prostredia v interiéri budov [1]. Žiaľ ľudstvo neriešilo obe neoddeliteľné úlohy s rovnakou vážnosťou a v druhej z uvedených úloh tohto technického problému ostalo našej planéte veľkým dlžníkom – Obr.2. 2. EKONOMICKÉ AKTIVITY ČLOVEKA A ATMOSFÉRA V dôsledku ekonomických aktivít človeka zvyšuje sa v atmosfére objem emisií skleníkového typu a zvyšuje sa rast globálnej teploty [2]. Do roku 1980 bola kapacita ekosystému v porovnaní s objemom emisií dostatočná a bola schopná zabezpečiť spätnú asimiláciu vyprodukovaných emisií – Obr.2. V rokoch 1980 – 1990 ekologická stopa prekročila reprodukčnú hodnotu biokapacity planéty Zem (3 – 3,5 miliard ton emisií skleníkového typu/rok). Človek narazil na limit stanovený prírodou – Obr.3. _____________________ 1 Milan Bielek, prof. Ing. DrSc., STU – Stavebná fakulta, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, milan.bielek@stuba.sk 2 Boris Bielek, doc. Ing. PhD., STU – Stavebná fakulta, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, boris.bielek@stuba.sk 3 Juraj Híreš, Ing., STU – Stavebná fakulta, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, juraj.hires@stuba.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

8

Obr. 1 Základné sféry problému Obr. 2 Interakcia koncentrácie CO2 (ppm) interakcie ENERGIA, EKOLÓGIA a a globálnej ročnej teploty (°F) (°C) SPOLOČNOSŤ v čase [2], [4]

Obr. 3 Schéma prekročenia biokapacity planéty ekonomickou činnosťou človeka

a tvorba ekologického dlhu [2], [4]

Ak by ľudstvo vo svojom vývoji pokračovalo v tomto trende, potrebovalo by za cca 20 rokov, t.j. v roku 2030 pre svoje aktivity dve planéty – Obr.3, (zatiaľ má však len jednu !). Od roku 1990 ľudstvo produkuje ekologický dlh [3] a v súčasnom období je biokapacita planéty Zem prekročená o 30% [3] – Obr.3. Ľudstvo musí pre svoju druhú rovnocennú a neoddeliteľnú úlohu hľadať riešenie, ktoré zabezpečí obnovenie rovnováhy medzi možnosťami prírody – biokapacitou a množstvom vyprodukovaných emisií. Dlhodobé prognózy poukazujú na možnosť riešenia tohto problému v 40 ročnom horizonte (rok 2050) [3] – Obr.4. Žiaľ ľudstvo sa zatiaľ nezjednotilo na riešení tohto naliehavého problému. Dôvodom tejto skutočnosti sú nielen rozdiely v produkcii emisií, ale aj v biokapacite jednotlivých krajín či v skutočnosti, že problematika emisií skleníkového typu je typická problematika ochrany vlastníckych práv, lebo tento sklad emisií vlastnia všetci obyvatelia planéty [4].

9

Obr. 4 Schéma pre obnovenie biokapacity planéty [2], [4] 3. PRIORITY V INVESTÍCIÁCH SPOLOČNOSTI Je však potešiteľná aspoň tá skutočnosť, že ľudstvo si uvedomuje nutnosť prehodnotiť svoje priority v investíciách, ako : - transformácia materiálového sektora smerom k ekologicky čistým prírodným

materiálom (drevo, kameň), ku kompozitom na báze ekologicky čistých materiálov (sklo, sklené systémy, kovy, tepelné izolanty, ...) a to aj v ľudských sídlach,

- transformácia celého hospodárstva smerom k nízkoemisným a k ekologicky čistým technológiám ak ekologicky čistým produktom výroby,

- transformácia energetického sektora smerom k ekologicky čistým obnoviteľným zdrojom energie a ekologicky čistej konverzie energie a to rovnako aj v ľudských sídlach,

pretože tieto priority predstavujú nezastupiteľnú produkčnú technológiu kapitálu poskytovaného človeku prírodou. Tento problém nie je možné riešiť bez nezastupiteľnej úlohy uvedených transformácií v celej spoločnosti – v priemysle, v doprave i v ľudských sídlach, t.j. v technike modernej architektúry informačného veku. 4. SVETOVÝ VÝVOJ TECHNIKY V ARCHITEKTÚRE Na stručne naznačený ekologický problém preto reaguje svetová veda v oblasti techniky architektúry novým termínom ZELENÁ ARCHITEKTÚRA, ktorej produktom je ZELENÁ BUDOVA – Obr.5. Základnou štruktúrou stratégie ZELENEJ BUDOVY na rozdiel od nízkoenergetickej budovy je šetrenie či racionálne využívanie nielen energetických, ale rovnako aj vodných a materiálových zdrojov – Obr.5.A, B, C. V oblasti ENERGIE je zelená budova charakterizovaná tendenciami orientácie na ekologicky čisté zdroje (predovšetkým obnoviteľné) a ich ekologickú konverziu – Obr.5 B, B1. V oblasti VODY je zelená budova charakterizovaná tendenciami orientácie na ekologicky čisté prírodné zdroje a ich ekologickú ochranu – Obr.5 C, C1. V oblasti MATERIÁLU je zelená budova charakterizovaná tendenciami orientácie na ekologicky čisté hmoty a na ich nízkoemisné technológie výroby alebo ekologicky čistú výrobu – Obr.5 A,

10

A1. Základná stratégia zelenej budovy vyúsťuje do optimálnej redukcie nielen potreby energie, spotreby materiálu ale aj produkcie emisií – Obr.5.

Obr. 5 Stratégia pre princípy a koncepty zelenej budovy

Okrem uvedenej základnej štruktúry stratégie má ZELENÁ BUDOVA aj vnútornú štruktúru stratégie, ktorá zvýrazňuje princípy a koncepty zelenej budovy – Obr.5.D až M. Všetky prvky vnútornej štruktúry stratégie majú v integrovanom projektovom procese tvorby zelenej budovy svoj špecifický význam. 5. TEÓRIA A PRAX ZELENEJ BUDOVY Pre teóriu a prax konštrukčnej tvorby a techniky prostredia ZELENEJ BUDOVY sú zo stručne naznačenej analýzy významné dve skutočnosti :

11

1. orientácia na ekologicky čistú bázu prírodných materiálov, v ktorej nezastupiteľnú úlohu zohráva : • DREVO ako obnoviteľná prírodná ekologicky čistá surovina :

- výborných mechanických vlastností, - výborných fyzikálnych vlastností nielen v oblasti kondukcie, ale zvlášť

radiácie – teplý materiál, - výborných technologicko-spracovateľských vlastností - so silným estetickým výzorom zvlášť pre architektúru exteriérov - niekedy nenahraditeľná s historicky pevným miestom v stavebníctve,

neskôr zameniteľná inými materiálmi, v súčasnosti znovu nadobúda mnohostranné široké využitie v architektúre – Obr.6.

• VYSOKOÚČINNÉ IZOLANTY (tepelné, difúzne, vzduchové a akustické) na báze ekologicky čistých materiálov a kompozitov

Obr. 6 Pohľad do histórie využívania dreva

2. orientácia na obnoviteľné zdroje energie, z ktorých pre architektúru v podmienkach strednej Európy nezastupiteľnú úlohu zohráva ENERGIA SLNEČNÉHO ŽIARENIA s premenlivým a prerušovaným režimom príkonu a ENERGIA PRÍRODNÉHO PROSTREDIA (zem, voda, vzduch) so stabilným režimom príkonu – Obr.7. Uvedená optimalizácia výberu obnoviteľných zdrojov energie pre využitie v technike architektúry súvisí s konverziou a využívaním energie „na mieste“, ktorá predstavuje úsporu z distribúcie tepla cca 28% [4] a zo skutočnosti, že tepelné čerpadlo je technológiou vykurovania najšetrnejšou k životnému prostrediu. Tepelné čerpadlo na rozdiel od technológií vykurovania na báze fosílnych palív ale aj biomasy nevyužíva k produkcii tepla žiadny spaľovací proces. Napriek tejto skutočnosti ani technológia tepelného čerpadla nie je sumárne bez negatívneho vplyvu na životné prostredie formou produkcie emisií. K odoberaniu energie z primárneho zdroja (zem, voda, vzduch) musí tepelné čerpadlo pracujúce na

12

princípe chladiaceho zariadenia na pohon kompresora používať napr. elektromotor, teda elektrickú energiu konverovanú v súčasnom období z fosílnych palív, spracovanie ktorých produkuje emisie. Parameter podielu v súčasnom období predstavujú 75-80% obnoviteľné zdrojea 20-25% fosílne palivá, pri znížení emisiuí o 85-90% [4].

ENERGIA SLNEČNÉHO ŽIARENIA ENERGIA PRÍR ODNÉHO PROSTREDIA

Obr. 7 Schéma pre optimálne využitie obnoviteľných zdrojov energie pre architektúru

v lokalite strednej Európy 6. ZÁVER Informačný vek a v ňom ekologizácia spoločnosti prináša naliehavú potrebu nového formulovania problému využívania prírodných surovinových zdrojov. Parameter podielu obnoviteľných zdrojov energie znamená aj podiel energetickej slobody a bezpečnosti spoločnosti a je jeden z indikátorov možnosti budúceho spoločenského rozvoja a rastu ekologickej spoločnosti a v nej rozvoja ľudských sídiel vyšších úžitkových hodnôt, ktoré musí poskytovať architektúra informačného veku. Ich využívanie znamená zvyšovanie strategického kapitálu spoločnosti formou rozšírenia kapitálu prírody a tým vytvorenie novej rovnováhy medzi kapitálom prírody a ekonomickou činnosťou človeka. Tento príspevok bol podporovaný Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV-0624-10. LITERATÚRA [1] Bielek, M.: Budova a energia.Banská Bystrica : VIDAS, 1995 [2] Karl, T.R., Melillo, J.M., Peterson, T.C. et all : Global Climate Change Impacts in

the United States. New York : Cambridge University Press, 2009 [3] Hails, Ch., Humphrey, S., Loh, J., Goldfinger, S. et all : Living Planet Report

2008. Switzerland : WWF – World Wide Fund for Nature, 2008 [4] Lukášik, D. a kol.: Zelená zóna Košíc ako ekonomická a technická symbióza

obnoviteľných zdrojov energie a zemného plynu. Košice : Centrum výskumu obnoviteľných zdrojov energie a distribučných sústav, 2010

13

OBNOVA DREVENÝCH PRVKOV V KAPLNKE A SAKRISTII HRADU

ĽUPČA UHLÍKOVÝMI A OCE ĽOVÝMI VÝSTUŽAMI

J. Dorica 1 – L. Reinprecht 2 Abstract The article „Renovation of wooden elements in chapel of the Ľupča Castle with carbon and steel armatures“ gives in the first part basic information about principles of strengthening of damaged wooden elements with the Beta-method (steel or carbon rods and epoxy binder situated into the damaged zone of wood) and with the carbon lamella method (carbon lamella situated into the tension zone of weakened wood. In the second part it presents application of these renovation methods for strengthening of damaged timbers in the Ľupča Castle together with following restoration of individual wooden elements. 1. ÚVOD V historických drevených konštrukciách, ku ktorým patria zrubové a hrazdené stavby, mosty, altánky, stropy, krovy i iné, sa nezriedka vyskytujú biologické i abiotické poškodenia rôzneho typu, stupňa a rozsahu. Pôvodná pevnosť a tuhosť drevených prvkov poškodených hnilobami, požerkami, požiarmi alebo dlhodobými poveternostnými vplyvmi sa znižuje a ich obnovu treba riešiť profesionálne aplikujúc buď klasické alebo aj novodobé spevňujúce techniky [13]. Pri obnove pamiatkových drevených konštrukcií sa vyžaduje, aby sa vo vzájomnom súzvuku a synergii uplatnili konštrukčné, technologické a reštaurátorské princípy bez negatívneho dopadu na ich statiku, funkčnosť, estetiku a historickú hodnotu. K oprave poškodených stropných trámov, krokiev i iných prvkov možno použiť okrem tesárskych protézových, príložkových a ďalších tradičných riešení aj novodobé riešenia s uplatnením uhlíkových, keilarových, oceľových alebo iných výstuží s vysokou pevnosťou v ťahu. Tieto výstuže sa vlepujú zvyčajne do ťahovej zóny opravovaných drevených prvkov s následným reštaurátorským zásahom s cieľom zamaskovať prítomnosť výstužovej tyče alebo lamely. Oceľové a uhlíkové tyče alebo lamely znesú vysoké zaťaženia a neexistuje u nich problém budúceho poškodenia hubami a hmyzom [19]. Oprava pätiek “záhlaví” trámov, stĺpov, krokiev i ďalších pamiatkovo cenných prvkov sa dnes vhodne realizuje protézami, buď tradičnými tesárskymi spojmi [2, 6, 10], resp. od konca 70-tych rokov 20. storočia aj Beta-metódou s využitím epoxidových,

________________________ 1 Jozef Dorica, akademický maliar, Veľká Okružná 70, 010 01 Žilina, dorica.jo@zoznam.sk 2 Ladislav Reinprecht, prof. Ing., CSc., Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene, Masarykova 24, 960 53 Zvolen, reinpret@vsld.tuzvo.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

14

polyesterových i iných živíc v kombinácii s výstužovými prútmi [8, 9, 12]. Beta-metóda má v súčasnosti viacero modifikácií. V úlohe výstuží sa aplikujú najčastejšie prúty z ocele, uhlíkových, keilarových alebo sklených vlákien. Tie sa umiestňujú v rôznych pozíciách (šikmo, vodorovne, ...) do vývrtov v pôvodnej zdravej časti opravovaného dreveného prvku a súčasne aj do jeho doplnkovej časti, t.j. do zóny odstráneného hnilého alebo inak poškodeného dreva (Obr. 1). Doplnkovú časť opravovaného dreveného prvku tvorí buď zdravé drevo získané z iného zdroja – najlepšie rovnakého druhu, štruktúry, hustoty a veku, respektíve epoxidový kompozit “epoxid–drevné vlákna” alebo “epoxid–minerálny materiál”, ktorý možno pred vytvrdnutím ľahko modelovať do vhodného tvaru [1, 5, 12, 15, 16]. Príspevok sa v prvej časti venuje princípom obnovy drevených prvkov poškodených v záhlaví (pomocou Beta metódy – výstuž kombinovaná s epoxidovým tmelom) alebo v celej dĺžke (pomocou uhlíkových lamiel). V druhej časti uvádza praktické ukážky využitia týchto sanačných techník pri obnove vzácnych stropných trámov v kaplnke hradu Slovenská Ľupča v spojení aj s ich následným reštaurovaním. 2. PRINCÍP APLIKÁCIE VÝSTUŽÍ DO HISTORICKÉHO DREVA 2.1 Vlepenie uhlíkových lamiel do nosných drevených prvkov Tenké lamely o hrúbke 1 až 2 mm s definovanou šírkou vyrobené z uhlíkových vlákien, sklených vlákien, prípadne aj iných materiálov majúcich vysokú pevnosť v ťahu sa pomocou epoxidových i iných vhodných termosetických lepidiel (Sikadur 30, Sikadur 41, Kimitech EP-TX, ...) vlepia do vyfrézovaných drážok v ťahovej zóne drevených prvkov (stropný trám, väzný trám, väznica, hambálok, ...) poškodených zvyčajne rovnomerne v celej dĺžke požerkami, hnilobou, apod. Pevnosť lepeného spoja medzi lamelami a drevom závisí od kvality opracovania dreva, od vlhkosti dreva i od hrúbky lepenej škáry [17]. Stupeň opracovania dreva je žiaduce zosúladiť s STN 49 0231 a STN 73 2052, to znamená povrchy dreva nie je dovolené pred lepením opracovať brúsením. Vlhkosť dreva pred lepením by nemala zjavnejšie presiahnuť hodnotu 12 %. Nános dvojzložkového epoxidového lepidla by mal byť taký, aby hrúbka lepenej škáry (bez efektu vyrovnávania nerovností povrchu dreva) bola v oblasti 1 až 2 mm [7, 11 - EN ISO 9001). Dokonalý fázový kontakt v systéme „lamela – lepidlo – drevo“ sa zaistí priebežným tlakom na lamelu pomocou valčeka alebo špachtli. Prebytočné – vytečené lepidlo sa potom odstráni. Spevňovaný drevený prvok sa následne udržuje v odľahčenom stave cca 24 až 48 hodín, s cieľom dosiahnuť dokonalé adhézne spoje pred jeho opätovným zaťažením. Záverečnou etapou obnovy oslabeného historického dreveného prvku je jeho reštaurovanie. Táto etapa spočíva najskôr v zamaskovaní výstužovej lamely dyhou vhodnej textúry, hrúbky, šírky i dĺžky, a potom v povrchovej úprave sanovaného prvku v zmysle dosiahnutia jeho pôvodnosti – polychrómiou, zlatením, apod. 2.2 Beta metóda pre spevnenie záhlaví nosných drev ených prvkov Drevený prvok sa protézuje výstužovými prútmi (napr. z profilovej betonárskej ocele značky 10216, 10335, 10425, sklolaminátu alebo uhlíka), použijúc aj novú doplnkovú substanciu – termosetický kompozit „polymér-betón“ alebo drevný masív, ktorou sa nahrádza zhnitá alebo inak poškodená časť prvku, respektíve sa ňou spája pôvodné drevo s novým (Obr. 1). „Polymér-betón“ je zmes vhodného syntetického polyméru

15

(epoxidová alebo polyesterová živica) a plniva (kremičitý piesok, drevené piliny, apod.). 1 2 3

Obr. 1 Beta metóda k oprave drevených prvkov s poškodeným záhlavím (1 – polymér-betón, resp. nový masív; 2 – výstuž; 3 – pôvodný prvok) [15]

Princíp Beta metódy spočíva v dokonalom spojení dreva a výstužových prútov epoxidovým alebo iným polymérom. Výstužové prúty zachytávajú ťahové a ohybové napätia. Beta metóda je vhodná aj na opravu ťažšie prístupných drevených prvkov a nevyžaduje ani náročnejšie manipulácie s opravovanými a okolitými prvkami. Počet, dĺžku a priemer výstužových prútov je možné vypočítať, vychádzajúc pritom z poznatkov o ťahových napätiach v opravovanom drevenom prvku, o pôsobení priečnych síl, o priľnavosti „polymér-betónu“ k výstuži a k drevu, prípadne z ďalších faktorov [5, 13]. Laboratórne experimenty, ako aj praktické vyše 30-ročné skúsenosti ukazujú, že „polymér-betónová“ protéza pod stálym zaťažením nemení zjavnejšie mechanické vlastnosti a jej požiarna odolnosť zodpovedá drevu [5]. Laboratórne experimenty s Beta metódou sa vykonali aj na Drevárskej fakulte TU vo Zvolene [12, 15, 16]. Na Obr. 2 je uvedený napr. vplyv typu výstužových prútov (uhlíkové, oceľové, bukové) s priemerom 8 mm na zmenu ohybových charakteristík modelových smrekových prvkov 40 x 80 x 1200 mm (šírka x výška x dĺžka) po ich protézovaní, t.j. na zmenu ich medze pevnosti v ohybe fm (%) a modulu pružnosti v ohybe E (%). Ako najlepšou sa tu prejavila sanácia smrekových prvkov 2 uhlíkovými výstužovými prútmi umiestnenými v ťahovej zóne vo vzdialenosti 10 mm od ich spodnej strany (2/10), keď hodnota E dosiahla v priemere až 127 % úroveň vzhľadom k pôvodným zdravým neprotézovaným prvkom.

0

50

100

150

Uhlík (2/10) Oce ľ (2/10) Buk (2/10)

fm (%) E (%)

Obr. 2 Ohybové charakteristiky smrekových prvkov protézovaných Beta metódou vyhodnotené vzhľadom k zdravým neprotézovaným prvkom - Upravené podľa [15]

16

3. SPEVNENIE DREVENÝCH PRVKOV NA HRADE ĽUPČA 3.1 Stručne z histórie hradu Ľupčiansky hrad sa nachádza na skalnatom výbežku severne od obce Slovenská Ľupča. Kaplnku na hrade vybudoval pravdepodobne po roku 1608 Gašpar Tribel (vlastník hradu v rokoch 1595–1620), ktorý ju vstaval do najvyššieho podlažia východnej časti zdvojenej delovej bašty. S kaplnkou susedí veľká, historicky staršia miestnosť, používaná na sakristiu. So vznikom kaplnky súvisí aj stavebná úprava vstupného priestoru – chodby, so sekundárne osadeným starším vstupným portálom. Od svojho vzniku až do súčasnosti prešiel interiér kaplnky a sakristie rôznymi etapami vývoja a využitia. S tým súviseli aj novšie stavebné úpravy a zmeny, ktoré zasiahli do pôvodnej hmotnej podstaty kaplnky i sakristie a postupne úplne prekryli pôvodnú výtvarnú výzdobu interiérov a potlačili ich umelecko-historický výraz. 3.2 Reštaurovanie drevených prvkov hradu Príspevok bližšie pojednáva iba o reštaurovaní historických drevených architektonických konštrukcií a trámových záklopových stropov, ktoré sú nosičmi výtvarnej výzdoby v kaplnke a v sakristii Ľupčianskeho hradu. Reštaurovanie bolo realizované v dvoch etapách: 1. reštaurátorský výskum a 2. reštaurátorská realizácia. Pri reštaurátorskom a stavebno-technickom prieskume skutkového stavu stropných trámov v objekte Hradu Ľupča v roku 2007 boli v niektorých z nich identifikované významné hnilobné a požerkové poškodenia [14], ako aj oslabenia ich statickej funkcie [18]. Následne sa vypracoval návrh na spevnenie a reštaurovanie poškodených trámov [3] a realizovali sa sanačné a reštaurátorské zásahy [4]. Spevnenie niektorých významnejšie poškodených trámov sa vykonalo pomocou uhlíkových a oceľových výstuží (Obr. 3) s ich následným reštaurovaním (Obr. 4). 3.2.1 Reštaurátorský výskum V prvej etape v roku 2007 bol vykonaný komplexný reštaurátorský výskum vo všetkých dostupných úrovniach stien a stropov v interiéroch a zo strany podstrešia (Tab. 1 a 2). Jeho cieľom bolo zistenie rozsahu a stavu zachovania potenciálnej výtvarnej výzdoby interiérov – nástenných malieb, prípadne výtvarnej úpravy záklopových stropov. Potrebné bolo zistiť a definovať stavebno-historický vývoj kaplnky a sakristie a stanovenie kvality a kvantity zachovania originálnych častí architektúry. Kaplnka a sakristia sa nachádzajú priamo pod strechou. Táto poloha mala v priebehu ich stáročnej existencie rozhodujúci vplyv na stav a kvalitu zachovania hlavne drevených záklopových stropov. Na dosiahnutie čo najširšieho spektra potrebných zistení a poznatkov o stave zachovania kaplnky a ostatných s ňou súvisiacich priestorov bola v procese reštaurátorského výskumu použitá kombinácia rôznych neinvazívnych a deštruktívnych metód. Podľa odobratých vzoriek na dendrochronologickú analýzu drevo na trámy stropu v sakristii bolo vyrezané v roku 1480+, na podporný trám v roku 1489+, resp. na záklopovú dosku v sakristii na prelome rokov 1602/03 ?. V kaplnke bolo drevo na trámy čelného panelu lode vyrezané na prelome rokov 1605/06 a armovacie trámy v priečke medzi sakristiou a kaplnkou na prelome rokov 1607/08. Z použitých drevín druhovo prevažuje na trámoch stropu v sakristii jedľa, na záklopových doskách smrek, na nosných trámoch a armovacích trámoch v kaplnke

17

dub a jedľa, resp. madlá zábradlia na empore sú z borovice.

Tab. 1 Popis poškodenia kaplnky - Kaplnku tvorí priestor lode a presbytéria. Zakryté sú trámovými stropmi v 2 výškových úrovniach. - V čele vyššej lode je nad podlahou vo výške 308 cm obdĺžnikový panel (víťazný oblúk). - Panel je vymurovaný z kameňa. Jeho výška v strede je 95 cm. - Murivo je položené na precízne opracovanom 464 cm dlhom dubovom tráme, ktorý má v reze rozmer 32 x 27 cm (v x š). Tento dubový nosný trám je osadený do segmentového oblúka vnútornej arkády, z druhej strany je osadený do obvodovej steny kaplnky. - Z hornej strany je murivo panela uzatvorené opracovaným trámom z jedle. - Na konštrukciu panela z dubového a jedľového trámu sú zároveň položené protiľahlé záhlavia trámov stropu lode a presbytéria v smere východ – západ. Na stropoch sú hrubé vrstvy protipožiarneho zásypu s vrchným poterom. - K prehybu nosného dubového trámu veľmi pravdepodobne došlo ešte v čase stavby kaplnky vplyvom veľkého zaťaženia kamenným murivom panelu a zásypmi oboch stropov. Prehyb trámu v strede dosahoval 5,5 cm. V nedávnej minulosti, pri oprave krovu strechy, sa trámy navyše nevhodne zaťažili – nosnosťou celej konštrukcie stolice strechy umiestnením na vrch panelu. - Okrem vyššie uvedených skutočností došlo v minulosti aj k statickému narušeniu nosnosti segmentového oblúka arkády. Pri stavebno-technickom prieskume sa identifikovalo oslabenie statickej funkcie týchto prvkov [18]. - Reštaurátorským výskumom bolo zistené, že na múre panelu a oboch jeho trámoch sa nachádzajú fragmenty výzdoby s nástennými maľbami.

Tab. 2 Popis poškodenia sakristie

- Sakristia má približne polkruhový pôdorys. - Vplyvom veľkej záťaže hrubého protipožiarneho zásypu a poteru došlo k výraznému prehybu nosných trámov stropu v sakristii. S malým časovým odstupom bol prehyb trámov podporený dodatočným osadením priečneho podporného trámu (mešternice). Strop s mešternicou tvorí spolu 12 trámov. - Najdlhšie trámy v polkruhovom pôdoryse miestnosti sú dlhé viac ako 900 cm. Rozmery trámov v reze majú výšku 24–26 cm, šírku 17–20 cm. Pri úpravách interiéru v minulosti, pravdepodobne ešte koncom 18. storočia, došlo k podbitiu stropu doskami a omietnutiu. Za účelom dosiahnutia jednej úrovne „roviny“ bolo pri podbíjaní stropu, z dôvodu nerovnakého prehybu trámov, 6 trámov zo spodnej strany hrubo zosekaných. - Z dôvodu zatekania šindľovej krytiny v minulosti a vyššie uvedených úprav stropu došlo na niektorých trámoch a záklopových doskách k ich biologickému poškodeniu. Pri stavebno - technickom prieskume skutkového stavu stropných trámov v sakristii v roku 2007 boli v niektorých z nich identifikované významné biologické poškodenia typu hnilôb a požerkov [14]. - Na drevenom záklopovom strope boli zistené fragmenty staršej maliarskej dekoratívnej výzdoby. 3.2.2 Reštaurátorská realizácia Komplexný reštaurátorský výskum bol podkladom pre vypracovanie návrhu na reštaurovanie všetkých pôvodných a hodnotných zložiek, t.j. muriva, omietok, nástenných malieb, drevených stropov vrátane ich výtvarných úprav, ostatných drevených konštrukcií, okien, dverí a ostatných výtvarne a funkčne dôležitých detailov (kovania, vitráže a pod.). Výsledky reštaurátorského výskumu sa stali základom pre stanovenie pamiatkovej metodiky na prinavrátenie pôvodných umelecko-historických kvalít interiérov kaplnky.

18

Z interiérov boli odstránené všetky nevhodné sekundárne zásahy. Pôvodné odhalené časti architektúry a výtvarnej výzdoby boli konzervované. Poškodené a chýbajúce časti boli materiálovo i výtvarne analogicky doplnené. Časti, ktoré sa nezachovali, boli rekonštruované tak, aby výsledkom reštaurovania bol dosiahnutý výtvarne zjednotený, nerušený celok. Použité technológie a materiály boli vyberané s dôrazom na ich reverzibilnosť, a tiež na predĺženie životnosti poškodených častí a zaistenie ich ďalšej bezpečnej funkčnosti. Reštaurovanie interiérov kaplnky trvalo od júla 2008 do februára 2009. 3.3 Spevnenie nosných drevených prvkov v sakristii a kaplnke hradu Reštaurovaniu nosného dubového trámu v kaplnke predchádzalo odstránenie protipožiarneho poteru a zásypu v celej ploche, čím sa výrazne odľahčil trám panelu. Obnova statickej funkcie nosného dubového trámu v kaplnke sa riešila jeho spevnením uhlíkovou lamelou vlepenou do jeho ťahovej zóny. Z dôvodu zaistenia pôvodnej výtvarnej výzdoby panelu, ktorá prechádza aj na obidva trámy, sme nepoužili nalepenie krycej dyhy na sanačne spevnený trám. Po vytvrdnutí lepidla a konsolidácii omietok panelu, očistení a konzervovaní nálezov nástenných malieb, sme vykonali kompletné tmelenie poškodených a chýbajúcich miest. Tmel sme naniesli priamo aj na lepidlo prekrývajúce uhlíkovú lamelu v tráme. Na záver sa vykonala rekonštrukčná i napodobivá retuš originálu nástennej maľby panelu. Reštaurovaniu dreveného stropu v sakristii predchádzalo odstránenie protipožiarneho poteru a zásypu v celom rozsahu jeho plochy. Následne boli záklopové dosky viackrát povysávané a opatrne umyté vodou. Na základe reštaurátorského výskumu a odborných posudkov [14, 18] sa vypracoval návrh na spevnenie a reštaurovanie poškodených a oslabených trámov [3]. Na strope v sakristii bol hnedou hnilobou vážne poškodený tretí trám od severu a časť záklopových dosiek. Rozsah a stupeň vyhnitia dreva spôsobil, že pôvodná nosnosť trámu bola vážne znížená. V záujme zachovania pôvodnej hmoty jedľového trámu a prinavrátenia jeho funkčnosti bola na tráme realizovaná sanácia a spevnenie podľa princípov Beta metódy. Najprv boli zo strany podstrešia podľa potreby vyrezané a odstránené hubou poškodené časti záklopových dosiek. Zhnité časti trámu boli odstránené vydlabaním až do zdravého dreva v dĺžke cca 300 cm. Celá vydlabaná časť poškodeného trámu, vrátane zdravého dreva stropu v celom rozsahu, bola niekoľko krát napustená biocídnym prípravkom Bochemit QB. Protézovanie poškodeného trámu bolo realizované s použitím betonárskej hrebienkovej ocele, ktorá bola zaliata polymér-betónom (epoxidovou živicou v zmesi s drevenými pilinami). Do vrchnej strany trámu bola následne vlepená jedľová doska (Obr. 3). Záklopové dosky boli nahradené rozmerovo rovnakými zdravými starými doskami, získanými pri demontáži stropov v kaplnke. Zateplenie stropu bolo riešené položením parozábrannej fólie a dvoch vrstiev nobasilu. Po prinavrátení pôvodných profilov na šiestich zosekaných trámoch doplnením novým drevom bola na strope realizovaná analogická rekonštrukcia pôvodnej dekoratívnej výtvarnej výzdoby (Obr. 4). Napriek vyššie opísaným poškodeniam stropných trámov a záklopových dosiek v sakristii, napriek ich poškodeniam malým požiarom a ďalšími mechanickými poškodeniami v minulosti, je možné konštatovať, že vzhľadom na ich vek sa dnes po reštaurovaní nachádzajú vo veľmi dobrom funkčnom i estetickom stave (Obr. 4).

19

A B C D

Obr. 3 Spevnenie dreveného stropného trámu v sakristii pri použití Beta-metódy (A - vydlabanie trámu, odstránenie hnilého dreva a ošetrenie biocídom; B - vloženie tyčí z betonárskej hrebienkovej ocele; C - postupné zalievanie tyčí polymér-betónom

na báze epoxidu a drevných pilín; D - vlepenie dosky do vrchnej časti trámu)

A – strop počas reštaurovania B – strop po reštaurovaní

Obr. 4 Reštaurovanie dreveného stropu v sakristii 4. ZÁVER Použité sanačné metódy, s aplikáciou oceľových a uhlíkových výstuží, významne prispeli k záchrane pôvodných drevených architektonických častí a k znovu prezentovaniu pôvodných umelecko-historických hodnôt národnej kultúrnej pamiatky - Hradu Ľupča. Výsledky reštaurovania doteraz nepoznaných umeleckých hodnôt renesančnej kaplnky v Hrade Ľupča významne obohacujú a rozširujú pamiatkový fond na Slovensku. Možno podotknúť, že v kontexte zachovaných renesančných hradných kaplniek bola doteraz známa len hradná kaplnka Oravského hradu.

LITERATÚRA [1] Barrow, J. M.: Log end restoration - A minimal approach using composite

materials. In: Conservation of Historic Wooden Structures, Vol. 2, ed. G. Tampone, Proceedings of the International Conference, Florence, 2005, s. 6-9.

20

[2] Brereton CH.: The repair of historic buildings - Advice on principles and methods. English Heritage London, 1995, 67 s.

[3] Dorica, J.: Návrh na reštaurovanie stredovekej kaplnky a s ňou súvisiacich priestorov v Hrade Ľupča. 2007.

[4] Dorica, J.: Správa o priebehu reštaurovania stredovekej kaplnky a s ňou súvisiacich priestorov v Hrade Ľupča, 1. – kaplnka; 2. – sakristia a chodba. 2009.

[5] Erler, K.: Alte Holzbauwerke - beurteilen und sanieren. Verlag für Bauwesen GmbH, Berlin, 1997, 238 s.

[6] Feirer, J. L., Hutchings, G. R.: Carpentry and building construction. Glencoe Publishing Company – USA, 1986, 1120 s.

[7] Holzenkämper, P.: Ingenieurmodelle des Verbunds geklebter bewehrung fur Betonbauteile. Dafstβ Heft 473, Beuth Verlag, Berlin, 1997.

[8] Klapwijk, D.: Restoration and preservation of decayed timber structures and constructions with epoxides. In: Conservation of wood in painting and decorative arts, Oxford Congress IIC, London UK, 1978, s. 75-76.

[9] Maurin, E., Surleau, J.: Local reinforcement of structures using “resin-based” methods. In: Conservation of Historic Wooden Structures, Vol. 2, ed. G. Tampone, Proceedings of the International Conference, Florence, 2005, s. 1-5.

[10] Mlázovský, V.: Krovy, půdní vestavby a obydlená podkroví. Stavba, 1994, 1, (2), s. 34-37. [11] Normy: EN ISO 9001, STN 49 0231, STN 73 2052 [12] Reinprecht, L., Joščák, P.: Reinforcement of model-damaged wooden elements. Part. 2: Restoration of wooden elements by the extension method using natural wood or epoxy-wood composite. Drevársky výskum, 41, 1996, (2), s. 41-55. [13] Reinprecht, L., Štefko, J.: Dřevené stropy a krovy – Typy, poruchy, prúzkumy a rekonstrukce. ABF – ARCH Praha, ČR, 2000, 242 s. [14] Reinprecht, L.: Posúdenie zdravotného stavu nosného dreveného trámu v kaplnke na hrade Slovenská Ľupča. Znalecký posudok 7/2007, 2007, 5 s. [15] Reinprecht, L., Joščák, P., Sládkovič, P.: Laboratory experiment with repairing of ends in spruce beams using modified Beta-method with carbon rods. Annals of Warszaw University of Life Sciences - Forestry and Wood Technology, No. 67, 2009, s. 208-216. [16] Reinprecht, L.: Repairing of wooden elements by beta-method using carbon, steel or beech rods. In: The International Research Group on Wood Protection, 41th Annual Meeting in Biarritz – France, Document No. IRG/WP 10-40488, 2010, 8 s. [17] Rohanová, A.: Opracovanie dreva pre lepenie uhlíkových lamiel. In: Trieskové a beztrieskové obrábanie dreva, TU Zvolen, 2002, s. 205-210. [18] Soyka, R.: Statický posudok trámu v kaplnke na hrade Ľupča, 2007, 5 s. [19] Štefko, J., Reinprecht, L.: Dřevěné stavby – konstrukce, ochrana a údržba. Jaga group, spol. s.r.o. Bratislava, 2004, 207 s. POĎAKOVANIE Autori vyjadrujú poďakovanie vlastníkovi Hradu Ľupča Železiarňam Podbrezová, Komore reštaurátorov a grantovej agentúre Slovenskej republiky (Grant VEGA č. 1/0421/10) za podporu pri spracovaní tejto práce.

21

INTEGRITA OBALOVÉHO PLÁŠ ŤA NÍZKOENERGETICKÝCH BUDOV NA BÁZE DREVA

J. Štefko 1 - P. Sedlák 2

Abstrakt The paper is treat of building envelope structures integrity: especially air tightness and thermal bridges. The method of testing, results of in-situ measurement and relevant problems are presented on examples of low-energy houses. 1. ÚVOD Fyzikálna celistvosť plášťa energeticky pasívnych domov je definovaná známymi pravidlami, z ktorých sa zameriame najmä na vzduchotesnosť a elimináciu tepelných mostov. Práve v týchto oblastiach dochádza k častým poruchám vplyvom nesprávneho návrhu či realizácie. Najvážnejším dôsledkom je enormný nárast spotreby energie oproti očakávaným hodnotám, znefunkčnenie núteného vetrania s rekuperáciou, ktoré je inak nadimenzované na predpísanú hodnotu čísla výmeny vzduchu, prípadne ďalšie vynútené stavebné poruchy, napríklad kondenzácia vodnej pary na povrchu alebo v konštrukcii a následná degradácia tepelnej izolácie a drevenej časti konštrukcie. 2. VZDUCHOTESNOSŤ Vzduchotesnosť plášťa je definovaná parametrom čísla výmeny vzduchu pri tlakovom rozdiele 50 Pa n50 ≤ 0,6. Preukazuje sa meraním na stavbe prostredníctvom tzv. Blower-door testu a mal by byť základným predpokladom pre zaradenie budovy do pasívneho štandardu. Z našich skúseností práve tento test je najčastejším kameňom úrazu prvých pilotných projektov i súčasne realizovaných pasívnych domov na Slovensku. Všeobecne k najväčším únikom dochádza v chronických miestach napojenia na podzákladie a prahov rámovej konštrukcie, výlezov do neobytného podkrovia, inštalačných prestupov, napojenia otvorových výplní na ostenie, ďalej kvôli zlej rektifikácii otváravých časti otvorových výplní, v netesných detailoch zasklenia, na komínoch a detailoch komínov. Pri zabezpečení vzduchotesnej roviny fóliou (parozábranou) bola indikovaná nízka spoľahlivosť pri použití nevhodných lepiacich pások a fólií a pri neodborne realizovaných detailoch, _____________________ 1 Jozef Štefko, prof. Ing. CSc., Technická univerzita vo Zvolene, T.G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen, e-mail: stefko@vsld.tuzvo.sk 2 Pavol Sedlák, Ing. PhD., Technická univerzita vo Zvolene, e-mail: sedlak@vsld.tuzvo.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

22

Súčasťou merania je aj vystavenie budovy podtlaku, ktorý preverí práve tieto citlivé miesta. Naopak sofistikovanejšie programy vzduchotesných fólii s príslušnými doplnkami a prepracovaným systémom riešenia detailov, za predpokladu precíznej realizácie sa ukazujú ako vysoko spoľahlivé. Problémy sa zistili aj pri zabezpečení vzduchotesnej roviny OSB-doskou s vytmelením a tesniacimi páskami. Podozrenie na vysokú priepustnosť samotnej OSB-dosky potvrdila séria meraní OSB-dosiek s rôznymi hrúbkami na laboratórnom zariadení – tlakovej komore, kde boli zistená pomerne vysoké hodnoty vzduchovej priepustnosť dosky.

3. ELIMINÁCIA TEPELNÝCH MOSTOV Tepelné mosty v obalovom plášti zhoršujú kvalitu tepelnej ochrany a bývajú príčinou závažných porúch vplyvom kondenzácie vodnej pary. V energeticky pasívnych domoch, v ktorých operujeme s rádovo nižšími tepelnými stratami oproti štandardnej výstavbe, rádovo narastá aj podiel strát vplyvom prípadných tepelných mostov. Neošetrené tepelné mosty môžu podstatne znížiť efektivitu vynaložených investícií na hrúbku a kvalitu tepelnej izolácie. Základným parametrom na hodnotenie prídavnej tepelnej straty vplyvom tepelných mostov je lineárny alebo bodový stratový súčiniteľ. Preukazuje sa v štádiu návrhu výpočtom na základe riešenia plošných teplotných polí pri dvojrozmernom, alebo trojrozmernom šírení tepla (niektoré výpočtové programy už majú tento výpočet priamo zabudovaný), alebo na základe referenčných detailov v atlasoch tepelných mostov, alebo na základe referenčných certifikovaných detailov (napríklad v inštitúte Passivhaus). Najobjektívnejšou metódou indikácie tepelných mostov je termovízne meranie na realizovanom objekte. Deformácia teplotného poľa býva problémom v rohoch a kútoch konštrukcie, v podzákladí a soklovej časti stavby, v drevených prvkoch prechádzajúcich cez tepelnú izoláciu (stropnice, drevené rošty), v stavebných prvkoch s komplikovanou geometriou (vikiere, arkiere), veľmi často v detailoch styku otvorovej výplne s ostením ale aj v systémových prvkoch tepelných izolácii – tanierových hmoždinkách či oceľových spojovacích prostriedkoch. 4. VLASTNÉ MERANIA Vlastné meranie vzduchotesnosti, ako aj s termovízna analýza bolo realizované na niekoľkých drevených stavebných objektoch zariadeniami: Retrotec Blower-door fan 2200, digitálnym ovládačom DM 2 s príslušenstvom, termovíznou kamerou FLIR b-60, ktoré sme zakúpili vďaka podpore nižšie menovanej grantovej agentúry a príspevku firmy Saint-Gobain Construction Products, s.r.o. Prehľad výsledkov Blower-door testu je v nasledujúcich tabuľkách. V tabuľke 1 sú merania na rôznych stavbách tesne pred odovzdaním do užívania bez následných zásahov zo strany dodávateľa. V tabuľke 2 je uvedená séria meraní na jednej stavbe, ktorá mala ambíciu pasívneho štandardu. Po prvom meraní, ktoré odhalilo vážne nedostatky, ich dodávateľ postupne odstraňoval. V tabuľke vidieť význam jednotlivých opatrení, aj keď sme na konci museli skonštatovať, že métu čísla výmeny vzduchu pre energeticky pasívne domy n50 = 0,6 sa nepodarilo dosiahnuť. Dodávateľ na základe našich doporučení podstatne zmenil stavebný systém a uzlové detaily.

23

Aj naše merania potvrdili triviálnu skúsenosť potreby merania vzduchotesnosti pred finálnymi povrchovými úpravami i potrebu prehodnotenia stavebného systému, návrhu detailov, ich optimalizácie už v štádiu návrhu a projekcie. Na druhej strane je predmetné meranie indikátorom celkovej kvality stavby, odbornosti dodávateľskej firmy a zodpovednosti realizačných pracovníkov.

Tab. 1 Výsledky merania vzduchotesnosti drevostavieb rodinných domov

Objekt Miesto stavby Výsledná hodnota

n50

Indikované netesnosti – dominantné miesta

A Zvolen – Môťová 2,72 Dvere, styk s komínovým telesom.

B Veľká Lúka 3,35 Styk s komínovým telesom ostenia okien, parozábranová fólia (zakrytá sadrokartónom).

C Wolfstahl 6,72 Zásuvky, inštalačné prestupy v technickej miestnosti, okná. garážové vráta.

D Púchov - Nosice 4,24 Komplikovaný tvar budovy. Porušenie vzducho-tesnej roviny pod obkladmi, prechody inštalácií najmä z technickej miestnosti, spoj stena-základ.

E Hainburg (A) 3,51 Zásuvky, komín – odvetranie, el. rozvádzače, prechody káblov a inštalácií (hlavne WC), okná., výlez do podkrovia.

F Stráňavy pri Žiline 1,23 Spoj zrubovej steny a strešného plášťa (nie fragment zrubu), posuvné balkónové dvere.

Tab. 2 Výsledky série meraní vzduchotesnosti na rodinnom dome v Zohore

Meranie č./dátum

Nameraná hodnota

n50

Indikované netesnosti – dominantné miesta, úpravy

1/ 8.2.2011

1,56 Prechody el. káblov, spoje panelov, dvere vypenene - nepoužitá páska. Netesnosti aj cez prelepovane spoje, spoj steny a základu (zatiaľ netesnený).

2/ 2.3.2011

1,30 Realizovaný poter, zväčša utesnené chyby po predchádzajúcom meraní. Netesnosti pri obvode poteru - kvôli dilatačnej penovej fólii, poter nevylepšil bilanciu, len zabránil prístupu ku základu a znemožnil ďalšie efektívne utesnenie (použité asfaltové pásy pod stenou).

3/ 10.3.2011

1,32 Obvod poteru vyliaty nivelizačným poterom, ale i tak pravdepodobné úniky do priečkových panelov.

4/ 10.3.2011

0,98 Utesnené portály dverí, a netesnosti okolo základu, prestup elektrického kábla).

Súčasťou meraní bola termovízna analýza. Okrem predpokladaných miest tepelných mostov preukázala aj neočakávané nadmerné úniky tepla, hlavne vplyvom inštalačných prestupov a nadmernej infiltrácie pri súčasnom teste vzduchotesnosti – podtlakovom režime. Ďalej sú popísané niektoré charakteristické poruchy fyzikálnej celistvosti.

24

Obr. 1 Zvýšená teplota v soklovej časti Obr. 2 Tepelné mosty v mieste indikuje netesnosť styku steny a kotviacich prvkov tepelnej izolácie podzákladia

Obr. 3 Prídavná tepelná strata vplyvom infiltrácie na výleze do podkrovia pred a po podtlakovej skúške vzduchotesnosti

POĎAKOVANIE Tento príspevok vznikol vďaka podpore grantovej agentúry APVV v rámci projektu LPP-0308-09 „Výskum a vývoj konštrukčného systému pre nízkoenergetické budovy na báze domácej obnoviteľnej suroviny dreva“.

25

NOVÉ A STARÉ DŘEVĚNÉ STAVBY

J. Škabrada 1

1. ÚVOD Vážení účastníci konference, byl jsem pozván do vědecké rady vaší konference jako odborník na poznávání vývoje historických staveb, mimo jiné i lidové architektury a dřevěných konstrukcí. Rád bych tuto příležitost využil k vyslovení metodických poznámek k problému přebírání stavebních zvyklostí z historických staveb do staveb nových. 2. CIZÍ PRINCIPY Zkušenosti se stále větším počtem realizací nových dřevěných staveb totiž ukazují, že aplikace těchto vazeb může být různá, často s problematickými výsledky. Používání starých stavebních zvyklostí přitom nepochybně funguje jako součást obecnějšího přístupu novodobého „slušného chování“ vůči historickému stavebnímu dědictví. Nejpočetnější, stále více viditelnou ilustrací převažujícího přístupu k tomuto problému se stávají novostavby rodinných obytných domů na venkově.

Obr. 1 Nabídka roubených chalup pro Obr. 2 Jedna z děsivých nabídek Šumavu- objekty, koncipované jako z prezentací na pražském stavebním karikatura historických srubů veletrhu FORARCH skandinávského původu, jako prezentace tesařské firmy v Hrádku u Sušice ____________________ 1 Jiří Škabrada, prof. Ing. arch., CSc., autor působí na Filozofické fakultě Univerzity Pardubice a Fakultě architektury ČVUT v Praze; věnuje se výzkumu historické – zejména lidové architektury a vývoji historických konstrukcí

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

26

Společným jmenovatelem značné části z nich – zejména u objektů rekreačních – je použití dřeva jako tradičního materiálu s řadou výhodných fyzikálních i dojmových vlastností. Jako zásadní problém se u těchto nových dřevěných staveb jeví jejich vnější ztvárnění, v němž můžeme pozorovat dvě základní tendence: a/ přejímání z našeho hlediska exotických – buď archaických nebo územně vzdálených stavebních i dekorativních zvyklostí. Tyto projevy vyznívají jednoznačně katastrofálně, ale stavebníci ani projektanti si takové myšlenky zřejmě nepřipouštějí.

Obr. 3 Firemní nabídka pro takzvané alpské balkony – prvek, cizí nejen pro tradiční české prostředí

b/ na většině pokusů tohoto druhu můžeme pozorovat zjevnou snahu zapojit se co možná harmonicky do stávajícího prostředí, v němž ještě zpravidla existují více či méně autentické historické stavby, jejich napodobováním. Výsledek často hraničí s téměř věrohodnými kopiemi starých staveb, což je dobré jen na první pohled – pokud běžný divák nedokáže pochopit, zda je stavba stará skutečně nebo jen „jako“, není to nepochybně v pořádku. 3. TÉMĚŘ VĚROHODNÉ KOPIE Pokud si nových „jakostarých“ staveb všimneme blíže, zjistíme většinou, že fungují jako skládačky různě starých prvků tradičních staveb, zjevně v závislosti na

Obr. 4 Obr. 5 Při zběžném pohledu téměř věrohodné repliky regionálně typických staveb – ukázky

ze severních Čech a z Vysočiny. K čemu je ale dobré nerozeznat věrohodnou a novou „jakostarou“ stavbu?

27

vědomostech svých tvůrců a jejich schopnosti či neschopnosti skloubit jednotlivé části stavby do harmonického celku. V kombinaci s nepochopením opravdu základních principů tradičních staveb (jako je způsob nasazení střechy na spodní stavbu či umístění vstupu) bývá pak výsledkem spíše větší či menší zesměšnění – karikatura historického vzoru. 4. OBVYKLÉ KARIKATURY Vytýčit metodické principy správného přístupu přitom není příliš složité. Jako nejdůležitější se ukazuje přejímání nikoli detailních a dekorativních, nýbrž pouze základních hmotových, typologických a výrazových pravidel historických staveb – trojdílné řešení obdélného půdorysu, umístění vstupu, tvar střechy a její vztah vůči spodní stavbě.

Obr. 6 Skladba lomenice jako ze 2. poloviny 18. století, nad ní přesahující střecha s vaznicovým krovem a vrcholovým „nádražním“ dekorem z konce 19. století, přesah nad zápražím pro jistotu na obou stranách – skládačka motivů, jejímž výsledkem je karikování historických předloh.

Obr. 7 V Čechách je dnes proslulé zejména usměrňování nové výstavby na Šumavě, jehož výsledkem jsou často téměř absurdní slátaniny, zesměšňující bohužel i své skutečně historické předlohy.

Z vnějškového ztvárnění tradičních objektů je rozumné se poučit rovněž nikoli z detailního, nýbrž principiálního zacházení s jednoduchými plochami přírodních materiálů, a to nejen u obytných, ale i hospodářských staveb. Inspirativní pro dnešní přístup může být i tradiční ochrana konstrukcí opláštěním jiným materiálem, protože takováto izolace nejen zlepšuje tepelné parametry konstrukce, ale opět zjednodušuje i problém její vnější prezentace.

28

5. INSPIRACE ZÁKLADNÍMI ZNAKY V ČETNĚ OPLÁŠTENÍ

Obr. 8 Jednoduché, plošné užívání přírodních materiálů s absencí dekorativních prvků – málo využívaný inspirační zdroj tradičních vesnických staveb.

U takto pojatých staveb většina problémů, které jinak doprovázejí snahu o inspiraci historickými objekty, automaticky odpadá. Lépe se dá vyjít vstříc i soudobým požadavkům na komfort trvalého bydlení, protože velikost ani členění, resp. nečlenění okenní plochy přestává být problém. Inteligentní dřevostavby tohoto typu jsou ale bohužel velmi vzácné. 6. SLUŠNÉ REALIZACE

Obr. 9 Obr. 10 Vzácná ukázka dřevěných novostaveb rodinných domků, jejichž autoři nekopírovali

z tradičních staveb zbytečný dekor, ale omezili se na inteligentní výběr důležitých základních prvků, užitečných i pro funkčnost nové stavby

(Koberovy v severních Čechách).

29

PROBLEMATIKA RÁZOVÉ HOUŽEVNATOSTI D ŘEVA

A. Lokaj 1 – K. Vavrušová 2

Abstrakt The aim of this article is in defining of conditions and ways of design and assessment of wooden post and beams guardrails structures. 1. ÚVOD Dřevo a materiály dřeva se, kromě staveb pro bydlení a .občanskou vybavenost, opět začínají ve větší míře uplatňovat i v inženýrských a dopravních stavbách. Jedná se zejména o mosty na pozemních komunikacích a lávky pro pěší a cyklisty. Největší pozornost je věnována nosnému systému těchto konstrukcí, ale důležité jsou rovněž doplňkové konstrukce, zajišťující bezpečnost provozu (zádržné systémy, tj. svodidla a zábradlí) – příklady jsou uvedeny na obr. 1 a 2. Tyto prvky mohou být vystaveny účinkům mimořádných zatížení – nárazu vozidla v důsledku dopravní nehody. 2. ZATÍŽENÍ DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ NÁRÁZEM Problematika nárazu vozidla na svodidla je poměrně komplikovaná s celou řadou obtížně stanovitelných činitelů. Mezi hlavní patří například interakce mezi vozidlem, svodidlem, sloupkem a základem sloupku. Tuhé svodidlo vede k tomu, že většinu energie nárazu musí absorbovat vozidlo a posádka v něm, což může vést k závažným úrazům. Oproti tomu málo tuhé svodidlo potřebuje poměrně velký prostor pro rozvinutí deformace. Podle [1] je rychlost nárazu vozidla kolmo na svodidlo:

( )αsin⋅= vvn (1) kde: α je úhel mezi směrem jízdy vozidla a svodidlem, v je rychlost vozidla, vn je rychlost, která se sníží na nulu při dosažení maximálního průhybu svodidla. Ve [2] je uveden zjednodušený přístup k řešení nárazu vozidla na svodidlo. _____________________ 1 Antonín Lokaj, doc., Ing., Ph.D., VŠB – TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, Podéště 1 875, Ostrava-Poruba, (+420) 597 321 302, antonin.lokaj@vsb.cz 2 Kristýna Vavrušová, Ing., Ph.D., VŠB – TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, Podéště 1 875, Ostrava-Poruba, (+420) 597 321 375, kristyna.vavrusova@vsb.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

30

Obr. 1 Wennerbruecke – detail mostu s dřevěným zábradlím

Obr. 2 Tynset Bridge (2001) – most o rozpětí 70 m Předpokládá se, že vozidlo je tuhé těleso a veškerou energii nárazu absorbuje konstrukce svodidla. Kinetická energie vozidla (WE) se rovná práci vnitřních sil na deformaci konstrukce svodidla (WI):

2

2n

E

vMW

⋅= , ( ) n

s

I sFdssFWn

⋅== ∫0

(2)

kde: F je průměrná síla, sn je maximální příčný průhyb svodidla podle vztahu:

( ) bsfn sdds +−+⋅= 1cossin αα (3)

kde: sb je maximální dynamický příčný průhyb svodidla, df a ds jsou vzdálenosti k těžišti vozidla, měřeno od čela a strany, na které došlo k nárazu. Ve [3] jsou uvedeny hodnoty hmotností pro kategorie osobních a nákladních vozidel, rychlosti a úhly nárazu. Ve [4] jsou uvedeny návrhové hodnoty ekvivalentních statických sil od nárazu vozidel pro jednotlivé kategorie pozemních komunikací.

31

3. POSOUZENÍ SVODIDLA VYSTAVENÉHO NÁRAZU VOZIDLA

Prakticky všechny proměnné, vstupující do procesu návrhu nebo posouzení konstrukce svodidla (tj. hmotnost a tuhost vozidla, jeho rychlost, úhel nárazu do svodidla, materiálové, geometrické a průřezové charakteristiky konstrukčních částí svodidla, atp.), vykazují poměrně velkou variabilitu. Z toho vyplývá, že pro návrh a posouzení konstrukce svodidla je vhodné použít některou pravděpodobnostní metodu (např. [5]). Tato metoda (SBRA) umožňuje vyjádření variability všech proměnných pomocí ohraničených histogramů a přímé určení pravděpodobnosti poruchy. Hodnoty materiálových charakteristik (pevnostních i přetvárných) jsou určeny na základě laboratorních testů. Tyto testy jsou již v současnosti prováděny na vzorcích konstrukčního dřeva, které obsahuje přirozené imperfekce (suky, trhliny, odklon vláken, atp.). Na obr. 3 (vlevo) je uveden histogram pevnosti v ohybu malého bezvadého jehličnatého řeziva (20/20/300 mm) sestavený podle výsledků testů (viz [7]). Na obr. 3 (vpravo) je uveden histogram pevnosti v ohybu smrkového řeziva malých konstrukčních rozměrů (čtvercový průřez 50/50 mm) sestavený podle výsledků testů (podle [6]). Na obr. 4 je uveden histogram rozdělení modulu pružnosti v ohybu podél vláken (vlevo) a histogram rozdělení hustoty (vpravo) smrkového řeziva malých konstrukčních rozměrů (čtvercový průřez 50/50 mm) - viz [6].

Obr. 3 Histogramy rozdělení pevnosti v ohybu malých bezvadých vzorků jehličnatého řeziva podle [7] (vlevo) a vzorků smrkového řeziva malých konstrukčních

rozměrů podle [6] (vpravo)

Obr. 4 Histogramy rozdělení modulu pružnosti v ohybu (vlevo) a hustoty (vpravo) vzorků smrkového řeziva malých konstrukčních rozměrů podle [6]

V některých specifických případech je užitečné využít znalost rázové houževnatosti dřeva. Na obr. 5 je uveden histogram rozdělení pravděpodobnosti rázové houževnatosti dřeva smrku, určené na vzorcích bezvadého dřeva o rozměrech20/20/300 mm (viz [8]).

32

Obr. 5 Histogram naměřených hodnot rázové houževnatosti řeziva smrku

4. ZÁVĚR Z výše uvedeného je patrné, že problematika spolehlivého návrhu a posouzení nosné konstrukce dřevěných svodidel je poměrně komplikovaná záležitost s poměrně značným počtem proměnných s velkým rozptylem vlastností. Tento fakt vybízí k použití nové generace – pravděpodobnostních metod. LITERATÚRA [1] MALO, K. A., Impact Behaviour of Roadside Round Wooden Posts. In

Proceedings of WCTE Conference, Lahti, 06/2004, IBN 951-758-442-3, ISSN 0356-9403.

[2] ČSN EN 1317-1 Silniční záchytné systémy. Část 1: Terminologie a obecná kritéria pro zkušební metody.

[3] ČSN EN 1317-2 Silniční záchytné systémy. Část 2: Svodidla a mostní svodidla – Funkční třídy, kritéria přijatelnosti nárazových zkoušek a zkušební metody.

[4] ČSN EN 1991-1-7 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-7: Obecná zatížení – Mimořádná zatížení.

[5] MAREK, P., BROZZETTI, J., GUŠTAR, M., TIKALSKI, P. (editors), Probabilistic Assessment of Structures using Monte Carlo Simulation – Backround, Excercises and Software – 2nd Edition, 2003, ITAM CAS Praha, 472 pp.

[6] LOKAJ, A., VAVRUŠOVÁ, K., HURTA, J., Materiálové charakteristiky jehličnatého dřeva, In Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské –Technické univerzity Ostrava, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Ostrava, Česká republika, 2007, ISBN 978-80-248-1661-6.

[7] KOŽELOUH, B., Výpočet dřevěných konstrukcí podle mezních stavů. II. Stanovení hodnot základních výpočtových namáhání, Stavebnícky časopis SAV XVI, 5., 1968, str. 272-295, Bratislava.

[8] LOKAJ, A., VAVRUŠOVÁ, K., Rázová houževnatost konstrukčního dřeva. Ve sborníku XI. konference Spolehlivost konstrukcí, Plzeň, 04/2010.

PODĚKOVÁNÍ Při řešení byly využity výsledky dosažené za finančního přispění MŠMT, projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS.

33

LABORATORNÍ TESTOVÁNÍ SPOJ Ů KOLÍKOVÉHO TYPU V CEMENTOŠTĚPKOVÝCH DESKÁCH VELOX

K. Vavrušová 1 - A. Lokaj 2 - P. Agel 3

Abstrakt The objective is to define strength and strain characteristics of dowel-type joints in VELOX brand cement chip boards on the basis of destruction testing. A particular attention is paid to determination of embedment strength of hole wall, elastic deformation and elastic modulus of compressibility. 1. ÚVOD V současné době dochází ve stavebnictví k velkému rozvoji používání nových materiálů na bázi dřeva především v oblasti dřevostaveb. Jedním z těchto materiálů jsou cementoštěpkové desky VELOX, které jsou vyrobeny z dřevité štěpky jehličnatého řeziva (89%), cementu a roztoku vodního skla. Cementoštěpkové desky se používají především v oblasti výstavby rodinných a bytových domů (jako plošné ztužující prvky) a pro výstavbu protihlukových stěn. Vedle základních fyzikálních a mechanických vlastností těchto desek je potřeba věnovat pozornost i únosnosti a charakteristikám přípojů těchto desek k nosnému dřevěnému rámu. 2. POPIS MĚŘENÍ Nedestruktivní testování cementoštěpkových desek VELOX WS a následné destruktivní testování spoje desky a kolíkového spojovacího prostředku bylo provedeno na souboru o 40 vzorcích. Testovaný materiál Pro testování byly použity cementoštěpkové desky VELOX WS s tloušťkou 35 mm a plošnou hmotností 25 kg.m-2 (obr. 1, 2). Spojovací prost ředky Jako spojovací prostředky byly pro testování zvoleny kolíky o průměru 6 mm z oceli ______________________ 1 Kristýna Vavrušová, Ing., Ph.D., VŠB – TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, L. Podéště 1 875, Ostrava-Poruba, (+420) 597 321 375, kristyna.vavrusova@vsb.cz 2 Antonín Lokaj, Doc., Ing., Ph.D., VŠB – TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, L. Podéště 1 875, Ostrava-Poruba, (+420) 597 321 302, antonin.lokaj@vsb.cz 3 Petr Agel, Ing., VŠB – TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra konstrukcí, L. Podéště 1 875, Ostrava-Poruba, (+420) 597 321 925, petr.agel@vsb.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

34

Obr. 1 a 2 Detail desky VELOX WS pevnostní třídy S235 s pevností v tahu fu = 360 MPa. 2.1 Nedestruktivní metody Měření vlhkosti Pro měření vlhkosti vzorků souboru byly využity vpichovací vlhkoměry WNT 650 a WHT 860. Na každém vzorku byla provedena dvě měření. Stanovení hmotnosti vzork ů Hmotnost byla měřena na digitální váze Soehnle CWE 7745 s přesností měření 5g. Byla provedena dvě vážení s odstupem 6 hodin, a pokud se obě hodnoty nelišily o více než 0,1% hmotnosti vzorku byly obě hodnoty zaznamenány a hmotnost stanovena jako průměr těchto hodnot. Rozměry vzork ů Rozměry zkušebních těles byly měřeny s minimální přesností 1% (rozměry do 150 mm posuvným měřidlem s přesností 0,01mm a rozměry nad 150 mm svinovacím metrem s přesností 0,5 mm) po klimatizování zkušebních vzorků. 2.2 Destruktivní metody Zkouška kolíkového spoje s deskou VELOX WS Pro destruktivní testování byl použit hydraulický lis EU 40, který umožňoval vyvodit a plynule registrovat zatížení s mezní chybou ± 1% zatížení působícího na zkušební těleso a zatlačení spojovacího prostředku do dřeva s mezní chybou ± 1% zatlačení. Zkušební t ěleso Zkušební těleso byl pravoúhlý hranol o rozměrech 35×90×150mm (obr. 3). Tloušťka zkušebního tělesa, 35 mm, odpovídala výrobní tloušťce desky. Před osazením spojovacího prostředku byla zkušební tělesa klimatizována na konstantní hmotnost (výsledky dvou následujících vážení provedených v intervalu 6 h se vzájemně neodlišují více než 0,1% hmotnosti zkušebního tělesa). Pro kolíkové spojovací prostředky byly do zkušebních těles předvrtány otvory stejného průměru, jako je průměr kolíku (stejně při jejich užití v praxi).

35

Obr. 3 Zkušební vzorky Obr. 4 Ocelový zkušební přípravek Ocelový zkušební p řípravek Ocelový zkušební přípravek byl vyroben z konstrukční oceli a navržen tak, aby tření mezi ocelovými deskami a zkušebním tělesem neovlivnilo výsledek zkoušky (obr. 4). Odhad maximálního zatížení Maximální hodnota zatížení kolíkového spoje byla stanovena dle EC5 (spoj vnějších tlustých ocelových desek a středního dřevěného prvku – dřevěné desky): kNNdtfF khRkax 648,336486.35.74,34.5,05,0 2,2,, ====

kNNF

dfMF RkaxkhRkyRkax 544,3354406.74,34.113923,2

43,2 ,

,2,,, ==+=+=

kde: d je 6 mm (průměr kolíku); t2 je 35 mm (tloušťka středního prvku).

MPatdf kh 74,34356.5050 2,06,02,06,0,2, === −−

NmmdfM kuRky 392116.360.3,0.3,0 6,26,2,, ===

Pozn.: Pro stanovení charakteristické pevnosti cementoštěpkových desek v otlačení v současné době v České republice není přesně určený výpočetní vztah, a proto byla pro výpočet použita hodnota pevnosti v otlačení třískových desek a OSB, které mají jak svou skladbou, tak objemovou hmotností k cementoštěpkovým deskám VELOX WS nejblíže. Zkušební postup Zatížení bylo zvyšováno do hodnoty 0,4 Fmax,est a na této hodnotě bylo udržováno 30 s. Dále bylo zatížení sníženo na 0,1 Fmax,est a na této hodnotě bylo udržováno 30 s. Zatížení bylo posléze zvýšeno tak, že bylo dosaženo maximálního zatížení v průběhu (300 ± 120) s (obr. 5).

36

Obr. 5 Postup zatěžování [1] Stanovované charakteristiky spoje Ze zaznamenaných měření byly spočteny tyto hodnoty: Pevnost stěny otvoru:

td

Ffh

max= (1)

Pružný modul stlačitelnosti:

e

esthe w

fK ,4,0

= (2)

kde: d je průměr spojovacího prostředku v mm; Fmax je maximální zatížení v N; fh,est je odhadnutá pevnost stěny otvoru v N.mm-2; t je tloušťka desky v mm; we je pružná deformace. Odhadnutá pevnost st ěny otvoru Odhadnutá pevnost stěny otvoru, která vychází z odhadnutého maximálního zatížení je určena z následujícího vztahu:

td

Ff est

esthmax,

, = (3)

kde: Fmax,est je maximální odhadnuté zatížení v N; d je průměr spojovacího prostředku v mm; t je tloušťka desky v mm. Dosazením do vzorce /3/ byla stanovena odhadnutá pevnost stěny otvoru, která

37

vychází z odhadnutého maximálního zatížení:

MPatd

Ff est

esth 88,1635.6

5443max,, ===

3. VÝSLEDKY MĚŘENÍ Z výsledků získaných z destruktivního testování byla pozornost zaměřena především na stanovení pevnosti stěny otvoru v testovaných cementoštěpkových deskách VELOX WS a pružný modul stlačitelnosti tohoto spoje. Pevnost st ěny otvoru Na základě dosazení získaných hodnot do vzorce /1/ byly stanoveny statistické veličiny pevnosti stěny otvoru a sestaven histogram těchto hodnot (obr. 6).

Obr. 6 Histogram naměřených hodnot a aproximace Gaussovým rozdělením pevnosti stěny otvoru

Pružný modul stla čitelnosti Na základě dosazení získaných hodnot do vzorce /2/ byly stanoveny statistické veličiny pružného modulu stlačitelnosti a sestaven histogram těchto hodnot (obr. 7).

Obr. 7 Histogram naměřených hodnot a aproximace Gaussovým rozdělením pružného modulu stlačitelnosti

38

Výsledné hodnoty Tabulka 1 uvádí stručný přehled výsledků získaných při destruktivním testování kolíkového spoje s deskou VELOX WS.

Tab. 1 Tabulka výsledných hodnot kolíkového spoje s deskou VELOX WS

Výsledné hodnoty X SD 5% Pevnost stěny otvoru – fh [MPa] 14,85 1,86 11,75 Pružný modul stlačitelnosti – Ke [N.mm-3 ] 65,70 3,90 59,27

(X – průměrná hodnota veličiny, SD - směrodatná odchylka, 5% - 5% kvantil) 4. ZÁVĚR Z výše uvedeného je patrné, že charakteristická hodnota (5% kvantil) pevnosti stěny v otvoru fh = 11,75 MPa, získaná z destruktivního testování, je o cca 30% nižší než původně odhadovaná hodnota OSB desek fh,est = 16,88 MPa, což je zřejmě dáno odlišnou strukturou a hustotou cementoštěpkových desek VELOX WS (viz. obr. 1, 2 a 3). LITERATURA [1] ČSN EN 383 Dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Stanovení pevnosti stěny

otvoru a charakteristik stlačitelnosti pro kolíkové spojovací prostředky, ČNI 06/2007.

PODĚKOVÁNÍ Při řešení byly využity výsledky dosažené za finančního přispění MŠMT,projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS.

39

VYSTUŽOVANIE DREVENÝCH PRIEHRADOVÝCH KONŠTRUKCIÍ -

TEÓRIA A PRAX

M. Slivanský 1 - J. Sandanus 2

Abstrakt V roku 2005 došlo počas zimných mesiacov ku dvom haváriam strešných konštrukcií krovov vytvorených z ľahkých priehradových väzníkov sedlového tvaru. Na základe preventívnych opatrení zadal objednávateľ diagnostické prehliadky strešných konštrukcií na väčšine jeho jestvujúcich prevádzok nielen na Slovensku, ale aj v Českej republike. V rámci diagnostických prehliadok sa na kontrole 16 objektov podieľali aj pracovníci Katredry kovových a drevených konštrukcií zo Stavebnej fakulty na STU v Bratislave. 1. ÚVOD

Diagnostické prehliadky boli zamerané na kontrolu stavu strešnej konštrukcie a porovnanie jej skutočného vyhotovenia vzhľadom na príslušnú projektovú dokumentáciu. V prípade, že bol dostupný aj statický výpočet, kontrolovali sa jeho vstupné parametre (skladby, zaťaženia, snehové a vetrové oblasti, geometria konštrukcie a pod.) a kompletnosť výpočtu (návrh a dimenzovanie jednotlivých nosných prvkov). V niektorých prípadoch bol dokonca podľa potreby spracovaný aj kontrolný statický prepočet vybraných nosných konštrukcií resp. prvkov.

Obr. 1 Montáž strešnej konštrukcie z drevených väzníkov ____________________ 1 Miloš Slivanský, Ing., PhD., STU Stavebná fakulta v Bratislave, milos.slivansky@stuba.sk 2Jaroslav Sandanus, Ing., PhD., STU Stavebná fakulta v Bratislave, jaroslav.sandanus@stuba.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

40

Strešná konštrukcia na všetkých kontrolovaných prevádzkach bola realizovaná ako drevený väzníkový krov s maximálnym rozpätím cca. 20m, ktorý bol uložený na železobetónový nosný skelet. Vzhľadom na polohu v konštrukcii boli použité väzníky so styčníkmi s oceľovými doskami s prelisovanými tŕňmi sedlového, lichobežníkového alebo trojuholníkového tvaru. Vzájomná osová vzdialenosť väzníkov sa pohybovala od 900mm do 1300mm. Vystuženie konštrukcie na vodorovné účinky zabezpečovala sústava drevených a oceľových vystužovadiel umiestnených v strešnej rovine (priečne vystuženie) a vo zvislej rovine (pozdĺžne vystuženie). Ako strešná krytina bola použitá ťažká škridľa (keramická alebo betónová), ktorá bola uložená na strešné laty kotvené na horný pás priehradových väzníkov. Tepelná izolácia a podhľad boli realizované v rovine dolných pásov priehradových väzníkov.

Obr. 2 Priehradový väzník so styčníkmi s oceľovými doskami s prelisovanými tŕňmi

2. ZISTENÉ NEDOSTATKY Napriek tomu, že jednotlivé strešné konštrukcie neboli realizované jedinou dodávateľskou firmou (vzhľadom na počet objektov sa na dodávke zastrešení podieľalo 5 firiem), boli nedostatky a chyby na zrealizovaných konštrukciách relatívne podobné, a preto ich v príspevku budeme spomínať obecne. Okrem skupiny chýb, ktoré sa týkali neodborných zásahov do nosnej konštrukcie počas montáže pridružených konštrukcií a zariadení (najmä zariadenia a rozvody vzduchotechniky), alebo zlého výberu dreveného materiálu (trhliny, kôra, hrče a pod.), sa vo veľkom rozsahu objavovali zavážné nedostatky súvisiace s vystužením strešnej konštrukcie na účinky zaťaženia vetrom a zabezpečenie stability jednotlivých nosných prvkov, resp. tvaru strešnej konštrukcie ako celku. Zatiaľ čo prvú skupinu nedostatkov môže projektant strešnej konštrukcie ovplyvniť iba okrajovo alebo vôbec, druhá skupina nedostatkov priamo súvisí s nedostatočnou analýzou samotného výstužného systému a s podcenením dôsledkov vyplývajúcich zo zlého návrhu konceptu vystužovadiel ako celku, alebo zlého návrhu riešenia prípojov a detailov jednotlivých výstužných prvkov a pod. Aj keď jednotlivé prúty priehradových väzníkov sú pomerne subtílne (prierezy od 70/70mm do 70/220-250mm), väzník ako nosná konštrukcia je veľmi efektívny a vyznačuje sa priaznivým pomerom medzi spotrebou materiálu a statickou účinnosťou (únosnosť a ohybová tuhosť).

41

Obr. 3 Neodborné zásahy do nosnej konštrukcie a vady materiálu

Takéto riešenie však predpokladá, že priehradový väzník bude výlučne namáhaný iba zaťaženiami pôsobiacimi v jeho strednicovej rovine (zvislé zaťaženia) a stabilita tlačených prútov z roviny väzníka bude zabezpečená vhodne navrhnutým systémom vystužovadiel. V prípade, že nie sú dodržané spomínané skutočnosti, dochádza ku niekoľkonásobnému (nekontrolovanému) nárastu namáhania niektorých častí väzníka (tlačené prúty, styčníky s oceľovými doskami, ohyb prútov z roviny väzníka), ktoré môže viesť ku porušeniu jednotlivých nosných prvkov alebo až ku kolapsu celej strešnej konštrukcie.

Obr. 4 Nedostatočne stabilizovaný (vybočený) tlačený pás väzníka

Ani v jednom prípade, kedy bol kontrolovaný predložený statický výpočet, nebola funkcia ani reálne zaťaženie vystužovadiel overované podrobnejším statickým výpočtom (zaťaženie vetrom, zaťaženie od stabilizácie tlačených častí väzníka). Žiadnym spôsobom takisto nebola overovaná ani interakcia vystužovadiel a priehradových väzníkov, nehovoriac o navrhovaní detailov prípojov vystužovadiel ku pásom väzníka a pod. Strešný väzník bol posudzovaný ako samostatná rovinná konštrukcia, zaťažená výhradne zvislými účinkami (vlastná tiaž, krytina, podhľad a sneh). Výstužný systém bol vo väčšine prípadov zhotovený podľa akýchsi „konštrukčných“ zásad dodávateľa strešnej konštrukcie. Takto navrhnutý a zhotovený systém vystužovadiel bol veľmi často nielenže neúplný, ale obsahoval navyše prvky, ktoré boli neúčinné, chaoticky usporiadané alebo nadbytočné.

42

Obr. 5 Chýbajúci segment vystužovadla a neúčinné (uvoľnené) vystuženie oceľovým pásom

3. ANALÝZA VÝSTUŽNÉHO SYSTÉMU Aby bolo možné zhodnotiť reálny vplyv používaných výstužných systémov na výsledné pôsobenie strešnej konštrukcie ako celku, autori príspevku analyzovali niekoľko výpočtových modelov. Cieľom výpočtov MKP bolo zohľadniť spolupôsobenie vystužovadiel s priehradovými väzníkmi a vystihnúť tak reálne pôsobenie týchto konštrukcií. Na základe dosiahnutých výsledkov a ich porovnaním so skutočným vyhotovením konštrukcie je možné konštatovať tieto postrehy, resp. závery: • Priečne strešné vystužovadlo je vo väčšine prípadov navrhované ako priehradový nosník, ktorý je umiestnený v strešnej rovine medzi hornými pásmi väzníkov v každom 8 až 10 poli. Statická výška tohoto vystužovadla je teda rovná vzdialenosti väzníkov, čiže cca. 1000mm. Vzhľadom na pôdorysné rozpätie vystužovadla (cca. 20m) ide o pomerne štíhly priehradový nosník, ktorý okrem prenosu zaťaženia vetrom zabezpečuje stabilitu tlačeného horného pása väzníka z jeho roviny. Stabilitným výpočtom MKP bolo overené, že pre bežné rozpätia väzníkov je statická výška priečneho strešného vystužovadla rovná vzdialenosti väzníkov (cca. 1000mm) dostatočná a predpokladané vzperné dlžky horných pásov z roviny väzníkov možno uvažovať konzervatívne rovné vzdialenosti uzlov strešného vystužovadla.

Obr. 6 Neprepojené segmenty priečneho strešného vystužovadla

43

• V prípade, že priečne strešné vystužovadlo pozostáva z niekoľkých segmentov, je potrebné venovať dostatočnú pozornosť systému účinného prepojenia jednotlivých segmentov. Neprepojené časti vystužovadla sú neúčinné, vystužovadlo nie je schopné zabezpečiť funkciu prenosu vodorovného zaťaženia vetrom ani funkciu stabilizácie horného pása priehradových väzníkov. V mieste nadpájanie segmentov vystužovadla navyše dochádza ku vzniku prídavného namáhania pásov priehradového väzníka (namáhanie ohybovým momentom z roviny väzníka), na ktoré nie sú nosník ani jeho styčníky navrhované, a v prípade styčníkov s plechmi s prelisovanými tŕňmi nie je takéto namáhanie ani dovolené. • Vzhľadom na pomerne výrazný sklon horného pása väzníkov (15° až 20°) dochádza pri vodorovnom zaťažení priečneho strešného vystužovadla (napr. vietor) ku nezanedbateľnému „priťaženiu“ priľahlých strešných väzníkov v ich zvislej (účinnej) rovine. V závislosti od rozpätia, sklonu a veľkosti zaťaženia môže takéto priťaženie predstavovať 25 aj viacpercentný nárast osových síl na pásoch väzníka. Na zvýšené zaťaženie nie sú pri bežnom posudku nosník ani jeho styčníky dimenzované. V extrémnych kombináciách zaťaženia môže dokonca prísť ku „nadvihovaniu“ jedného z priľahlých nosníkov, čo má za následok zmenu pôvodne ťahaného dolného pásu (bez stabilizácie) na pás tlačený, bez dostatočného zabezpečenia stabilizácie z roviny väzníka (veľká vzperná dĺžka = veľmi malá odolnosť prúta). • Aby vôbec mohlo dôjsť k účinnému zapojeniu priečneho strešného vystužovadla a následnému priťaženiu priľahlých väzníkov, musí byť prípoj vystužovadla a horného pásu priehradových väzníkov navrhnutý nielen na zaťažovacie účinky v rovine strešnej konštrukcie, ale predovšetkým na pridružené zaťažovacie účinky pôsobiace vo zvislej rovine. S ohľadom na tento fakt je možné bežné použitie niekoľkých klincov na celú dĺžku vystužovadla pokladať za nedostatočné.

Obr. 7 Nedostatočné pripojenie vystužovadla k pásom priehradového väzníka • Zvislé priťaženie väzníkov od účinkov vodorovného zaťaženia je možné efektívne redukovať (z pôvodných 25% na 10% a menej) vhodným rozmiestnením a geometriou pozdĺžnych zvislých stužidiel. Najčastejšie používaný systém výstužných krížov prechádzajúcich cez 2 polia je účinný iba za predpokladu, že diagonálne prúty a ich prípoje sú navrhované s ohľadom na prenos takýchto prídavných zaťažení. Ešte rovnomernejšie prerozdelenie priťaženie väzníkov sa dá dosiahnuť doplnením krížov o pásové prúty (v rovine horných a dolných pásov

44

väzníka). Pri diagnostických prehliadkach boli na strešných konštrukciách v prevažnej miere použité prúty s veľmi vysokou štíhlosťou (nad 200), ktoré nie je možné započítať ako nosné prvky, a ani rozmiestnenie a počet spojovacích prostriedkov (klince) nezodpovedali požiadavkám pre nosné prípoje. Pásové prúty boli použité iba ojedinele.

Obr. 8 Štíhle (neúčinné) prúty pozdĺžneho vystužovadla a nedostatočný prípoj

• Priečne strešné vystužovadlo je nutné počítať na účinky vodorovných zaťažení (vietor, stabilizácia) na celkové rozpätie priehradového väzníka, pretože pri bežnom konštrukčnom usporiadaní nosnej konštrukcie nie je systém pozdĺžnych zvislých vystužovadiel schopný zabezpečiť dostatočne tuhú vodorovnú podperu pre priečne strešné vystužovadlo (podľa polohy v polovici, resp. n-tinách rozpätia strešného väzníka). 4. ZÁVER Autori príspevku môžu podľa svojich skúseností z uplynulých rokov konštatovať, že povedomie projektantov a dodávateľov drevených väzníkových konštrukcií sa do dnešného dňa zmenilo iba veľmi málo. Napriek tomu, že po rozsiahlych diagnostických prehliadkach v roku 2006 boli stanovené jednoznačné chyby kontrolovaných konštrukcií, boli uvedené nedostatky statických výpočtov, projektovej dokumentácie a súčasne boli navrhnuté riešenia pre zlepšenie funkcie výstužných systémov, aj nedávno zhotovené konštrukcie vykazujú stále rovnako vážne chyby, ktoré môžu viesť ku porušeniu alebo až kolapsu celej strešnej konštrukcie. Na záver zostáva len dúfať, že zaťaženia ako sneh a vietor budú k nízkej odbornej spôsobilosti v navrhovaní a realizácii drevených väzníkových konštrukcií naďalej dostatočne zhovievavé. LITERATÚRA [1] Sandanus, J., Slivanský, M., Sógel, K.: Kontrolná prehliadka nosnej konštrukcie

strechy predajní Lidl. ZoD č. 04 – 051– 06, Stavebná fakulta STU Bratislava, február 2006

45

ANALÝZA DREVENÝCH VÄZNÍKOV A ICH EXPERIMENTÁLNE OVEROVANIE U VÝROBCU

I. Julínek 1 - F. Lužica 2 - J. Sandanus 3 - M. Slivanský 4 - K. Sógel 5

Abstrakt The paper presents experimental research of the resistance and the stiffness of a timber truss with joints made by steel nail tooth plates. The experiments were prepared in the cooperation between SUT Bratislava and a company Tectum Novum, which is a manufacturer of these type of structures. 1. ÚVOD Experimentálny výskum zrealizovaný v priestoroch firmy Tectum Novum v Zemnom sa zameral na skúmanie vlastností drevených priehradových nosníkov so spojmi s oceľovými doskami s prelisovanými tŕňmi. Boli skúmané vlastnosti priamopásových priehradových nosníkov z rasteného dreva z pohľadu celkovej odolnosti, výsledného spôsobu porušenia, deformačných vlastností skúmaného typu nosníka a správania vybraného detailu prípoja prostredníctvom oceľových dosiek s prelisovanými tŕňmi. Výsledky experimentu boli porovnané s výsledkami výpočtových modelov. 2. EXPERIMENTÁLNE OVEROVANIE PRIEHRADOVÝCH NOSNÍKOV 2.1 Skúmané typy nosníkov, materiál a geometria Pri experimente boli skúmané priamopásové priehradové nosníky z rasteného dreva so spojmi s oceľovými doskami s prelisovanými tŕňmi (obr. 1). Výsledky experimetu boli vyhodnotené pre rôzne hladiny namáhania a rôzne štádiá pôsobenia (zaťažovanie a odľahčovanie) skúmaného typu drevených nosníkov. Skúšobné vzorky priehradových nosníkov mali rozmery 10m x 1m a pozostávali z prútov vyrobených z rasteného dreva triedy C24 vzájomne spojených styčníkmi z oceľových dosiek s prelisovanými tŕňmi. Geometria a rozmery overovaného typu nosníkov sú uvedené na obr. 2. Pred samotným experimentálnym meraním boli overované projektované a skutočné rozmery nosníka, rozmery prierezov a vlhkosť jednotlivých prútov (obr. 2). Takisto sa kontrolovalo, či sa na nosníku nenachádzajú _____________________ 1 Ivan Julínek, Bc., priprava@tectum.sk, Tectum Novum, Zemné 2 František Lužica, Ing., luzica@slovanet.sk, Nové Zámky 3 Jaroslav Sandanus, Ing. PhD., jaroslav.sandanus@stuba.sk 4 Miloš Slivanský, Ing. PhD., milos.slivansky@stuba.sk 5 Kristián Sógel, Ing. PhD., kristian.sogel@stuba.sk, Katedra kovových a drevených konštrukcií SvF STU v Bratislave

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

46

prúty so zvýšenou koncentráciou vád (hrče, trhliny, miesta s kôrou a pod.), aby sa predišlo skresleniu experimentálneho merania nesprávnym výberom materiálu.

Obr. 1 Skúšobné vzorky, celkový pohľad a detail prípoja

Obr. 2 Geometria a rozmery skúšobných vzoriek (vzorka B) 2.2 Zaťažovacia zostava Skúšobné vzorky priehradových nosníkov boli overované ohybovou skúškou (obr. 3). Pri celkovej dĺžke nosníkov 10m bola teoretická vzdialenosť koncových podpier nosníkov 9,90m.

Obr. 3 Zaťažovacia zostava

Zaťažovanie nosníkov sa realizovalo prostredníctvom nádob, ktoré sa podľa potreby napĺňali vodou. Roznos zaťaženia na horný pás skúšobných vzoriek priehradových

47

nosníkov zabezpečoval drevený rošt (priečniky prierezu 50/100mm s osovou vzdialenosťou 600mm a latovanie prierezu 50/40mm s osovou vzdialenosťou 500mm) a plnoplošné debnenie z dosiek OSB hrúbky 12mm a rozmerov 1250 x 2500mm. 2.3 Meracie zariadenia Správanie skúšobných vzoriek pri zaťažovaní bolo zaznamenávané pomocou meracej stanice od firmy HBM Spider8, ktorá prenášala a zaznamenávala namerané údaje prostredníctvom napojenia na prenosné PC cez obslužný softvér CatMan. Ako merače deformácií boli použité elektronické indukčné ihlicové deformometre (obr. 4).

Obr. 4 Meranie deformácií v mieste podpery a v strede rozpätia nosníka Na meranie reakcií v podperách sa použili elektronické silomery HBM RTN 47 s maximálnym rozsahom do 470kN a citlivosťou ±20N (obr. 5).

Obr. 5 Elektronický silomer pred a po osadení do zaťažovacej zostavy Meranie pomerných deformácií skúšobných vzoriek sa realizovalo pomocou odporových tenzometrov. Tenzometre boli osadené v strede rozpätia overovaných nosníkov, na jednom (vonkajšom) povrchu pri tlačenom aj ťahanom okraji v osi prútov. Na jednu vzorku boli použité 2 tenzometre (obr. 6). Rovnako boli osadené tenzometre aj na oceľových vystužovadlách.

48

3. PRIEBEH A VYHODNOTENIE EXPERIMENTÁLNYCH MERANÍ

Celkovo boli v priestoroch firmy Tectum Novum odskúšané 2 vzorky (1 dvojica) drevených priehradových nosníkov. Skúšobné vzorky boli označené A a B. 3.1 Zaťažovanie nosníkov Zaťažovanie vzoriek sa realizovalo napĺňaním zaťažovacích nádob vodou. Jednotlivé nádoby sa napĺňali, resp. vyprázdňovali postupne, vždy symetricky od stredu alebo od koncov nosníkov. Úroveň zaťaženia sa sledovala vizuálne na základe výšky hladiny vody v nádobách a súčasne sa kontrolovala reakcia v mieste podpery elektronickým silomerom napojeným na meraciu aparatúru. Zaťažovaniu vzorky do porušenia predchádzalo niekoľko zaťažovacích cyklov. Zaťažovací diagram bol zvolený na základe odporúčaní normy STN EN 380.

Obr. 6 Osadenie tenzometrov na skúšobnej vzorke 3.2 Deformácie nosníkov Zvislé deformácie skúšobnej vzorky boli merané v 3 meracích bodoch – deformácie v mieste podpier (2x) a deformácia v strede rozpätia nosníka (1x). Namerané údaje sa pri spracovaní opravili o deformácie v mieste podpier. 3.3 Pomerné deformácie a normálové napätia Normálové napätia σ na hornom a dolnom páse skúšobných vzoriek a na oceľových vystužovadlách boli vyhodnotené prostredníctvom merania pomerných deformácií ε. Pomerné deformácie sa merali odporovými tenzometrami firmy HBM. 3.4 Charakter porušovania a odolnos ť skúšobných vzoriek Porušenie oboch skúšobných vzoriek nastalo súčasne vplyvom porušenia spoja (nadpájania) spodného pásu. Keďže dvojica nosníkov bola spojená do jednej skúšobnej zostavy, nie je možné jednoznačne stanoviť, ktorá zo skúšobných vzoriek skolabovala prvá v poradí. Podľa nameraných údajov (deformácia v mieste spoja spodného pása) je možné predpokladať, že ako prvý v poradí sa porušil nosník B.

49

V oboch prípadoch sa porušil spoj spodného pása. Pri skúšobnej vzorke A nastalo vytrhnutie hrotov oceľovej spojky z dreva (obr. 7 vpravo) a pri vzorke B nastalo tzv. blokové šmykové porušenie dreva v mieste spojky (obr. 7 vľavo).

Obr. 7 Porušenie nosníka v mieste spoja spodného pása 3.5 Porovnanie výsledkov experimentu s teoretickými modelmi Výsledky experimentálnych meraní sa porovnávali s teoretickými modelmi. Porovnávací prepočet MKP bol zostavený pre niekoľko úrovní zaťaženia. Výsledky teoretických modelov a nameraných hodnôt boli zostavené do tabuliek (tab. 1 a 2) a grafov. Tab. 1 Súhrn výsledkov experimentu

Nosník A Nosník B Nosník A Nosník B Nosník A Nosník B Nosník A Nosník B2.1 2.335 0.467 4.010 3.770 0.129 0.164 -0.200 -0.500 0.900 1.2002.2 6.907 1.381 11.400 12.180 0.531 0.759 -0.900 -1.500 2.500 3.6002.3 9.750 1.950 19.310 19.520 1.188 1.668 -1.700 -2.400 3.700 5.1002.4 16.475 3.560 / 2.890 40.82 36.48 3.758 4.474 -3.2 -4.2 5.6 8.1

Namerané hodnoty

StavZaťaženie

[kN/m]

Priehyb nosníka [mm]

Deformácia spoja [mm]

Normálové napätie [MPa]HP DP

PoznámkaNormálové napätia boli merané tenzometrami v osi prútov. Priehyb nosníka bol meraný uprostred jeho rozpätia pre spodný pás.

Reakcia v podpere [kN]

Tab. 2 Súhrn výsledkov teoretického výpočtu

Truss 2dnepoddajný poddajný nepoddajný HP DP HP DP

2.1 2.335 0.467 2.663 4.309 2.800 0.199 -6.106 6.106 -0.872 1.2212.2 6.907 1.381 7.876 12.744 8.300 0.588 -18.055 18.055 -2.578 3.6102.3 9.750 1.950 11.121 17.995 11.800 0.831 -25.494 25.494 -3.641 5.0972.4 16.475 3.560 / 2.890 18.007 29.101 19.100 2.749 -41.104 41.123 -5.872 8.224

Reakcia v podpere [kN]

Normálové napätie [MPa]

Normálová sila [kN]

Teoretické výsledky

PoznámkaUvedené normálové sily a normálové napätia sú vypočítané na modeli konštrukcie s nepoddajnými spojmi v styčníkoch prútov. Normálové napätia sú vyčíslené v osi prútov, preto nie je potrebné uvažovať vplyv ohybových momentov. Priehyb nosníka bol vypočítaný

Priehyb nosníka [mm]Nexis Deformácia

spoja [mm]Stav

Zaťaženie [kN/m]

50

Teoretická odolnosť nosníkov bola vypočítaná v programe Truss 2d. Teoretické hodnoty odolnosti boli určené pre plné (100%) využitie niektorého z prvkov priehradového nosníka (najviac namáhaný prút, alebo najviac namáhaná spojka), alebo boli určené pre prípad prekročenia odolnosti rovnakého prvku, ktorý zlyhal pri experimentálnom overovaní skúšobných vzoriek (nadpájanie spodného pásu). Teoretické posudky priehradových nosníkov boli rozdelené do 2 skupín vzhľadom na použité súčinitele spoľahlivosti materiálu dreva a styčníkových dosiek (skupina 3a: γM,drevo=1,30 a γM,spoje=1,25; skupina 3b: γM,drevo=1,00 a γM,spoje=1,00). Dosiahnuté teoretické odolnosti ako hodnoty maximálneho teoretického zaťaženia Q1, resp. Q2 v [kN/m] a porovnanie s nameranými výsledkami sú uvedené v tab. 3. Pre výpočet pevnosti reziva triedy C24 bol použitý súčiniteľ podmienok pôsobenia kmod = 0,9.

Tab. 3 Porovnanie teoretickej a skutočnej odolnosti overovaných nosníkov

Prvok číslo Q1 [kN/m] Q2 [kN/m] Q1 [kN/m] Q2 [kN/m]

Prút 12 2.326 2.866 1.242Spoj 1 2.646 3.260 1.092Spoj 12 2.695 3.320 1.072Prút 12 3.028 3.730 0.954Spoj 1 3.313 4.082 0.872Spoj 12 3.372 4.154 0.857

ψ = Rd / Ed

"Rezerva"

3b

Skutočná odolnosť Rd

2.890 3.560

3a

StavModel porušenia Teoretická odolnosť Ed

V poslednom stĺpci tab. 3 sú uvedené „Rezervy“ konštrukcie. To znamená, že v prípade navrhovania konštrukcie s pomocou softvéru Truss 2d pre výsledky podľa skupiny 3a bola rezerva v návrhu oproti reálnej odolnosti od 7,2 do 24,2% v závislosti od modelu porušenia. V tomto prípade boli uvažované súčinitele zaťaženia hodnotami 1,0. Pri návrhu konštrukcie v duchu STN EN 1995-1-1 a STN EN 1991 sú pre zaťaženia uvažované súčinitele zaťaženia γG = 1,35 resp. γQ = 1,5. 4. ZÁVER Vzhľadom na počet odskúšaných vzoriek je treba poznamenať, že na formuláciu všeobecných záverov pre tento typ konštrukcie by bolo potrebné urobiť väčší počet experimentálnych meraní, ktoré by utvorili štatisticky vyhodnotiteľný súbor. Uskutočnený experiment je však dobrým predpokladom pre ďalší rozvoj priehradových konštrukcií s kovovými doskami s prelisovanými tŕňmi u objednávateľa meraní. Prípadná investícia do výskumu od viacerých výrobcov týchto konštrukcií by určite pomohla všetkým zúčastneným stranám v propagácii ich produktov a obnoviteľnej suroviny – dreva – v povedomí verejnosti a potenciálnych investorov.

51

TUHOSŤ PRÍPOJA OCEĽOVÝCH PRIEČNIKOV PRI ANALÝZE KLOPENIA DREVENÝCH MOSTNÝCH TRÁMOV

J. Odrobi ňák1 – J. Gocál 2

Abstrakt Laterally unsupported member stressed by bending moment may lose stability if the bending moment exceeds a critical value. At present, the stability of the structure may be advantageously analyzed using software operating on the basis of the finite element method. The advantage of solution of the loss of stability by means of spatial computational models is obvious, since the loss of stability depends strongly on the distribution of rigidity in the structure as well as on the load value and the load distribution on individual elements. The aim of paper is to show the possibility of taking into account the effect of the steel cross beam connection rigidity on behavior of the main timber girder during the loss of stability. The rigidity of connections determined by progressive component method is applied to examples of timber footbridges proposed in the study presented in the past. 1. ÚVOD Prípoje oceľ-drevo sú v moderných drevených konštrukciách pomerne často navrhované. V príspevku je analyzovaný vplyv prípoja oceľového priečnika na klopenie plnostenných drevených trámov z LLD, ktoré tvoria hlavné nosníky lávok pre chodcov. Návrh a predbežná analýza plnostenných lávok, na ktorých je použitý oceľový priečnik ako mostovkový prvok, bola predmetom štúdie [1]. Príspevok [2] prezentuje zase prípravu meraní a numerické modely takéhoto typu styčníka. Autori v ňom prezentujú predbežné analýzy lineárneho modelu s použitím plošných konečných prvkov a nelineárnej analýzu s 3D konečnými prvkami. Porovnanie v príspevku [2] naznačuje, že riešený styčník sa chová ako kĺbový až veľmi polotuhý uzol. Jeho modelovanie ako kĺbového prípoja priečnika na hlavný drevený nosník je teda zo statického hľadiska akceptovateľné. Avšak, čisto kĺbový spoj nedokáže zabezpečiť stabilitu hlavného nosníka v klopení. Realizované konštrukcie naznačujú, že hlavné nosníky nevykazujú významné problémy so stratou stability v klopení, [3]. Dominantným faktorom je určite excentrické pripojenie dolných stužidiel voči osiam priečnikov, kedy je vytvorená dvojica protismerne namáhaných rovín prútov. Čiastočne však k stabilizácii nosníka prispieva aj reálna tuhosť a samotná konštrukčná výška prípoja priečnika na trám. Najmä v prípadoch vyšších rohových výstuh a použitia svorníkov aj nad prierezom priečnika je ______________________ 1 Jaroslav Odrobiňák, Ing., PhD., KSKM, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovensko, Tel. +421 41 513 5664, e-mail: Jaroslav.Odrobinak@fstav.uniza.sk 2 Jozef Gocál, Ing., PhD., KSKM, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovensko, Tel. +421 41 513 5655, e-mail: Jozef.Gocal@fstav.uniza.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

52

tento prípoj schopný pôsobiť ako pružná podpera pre klopenie nosníka. Pre bežné prútové modely mostovky je preto potrebné navrhnúť spôsob modelovania prípoja, ktorý je použiteľný pre prax. Jedným z takýchto spôsobov je možnosť modelovania tzv. pružného votknutia. Takýto uzol je už dnes možné modelovať bežnými výpočtovými programami zadaním momentovej pružinovej konštanty priamo do uzla. 2. METÓDA KOMPONENTOV Analýza uvedených prípojov a získanie ich reálnejšej momentovej tuhosti pomocou metódy komponentov bola nami prezentovaná v [4]. Experimentálny výskum prípojov oceľových valcovaných profilov na drevený trám pomocou čelnej dosky a svorníkov zosumarizovaný v [5] poukázal okrem iného aj na možnosti použitia Metódy komponentov pri výpočte momentovej tuhosti prípojov. Zároveň sú tam uvedené aj odporúčania pre výpočet tuhostných konštánt jednotlivých komponentov zo vzťahov (1) a (2). Ďalšie komponenty sa neberú do úvahy, nakoľko sa predpokladá len ich minoritný vplyv na výslednú rotačnú tuhosť spoja. Jednotlivé súčinitele tuhostí základných komponentov uzla tak predpokladáme v tvaroch:

3

3

0 425 eff ,t p15

, l tk

mα

⋅ ⋅= ⋅ a s

16b

Ak

Lβ ⋅= ⋅ 2

(1)

⋅

= ⋅ eff ,podl DR,90DR,1

a

A Ek C

E1 a ⋅ ⋅

= ⋅ eff ,c eff ,c DR,90DR,2

a

b l Ek C

E2 (2)

Všetky veličiny vystupujúce v hore uvedených vzťahoch sú detailne opísané a vysvetlené v článku [4]. Konštanty C1 a C2 sa spresnili a kalibrovali po experimentálnom výskume zosumarizovanom v [5] a nadobúdajú hodnoty C1 = 1,0 a C2 = 1,75. Fyzikálny význam týchto konštánt, podobne ako hodnoty faktora kc90 z normy STN EN 1995-1-1 [6], je v charakterizovaní konfigurácie zaťaženia, nebezpečenstva štiepenia a miery stlačenia dreveného prvku pri pôsobení lokálneho tlaku kolmo na vlákna. Súčiniteľ tuhosti kt,i pre i-ty rad svorníkov je potom možné vyjadriť zo známeho súčtu pre za sebou idúce pružinové prvky (3). Výsledný ekvivalentný tuhostné súčinitele v ťahanej resp. tlačenej časti spoja sú potom dané vzťahmi (4) a kde ekvivalentné rameno týchto náhradných komponentov zeq je definované vzťahom (5). Potom počiatočná tuhosť riešeného uzla je potom daná výrazom (6). Teda máme:

t,i DR,1,i 16,i 15,ik k k k= + +1 1 1 1

(3)

( )t ,i t ,ieq,t

eq,t

k zk

z

⋅= ∑ resp. eq,c DR,2k k= (4)

( )( )

t ,i t ,i

eqt ,i t ,i

k zz

k z

⋅=

⋅∑∑

2

(5)

53

a eq a eqini

eq eq,t eq,c

E z E zS

k k k

⋅ ⋅= =

+∑

2 2

1 1 1 (6)

3. POUŽITIE POLOTUHÝCH PRÍPOJOV PRI ANALÝZE KLOPENI A 3.1 Klopenie nosníkov Priečne nepodopretý prvok namáhaný ohybovým momentom môže stratiť stabilitu, ak presiahne ohybový moment kritickú hodnotu Mcr. Strata stability pri klopení má všeobecne priestorový charakter. Na hodnotu kritického momentu pri strate stability má vplyv mnoho faktorov. Najdôležitejšími sú dĺžka, na ktorej prvok nie je zabezpečený voči klopeniu a tvar priečneho rezu. Klopenie je ďalej ovplyvnené distribúciou zaťaženia pozdĺž nosníka, ale aj jeho polohou. Známe všeobecné diferenciálne rovnice klopenia pre jednoosovo symetrický prierez namáhaný zvislým zaťažením majú tvar sústavy dvoch diferenciálnych rovníc. Riešenie tohoto systému diferenciálnych rovníc je možné len po zavedení výrazných zjednodušení a predpokladov, prijatím ktorých sa systém stáva riešiteľným v uzavretom tvare. Riešeniu rovníc pre typické tvary prierezov a pre rôzne okrajové podmienky sa v minulosti venovalo veľa renomovaných vedcov. Vychádzajúc z ich výsledkov, normové predpisy uvádzajú najčastejšie postupy zohľadnenia vplyvu klopenia formou súčiniteľov klopenia. Pre porovnanie schopnosti konštrukcie odolávať strate stability pri klopení je možné využiť hodnotu kritického momentu Mcr resp. jeho kritického násobku αcr. Kritický násobok vyjadruje faktor pôsobiaceho ohybového momentu My,Ed, po prenásobení ktorým by ideálny prvok bez imperfekcií náhle stratil stabilitu pri danom zaťažení a uložení:

=cr cr y ,EdM Mα resp. = crcr

y ,Ed

MM

α (7)

kde: Mcr je hodnota pružného kritického momentu pri strate stability hlavného

nosníka sklopením pre dané konštrukčné usporiadanie; αcr označuje najmenšiu hodnotu zväčšovacieho faktora návrhových zaťažení,

použitím ktorého sa dosiahne pružná kritická odolnosť súvisiaca so stratou stability sklopením.

Na zistenie faktora αcr sa v súčasnosti dá výhodne využiť prostredie softvérov pracujúcich na báze metódy konečných prvkov. Pod pojmom „stabilitný výpočet“ sa v takýchto programoch väčšinou rozumie klasické Eulerovské poňatie stability, spôsobené bifurkáciou (rozdvojením) rovnováhy. Pri tomto výpočte sa hľadá násobiteľ daného zaťaženia (kritický násobok), pri ktorom dochádza k strate stability jedného alebo aj viacerých konštrukčných prvkov. Výhodou riešenia straty stability na priestorových výpočtových modeloch je zrejmá, nakoľko strata stability výrazne závisí tak na rozdelení jednotlivých tuhostí v konštrukcií a tuhosti jednotlivých spojov ako aj na hodnote a rozložení zaťaženia po prvkoch. Všeobecne ide o nelineárny problém, nakoľko samotná tuhosť konštrukcie je ovplyvnená aj jej stavom napätosti. V programe Scia Engineer [7], použitom pre uvedené stabilitné výpočty, je výpočet kritických násobkov realizovaný ako výpočet vlastných tvarov modelu konštrukcie pomocou iterácie podpriestoru, pričom využíva normované veľkosti vlastných tvarov.

54

3.2 Aplikácia na lávky zo štúdie [1] Aj v prípade riešených lávok prezentovaných v štúdii [1] boli použité priestorové výpočtové modely so zohľadnením všetkých relevantných prvkov. Z dôvodu vystihnutia straty stability pri klopení boli hlavné nosníky z lepeného lamelového dreva modelované škrupinovými prvkami. V takom prípade je ich možné aproximovať sieťou 2D konečných prvkov a vystihnúť tak tvar straty stability aj z roviny škrupiny. Prípoj priečnikov na drevené trámy s rozpätiami 12, 16 a 20 m so všetkými troma uvažovanými variantmi mostoviek bol navrhnutý pomocou čelnej dosky a rohového vystuženia alternatívne:

• použitím 10 svorníkov s priemerom 12 mm (obr. 2); • pomocou vyššej čelnej dosky a 8 svorníkov s priemerom 16 mm (obr. 3).

V súlade so spomínanou štúdiou [1] sú v tabuľke 1 zosumarizované parametre mostoviek troch typov. Usporiadanie jednotlivých typov mostoviek je zrejmé z obr. 1.

Tab. 1 Použité typy mostoviek v štúdii lávok [1]

I. typ II. typ III. typ

(I-pozdĺžniky) (bočné uholníky) (len priečniky)

Vozovka [mm] 40 40 40 D30

Mostina [mm] 200/110 200/120 200/110 D30

IPE 200 L 140x140x10*

[mm] 2200 2800*

IPE 200 IPE 200 HEA 200

[mm] 4000 4000 2000

Krajné prie čniky HEA 200 HEA 200 HEA 200 S355

L=12 m [mm] L 60x60x6 L 60x60x6 L 60x60x6

L=16 m [mm] L 80x80x6 L 80x80x6 L 80x80x6

L=20 m [mm] L 90x90x7 L 90x90x7 L 90x90x7

rombická rombická polpriečková

* Uholníky sú priskrutkované k hlavným nosníkom

S355

S355

S355

ParameterMateriál

prvku

tvar sústavy

valcovaný profil

valcov. profil

valcovaný profil

osová vzdialenosť

Typ mostovky

Prvok mostovky

-

Stužidlo

hrúbka podlažín

prierez

valcovaný profil

osová vzdialenosť

Pozd ĺžnik

Medzi ľahlé prie čniky

Obr. 1 Konštrukčné usporiadanie troch typov mostoviek v štúdii [1] Na obrázkoch 2 a 3 sú vyobrazené vždy dve možnosti použitých priečnikov, raz ide o prípoj profilu HEA 200 a druhý prípad je pre priečniky z valcovaných nosníkov IPE 200. Obidve alternatívne riešenia prípojov boli overené na medzné stavy únosnosti. Sú schopné preniesť požadované vnútorné sily do hlavných nosníkov pre všetky uvažované rozpätia hlavných nosníkov a tiež pri použití ktoréhokoľvek z troch konštrukčných riešení mostovky. V niektorých prípadoch, napríklad pri mostovke II. typu, kedy priečnik prenáša iba zaťaženie pôsobiace priamo na neho a plní tak najmä stužujúcu funkciu, sú takto navrhnuté prípoje predimenzované. Pre porovnanie s ostanými modelmi lávok je však úvaha o rovnako tuhých prípojoch nevyhnutná.

55

6565

6565

4545

350

110

1020

013

010

22035

0

2019

013

010

350

5555 80

140

3030

20 100 50

130

200

(190

)

P 20IPE 200(HEA 200)

IPE 200 - odrez(HEA 200 - odrez)

2x5 φ122x5 φ12

Pre priečnikyHEA 200

Pre priečnikyIPE 200

t DREVA

Obr. 2 Prípoj priečnikov lávok zo štúdie [1] pomocou svorníkov M12

t DREVA

100

100

100

60

420

60

110

220

5555 80

140

3030

1020

020

0

420

2019

020

0

420

1010

IPE 200(HEA 200)

20 100 50

200

200

(190

)

IPE 200 - odrez(HEA 200 - odrez)

P 20

2x4 φ162x4 φ16

Pre priečnikyHEA 200

Pre priečnikyIPE 200

Obr. 3 Alternatívny prípoj priečnikov lávok zo štúdie [1] pomocou svorníkov M16 Pre stabilitné analýzy sme použili rovnaké výpočtové modely lávok, ako sú opísané v [1]. Prípoj prútovo modelovaného priečnika na plošné elementy hlavných drevených nosníkov sa však obmieňal. Jeho tuhosť sa zadávala v štyroch variantoch: a) tuhý prípoj - tento predpoklad bol automaticky zohľadnený v modeloch ohybovou tuhosťou priečnika, uvažovalo sa tak "votknutie" priečnika do hlavného nosníka; b) netuhý prípoj - tento predpoklad bol do výpočtových modelov zakomponovaný pridaním dokonalého kĺbu v miestach prípojov priečnikov na hlavný nosník. Takto zadaný prípoj nemá žiadnu rotačnú kapacitu a teda nie je schopný prenášať žiadne ohybové momenty. c) polotuhý prípoj - vo výpočtových modeloch bola zohľadnená začiatočná tuhosť prípoja z obrázku 2 pomocou 10 kusov svorníkov Ø 12 mm. Pružná začiatočná tuhosť Sini prípoja bola vyčíslená pomocou Metódy komponentov s využitím výrazov a úvah uvedených v kapitole 2. d) polotuhý prípoj - vo výpočtových modeloch bola zohľadnená začiatočná tuhosť prípoja z obrázku 3 pomocou 8 kusov svorníkov Ø 16 mm podobne ako v c). Výpočet začiatočných tuhostí pre polotuhé prípoje c) a d) bol teda realizovaný pre prípoj priečnikov IPE aj HEA, pre dve alternatívy konštrukčného usporiadania a tri druhy hrúbok trámov. Kombináciou rôznych parametrov bolo tak potrebné vyjadriť pomerne

56

veľa tuhostných komponentov V tabuľkách 2 a 3 sú už prezentované výsledné ekvivalentné tuhostné súčiniteľ v ťahanej a tlačenej oblasti spoja (keq,t a keq,c), ich vzájomné ramená zeq a z nich plynúce začiatočné momentové tuhosti jednotlivých uzlov Sini. O niečo vyššie tuhosti pri prierezoch HEA oproti prípadom s valcovanými prierezmi IPE plynú najmä z rozdielnej šírky prierezov a čelných dosiek. Dokazujú to aj uvedené hodnoty výsledných ekvivalentných tuhostných súčiniteľov v tlačenej oblasti keq,c, pričom ekvivalentné súčinitele v ťahanej časti keq,t závisia od použitého profilu len nepatrne, nakoľko sú ovplyvnené iba zmenenými vodorovnými rozstupmi. Je zrejmé, že do výpočtov tuhostných súčiniteľov vstupuje aj hrúbka dreveného trámu, ale tento vplyv je veľmi malý. Naopak, použitie svorníkov väčších priemerov vo väčších rozostupoch malo za následok zvýšenie počiatočných tuhosti spojov vo všetkých prípadoch o cca 45%.

Tab. 2 Teoretické začiatočné tuhosti prípoja na obrázku 2

t DREVA mm

IPE200 HEA200 IPE200 HEA200 IPE200 HEA200

z eq mm 213,2 209,1 213,2 209,1 213,2 209,1

k eq,t mm 0,311 0,319 0,306 0,314 0,301 0,308

k eq,c mm 0,305 0,406 0,305 0,406 0,305 0,406

S ini kNm/mrad 1,471 1,640 1,460 1,626 1,446 1,608

Typ prie čnika

Tuhos ť prípoja prie čnika pomocou 10 svorníkov φφφφ 12 mm150 180 220

Tab. 3 Teoretické začiatočné tuhosti prípoja na obrázku 3

t DREVA mm

IPE200 HEA200 IPE200 HEA200 IPE200 HEA200

z eq mm 259,6 252,4 259,6 252,4 259,6 252,4

k eq,t mm 0,296 0,319 0,293 0,316 0,289 0,311

k eq,c mm 0,305 0,406 0,305 0,406 0,305 0,406

S ini kNm/mrad 2,125 2,387 2,115 2,374 2,102 2,356

Typ prie čnika

Tuhos ť prípoja prie čnika pomocou 8 svorníkov φφφφ 16 mm150 180 220

Porovnanie získaných kritických násobkov (faktorov zaťaženia) αcr pre jednotlivé rozpätia lávok s tromi alternatívami mostoviek je uvedené v tabuľke 4. Stabilitné výpočty boli zrealizované v programovom prostredí Scia Engineer [7]. Z uvedených hodnôt v tabuľke je zrejmé, že navrhované konštrukčné riešenie styčníkov sa z hľadiska zabezpečenia stability trámu voči klopeniu správa ako tuhý prípoj. Faktor návrhových zaťažení (tzv. kritický násobok zaťaženia) bol u obidvoch polotuhých prípojov veľmi blízky hodnote pre dokonalé votknutie. Navyše, oproti očakávaniu, rozdiely medzi riešením vyobrazenom na obrázku 3 a menej tuhou alternatívou z obrázku 2 sú prakticky zanedbateľné. Dá sa teda usudzovať, že aj o niečo menej rozmerné spoje by v tomto konkrétnom prípade splnili požiadavku pomerne tuhého prípoja. Vyššie v texte už bolo spomenuté, že z hľadiska návrhu prierezu priečnika nie je podstatné, akú tuhosť má jeho prípoj na hlavný nosník. Model prostého nosníka dáva výsledky na bezpečnej strane, preto sa najviac používa. Ak je však na prípoj priečnika kladená požiadavka aj na zabezpečenie pomocného pružného podopretia pre stratu stability sklopením, potom je tuhosť prípoja, ktorá sa blíži k jeho reálnej hodnote, potrebné zadať do výpočtu. Zohľadnením výstižnejších tuhostných pomerov sa získa

57

nielen presnejší odhad faktorov αcr, ale aj zvýšené hodnoty vnútorných síl v prípoji, potrebné pre jeho bezpečný návrh.

Tab. 4 Porovnanie kritických násobkov zaťaženia zo stabilitných výpočtov

tuhý netuhý

(votknutie) (kĺb) 10 x sv φ12 8 x sv φ16

I. typ (I-pozdĺžniky) 16,05 10,67 15,36 15,51

II. typ (bočné uholníky) 22,84 17,28 22,37 22,44

III. typ (len priečniky) 24,70 19,15 24,25 24,34

I. typ (I-pozdĺžniky) 17,75 14,12 16,72 16,76

II. typ (bočné uholníky) 26,75 15,33 26,02 26,18

III. typ (len priečniky) 17,36 16,27 16,86 16,89

I. typ (I-pozdĺžniky) 22,75 15,75 22,53 22,57

II. typ (bočné uholníky) 29,23 18,96 28,03 28,28

III. typ (len priečniky) 17,00 15,81 16,72 16,78

180/1200 GL24h

polotuhý

pre model prípoja prie čnikaHodnota faktora αααα cr

20220/1500

GL24h

Typ použitej mostovky vo

výpo čtovom modeli

Prierez nosníka v [mm] a materiál

Rozpätie [m]

12150/900 GL24h

16

V tabuľke 4 sú uvedené aj hodnoty v prípadoch, kedy je prípoj uvažovaný ako dokonalý kĺb. Takýto prístup vyvolal očividný pokles faktora αcr, resp. kritického momentu pri klopení. Všetky analyzované hlavné trámy lávok však naďalej pôsobia v dostatočne stabilnej oblasti. Je potrebné si ale uvedomiť, že so zmenou kritického momentu pri klopení sa mení aj vzperná dĺžka pri strate stability sklopením a aj tvar samotnej straty stability, teda mód bifurkácie rovnováhy konštrukcie. Názorne je to ukázané na ďalšom obrázku, kde je uvedená strata stability pre lávku so 16 m dlhým rozpätím s II. typom mostovky, teda s mostovkou bez pozdĺžnikov iba s pozdĺžnymi bočnými uholníkmi priskrutkovanými pozdĺž dreveného trámu.

Obr. 4 Tvary straty stability sklopením hlavných trámov pre 16 m lávku s II. typom mostovky

4. ZÁVER Záverom možno konštatovať, že bez ohľadu na tuhosti prípojov priečnikov je stabilita hlavných nosníkov zabezpečená najmä správnou polohou pozdĺžneho stuženia. Toto

tuhý αcr = 26,75

polotuhý 1 αcr = 26,18

polotuhý 2 αcr = 26,02

netuhý prípoj αcr = 15,33

58

stuženie je praktické umiestniť do inej strednicovej roviny než priečniky mostovky (napríklad pod úroveň dolných pásnic priečnikov), čím sa vytvorí stabilizačná dvojica prútových väzieb. Jedna rovina je daná strednicami priečnikov kolmými na hlavný trám. Druhá rovina je vytvorená priehradovým diagonálnym stužením s dolnými pásnicami priečnikov ako priečkami priehradového stuženia. Ak sa navyše takýto konštrukčný systém spojí s vyššie analyzovaným rohovým vystužením prípoja priečnika na trám, získa tak predispozíciu posunúť hodnotu kritického momentu pri klopení do vyšších hodnôt, kedy vychádzajú akceptovateľné vzperné dĺžky pri strate stability sklopením. Potreba upozorniť na dôležitosť pozdĺžneho stuženia vychádza z existencie už realizovaných mostných konštrukcií, kde toto stuženie absentuje. Pri numerických analýzach takýchto nevystužených konštrukčných systémov je možné získať 3 až 4 krát menšie hodnoty kritických násobkov zaťaženia αcr, a aj to iba za predpokladu určitej rotačnej tuhosti prípojov priečnikov na hlavné trámy. Je nutné si uvedomiť, že všetky uvedené výsledky numerických simulácii vychádzajú z predpokladu teoreticky bezchybne realizovaných konštrukčných detailov. V praxi však takáto presnosť nie je možná. Mnoho faktorov je obsiahnutých už v normou definovaných hodnotách použitých materiálových alebo iných parametrov prípadne v príslušných parciálnych súčiniteľoch. Avšak stále zostáva veľa, najmä technologických vplyvov, ktoré netreba opomínať. Najmä fenomén uvoľňovania svorníkov a potreba ich periodického opätovného doťahovania je v tomto kontexte asi najvýznamnejším vplyvom. LITERATÚRA [1] Gocál, J. – Odrobiňák, J. - Hlinka, R.: Štúdia plnostenných drevených lávok. In:

Kovové, spriahnuté a drevené konštrukcie a mosty, zborník z 35. aktívu pracovníkov odboru oceľových konštrukcií, Tatranská Štrba, 2009, str. 23-30. TU Košice 2009.

[2] Sýkora, M. - Gocál, J.: Numerická analýza detailu prípoja oceľového priečnika. In: Drevostavby, zborník z konferencie, Habovka, 2010, str. 123-128. ŽU Žilina 2010.

[3] Vičan, J. - Hlinka, R. - Bahleda, F. - Lokaj, A.: Experimentálne overenie správania sa drevenej nosnej konštrukcie mosta. In: Dřevostavby a konstrukce na bázi dřeva, zborník z konferencie, Štramberk, ČR, 2009, str. 114-119. VŠB-TU Ostrava 2009.

[4] Odrobiňák, J. - Vičan, J.: Zavádzanie metódy komponentov pre polotuhý prípoj oceľ-drevo. In: Drevostavby, zborník z konferencie, Habovka, 2010, str. 87-92. ŽU Žilina 2010.

[5] Lokaj, A. a kol.: Dřevostavby a dřevěné konstrukce. Str. 309. CERM Brno 2010. [6] STN EN 1995-1-1 + Zmena A1: Navrhovanie drevených konštrukcií. Časť 1-1:

Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy (+ Zmena A1). SÚTN Bratislava 2008. [7] Scia Engineer 2010. Manuály a príručky. Scia 2010. www.scia.com POĎAKOVANIE Tento príspevok vznikol vďaka podpore v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt „Podpora výskumu a vývoja v centre excelentnosti pre dopravné staviteľstvo“ (ITMS: 26220120031), ktorý je spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

59

STYČNÍKY KULATIN

E. Mašová 1 – K. Mikeš 2

Abstrakt Currently in building industry is growing interest in using of round timber for the load-bearing structures. The round timber used as a load-bearing element leads to major savings in material in comparison to sawn timber which in the process creates large quantities of waste. Mechanical properties of round timber are different from sawn timber. Knowledge about behaviour of round timber is not sufficient yet. The European standards for the design of timber structures ( Eurocode 5) are not included specific rules for the assesment of round timber and in particular their joints. The paper is aimed to describe of behaviour of specific round timber joints. 1. ÚVOD

V posledních letech je kulatina stále více používána na nosné dřevěné konstrukce. Při použití kulatiny na nosné konstrukce je vysoké procento využití dřevní hmoty, kulatina je díky svému průřezu schopna přenášet velká zatížení. Styčníky kulatin jsou poměrně specifické vzhledem k nárokům na zachování tvaru a vzhledu průřezů. Při navrhování spojů kulatin je důležitým aspektem vznik trhlin způsobený sesycháním dřeva. V tangenciálním směru je sesychání kulatiny větší než v radiálním směru. Při tangenciálním sesychání vznikají většinou skupiny trhlin, při sesychání v radiálním směru často dochází ke ztrátě kontaktu spojovacího prostředku (svorníku či ovinutí) a dřevěného prvku. Seskupení trhlin v axiálním směru (axiální směr je rovnoběžný s podélnou osou kmene) může způsobovat problémy, pokud trhliny vzniknou ve stejném místě, kde jsou umístěny spojovací prostředky. Vliv sesychání dřeva je velmi důležité uvažovat kvůli bezpečnosti navrhovaných konstrukcí z kulatin. Vznik trhlin může být minimalizován výběrem metody sušení dřeva. 2. PŘÍKLADY SPOJ Ů KULATIN [1]

Před několika lety proběhly v rámci evropského výzkumného projektu experimenty na TU Delft na několika typech uspořádání styčníku kulatin. Výsledky těchto experimentů byly analyzovány a porovnány s teoretickými hodnotami únosnosti získanými z Johansenových rovnic, které jsou uvedeny v Eurocode 5. _____________________ 1 Eva, Mašová Ing., Thákurova 7, Praha 6, 166 29, eva.masova@fsv.cvut.cz 2 Karel, Mikeš Ing. Ph.D. , Thákurova 7, Praha 6, 166 29, mikes@fsv.cvut.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

60

2.1 Spoje kolíkového typu s ocelovým plechem a ovin utím ocelovými dráty

Typ č. 1 - v kulatině je uprostřed jejího průřezu vyříznuta drážka pro vložení galvanizovaného ocelového plechu. Do kulatiny a plechu jsou předvrtány dva otvory, do kterých jsou vloženy ocelové trubičky. Spoj je zabezpečen dvěma až čtyřma ovinutými dráty o tloušťce 4 až 5 mm v každé trubičce. Dva dráty jsou ovinuty kolem poloviny obvodu kulatiny a procházejí skrz ocelovou trubičku. Další dva dráty jsou umístěny stejným způsobem symetricky vůči průřezu. Typ č. 2 - v kulatině je uprostřed jejího průřezu vyříznuta drážka pro vložení galvanizovaného ocelového plechu. Do kulatiny a plechu jsou předvrtány dva otvory, do kterých jsou vloženy svorníky zajištěné maticemi s podložkami. Spoj je zabezpečen čtyřmi ovinutými dráty o tloušťce 4 až 5 mm. Dráty neprochází kulatinou, ale jsou ovinuty okolo jejího obvodu.

Obr. 1 Typ č. 1 Obr. 2 Typ č. 2

Zkoušky byly provedeny pro zjištění návrhové únosnosti těchto typů spojovacích prostředků, které byly použity u několika prostorových konstrukcí. Vyhodnocení kapacity únosnosti spojů s ovinutím a ocelovými spojovacími prostředky je založeno na teorii plastických kloubů převzaté z Eurocode 5. Z výsledků zkoušek spojů kulatiny byly získány odlišné hodnoty, než byly hodnoty obdržené z teorie plastických kloubů dle Eurocode 5, který uvádí maximální hodnoty únosnosti spojovacích prostředků a způsob jejich porušení. Ve většině případů byly způsoby porušení stejné, jako jsou popsané v teorii plastických kloubů. Nicméně, mechanické chování spoje bylo ovlivněno díky použití ovinutí ocelovým drátem, který brání rozštěpení dřeva. Zbůsoby porušení, které se mohou vyskytovat: 1. Porušení otlačením dřeva ve spoji 2. Porušení spojovacího prostředku (vznik jednoho plastického kloubu) a otlačení

dřeva 3. Porušení spojovacího prostředku (vznik tří plastických kloubů) a otlačení dřeva 4. Smykové porušení namáhaného konce (vytržení spojovacího prostředku) 5. Porušení v oslabení (tahem) 6. Ovinutí nedokáže zabezpečit vznik nových trhlin či omezit stávající trhliny,

čímž je způsoben nedostatečný přenos sil ze svorníku do dřeva.

61

První tři způsoby porušení jsou shodné s teorií plasticity dle EC5. Porušení popsaná v bodě 4 a v bodě 5 se mohou vyskytovat, pokud je spoj špatně navržen.

Tab. 1 Porovnání hodnot únosnosti získaných ze zkoušek s vypočtenými dle EC5

Průměr [mm]

Hodnoty ze zkoušek [kN]

Způsob porušení 1 [kN]

Způsob porušení 2 [kN]

Způsob porušení 3 [kN]

100 68,9 91,1 51,4 60,3 120 124,6 154,5 94,9 119,0 150 151,99 140,7 90,3 116,1 200 281,3 417,5 214,3 222,6

Z výsledků je patrné, že hodnoty únosnosti získané z experimentu a hodnoty vypočtené dle EC 5 jsou velmi podobné. Pokud není spoj zajištěn ovinutím, klesá únosnost spoje. Tento typ spoje je nevýhodný při použití u kulatin malých průměrů, neboť jsou spojovací prvky umístěny v axiální ose kulatiny, kde často vznikají trhliny. Dalšími nevýhodami tohoto typu spoje jsou náročnost provedení a v neposlední řadě také vysoké náklady. 2.2 Spoj s ocelovým blokovým prvkem

Do kulatiny (ø 100 mm) je ve vzdálenosti cca 200 mm od konce vyfrézovaný otvor, do kterého je zasunut ocelový blok. V podélném směru kulatiny je vyfrézovaná drážka pro ocelovou závitovou tyč, která je zašroubována do ocelového bloku. Na konci kulatiny je na ocelovou tyč našroubován ocelový disk, který slouží k polohování ocelového bloku uvnitř kulatiny. Ocelový disk také zajišťuje rovnoměrné rozdělení napětí od normálových sil. Poslední součástí tohoto typu spoje je trubka hexagonálního průřezu se závitem na jedné straně a s krycí deskou s malým otvorem na straně druhé. Trubka hexagonálního průřezu je zašroubována do ocelové tyče, čímž zabezpečuje upevnění ocelového disku, a také slouží k přenosu tahových sil do ocelové tyče. Před upevněním trubky hexagonálního průřezu je do jejího otvoru zasunut šroub s maticí, který z ní vyčnívá. Šroub s maticí může být jednoduše propojen se styčníkovým prvkem typu MERO. Pokud je tento typ spoje použit v příhradových konstrukcích, je schopen přenášet jak

Obr. 3 Řez spoje s ocelovám blokovým prvkem

62

tah, tak tlak. První část zkoušení spoje s blokovým prvkem byla zaměřena na tahové zkoušky. Všechny tahové zkoušky byly provedeny na maximální sílu 150 kN. Výsledné hodnoty pevnosti a tuhosti spoje byly porovnány s již známými spoji tohoto typu. Další část experimentů byla věnována zkouškám v tlaku. Zbůsoby porušení, které se mohou vyskytovat: 1. Pevnost a tuhost ocelového bloku 2. Pevnost v otlačení dřeva pod ocelovým blokem 3. Rozštěpení dřeva 4. Smykové porušení dřeva 5. Porušení v oslabené části průřezu Spoj s ocelovým blokovým prvkem, na kterém byly provedeny zkoušky je schopen přenést tahové síly do velikosti 110 kN a tlakové síly do velikosti 250 kN (charakteristické hodnoty). Z výsledků experimentů je patrné, že je nezbytné kvůli prevenci proti roztržení prvku použití ocelového pásku. 2.3 Spoj s vylisovaným ocelovým plechem

Spoj s ocelovým modifikovaným plechem představuje jednoduché a praktické řešení pro spojování kulatin. Tento spoj je jednoduchý na provedení, ocelové plechy lze vyrábět v různých rozměrových variantách. Plechy jsou galvanizované a vylisované do různých tvarů, což dovoluje navrhnout spoj v různých variantách: Do plechů jsou předvrtány otvory pro spojovací prostředky. Jako spojovací prostředky jsou obvykle používány vruty. Tento typ spoje je možný použít pro kulatiny o průměru 70 až 300 mm.

Obr. 4 Spoj s modifikovaným ocelovým plechem

Pro návrh spoje s vylisovaným ocelovým plechem je možno použít výpočet podle EC5, je však doporučeno vycházet z těchto předpokladů: 1. Plechy jsou plně prohřebíkovány 2. Zatížení působí osově 3. Nejsou předvrtány otvory pro spojovací prostředky 4. Na spoj nepůsobí ohybové momenty 5. Neuvažuje se prokluz ve spoji

63

3. STYČNÍK DVOU KULATIN S OCELOVÝM PLECHEM SE SMYKOVÝMI ZARÁŽKAMI

V Kloknerově ústavu (ČVUT v Praze) byla provedena v letech 2008 – 2009 pilotní tahová zkouška spoje dvou kulatin pomocí ocelového plechu se smykovými zarážkami. Spoj je tvořen ze dvou podélně seříznutých klád, na koncích propojených přes styčníkové ocelové plechy (tl. 16 mm). Jako spojovací prostředky jsou použity závitové tyče o průměru 20 mm, po pěti v každém plechu. Závitové tyče jsou zajištěny matkami M20 s podložkami o rozměrech 100 x 100 mm s otvorem o průměru 30 mm. Uprostřed rozpětí zkušebního tělesa je mezi plechy mezera o velikosti 150 mm.

Obr. 5 Zkušební tělesa Zkoušky v tahu byly provedeny cyklováním do dosažení meze únosnosti metodou zatížení a odtížení. Při každém stupni zatížení byla zatěžující síla zvětšena o 100 kN, každé odtížení bylo provedeno na hodnotu 50 kN. Během zatěžování zkušebních těles byla snímána kontinuálně deformace (prodloužení) pěti potenciometrickými snímači posunutí v závislosti na zatížení. Dva potenciometrické snímače 50 mm na každém okraji a jeden potenciometrický snímač 100 mm uprostřed zkušebního tělesa. U většiny zkušebních těles došlo k porušení usmyknutím vrstvy dřeva po létech v rovině dna zářezů klád (Obr. 6). U některých vzorků došlo k usmyknutí v plné mase kulatiny mimo zářezy.

Obr. 6 Porušení zkušebního tělesa, ø320 mm

64

Po vyhodnocení výpočtových hodnot spoje z hlediska mezního stavu únosnosti určených na základě provedených zatěžovacích testů byly stanoveny tyto výpočtové únosnosti: Kulatina ø320 mm: Rtd = 425 kN Kulatina ø280 mm: Rtd = 375 kN Kulatina ø260 mm: Rtd = 300 kN Z výsledku pilotních experimentů vyplývá, že tento typ styčníku namáhaný na tah má vysokou deformační kapacitu a zároveň též poměrně značnou počáteční tuhost. 4. ZÁVĚR Na pilotní výzkum styčníku dvou kulatin s ocelovým plechem se smykovými zarážkami navazují experimenty s různým uspořádáním spojů namáhaných na tlak, tah a ohyb. Měřením posunů a deformací jednotlivých částí styčníku budou získána vhodná data, která budou využita pro analytické modely. Analytické modely budou sloužit pro zjednodušený návrh tohoto typu spoje. LITERATURA [1] Ranta-Maunus, A. (ed.):Round small-diameter timber for construction. Final

report of project FAIR CT 95-0091, Espoo 1999, Technical Research centre of Finland, VTT PUBLICATIONS 383. 191 p. + app. 19 p.

[2] Kuklík, P.:Timber Structures 10, ČVUT Prague 2002, 164 s. ISBN 80-01-02639-6

[3] Madsen, B. Behaviour of timber Connections, Timber Engineering Ltd., Canada 2000, ISBN 1-55056-738-1

[4] Porteus, J., Kermani, A.: Structural timber design to Eurocode, Blackwell Publishing Ltd, Australia 2007, ISBN 978-14051-4638-8

[5] Thépaut, R., Hislop, P.: Round timber in construction, Trada Technology Ltd, England 2004

[6] Thépaut, R.: Round timber in construction: Notes for structural design, Trada Technology Ltd, England 2004

[7] Požgaj A., Chovanec D., Kurjatko S., Babiak M.: Štruktúra a vlastnosti dreva, Príroda, Bratislava 1997, 485 s.

[8] De Vries, P. A., Gard, W. F.: Determination of characteristic values for Dutch larch round timber, Conference COST E53, Delft 2008

[9] Ranta-Maunus, A.: Bending and compression properties of small diameter round timber, WCTE2000 Conference, Canada 2000

[10] Lusambo, E., Wills, B. M. D.: The strength of Wire-connected Round Timber Joints, Elsevier Science Ltd, England 2002, [11] Bodig, J., Jayne B. A.: Mechanics of Wood and Wood Composites, Van Nostrad Reinhold Company Inc., United States of America 1982, ISBN 0-442-00822-8

65

ZESILOVÁNÍ DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ UHLÍKOVÝMI KOMPOZITY

A. Hynková 1 - P. Bedná řová 2 - L. Máče3

Abstrakt Renovation supporting wooden construction structures of the historical buildings invoke a lot of questions. One of the problems is for example massive wooden supporting frames with large span over the irregular ground plan and with high loads. This boundary conditions and dimensions leads to use of technology improving strenght properties of profiles, decreasing bending or reduction of dimensions. This case is showed on the renovation roof frames of the Old Stable of the Vitkuv Kamen castle. The inner carbon fiber strip was used for strenghtening of massive wooden frames. 1. ÚVOD Zřícenina hradu Vítkův Hrádek je na vrcholu kopce nad osadou Svatý Tomáš v nadmořské výšce 1029,40 m.n.m. Zřícenina je objektem památkové ochrany a je využívána jako turistický objekt s vyhlídkou na oblast Lipna. V západní části zříceniny v místě původního vstupu do Hradu jsou pozůstatky bývalé konírny. Úkolem a zadáním na projektanta bylo vyřešit v tomto prostoru posezení s ochranou proti dešti. Stávající prostor je vymezen původním kamenným zdivem. Podlaha je hliněná mlatová. Závažnou podmínkou danou pracovníky památkového ústavu bylo nezasahování do kamenného původního zdiva hradu, minimalizace zásahů do základové půdy, provedení zelené střechy a používání pouze materiálů a konstrukcí adekvátních historickému prostředí. Volbu konstrukce výrazně ovlivňovaly zejména klimatické podmínky : nadmořská výška 1029,40 mn.m. , nechráněná poloha hřebene Šumavy, geografická poloha Šumavy otevřená ve směru k Lipenské přehradě a k Šumavě na straně Rakouska , poloha silně zatížená větry a sněhovými srážkami. Zřícenina je trvale pod sněhovou pokrývkou cca od poloviny listopadu do konce dubna, výška sněhové pokrývky dosahuje výšky až 1500 – 2000 mm. ______________________ 1 Alena Hynková,Ing.,CSc., VŠTE Okružní 10,České Budějovice, hynkova@mail.vstecb.cz 2 Petra Bednářová,Ing. PhD., VŠTE Okružní 10, České Budějovice, bednarova@mail.vstecb.cz 3 Lukáš Máče, Ing., VYKOS CZ s.r.o., Vrbenská 547, České Budějovice, vykoscz@seznam.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

66

2. NOSNÁ KONSTRUKCE Byla zvolena dřevěná nosná konstrukce z masivních trámů samostatně vestavěná do prostoru. Jediným nosným prvkem z jiného materiálu je nosný kruhový pilíř vyzděný z lomového kamene , který umožňuje centrické podepření stropních trámů a současně slouží jako kouřový odtah od otevřeného ohniště. Stropní konstrukce byla vyřešena z kuláčů s pokrytím zelenou střechou.

Obr.1 Konstrukce 3. STATICKÉ HODNOTY Závažným problémem k řešení byla nutnost provedení dřevěné konstrukce v masivu. Celkové výpočtové zatížení krokví a vaznic dosáhlo hodnoty 22,9 kN,m -1. Délka krokví a vaznic dosahovala kritických délek 6000 mm, se spojením krokví a vaznic do tvaru roštu se délky pohybovaly v rozmezí 3.000 až 5.000 mm.

67

Obr. 2 Pohled na konstrukci v interiéru

Prvotní výpočet vedl k příliš mohutným profilům – krokví 180/280 mm a vaznic 260/420 mm. Varianta zkrácení rozpětí pomocí pásků ( vzpěrek) nepřinesla žádnou podstatnou změnu profilu. Další cesta úvah vedla k řešení krokví s podporami do statického schema spojitého nosníku. Ani tato varianta , která by si vynutila zhuštění podpěrných sloupů v interieru nepřinesla výrazné zlepšení. 4. TECHNOLOGIE ZESÍLENÍ UHLÍKOVÝM KOMPOZITEM Pro výpočet a simulování s vyhodnocením limitní konstrukční výšky sloupů, světlé výšky v „ interieru“ byl zvolen limitní profil 180/280 mm jako maximálně možný a to pro všechny vodorovné nosné trámy - krokve i vaznice. Trámy, kde z hlediska nadměrného zatížení limitní profil nevyhověl, byly navrženy zesílené kompozicovými lamelami z uhlíkových vláken. Výztužné lamely byly navrženy pro každý výztužný prvek individuálně. Lamely budou vlepeny do drážky v trámu vel. 140 / 30 mm. Po vlepení lamely bude drážka

Obr. 3 Schéma vlepení lamely

68

zakryta vlepením prkna do pryskyřice. Fládrování vlepeného prkna bude přizpůsobeno výběrem dřeva podle trámu tak, aby vlepení bylo sjednoceno s kresbou původního trámu. Po délce zesilovaného profilu lamely nemají stejnou průřezovou plochu. Jsou profilované do podoby klenby.

69

Obr. 4 Posloupnost modelování

70

5. TECHNOLOGICKÉ PODMÍNKY PROVÁD ĚNÍ ZESILOVÁNÍ Základními podmínkami pro dokonalé spojení a funkci zesílení trámů lamelami tak, aby bylo dosaženo vzájemného spolupůsobení jsou: a) dokonalé vytvrzení matrice a lepící pryskyřice b) zákaz mechanického poškození zabudované lamely do trámu Kriterium a) si vynucuje vyztužování trámů provádět v prostorách odborné firmy, zabývající se výrobou kompozitů, které mají zkušenosti s jejich navrhováním. Jednotlivé profily se proto dodávají na stavbu v přesných délkách pro zabudování bez úpravy jako „ prefabrikát“. Kriterium b) si vynucuje zvláštní postup : Při nutnosti řezání mohou být vyztužené profily kráceny pouze vyškoleným personálem dodavatele vyztužených trámů, speciálním kotoučem. Při použití standardního kotouče hrozí nebezpečí úrazu a smrti statickou elektřinou. Spojování zesílených trámů s pásky musí být prováděno dvojitým čepem mimo zásah do zesilovací lamely. 6. ZÁVĚR Zesilování dřevěných konstrukcí kompozitním materiálem na bázi vláken v pryskyřicové matrix může napomoci řešení zmenšení dřevěného profilu při vysokém zatížení, zesilování původních a sanovaných historických dřevěných konstrukcí nebo řešení atypických a složitých dřevěných soustav. Je novou technologií, která může posunout aplikace dřevěných konstrukcí do pozice materiálu, schopného přenosu zatížení o vyšších hodnotách s eliminací deformace konstrukce. LITERATURA [1] Projekt stavby, vypracovaný VYKOS CZ s.r.o. České Budějovice týmem: Ing. Alena Hynková,CSc.,Ing. Petr Hynek, Ing. Lukáš Máče, Ing. František Profant, únor 2010 Příspěvek do sborníku je autorský.

71

DŘEVOSTAVY Z POHLEDU POŽÁRNÍ BEZPE ČNOSTI STAVEB

M. Rusinová 1 - M. Sedláková 2

Abstrakt The requests for fire security of buildings are stricter and consequencies of some regulations are stronger for wood constructions. It’s implied by the fact that wooden structural elements are conbustible. The impact of the application of ČSN to the extension of the fire risk area around the wood construction is discussed. 1. ÚVOD Dřevo patří k nejstarším stavebním materiálům, které byly používány již od raných dob stavitelství. Zejména ve výstavbě pro účely bydlení, na kterou bude tento článek zaměřen, byl tento materiál používán na tvorbu celého konstrukčního systému napříč historickými epochami a stavebními slohy. Ač v posledních sto letech se i ve výstavbě rodinných domů přešlo při návrhu materiálu konstrukčního systému v převážné většině případů k „nehořlavým“ stavebním materiálům, dřevěné konstrukce jak u rodinných domů, tak u menších domů bytových zažívají v posledním desetiletí svou renesanci. I přes výhodné stavebně technické a estetické vlastnosti takto zvoleného konstrukčního systému, je nutné upozornit na úskalí a omezení, které dřevostavby přinášejí z hlediska požární bezpečnosti staveb (dále PBS). Ty budou ilustrovány na zvětšení požárně nebezpečného prostoru takovéto budovy, a to z pohledu českých technických norem. 2. DŘEVĚNÉ KONSTRUKČNÍ PRVKY Z HLEDISKA PBS Obor požární bezpečnost staveb má vlastní klasifikaci stavebních konstrukcí zakotvenou v normách ČSN řady 7308xx – viz obr. 1. Klasifikace se jako základní entitou zabývá stavebním prvkem, u něhož je hodnocena jeho třída reakce na oheň A1, A2, B až F. Tato vlastnost je normativně definována jako „vliv stavebních výrobků na rozvoj požáru“ [2]. (Tato vlastnost nahradila původní hodnocení hořlavosti stavebního materiálu, které bylo pro širší odbornou veřejnost v oboru stavebnictví srozumitelnější, a proto se objevuje nadále v textu v uvozovkách.) Dalším stupněm klasifikace je třídění konstrukčních částí na konstrukční části druhu DP1, DP2 a DP3. Konstrukční část zatřídíme podle třídy reakce na oheň jednotlivých stavebních prvků, které jsou v konstrukční části _____________________ 1 Marie Rusinová, Ing. Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Veveří 95, Brno, rusinova.m@fce.vutbr.cz 2 Markéta Sedláková, Ing. Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Veveří 95, Brno, sedlakova.m@fce.vutbr.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

72

zastoupeny a také v závislosti na tom, jakou funkci ten který prvek v konstrukční části zastává (nosná funkce, opláštění, zabudovaná výplň). Posledním stupněm klasifikace je rozdělení stavebních objektů jako celku na stavební objekty s konstrukčním systémem nehořlavým, smíšeným a hořlavým, což opět vyplývá z použitých konstrukčních částí a v nich zabudovaných konstrukčních prvcích. Při zařazení stavebního objektu ke konstrukčnímu systému hodnotíme ty stavební konstrukce, které mají funkci požárně dělící nebo zajišťují stabilitu objektu.

Obr. 1 Klasifikace konstrukcí z hlediska PBS

Přiřazení stavebního výrobku ke třídě reakce na oheň je možné na základě zkoušky podle normy ČSN EN 13501-1. Stavební výrobky na bázi dřeva jsou klasifikovány třídami rekce na oheň D (konstrukční dřevo, desky dřevotřískové), E (desky dřevovláknité), výjimečně třídou reakce na oheň B (desky cementotřískové)[2]. Z tohoto důvodu je zřejmé, že pokud je budova tvořena dřevěnými prvky, nezařazujeme takovéto konstrukce jako konstrukční části druhu DP1. Pokud je nosná konstrukce tvořena dřevěnými nosnými prvky s opláštěním ze stavebních výrobků třídy reakce na oheň A1 nebo A2, lze takovouto konstrukci hodnotit jako konstrukční část druhu DP2. Za předpokladu dřevěného opláštění , byť by byly nosné prvky např. železobetonové, jedná se už o konstrukční část druhu DP3 – viz obr.2.

Obr. 2 Třídění konstrukčních částí s použitím dřevěných prvků [4] Pokud budeme chtít z hlediska požární bezpečnosti staveb zatřídit celý stavební objekt, jehož konstrukce jsou z dřevených prvků, nebudeme se pohybovat v klasifikaci stavebního objektu s konstrukčním systémem nehořlavým. Takovýto

73

stavební objekt bude charakterizován konstrukčním systémem buď smíšeným, který má svislé požárně dělící a nosné konstrukce z konstrukčních částí druhu DP1 a zbývající konstrukce druhu DP2, nebo hořlavým, s konstrukčními částmi alespoň druhu DP2 nebo druhu DP3 – viz obr. 3.

Obr. 3 Stavební objekty s konstrukčním systémem smíšeným, hořlavým [4]

Takto zatříděný stavební objekt s sebou nese mnohá další omezení z dané klasifikace vyplývající. Požární úseky – základní prostorové jednotky z hlediska PBS, které se v takovýchto stavebních objektech nacházejí, nesmějí přestoupit určité normou stanovené požární riziko [1]. S tímto omezením souvisí i limitovaná požární výška objektu (vzdálenost od prvního nadzemního podlaží k poslednímu užitnému nadzemnímu podlaží), u hořlavého konstrukčního systému jsou pro určité parametry požárního úseku přípustné pouze jednopodlažní stavební objekty. V některých případech není možné užití konstrukčních částí druhu DP2 a DP3 vůbec. Tato limitace se týká nosných a požárně dělících konstrukcí chráněných únikových cest a dále konstrukcí požárních pásů na vnějším povrchu obvodové stěny. V obou případech jsou striktně nařízeny konstrukční části druhu DP1. Tento článek se podrobně zabývá výrazným zvětšením požárně nebezpečného prostoru kolem dřevostavby rodinného domu ve srovnání se stavbami z „nehořlavého“ materiálu. 3. POŽÁRNĚ NEBEZPEČNÝ PROSTOR DŘEVOSTAVEB Požárně nebezpečný prostor (dále PNP) je území, které vzniká kolem hořícího stavebního objektu a v němž hrozí nebezpečí přenesení případného požáru buď vlivem sálání uvolňujícího se tepla, nebo padajícími částmi konstrukcí hořícího objektu [1]. Požárně nebezpečný prostor je vymezen tzv. odstupem, který je dán kolmou vzdáleností od požárně otevřené plochy obvodové konstrukce stavebního objektu. Požárně nebezpečný prostor by neměl zasahovat přes hranice stavebního pozemku. Výjimku tvoří veřejné prostranství, tj. ulice, park apod. 3.1. Odstupová vzdálenost od vlivu sálání Odstupová vzdálenost od vlivu sálání d1 [m ] se určí v závislosti na hustotě tepelného toku z požárně otevřených ploch obvodové konstrukce daného požárního úseku.

74

Hustota tepelného toku I [ kW.m-2] se podle [1] stanoví pro daný požární úsek z jeho požárního rizika, které je dáno výpočtovým požárním zatížením pv kg.m-2:

, přičemž (1)

(2)

kde: ε je emisivita ( ε = 1) TN [°C ] je teplota plynů v hořícím prostoru Na tomto místě je nutné objasnit pojem požární otevřenosti obvodových stěn [1], a to z hlediska nevýrobních objektů, k nimž obytné budovy náleží. Zcela požárně otevřenou plochou rozumíme takovou plochu, která v rovině vnějšího líce obvodové stěny vykazuje hustotu tepelného toku I > 60 kW.m-2. Bez průkazu takto hodnotíme okna zasklená obyčejným sklem (dvojsklem). Částečně požárně otevřená plocha je charakterizována hustotu tepelného toku v líci obvodové stěny I ∈( 15;60⟩ kW.m-2. Obvodová stěna bez požárně otevřených ploch nevykazuje výše jmenované parametry. Na rozdíl od požárně otevřených ploch (zcela, částečně) tyto tzv. požárně uzavřené plochy brání přenesení požáru vně hořícího objektu na jiný stavební objekt nebo na jinou část téhož stavebního objektu. Na obvodových stěnách druhu DP1 nebo DP2 se mohou vyskytovat povrchy z výrobků třídy reakce na oheň B až D – dřevěný obklad apod.. Takovouto konstrukci charakterizujeme jako částečně požárně otevřenou tehdy, jestliže je z 1m2 takovéhoto obkladu uvolňováno teplo Q ∈⟨150;350⟩ MJ.m-2. Při Q < 150 MJ.m-2

hovoříme o obvodové stěně bez požárně otevřené plochy, při Q > 350 MJ.m-2 se jedná o zcela požárně otevřenou stěnu. Zcela požárně otevřenou plochu tvoří i obvodové stěny z konstrukčních částí druhu DP1 a DP2, které jsou opatřeny konstrukcemi ze stavebních výrobků třídy reakce na oheň E až F (obklad fasádním polystyrénem), které uvolňují teplo Q > 150 MJ.m-2. Množství uvolněného tepla z 1 m2 vnějšího povrchu obvodové stěny stanovíme ze vztahu: (3) kde: Mi [kg.m-2] je hmotnost 1 m2 hořlavé látky, která tvoří vnější povrch obvodové stěny; i=1 až j je každá hořlavá stavební hmota na obvodové stěně, která může postupně odhořívat ve směru od vnějšího povrchu obvodové stěny k povrchu vnitřnímu; Hi [MJ.kg-1] je výhřevnost i-tého druhu hořlavé látky [1]. Odstupová vzdálenost se určuje pro každý požární úsek samostatně. Buď se stanoví přímo z hustoty tepelného toku z požárně otevřené plochy obvodové stěny daného požárního úseku (limitní hodnota hustoty tepelného toku I = 18 kW.m-2), nebo tabulkovými hodnotami [1]. S ohledem na fakt, že se v dané obvodové stěně mohou nacházet požárně otevřené plochy s různou hustotou tepleného toku, určujeme pro nevýrobní objekty celkovou požárně otevřenou plochu Sp0 [m2], v níž jsou započítány jak zcela požárně otevřené plochy tak poměrnou částí dle jejich hustoty tepelného toku plochy částečně požárně otevřené.

75

(4) kde: Sp01 [m2] je zcela požárně otevřená plocha obvodové stěny; Sp02 [m2] je částečně požárně otevřená plocha obvodové stěny; Sp03 [m2] je požárně otevřená plocha střešního pláště – není předmětem

tohoto textu; k2 , k3 [-] jsou součinitelé poměru hustoty tepelného toku [1]. Pro určení odstupové vzdálenosti od vlivu sálání d1 [m ] je nutné dále určit procento požárně otevřených ploch p0 [%] obvodové stěny. Ve specifických případech lze určovat odstupovou vzdálenost pro jednotlivé otvory v obvodové stěně samostatně, tehdy je p0 = 100 %. 3.2. Odstupová vzdálenost stanovená od vlivu dopadu hořících částí Požárně nebezpečný prostor může být vymezen i odstupovou vzdáleností d2 [m ], která zohledňuje dopad hořících částí z hořícího objektu, tzv. troskový stín. Tuto odstupovou vzdálenost určujeme pouze tehdy, má-li co z hořícího stavebního objektu za požáru odpadávat a hořet, tj. jsou-li na obvodové stěně konstrukční části druhu DP2 a DP3. Stanovení vzdálenosti d2 [m ] vychází z předpokladu, že hořící prvky z konstrukce odpadávají z výšky hc [m ], pod úhlem 20°: (5) 3.3. Dosah sálání u d řevostavby a stavby zd ěné Příklad z obr. 4 uvádí výsledek určení požárně nebezpečného prostoru od vlivu sálání obvodové stěny jednopodlažního rodinného domu, celý stavební objekt tvoří jeden požární úsek. Varianta č. 1 předpokládá, že stavební objekt je zděný z keramických tvárnic a požárně otevřené plochy jsou reprezentovány pouze okenními otvory v obvodových stěnách. Varianta č. 2 zobrazuje stejný stavební objekt jako dřevěnou srubovou stavbu. Ve variantě č. 1 je tedy stavební objekt s konstrukčním systémem nehořlavým, jehož nosné prvky jsou tvořeny konstrukčními částmi druhu DP1. Obvodové stěny kromě okenních otvorů jsou požárně uzavřenými plochami. V druhém případě je konstrukční systém stavebního objektu hořlavý z konstrukčních částí druhu DP3. Takováto obvodová stěna se považuje za zcela požárně otevřenou plochu [1], v jejímž líci hustota tepelného toku I > 60 kW.m-2, zde 120 kW.m-2 (předp.: pv = 40 kg.m-2 s navýšením pro hořlavý konstrukční systém 15 kg.m-2). Výpočet odstupové vzdálenosti udávající hranici požárně nebezpečného prostoru byl proveden u obou variant dle [5]. Jak je z uvedeného příkladu patrné, bude-li konstrukční systém stavebního objektu navržen jako hořlavý z konstrukčních částí druhu DP3, je nutné počítat s tím, že odstupové vzdálenosti a tudíž požárně nebezpečný prostor budovy budou dalekorozsáhlejší než u stavby vybudované z konstrukčních částí druhu DP1. Při návrhu dřevostavby je tedy nutné důkladně zvážit situaci stavby s ohledem na to, aby její požárně nebezpečný prostor nepřesahoval hranici pozemku. Dřevostavby z konstrukčních částí druhu DP3 nejsou vhodné do kompaktní zástavby, která je

76

Obr. 4 Příklad navýšení požárně nebezpečného prostoru (PNP) části budovy s hořlavým konstrukčním systémem oproti nehořlavému

v současné době obvyklá při výstavbě rodinných domů v satelitních částech obcí. Přesahu požárně nebezpečného prostoru přes hranici pozemku lze zabránit například výstavbou zděného plotu požadované výšky . 4. ZÁVĚR Požární bezpečnost staveb si klade za úkol zabránit ztrátám na životech a zdraví osob, případně i zvířat a dále ztrátám na majetku. Dřevěný stavební výrobek je klasifikován třídou reakce na oheň D až E, lze tedy hodnotit jako „hořlavý“. Při projektování dřevostaveb je tedy nutné počítat s tím, že požadavky a omezení kladená oborem požární bezpečnost staveb budou na takovouto stavbu přísnější a důsledky některých nařízení markantnější. Zde byl prezentován jeden příklad dopadu aplikace norem ČSN na dřevostavby – vysoké odstupové vzdálenosti a rozsáhlý požárně nebezpečný prostor kolem nich. Pokud však budou tato nařízení PBS respektována a zohledněna, lze dřevostavby s úspěchem navrhovat pro rodinné domy a menší bytové či administrativní objekty a využívat tak jejich vhodné vlastnosti stavebně technické a estetické. LITERATURA [1] ČSN 730802:2009 – PBS – Nevýrobní objekty, ÚNMZ, Praha 2009, 122 s. [2] ČSN 730810:2009 – PBS – Společná ustanovení, ÚNMZ, Praha 2010, 44 s. [3] ČSN 730833:2010 – PBS – Budovy pro bydlení a ubytování, ÚNMZ, Praha 2010,

20s. [4] Rusinová, M., Juráková, T., Sedláková, M.: Požární bezpečnost staveb – Modul

M01 – Požární bezpečnost staveb, skripta VUT v Brně, CERM, s.r.o., Brno 2007, ISBN 978-80-7204-511-2, 177s.

[5] Pokorný, M.: Program pro výpočet odstupové vzdálenosti z hlediska sálání tepla, verze 01.2010_12, Praha 2010

77

PROJEKTOVANIE DREVOSTAVIEB POMOCOU ŠPECIALIZOVANÉHO SOFTVÉRU

V. Hamran 1

1. ÚVOD Firma Dietrich’s bola prvou spoločnosťou, ktorá vytvorila konštrukčný program, určený špeciálne pre výpočet drevených konštrukcií. Začalo sa to tak, že majster tesár Jozef Dietrich chcel uľahčiť zdĺhavú a náročnú prácu pri príprave výroby konštrukčných častí krovu. A tak v roku 1982 sa mu s pomocou programovateľnej kalkulačky Texas-Instruments podarilo vyvinúť jednoduchý program, ktorý bol schopný určiť prieniky strešných plôch, ako aj ich uhly a rezy. Od tej doby sa tento jednoduchý program postupne vyvinul na rozsiahly 3D CAD/CAM modulový systém. Vďaka neustálemu vývoju svojich programov firma Dietrich’s teraz ponúka ucelený konštrukčný systém, ktorý pokrýva celú oblasť konštrukcie a výroby drevostavieb od ich architektonického návrhu cez spracovanie výrobnej dokumentácie až po výrobu a montáž stavby na mieste.

Obr. 1 Stavba krovu

2. KOMPLETNÝ (A) AKO SKLADA ČKA Výroba drevostavieb je mnohotvárny a vysoko špecializovaný odbor, ktorý siaha od výroby tradičných strešných väzieb cez inžinierske drevostavby až po priemyselnú _____________________ 1 Vladimír Hamran, Dietrich´s AG - 3D CAD/CAM, Mníchov, v.hamran@dietrichs.com, www.dietrichs.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

78

výrobu drevených konštrukcií. Ako expert v oblasti drevostavieb firma Dietrich’s disponuje vlastnými technológiami a ponúka stavebnicové softwarové moduly s takmer neobmedzenými možnosťami v konštrukcii stavieb z dreva. Jednotlivé programové moduly riešia tieto oblasti spracovania drevených konštrukcií: - klasické tesárske konštrukcie - hrazdené a stĺpové konštrukcie z dreva - panelové steny drevostavieb - architektúra, zrubové drevostavby - zimné záhrady, pergoly, altánky, záhradné stavby z dreva - prenos dát na drevoobrábacie centrá 3. HĽADÁTE SOFTWAROVÉ RIEŠENIE PRE KONŠTRUKCIU STRIECH? Spoločnosť Dietrich’s sa už v svojich začiatkoch upísala tradícii tesárskeho remesla a tejto oblasti aj naďalej venuje veľkú pozornosť. Pre konštrukciu striech boli vyvinuté programové moduly ABBUND, ktoré sú k dispozícii v troch úrovniach. S každým z troch stupňov úrovne programu je tak tesárska firma ako aj CNC zariadenie perfektne vybavená zvládnuť svoje úlohy pri príprave výroby striech.

Obr. 2 Vizualizácia krovu, konštrukčné detaily

S pomocou veľkého množstva profesionálnych konštrukčných nástrojov sa aj tie najzložitejšie úlohy zvládnu precízne a rýchlo. Pomocné obrázky a kontrolné otázky umožňujú jednoduchú obsluhu programu. Výstupom z programu sú automaticky vytvorené montážne výkresy a výkresy detailov, kompletné výpisy drevených prvkov, 3-D obrázky, možnosť posielať projekty E-mailom. K programu je možné dokúpiť rozhranie k prenosu dát na CNC zariadenia a veľké množstvo rozhraní pre export.

4. DREVENÉ RÁMOVÉ KONŠTRUKCIE – NIZKOENERGETICKÉ ST AVBY V poslednom čase je zaznamenávaný rastúci záujem o stavbu panelových domov. Firma Dietrich’s už dávno predtým očakávala tento vývoj a preto do svojho programu začlenila aj modul pre vytváranie panelových konštrukcií stien.

79

Programový modul Diwand je silný nástroj, ktorý poskytuje užívateľom možnosť skonštruovať čokoľvek, čo si v oblasti panelových stavieb dokážeme predstaviť. Od sanácií až po novostavby klasických hrazdených stavieb, nízkoenergetické domy, atď.

Obr. 3 Nízkoenergetická stavba

Rôzne stupne úrovne programových modulov Diwand sú prispôsobené potrebám zákazníkov. Diwand 3D v sebe zahŕňa všetky funkcie, ktoré sú užitočné pre využitie v tesárskej firme alebo vo firme, ktorá sa zaoberá stavbou menších drevostavieb. Pre výrobcov montovaných rodinných domov doporučujeme program rozšíriť o modul Diwand HRB . Diwand HRB je nástroj (editor) pre konštruovanie kompletných drevostavieb. Zákazník plne rozhodujete o spôsoboch spojenia a o typoch stien, ktoré budú použité pri výrobe jeho domov. Po zadaní pôdorysu je to už len otázka niekoľkých kliknutí myšou a stavba je hotová vrátane prepracovania aj tých najposlednejších detailov. Užívateľ má za úlohu už len vytlačiť dáta alebo ich odovzdať na výrobné zariadenie.

Obr. 4 Masívne platňové steny 5. INŽINIERSKE DREVOSTAVBY, ZRUBY

Všetky drevené stavby, ktoré presahujú rámec konštrukcie strechy, steny alebo stropu, označujeme ako inžinierske drevostavby. Konštrukčné riešenie týchto stavieb

80

je výzvou tak pre výrobcov ako aj pre softwarový program. A práve na tomto mieste je k dispozícii firma Dietrich's so svojim profesionálnym 3D-CAD/CAM riešením. A môžete sa na nás s dôverou spoľahnúť. S programom DICAM pre tesárov alebo DICAM Premium skonštruujete cyklistické lavičky s oceľovými vzperami na betónových pilieroch práve tak jednoducho, ako kostolnú vežu s bridlicovou strechou. Program DICAM pokračuje v práci i tam, kde iné softvéry narážajú na hranice svojich možností. DICAM dokáže jedinečným spôsobom spájať rôzne druhy materiálov a ak chcete, prenesie na stroj každú konštrukciu vrátane všetkých detailov.

Obr. 5 Konštrukčné detaily spojov

Drevo sa v programe „obrába“ s pomocou virtuálnych obrábacích nástrojov jediným kliknutím myšou. Spojovacie prostriedky, vložené z editovateľnej knižnice, automaticky vytvoria všetky potrebné výrezy a detaily spojov už pri ich vložení myšou do konštrukcie. Uložením jednotlivých dielcov, alebo aj celých projektov sa pri spracovaní ďalšieho projektu ušetrí veľa času.

Obr. 6 Ostatné drevené stavby

Využite možnosť voľnej konštrukcie v priestore a kombinujte rôzne materiály ako napr. drevo so sklom atd. Nechajte si zhotoviť kovové prvky s pomocou okótovaných

81

výkresov detailov a 3D obrázkov. 3D - vizualizácia Vám pomáha vyvarovať sa chýb, virtuálnou prechádzkou konštrukciou môžete zapôsobiť na zákazníka, alebo s architektom prekonzultovať jednotlivé detaily stavby tak povediac “na mieste”. Jednoduchá evidencia dát pomáha udržiavať prehľad o nakupovaných materiáloch a cenových ponukách. Všetky vytvorené dáta sú k dispozícii v rozsiahlej dokumentácii, v plánoch, alebo ich môžete poslať na CNC stroje všetkých bežných výrobcov. 6. STATICKÝ PROGRAM PODĽA EUROCOD 5 Výkonný a prehľadný statický program pre všeobecné pozemné staviteľstvo, ktorý je naviazaný na Dietrich’s software, sa vyznačuje jednoduchou obsluhou a umožňuje statický výpočet všetkých stavebných prvkov v konštrukcii. Všetky dôležité stavebné prvky, ako sú krokvy, väznice, stĺpiky, priečky, základy atď., môžu byť posúdené ako samostatný stavebný prvok alebo tiež ako konštrukčný systém.

Obr. 7 Statické posúdenie

Tak isto sa budú posudzovať aj vnútorné alebo vonkajšie steny. Funkcie, ktoré boli vyvinuté špeciálne pre rámové konštrukcie drevených stien zdokonaľujú balík programov určených pre tesárov a výrobcov stavieb z dreva. Hlavná výhoda pre užívateľov spočíva v tom, že konštrukcia a statika sa môže uskutočňovať v rámci jedného pracovného úkonu. Tým je na minimum znížená, alebo úplne odpadá potreba odsúhlasovania, telefonátov a podrobných diskusií s architektom alebo so statikom. 7. PRENOS DÁT NA VÝROBNÉ STROJE NC/CNC

Už od roku 1987 je veľkou silou softwarových produktov Dietrich’s ovládanie NC/CNC strojov. Tesárske stroje, automatické stanice pre výrobu stien, výrobné linky alebo iné zariadenia – moderné aj staršie – sú ovládané cez špeciálny postprocesor, ktorý v zlomku sekundy nasimuluje špecifický chod zariadenia a následne ho optimalizuje. Inteligentným riadením procesu v programe DIMAS je taktiež možné dosiahnuť obrábanie dielcov v 5-tich osiach bez 5-osového agregátu.

82

A pokiaľ by došlo k výpadku agregátu, program DIMAS sa automaticky pokúsi o opracovanie dielca iným agregátom, ktorý je práve k dispozícii. Preto tu iba veľmi zriedka dochádza k prestojom. Firma Dietrich’s spolupracuje so všetkými významnými svetovými výrobcami strojov a zariadení a ponúka najrozsiahlejšiu paletu ovládaných strojov na trhu.

Obr. 8 CNC stroje Obr. 9 Hotline 8. ROZSIAHLA STAROSTLIVOS Ť O ZÁKAZNÍKA JE NAŠA FILOZOFIA

Už viac ako 29 rokov sa firma Dietrich’s stará o drevospracujúce podniky z tých najrôznejších odborov výroby drevených stavieb kdekoľvek na svete. Svojimi výkonnými spoľahlivými produktmi a celosvetovým servisom vynikajúcej kvality rozhodujúcou mierou prispeli k rozšíreniu CAD/CAM technológií v odbore tesárskych remesiel.

83

OCHRANA DREVENÝCH KONŠTRUKCIÍ V BUDOVÁCH

M. Držka 1

Abstract The presented contribution discusses the types of wood damage and the defects of timber structures caused by climate, ligniperdous insects, fungi and molds, fire and other influences. In addition to it, the paper shows some ways and requirements for preservation of timber structures. 1. ÚVOD V záujme zlepšenia životného prostredia a snaha o modernú európsku spoločnosť posúva do popredia kľúčovú otázku zníženia obsahu oxidu uhličitého v ovzduší. Možnosťou riešenia tohto problému je väčšie využitie možností lesa, ako zdroja obnoviteľného environmentálneho materiálu – dreva. Podmienky pre širšie uplatnenie dreva v stavebníctve boli vytvorené aj v rámci aktivít rôznych svetových a európskych organizácií, ktoré sa podieľajú na výskume v odbore drevených konštrukcií. Drevo je najdôležitejší trvale sa obnovujúci materiál, avšak je potrebné mať na pamäti, že má aj svoje nevýhody, ako je jeho anizotropia, chyby dreva, ale aj možnosť napadnutia rôznymi biotickými a abiotickými činiteľmi. Preto stále častejšie vystupuje do popredia otázka potreby drevo chrániť pred nepriaznivými vplyvy predovšetkým konštrukčnou ochranou. Tam, kde to nie je účinné, môžeme vhodne použiť chemickú ochranu. 2. ZNEHODNOTENIE DREVENEJ KONŠTRUKCIE Drevo môže byť vzhľadom na jeho skladbu a expozíciu, taktiež aj drevené konštrukcie znehodnotené : poveternostnými vplyvmi, biologickým napadnutím, vysokou teplotou a ohňom, mechanickým opotrebovaním. Hlavnými činiteľmi, ktorý vyvolávajú zmeny dreva na povrchu sú poveternostné vplyvy : ▪ voda (dážď, sneh, lad); ▪ teplota (nízka- mráz, vysoká – žiarenie); ▪ slnečné žiarenie (zvyšuje teplotu povrchu dreva na 40-80 oC, podľa druhu dreva); ▪ UV žiarenie spôsobuje šednutie dreva. _________________________ 1 Milan Držka, Ing.,PhD. STU-Stavebná fakulta, Radlinského 11, 813 68 Bratislava, milan.drzka@stuba.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

84

Prírodné vplyvy pôsobia súčasne a v závislosti na ročnom období postupne drevo degradujú. Čiastočné napadnutie drevo je potom ľahšie napadnuteľné biologickými činiteľmi, ako sú drevokazné huby, plesne, drevokazný hmyz alebo rastliny. Medzi škodcov, ktorý nemajú vplyv na pevnostné parametre dreva, patria plesne a drevo sfarbujúce huby. Väčšinou spôsobujú nežiaduce sfarbenie dreva, avšak je potrebné zdôrazniť, že v podstate avizujú zvýšenú vlhkosť dreva, a tým aj vyššie riziko následného napadnutia drevokaznými hubami. Drevokazné huby sú jedným z najnebezpečnejších organizmov napádajúcich drevo. Najväčším ne bezpečím je fakt, že drevokazné huby zhoršujú mechanické vlastnosti dreva a spôsobujú jeho degradáciu a nakoniec môžu spôsobiť aj havarijný stav celej konštrukcie. Prirodzená odolnosť dreva proti napadnutiu hubami a hmyzom je v norme EN 350-2 použitých 5 tried. Tabuľka 1. obsahuje údaje podľa EN 350-2. Tabuľka 1 EN 350-2

PRIRODZENÁ TRVANLIVOSŤ DREVA Drevokazné huby Drevokazný hmyz

1 - veľmi trvanlivé tesárik 2 - trvanlivé červotoč 3 - stredne trvanlivé 4 - málo trvanlivé

D - trvanlivé

5 - netrvanlivé S – náchylné SH – jadrové drevo ako náchylné

Môžeme však poznamenať, že drevo, ktoré má trvale nižšiu vlhkosť ako 18 % nebýva napadnuté drevokaznými hubami. Drevo, ktoré má trvale nižšiu vlhkosť ako 10 % nebýva napadnuté drevokazným hmyzom. 2.1. Znehodnotenie dreva vysokou teplotou a oh ňom Požiarnotechnické vlastnosti materiálov reprezentujú reakciu materiálov na vysokú teplotu alebo oheň. Vznik a priebeh horenia vyžaduje súčasné spolupôsobenie chemických a fyzikálnych pochodov. Rozdielnosť v horení dreva v rámci jednotlivých drevín ( niekedy aj v rámci častí jednej dreviny) je spôsobené viacerými faktormi – nielen obsahom základných stavebných zložiek v danej drevine, teda chemickom zložení. Štruktúra dreva okrem toho, že podstatne ovplyvňuje ďalšie fyzikálne vlastnosti materiálu, priamo vplýva na ich horenie. Jej vplyv je daný veľkosťou otvorov mikro a makro kapilár, ktoré ovplyvňujú transport kyslíka do hmoty a odchod prchavých produktov z dreva, ak sú vodivé elementy tvorené. Samotná anatomická stavba, resp. jednotlivé bunkové elementy, ovplyvňujú proces horenia, hlavne jeho prvú fázu – zapálenie. Je to dané predovšetkým chemickým zložením a geometrickým tvarom bunkových elementov ich rozmermi a ich počtom. Zmeny makroskopických znakov pri termickej degradácii je možné len veľmi ťažko vyhodnocovať. Ak sú makroskopické zmeny pozorované v prvých štádiách termickej degradácie (veľmi vysoké teploty a veľmi krátky čas – do 1 min.), alebo pri termickej degradácii nie veľmi vysokými teplotami sú pozorované trhliny. Pri pozorovaní makroskopických zmien pri postupujúcich štádiách termickej degradácie vysokými teplotami za dlhší čas je pozorovateľňa len tvorba zuhoľnatenej vrstvy. Najskôr ako

85

homogénnej čiernej tenkej vrstvy, ktorá postupne hrubne a kockovite praská. Odpraskáva, odlupuje sa a mení prierez tepelne degradovaného dreveného prvku. 3. OCHRANA DREVENÝCH KONŠTRUKCIÍ PRED ZNEHODNOTENÍM Drevená konštrukcia, v ktorej prevládajú materiály organického pôvodu, je vystavená zvýšenou mierou možnému znehodnoteniu. Ak chceme zabezpečiť primeranú trvanlivosť drevených konštrukcií, musíme zvážiť nasledujúce navzájom súvisiace faktory : ▪ použitie konštrukcie, ▪ požiadavky na úžitkové vlastnosti, ▪ očakávané vplyvy prostredia, ▪ zloženie, vlastnosti a chovanie materiálu, ▪ tvar konštrukčných prvkov, ich konštrukčné usporiadanie, ▪ kvalita zhotovenia a úroveň kontroly, ▪ zvláštne ochranné opatrenia, ▪ predpokladaná údržba počas predpokladanej životnosti. Spôsoby ochrany dreva a drevených konštrukcií môžeme rozdeliť na : ▪ konštrukčnú ochranu dreva, ▪ chemickú ochranu dreva: proti poveternosti, proti biotickým činiteľom, proti ohňu, ▪ iné spôsoby ochrany: tepelná ochrana dreva, sušenie dreva, ochrana žiarením. 3.1 Konštruk čná ochrana dreva Zahŕňa súbor technických a konštrukčných opatrení vedúcich k ochrane dreva pred poveternostnými vplyvy a možným zvýšením vlhkosti na stavbe. Na konštrukčnú ochranu drevených konštrukcií proti poveternostným vplyvom sa môžu použiť nasledovné opatrenia : ▪ dostatočným presahom strechy; ▪ ochranou drevených stien (zakrytím čelného dreva, odvetraním obkladu alebo zatmelením škár); ▪ tvarovaním jednotlivých prvkov (zaoblené rohy, malé plochy, na ktorých môže ostať voda, nepoužívať drsné styky na spojoch ); ▪ používať drážky na vonkajších obkladoch z vnútornej strany; Konštrukčná ochrana dreva proti vzlínajúcej vode sa zhotovuje nasledovnými opatreniami: ▪ dostatočnou ochranou pred stykom zo zemou, zhotovením pätky alebo sokla min. 300 mm nad zemou; ▪ spodok drevených vonkajších stien zhotoviť tak, že v kontaktnej škáre medzi dreveným stavebným prvkom a soklom je hydroizolačná vrstva a škára je okrem toho chránená pred od strekovou dažďovou vodou; Ochrana pred skondenzovanou vodou sa navrhuje správnou skladbou stien a posúdením stien z tepelnotechnického hľadiska tak, aby skladba bola navrhnutá a zrealizovaná bez možnosti kondenzácie vody. 3.2 Chemická ochrana dreva Chemická ochrana dreva sa zhotovuje pomocou náterových hmôt alebo ochranných prostriedkov na drevo. Chemická ochrana dreva sa rozdeľuje podľa ochranného

86

účinku na krátkodobú a dlhodobú. Podľa hĺbky prieniku ochranného prostriedku do dreva v radiálnom a tangenciálnom smere sa rozlišuje impregnácia na : a) povrchová – prienik do 3 mm od povrchu dreva; b) polo hlboká – prienik od 3 mm do 10 mm; c) hlboká – prienik viac ako 10 mm od povrchu dreva. Spôsob chemickej ochrany dreva sa určuje podľa : 1. príslušnej triedy ohrozenia (4 triedy ohrozenia); 2. druhu dreva; 3. sortimentu dreva( surovina, polotovar, výrobok); 4. požadovanej trvanlivosti chráneného dreva v konkrétnych podmienkach; 5. požiadaviek na ochranu zdravia ľudí a životného prostredia. Chemická ochrana dreva je v terajšej dobe realizovaná väčšinou vodorozpustnými prípravkami. Spôsob ochrany dreva je vždy závislý na špecifických podmienkach prostredia, v ktorom bude drevo zastavané. 3.3 Ochrana dreva proti požiaru Drevo a konštrukcie z dreva sú horľavé. Pretože ich horľavosť je možno modifikovať povrchovou úpravou alebo impregnačnými ohňovzdornými soľami, nie je možné týmito opatreniami dosiahnuť ich nehorlavosti. 4. ZÁVER V závere musím konštatovať, že nie je možné v tomto krátkom príspevku analyzovať všetky možnosti znehodnotenia dreva a drevených konštrukcií, ako aj spôsoby ochrany dreva. LITERATÚRA [1] Kuklík, P.: Dřevěné konstrukce. Praha 2005. s. 153-159. [2] Ptáček, P.: Ochrana dřeva.Praha 2009. s. 38-62. [3] Žák, J., Reinprecht, L.: Ochrana dřeva ve stavbě.Praha 1998. s.28-33. [4] EN 350 - 2. Trvanlivosť dreva a výrobkov na bázi dreva. Prirodzená trvanlivosť dreva. Časť 2: Návod na určenie prirodzenej trvanlivosti a impregnovateľnosti vybraných druhov driev dôležitých v Evrópe. [5] STN EN 1995-1-2 Navrhovanie drevených konštrukcií na účinky požiaru. POĎAKOVANIE Tento článok vznikol s podporou grantovej výskumnej úlohy VEGA 1/0647/09.

87

NOVÁ KONSTRUKČNÍ SOUSTAVA PRO STAVBY NA BÁZI DŘEVA S FOUKANOU IZOLACÍ

P. Agel 1 - J. Labudek 2

Abstract Application of blown insulations in standard two-by-four insulations has one technological problem. This problem is connected with cutting throutgh the board, which is time demanding. The new system should diminish amount of used timber and make application of blown insulations less difficult. The point of this paper is to describe new timber construction system dedicated for blown insulations and also thermal analysis of constructional details. The paper includes first experimental tests of application of blown celulose insulation. There are benefits of new designed timber construction system in the conclusion of the paper. 1. ÚVOD Stavební materiály použité v prostorách mezi konstrukčními prvky skeletových stěn vykazují stále lepší termoizolační vlastnosti. Stěnové prvky z masivního dřeva navzdory všem výhodám předávají teplo z interiérového prostoru do exteriéru. Tím jsou tvořeny tzv. tepelné mosty. Tepelný most vzniká v dané konstrukci průnikem (úplným nebo částečným) materiálu s vyšší tepelnou vodivostí, nestejnorodou vrstvou v konstrukci nebo změnou tloušťky jednotlivých vrstev konstrukce (ložná spára, průnik nosného prvku apod.). Tepelné mosty způsobují značné tepelné ztráty. Jedná se o negativní jev, a proto je nutno jejich vliv eliminovat. Stávající sloupkové systémy dřevostaveb umožňují zateplení stěn pomocí tepelně izolačních desek. Problémy tepelných mostů jsou v praxi vyřešeny použitím plnostěnného I profilu s lepenými pásnicemi z rostlého dřeva. Tento profil však nevyhovuje požadavku snadné aplikace foukané izolace. Aplikace foukaných izolací je z technologického hlediska znevýhodněna pracností navrtávání potřebných otvorů pro foukání izolací. Na trhu se vyskytuje systém stavebnicový systém, složený z malých prvků, který částečně eliminuje i problém aplikace foukaných izolací. Tento systém je však při výstavbě pracný, staticky nevhodně řešený a vyžaduje velkou přesnost a pracnost ve výrobě. _____________________ 1 Petr Agel, Ing., Katedra konstrukcí, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava - Poruba, tel.: (+420) 597 321 925, e-mail: petr.agel@vsb.cz 2 Jiří Labudek, Ing., Katedra prostředí staveb a TZB, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava - Poruba, tel.: (+420) 597 321 975, e-mail: jiri.labudek@vsb.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

88

2. POPIS TECHNOLOGIE Nejčastěji se konstrukce plní z volného prostoru do připravené dutiny. Jedná se o velmi rychlé bezespárové izolování konstrukcí bez vzniku tepelných mostů v izolaci. Další metodou je vyplňování konstrukce předvrtaným otvorem za použití speciální koncovky se zpětným odvodem přepravního vzduchu. Tato metoda je použita při provádění experimentu. Tímto způsobem je možné plnit nejen standardní příčky a předstěny sádrokartonového systému, ale i stěny a příčky dřevostaveb. Do optimálně připravené konstrukce lze tepelnou izolaci nafoukat za zvýšené objemové hmotnosti. Použitá objemová hmotnost se zvyšuje od 35 kg/m3. U kolmých stěn a příček se ideálně objemová hmotnost pohybuje okolo 60-70 kg/m3. Tímto postupem je docílena objemová stálost aplikované izolace po celou dobu životnosti celé konstrukce – nedochází k nežádoucímu sesednutí izolace. 3. VÍCEÚČELOVÝ DŘEVĚNÝ NOSNÝ PRVEK • Ze statického hlediska se jedná o členěný prut • Nosné stojky + laťové profily • Spojovací vložky OSB deska, tl.: 15mm • Možnost spojování – sponky, hřebíky,vruty • Únosnost: Od 80 kN do 140 kN 4. PŘÍNOS NOSNÍKŮ SKLÁDANÉHO PR ŮŘEZU Z HLEDISKA KONSTRUKCE 4.1 Subtiln ější rozm ěry Dnešní konstrukční systémy bývají často předimenzovány a to z důvodu vkládání stále větších tloušťek izolačních materiálů. Toto předimenzování má dva následky:

Obr. 1 Provedení nosného prvku pro foukané izolace

Značení Význam

1 pásnice i nosníku - lať dřevená - dřevo třídy S13

2 rámové vložky členěného prutu - OSB deska

3 spoj vložky a pásnice - hřebíkový, nebo vrutový

4 paropropustná folie

l výška profilu

h výška OSB vložky

a osová vzdálenost vložek

hl výška průřezu latě

h2 vzdálenost pásnic i profilu

bl šířka průřezu latě

t tloušťka vložky

hs mocnost stěny

89

Zvýšený objem řeziva na celou stavbu - zde je potřeba zdůraznit, že se nejedná pouze o sloupky samotné, které bývají tvořeny fošnami o maximálním než 60/160. Jde také o přídavné laťování a to často v obou směrech, do kterého se zakládá přídavné zateplení. Zatímco u skládaných nosníků odpadá problém dalších přídavných izolací. Tab. 1 porovnává vlastnosti standardního sloupku typu „two by four“ a nosníku složeného průřezu.

Tab. 1 Srovnání klasických prvků a nosníků skládaného průřezu

Nižší pom ěrné p řetvo ření sesycháním - dřevo je na stavbu ve většině případů dopravováno s vysokou vlhkostí a při dosychání na sorpční vlhkost ztrácí objem a deformuje se kroucením po výšce prvku. Přičemž celková deformace je přímo úměrná rozměrům prvku. Proto rozdělení celého nosného průřezu na menší a pravidelné prvky snižuje celkovou deformaci sesycháním. 4.2 Použitím skládaného nosníku je možné p ředejít ur čitým problém ům při statickém návrhu Bezproblémové dodržení doporu čených vzdáleností od okraj ů a konc ů pro spojovací prost ředky oplášt ění - při předpokládaném použití hřebíků pro kotvení opláštění stavby je potřeba dodržení minimálních vzdáleností od okrajů a konců a mezi spojovacími prostředky (viz. 8.3.1.2 [1]). Příkladně - při použití hřebíku 60x2,8mm jsou požadované vzdálenosti tyto:

mmda 148,2.552 ===

mmda t 288,2)90cos510()cos510(,3 =+=+= α

mmda c 288,2.1010,3 ===

Provedení spoje jak při použití sloupku klasického čili fošny tl. 60 mm a spoje při použití nosníku složeného průřezu je uvedeno na Obr. 2. Z obrázku jasně vyplývá, že při použití klasického konstrukčního systému nelze dodržet minimální vzdálenosti spojů, při použití složeného průřezu to lze. Odstran ění problému s nevyhovujícím otla čením kolmo k vlákn ům - pro svislé prvky dřevostaveb, není kritickým namáháním vzpěrný tlak, neboť ten působí po směru vláken. Jako nevyhovující se nejčastěji ukazuje tlak kolmo k vláknům na usazení sloupku na tzv. „prahovku“. Založení systému nosníků složeného průřezu používá prahovky dvě, ty jsou od sebe odděleny. Je tak eliminován tepelný most stejně tak jako otlačení kolmo na vlákna. Sloupkové prvky totiž na prahovku nedosedají, ale jsou k ní z boku kotveny vruty nebo hřebíky viz. Obr. 3.

90

Obr. 2 Provedení spoje dvou OSB desek na svislém prvku dřevostavby

Obr. 3 Založení systému nosníků v místě založení stavby 5. TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ Tepelně technické posouzení a výpočty jsou zpracovány dle ČSN 73 0540 [2]. Tato norma stanovuje požadavky na šíření tepla, vlhkosti a vzduchu konstrukcemi a budovami. Cílem konstrukční stránky tepelně technického návrhu je zajištění celistvého izolačního obalu budovy. Součinitel prostupu tepla U, případně tepelný odpor konstrukce R, se hodnotí ustáleným tepelným tokem prostupujícím celými konstrukcemi včetně vlivu tepelných mostů v nich zabudovaných. Vzájemný vztah součinitele prostupu tepla U [W/m2K] a tepelného odporu R [m2K/W] je dán výrazem:

( )[ ]KmWRRRR

UTsesi

2/11 =

++=

∑ (1)

kde: RT je odpor konstrukce při prostupu tepla [m2K/W] Rse je při přestupu tepla na straně exteriéru [m2K/W] Rsi je při přestupu tepla na straně interiéru [m2K/W] Ve vytápěných nebo klimatizovaných budovách musí v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi < 60% všechny konstrukce splňovat podmínky: U ≤ UN (2) kde: UN je požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla ve [W/(m2K)]

91

S vhodným programem je možné provést i nejpřesnější výpočet součinitele prostupu tepla v místě charakteristického tepelného mostu. Výpočet je vyjádřen lineární tepelnou propustností L2D[W/mK], která se stanovuje řešením pomocí výpočtu dvourozměrného teplotního pole pro charakteristický výsek konstrukce. Přepočtem L2D získáme součinitel prostupu tepla U[W/m2K]. Při tomto výpočtu je velmi důležité především správné zadání geometrie charakteristického výseku a okrajových podmínek (např. tepelné odpory při přestupu tepla na vnitřní straně musí být zadány podle polohy konstrukce Rsi=0,10/0,13/0,17m2K/W). Jakmile je k dispozici vypočtené dvourozměrné teplotní pole v charakteristickém výseku konstrukce, lze její součinitel prostupu tepla vyjádřit postupně ze vztahů:

( )21

2

θθ −Φ=

lL D

b

LU

D2

=

(3),(4)

kde: b je šířka hodnoceného výseku [m] Q je vypočtená hustota tepelného toku [W/m] Oi, Oe jsou návrhové vnitřní a venkovní teploty [°C] L2D je tepelná propustnost výsekem konstrukce [W/(m.K)]

Obr. 4 Zobrazení skladby obvodového pláště včetně zateplovacího systému. Profil 350 mm. Grafický výstup tepelně technického posouzení - teplotní pole

U=0,09 [W/m2K]. Reálný prvek viz.zkušební vzorek.

6. EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ NAVRŽENÉ KONSTRUKCE Na počátku příprav experimentů byly stanoveny dvě základní hypotézy: • Při experimentech bude prokázána funkčnost a aplikovatelnost tepelných izolací

do nové konstrukce dřevostaveb • Bude provedeno měření sednutí foukané izolace. Celkově byly navrženy tři základní prvky pro ověřování: • Segment obvodové konstrukce • Segment rohu stěny • Segment obvodové konstrukce v místě osazení okenního prvku. U všech prvků byl proveden test, zda je možno tyto prvky bezchybně zafoukat tepelnou izolací. Segment obvodové konstrukce byl testován na sednutí foukané izolace, pomocí rázové dynamické zkoušky. Tato zkouška spočívá v zavěšení vyrobené kusu (segmentu obvodové stěny) na ocelovou konstrukci a pomoci volného pádu a dynamických rázů je testováno sednutí tepelné izolace uvnitř segmentu. Sednutí se neprokázalo. Objemová hmotnost dosáhla 74,40 kg/m3. U segmentu rohu stěny bylo ověřování doplněno novým postupem plnění meziprostor v obvodovém plášti. Pro experiment byl sestaven zkušební kus (segment

92

obvodové konstrukce budovy). Zkušební kus má rozměr 1x1,2x1,2 m. Je sestaven z OSB desek tl.15mm a základních nosných prvků nové dřevěné konstrukční soustavy. Objemová hmotnost dosáhla 67,54 kg/m3. Ve zkušebním prvku je osazen průhledný prvek z plexiskla, aby bylo možno sledovat zafoukávání rohu stěny . Pro experiment byl dále vyroben zkušební kus o rozměrech 2x2,6x0,43 m. Ve zkušebním prvku bylo ověřováno zafoukání v atypických částí dřevostaveb, tzn. parapet a nadpraží okenního prvku. Do konstrukce byl opět osazen průhledný prvek z plexiskla v místě osazení okenního prvku, aby bylo možno sledovat zafoukávání. Při měření měl zkušební prvek po zafoukání hmotnost 282 kg. Objemová hmotnost dosáhla 65,8 kg/m3.

Obr. 5 a 6 Ověřování zafoukání prostoru kolem okenního otvoru

V této práci jsme připravili a popsali experimenty, které si kladly za cíl otestovat a zhodnotit vhodnost nového dřevěného nosného konstrukčního prvku pro aplikace foukaných izolací. Shrneme-li přínos experimentů, ten spočíval především v ověření aplikace foukané izolace do konstrukce s otevřenými nosníky opatřenými difúzní folií (perlinkou). Experimentální ověření má obecnější ověřovací platnost přesahující rámec těchto zkušebních vzorků. 7. ZÁVĚR Dle výsledků experimentálních testů a tepelně technických modelů konstrukce je zřejmé, že použití prvků složeného průřezu má z hlediska tepelných i konstrukčních dostatek výhod. Je otázkou jestli tyto výhody budou dostatečnou protiváhou pro zvýšenou pracnost výroby a tedy cenu konstrukčních prvků. Pokud by se konstrukce projevila jako konkureceschopná na trhu, bude žádoucí vytvořit celý nový konstrukční systém založený výhradně na použití těchto prvků. Tento systém musí projít statickým návrhem, který bude obsahovat i výpočet požární odolnosti, návrhy detailů, řešení spojů a styku a vývoj ideálního opláštění takové konstrukce. Na konci by mohl být konstrukční systém vhodný pro sériovou výrobu malých a středních nízkoenergetických a pasivních budov. LITERATURA [1] ČSN 1995 -1-1 Navrhování dřevěných konstrukcí – obecné zásady [2] ČSN 73 0540 – 1-4/2007 – Tepelná ochrana budov, ČNI 2007

93

POSÚDENIE PASÍVNEHO DOMU PODĽA KRITÉRIÍ UDRŽATEĽNEJ VÝSTAVBY

S. Baďurová 1 - M. Vonka 2

Abstrakt This paper evaluates the results of measuring wooden family house, located in Slovak Republic, from the perspective of low energy construction and sustainable development principles. The results of the theoretical evaluation are appraised in accord with the Energy Performance of Buildings Directive 2002/91/EC [2] and EU standards or norms. 1. METODIKA HODNOTENIA Z hľadiska trvalo udržateľnej výstavby sa v súčasnosti venuje zvýšená pozornosť najmä energetickej hospodárnosti budov. Zavedenie systému hodnotenia budov pomocou energetickej certifikácie, má pomôcť dosiahnuť zlepšenie energetickej hospodárnosti. Cieľom je zvýšiť efektivitu výstavby a prevádzky budov, pričom musia byť zabezpečené požadované podmienky a kvalita vnútorného prostredia. Zníženie energetickej náročnosti stavieb sa dá docieliť výstavbou energeticky úsporných, nízkoenergetických a pasívnych stavieb. To, že je budova energeticky hospodárna však ešte neznamená, že je aj environmentálne vhodná. Dôležitým kritériom je použitie ekologických stavebných materiálov, ktoré majú počas celého životného cyklu minimálny negatívny vplyv na životné prostredie. Primárnou úlohou metód environmentálneho hodnotenia budov je poskytnúť komplexné posúdenie charakteristík budovy s použitím daného súboru kritérií a parametrov, ako aj dosiahnuť vyššie environmentálne štandardy. Komplexným posudzovaním budov sa zvyšuje environmentálne povedomie a určuje sa základné smerovanie stavebného priemyslu s cieľom ochrany životného prostredia a dosiahnutia trvalej udržateľnosti. 1.1 SBToolCZ SBToolCZ (www.sbtool.cz; [1]) je česká metodika pre hodnotenie komplexnej kvality budov, kde sa posudzujú vlastnosti budovy a okolia vo väzbe na udržateľný rozvoj. Hodnotí sa tak vplyv budovy na životné prostredie, sociálno - kultúrne aspekty, funkčná a technická kvalita, ekonomika a management a v neposlednej rade aj lokalita, v ktorej je budova postavená. _____________________ 1 Silvia, Baďurová Ing., ŽU v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, silvia.badurova@fstav.uniza.sk 2 Martin, Vonka Ing. PhD., ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, martin.vonka@fsv.cvut.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

94

Ciele metodiky SBToolCZ: • zmiernenie dopadu stavieb na životní prostredie, • podpora vytvorenia dobrého vnútorného prostredia budov, • zhodnotenie budov v rámci aspektov obsiahnutých v oblasti udržateľnej výstavby, • poskytnutie dôveryhodného štítku (certifikátu) o súlade stavby s princípmi trvalo

udržateľnej výstavby, • stimulácia dopytu po udržateľných budovách. V súčasnej dobe sú dostupné dve certifikačné schémy: • SBToolCZ pre hodnotenie stavieb pre bývanie vo fáze návrhu (certifikácia od

08/2010), • SBToolCZ pre hodnotenie administratívnych budov vo fáze návrhu (certifikácia od

06/2011). SBToolCZ je založený na všeobecnej medzinárodnej schéme SBTool (Sustainable Building Tool), ktorú vyvíja organizácia International Initiative for a Sustainable Built Environment (iiSBE - iisbe.org), a ktorá ponúka národným pobočkám rozsiahlu databázu kritérií trvalo udržateľnej výstavby pre lokalizáciu a použitie pre konkrétne podmienky zúčastnených štátov. SBToolCZ je výsledkom dlhodobého výskumu v rámci výskumného centra CIDEAS (Centrum integrovaného navrhování progresivních stavebních konstrukcí) na Fakulte stavebnej ČVUT, a to pracovnou skupinou SUBSTANCE na Katedre konštrukcií pozemných stavieb. Nástroj vznikol v spolupráci s organizáciou iiSBE s podporou Slovenskej spoločnosti pre udržateľnú výstavbu budov (CSBS). Hodnotenie komplexnej kvality budov je založené na multikriteriálnom poňatí, kedy do hodnotenia vstupuje sada kritérií, ktoré zohľadňujú princípy udržateľnej výstavby. Rozsah kritérií, ktoré vstupujú do procesu hodnotenia, sa líšia podľa typu budovy (obytné budovy, administratívne budovy, komerčné objekty, ai) a podľa fázy životného cyklu, ktorý je posudzovaný (fáza projektu, fáza prevádzky budovy, ai). Pre prípad hodnotenia obytných budov vo fáze návrhu obsahuje skupina environmentálnych kritérií celkom 12 kritérií, sociálna skupina má 11 kritérií, ekonomika a manažment má 4 kritériá a lokalita budovy má celkom 6 kritérií - celkovo je teda kritérií 33. Pomocou algoritmu hodnotenia sa stanoví hodnota indikátora u každého kritéria a pomocou kriteriálnych hraníc sa táto hodnota normalizuje na jednotnú stupnicu, čo znamená, že sa hodnota kritéria prevedie na stupnici 0 až +10. Hodnota 10 zodpovedá veľmi vysokej kvalite, 5 bodov korešponduje s kvalitnou výstavbou, 0 vyjadruje stav obvyklý (štandardné) v regióne alebo splnenie legislatívnych požiadaviek (ak sú nadefinované). Normalizované body sa prenásobia váhami a na základe dosiahnutých sčítaných bodov sa budove priradí certifikát kvality, a to nasledovne: budova certifikovaná (zisk 0 - 3,9 bodov), bronzový certifikát kvality (4 - 5,9 - bodov), strieborný certifikát kvality (6 - 7,9 bodov), zlatý certifikát kvality (8 - 10 bodov). 2. RODINNÝ DOM (EPD) V BRODNE (SR) V severnej časti Žilinského okresu sa nachádza novostavba rodinného domu na báze dreva. Objekt je momentálne vo fáze výstavby, s predpokladaným termínom dokončenia v júli 2011.

95

Obr. 1 Južná fasáda RD Brodno 2.1 Základné údaje o stavbe • miesto: Brodno, okres Žilina (315 m.n.m., teplotná oblasť 3, Θe = -15°C) • autori: Ing. arch. Zuzana Kierulfová, Mgr. art. Bjorn Kierulf • úžitková plocha: 171 m2 • predpokladaný počet obyvateľov: 4 • výpočtová merná spotreba tepla: 14,39 kWh/(m2.a) • vzduchotesnosť: n50 = 0,6 1/hod. (predpoklad)

2.2 Popis stavby

Hlavným cieľom investora bolo vytvoriť zdravé vnútorné prostredie na bývanie. Spoločne s architektom kládli veľký dôraz na použitie prírodných materiálov a dosiahnutie nízkych prevádzkových nákladov. Na základe týchto požiadaviek vznikol projekt rodinného domu na báze dreva, koncipovaný ako energeticky pasívny. Tvar budovy je jednoduchý s dvoma nadzemnými podlažiami a plochou strechou. Praktická dispozícia je prispôsobená orientácii budovy na svetové strany. Skladba obalových konštrukcií je popísaná na obr. 2 a). Povrchovú úpravu fasády tvorí omietka, pričom určitá plocha bude obložená dreveným obkladom. Objekt využíva v maximálnej miere pasívne slnečné zisky. Výplne otvorov tvoria drevené okná (Uw=0,79 W/(m2.K)) s trojitým zasklením. Chránené sú vonkajším zatienením, ktoré eliminuje prehrievanie budovy v lete. Časť južnej a západnej fasády je tienená strešnou konštrukciou terasy. Objekt je cez drevený prístrešok na autá prepojený so skladom. Sklad je murovaný z VPC tehál. Vetranie, TUV a vykurovanie je zabezpečené kompaktnou jednotkou, ktorá získava teplo zo soľankového výmenníka (zem - voda). V kúpeľniach sú doplnkové sálavé panely, ovládané časovým spínačom, ktoré je možné prevádzkovať nezávisle od vykurovacieho systému.

96

3. POROVNANIE STAVBY NA BÁZE DREVA A MUROVANEJ STAV BY Podľa údajov z projektovej dokumentácie bol vytvorený alternatívny návrh rodinného domu z tehlového systému. V pôvodnom návrhu sa zamenili zvislé a vodorovné konštrukcie, pričom ostala zachovaná zastavaná plocha objektu, povrchové úpravy a technické riešenie.

Obr. 2 Skladba konštrukcií

a) drevostavba b) tehlový systém 3.1 Tepelno-technické posúdenie Varianty návrhu obalovej konštrukcie rodinného domu boli posúdené v zmysle požiadaviek STN 730540:2002 [3]. Tepelno-technické výpočty ukázali, že všetky

97

posudzované obalové konštrukcie splňujú normové požiadavky z hľadiska ustáleného teplotného stavu.

Tab. 1 Porovnanie vybraných výpočtových veličín

Veličina a značka Drevodom Murovaný dom

Jednotka

Úžitková plocha A 171,19 165,54 m2 Obostavaný objem Vb 706,04 730,42 m3 Merná plocha Ab 225,79 225,79 m2 Faktor tvaru budovy f 0,72 0,71 1/m Merná potreba tepla na vykurovanie E2 40,44 56,99 kWh/m2 Celková vnútorná podlahová plocha Ac 184,77 178,65 m2 Ročná spotreba tepla Q,fuel 2,66 3,21 MWh/a Merná ročná spotreba tepla E 14,39 17,97 kWh/(m2.a)

3.2 Posúdenie pod ľa kritérií pre hodnotenie komplexnej kvality budov

Graf 1 Vybrané hodnotené kritériá v skupine životné prostredie [1] Metodika SBToolCZ hodnotí budovu podľa 4 skupín (tab.2). Najvýraznejšie rozdiely medzi hodnotením budovy na báze dreva a budovy s tehlovým systémom sú v skupine životné prostredie (graf 1).

Tab. 2 Porovnanie výsledných váh podľa SBToolCZ [1]

Skupina a ozna čenie Drevodom Murovaný dom

Jednotka

Životné prostredie E. 3,49 3,02 body Sociálno-kultúrna oblasť S. 1,97 2,04 body Ekonomika a manažment C. 0,85 0,85 body Lokalita L. 7,78 7,78 body Suma 6,3 5,9 body

98

Výsledkom hodnotiacej metodiky SBToolCZ je pridelenie certifikátu budovy, na základe dosiahnutého počtu bodov. Z tab. 2 vyplýva, že pre konkrétne hodnotený návrh by drevostavba získala strieborný a murovaná stavba bronzový certifikát. Z komplexného posúdenia oboch typov stavieb vyplýva, že drevostavba je výhodnejšia z hľadiska trvalo udržateľného rozvoja. 4. ZÁVER Výstavba budov a ich prevádzka patria medzi najväčších spotrebiteľov materiálových a energetických zdrojov, a znečisťovateľov životného prostredia. Reakciou na súčasný stav životného prostredia sú ekologické stavby. Pasívne domy na báze dreva ponúkajú jedno z veľmi zaujímavých riešení, ktoré v sebe spája ekologickú výstavbu, prevádzku, likvidáciu a zároveň vysoký komfort bývania. Uvedené teoretické posúdenia dokazujú, že vhodným výberom stavebných materiálov, architektonických konštrukcií, architektonického prostredia a režimu prevádzky je možné predísť mnohým negatívnym dopadom budovy na prostredie už v štádiu návrhu. Cieľom systémov environmentálneho hodnotenia je návrh, výstavba a prevádzka budov s minimálnym environmentálnym rizikom pre ich užívateľov a s minimálnymi negatívnymi vplyvmi na životné prostredie. Navyše použitie metodiky SBToolCZ umožňuje posúdiť stavbu aj z iných aspektov, ako je environmentálna kvalita stavby. SBToolCZ tak poskytuje pre fázu návrhu budov nástroj, ktorý poukazuje na možnosti, ako danú budovu zlepšiť v sledovaných parametroch. Projektantom sa tak dostáva do rúk nástroj, ktorý im pomáha navrhovať budovu v širších súvislostiach a posudzovať aj vplyvy na okolie stavby. Síce ide o hodnotiacu metodiku, ktorej výstupom je certifikát kvality budovy, ale možno ju použiť aj ako návod, ktorým projektant postupne prechádza a nachádza podnety na zlepšenie kvality navrhovanej budovy, a to všetko v súlade s udržateľnou výstavbou. LITERATÚRA [1] Vonka, M. a kolektiv: Metodika SBToolCZ, Manuál hodnocení bytových staveb ve

fázi návrhu. CIDEAS, 2011, ISBN 978-80-01-04664-7. [2] Smernica č. 2002/91/ES Európskeho parlamentu a Rady zo 16. decembra 2002

o energetickej hospodárnosti budov. [3] STN 73 STN 73 0540 Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a

budov. Tepelná ochrana budov. Bratislava: SÚTN 2002. [4] Ďurica, P. a kolektív: Prevádzkové energetické hodnotenie rodinného domu na

báze dreva. 34. Vedecká konferencia katedier a ústavov konštrukcií pozemných stavieb. 15.-17.9.2010, Malatíny, ISBN 978-80-970171-6-3, str. 89-94.

POĎAKOVANIE Poďakovanie autorov patrí Ing. M. Sýkorovi za poskytnutie projektovej dokumentácie a sprístupnenie stavby.

99

VÝZKUM ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI DŘEVOSTAVEB – VÁZANÁ

VÝZKUM ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI DŘEVOSTAVEB – VÁZANÁ A PROVOZNÍ ENERGETICKÁ NÁRO ČNOST STAVEB

M. Múčka1

Abstrakt Předmětná problematika je vztažena na výzkum energetické náročnosti jak výrobní (vázaná) energie, tak energie provozní (spotřebu tepla na vytápění, TUV a spotřeba energie) a to vše na konkrétní RD, který je stavěn v nízkoenergetickém standardu. Cílem předmětné problematiky a celého výzkumu je poukázat na celkovou spotřebu zabudovaných energií do jednotlivých stavebních materiálů. Tento výzkum je řešen v rámci doktorandského studia a je zpracováván v souladu s metodikou LCA a LCI v rámci celého životního. 1. ÚVOD DO PROBLEMATIKY D ŘEVĚNÝCH STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ Jelikož bylo již napsáno o dřevostavbách spoustu odborných statí, recenzí a vědeckých článků, a to ze všech oblastí stavební problematiky (statické aspekty dřevostavby, hygienické a zdravotní hodnocení dřevostaveb, bezpečnostně-požární hledisko DSK apod.) není účelem předmětného příspěvku se opakovat a uvádět skutečnosti obecně známé, ale chtěl bych závěrem mého doktorandského studia poukázat na výsledky, ke kterým jsem přišel v průběhu výzkumu a sběru informací a navázat na minulou prezentaci a odborný příspěvek z vědecké konference Drevostavby 2009. Samotný předmětný výzkum byl prováděn pouze v oblasti Moravy a to oblasti Brněnska, kde je předmětná stavba postavena. Pro samotný sběr dat a energetických informací nemá na vázanou energii vliv geografická poloha stavby ani klimatické podmínky. Tyto hodnoty velmi výrazně vstupuji do předmětného výzkumu až v případě provozní energetické náročnosti, a to při výpočtu energetické bilance dané stavby a jejich zařazení do energetické kategorie. 2. VÁZANÁ ENERGIE

Vázanou energií je myšlena energetická náročnost, potřebná pro těžbu surovin, výrobu stavebních komodit, přes výrobu stavebních dílců (panelů) až po stavební montáž a celkovou výstavbu rodinného domu. Při předmětném výzkumu a sledování energetické náročnosti bylo přistoupeno ke sledování jednotlivých energetických toků (voda pitná a užitková, plyn, teplo, elektrická energie, olej, nafta, benzín, SKO emise. Z důvodu, že neexistuje v současné době žádný normativní ani legislativní předpis, _____________________ 1 Martin Múčka, Ing., (externí doktorand), Technická univerzita vo Zvolene, T.G.Masaryka 24, 960 53 Zvolen, SK, mucka.m@volny.cz

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

100

který by ukládal povinnost vést evidenci spotřeby jednotlivých energetických toků na jednotlivé výrobní uzle, nelze žádný přesný energetický výstup získat. Obzvlášť obtížné je získat energetickou náročnost transportní a to jednak v rámci vytěžené suroviny a jejich transport do výrobního závodu a jednak dopravu v rámci intertransportního přemísťování surovin a hmot v rámci závodu. Většinou je předmětná doprava zajišťována smluvně u jiných externích přepravců a není nikde evidována přesná evidence pohonných hmot a z toho vyplývající emisní dopady na životní prostředí. Z tohoto důvodu je nutno pohlížet na vyjádření vázané energie jako na určitý nástin metodiky, který by bylo potřeba zvážit při celém hodnocení staveb v celém svém životním cyklu a mělo by být i tímto způsobem pohlíženo na stavby jako celku. Vrátíme-li se zpět k množství vázané energie u prefabrikované dřevostavby, tak je nutno uvést množství a typ jednotlivých energetických toků: - voda pitná a užitková, plyn, el. energie, teplo, olej a PHM, - směsný komunální odpad (SKO). Nejdříve, než budou analyzovány jednotlivé energetické toky jako podklad pro vázanou energii, je zapotřebí uvést vývoj dřevěných stavebních konstrukcí na území ČR v letech 2001 a 2009. V grafu č. 1 je patrno jaký byl vývoj ve stavebnictví na území ČR od roku 2001- 2009.

Graf 1 Grafická závislost jednotlivých stavebních konstrukcí (zdroj ČSÚ) 3. HISTORICKÝ VÝVOJ VE STAVEBNICTVÍ V závěru 19. století a v první třetině 20. století začala na venkově nepálenou hlínu ke zdění nahrazovat pálená cihla. Hlína pak v první polovině 20. Století, a hlavně během druhé světové války a po ní, sloužila jako nouzový a levný stavební materiál nejen ve vesnickém prostředí, ale také při stavbách městských dělnických kolonií. Z období největšího rozšíření nepálené hlíny, coby stavebního materiálu na jižní Moravě, tedy z 19. století, stojí ještě celá řada tradičních staveb, při jejichž výstavbě se používala hlína upravená různými technologiemi. Na základě výše uvedených poznatků a dnešních znalostí v oborech pozemního stavitelství a stavební hmoty je velký globální tlak na snižování energetické náročnosti ve všech výrobních průmyslových odvětví a znečišťovatelů životního prostředí. Z tohoto důvodu se EU rozhodla o dodržení Kjótského protokolu a do roku 2020 snížit celkové emise o 20% v porovnání s rokem 1990 (Úř. Věst. EÚ 18.6.2010), je velký tlak na snižování emisí skleníkových plynů. Z tohoto důvodu jsem se rozhodl o

101

vypracování podrobné studie v rámci mé DP a o určitý nástin analýzy energetické vypracování podrobné studie v rámci mé DP a o určitý nástin analýzy energetické náročnosti u dřevostaveb. Nejdříve je nutno rozdělit vázanou energii na energii: a/ pro výrobu stavebních komodit, b/ pro výrobu a montáž RD. Ad a/: výrobou stavebních komodit je rozuměno EN potřebná pro výrobu stavebních materiálů, které jsou použity ve stavbě tzn. od těžby surovin přes jejich dopravu až do okamžiku, kdy se z jednotlivých st. materiálů začínají vyrábět jednotlivé panely a dílce, výrobně připraveny k montáži RD. Ad b/: Touto vázanou energií je rozuměn energetický stav začínající dopravou materiálu do závodu vyrábějící RD až po okamžik postavení RD a jeho předání uživateli(v případě dodavatelsky). Z tabulky č.1 je patrna spotřeba sledovaných energetických toků na konkrétní rodinný dům a to i přepočteni na m2 užitné plochy.

Tabulka 1 Vyjádření energetické náročnosti výroby jednotlivých stavebních komodit

Graf 2 Energetická náročnost RD

Z tabulky č. 1 a grafu č. 2 je patrno jednak celková energetická náročnost, která je spojena s výrobou stavebních komodit, s výrobou panelů a v neposlední řadě i s montáží předmětné dřevostavby. Taky na uvedeném grafu je jasně zřetelný poměr vázaných energetických toků mezi stavební výrobou a roční provozní energetickou náročností. V grafu č. 3 je patrno energetická náročnost na jednotlivé stavební konstrukce.

Tabulka 2 Porovnání energetické vázané energie dle jednotlivých konstrukcí

konstrukce Voda pitná [m 3]

Voda užitková

[m 3]

Plyn

[GJ]

El. energie

[GJ]

Teplo

[GJ]

Olej

[l]

Nafta

[hl]

Benzín

[l]

SKO

[kg] prefabrikovaná 12 29 72 44 24 8 78 0,4 0,2 Ytong 3,4 22 63 16 32 13 2,5 0,1 233 keramická 3,1 8 143 24 24 6 2,3 0,1 57

MJ Objem produkce

Spot řeba energetických tok ů při výrob ě prefabrikované DSK Typ NOVA LINE 722 A/45°

Voda pitná [m3]

Voda užitková [m3]

Plyn [GJ]

El. energie [GJ]

Teplo [GJ]

Olej [l]

Nafta

[hl]

Benzín

[l]

SKO [kg]

Celkem EN na RD 11,8 29,15 72,03 43,62 24,2 7,83 77,7 40,1 171 Provozní EN na RD 64 - - 21 38 - - 14hl 1 320

102

Graf 3 Grafické vyjádření jednotlivých energetických toků dle použité konstrukce 4. ZÁVĚR Závěrem lze konstatovat následující skutečnost podloženou vlastním výzkumem a informacemi předloženými ČSÚ (viď tabulka č. 3), že v roce 2009 bylo spotřebováno na výrobu a výstavbu stavebních objektů z dřevěné stavební konstrukce následující objem energetických toků.

Tabulka 3 Roční energetická náročnost na výrobu dřevostaveb

LITERATURA [1] ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov část :1 - 4. [2] Štefko, J. – Múčka, M.: Environmentální vlastnosti dřevěných stavebních

konstrukcí In.: Sborník z konference Dřevostavby, Volyně, 2008, s. 213-214 [3] Múčka, M.: Energetická náročnost dřevěných stavebních konstrukcí a kvantifikace

energetických toků. In.: Sborník prednášok Drevostavby, Oščadnica, 2009, s. 139 – 144.

[4] Dunajová, A. – Žabičková, I.: Revitalizace hliněných staveb na přelomu tisíciletí; Nepálená hlína ve vesnickém stavitelství. In.: Michalička, Václav, et. al. Národopisná revue. Strážnice. [s.l.], 2010, s.84, ISSN 0862 – 8351

[5] Směrnice evropského parlamentu a rady 2010/31/EU ze dne 19. května 2010 o energetické náročnosti budov. Tepelná ochrana budov. 2011, 14, č.2, s. 1-55.

[6] Zdroj ČSÚ

p.č. Energetické toky MJ objem 1. Voda pitná m3 23 275 2. Voda užitková m3 57 620 3. Plyn GJ 141 923 4. Elektrická energie GJ 86 289 5. Teplo GJ 47 828 6. Olej l 15 470 7. Nafta m3 15 356 8. benzín m3 79 9. Směsný komunální odpad t 341

103

TERMOSANACE – NOVÁ METODA LIKVIDACE D ŘEVOKAZNÉHO HMYZU A JEJÍ PRAKTICKÉ VYUŽITÍ

P. Šmíra 1 - J. Štěpánek 2

Abstract The thermal sanitation method consists in warming of wooden structures infested with wood borers. When the temperature reaches 55°C , wood borers at all stages are liquidated -- egg, larva, chrysalis, beetle. Proteins, which make up the wood borers, coagulate and in order to meet this condition 100%, the infested wooden components have to be warmed up for at least one hour throughout the whole cross-section of a wooden component. 1. HORKOVZDUŠNÁ SANACE - TERMOSANACE - NOVÁ METODA K OCHRANĚ DŘEVOKAZNÝM HMYZEM NAPADNUTÝCH D ŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ 1.1 Úvod

Metoda termosanace, jak již sám název napovídá, spočívá zjednodušeně v nahřátí dřevěných konstrukcí napadených dřevokazným hmyzem, čímž při splnění přesně daných podmínek dojde k jejich úhynu. Těmito podmínkami je myšleno především dosažení teploty 55 °C, p ři níž dochází k likvidaci dřevokazného hmyzu a to ve všech jeho stádiích – vajíčko, larva, kukla, brouk. Teplota 55 °C je hrani ční teplota pro koagulaci bílkovin, kterými je tvořen dřevokazný hmyz, jako je například tesařík krovový (Hylotrupes bajulus), červotoč proužkovaný (Amonium punctatum), červotoč kostkovaný (Xestobium rufovillosum), hrbohlav hnědý (Lyctus brunneus). Aby byla tato podmínka 100% splněna, musí se napadnuté dřevěné prvky zahřát na požadovanou teplotu minimálně 55°C po dobu minimáln ě jedné hodiny v celém svém konstrukčním průřezu. Této teploty v sanované konstrukci (např. krov, trámové stropy, aj.) se dosahuje regulovaným vháněním horkého vzduchu o teplotě maximálně 120 °C po dobu n ěkolika hodin. Ačkoliv je horkovzdušná sterilizace (termosanace) v České republice naprostou novinkou, v Německu je tato metoda známa a úspěšně využívána již od roku 1930.

1.2 Rozsah použití

Likvidace dřevokazného hmyzu termosanací má smysl pouze při aktivním napadení _____________________ 1 Pavel Šmíra, Ing., Thermo Sanace s.r.o., Chamrádova 475/23, 718 00 Ostrava, 2 Jan Štěpánek, Ing., Thermo Sanace s.r.o., Chamrádova 475/23, 718 00 Ostrava, tel: + 420 596 237251, info@thermosanace.eu

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

104

hmyzem. Důkazem aktivního napadení je nález živých larev č i brouků, akustické zvuky hmyzu, čerstvé piliny nebo výletové otvory se světlými okraji. Pokud tyto projevy chybí, nemusí ještě znamenat, že dřevo není napadeno. Metoda má velký význam především u památkově chráněných dřevěných konstrukcí, krovů či dřevěných stropů, jelikož při ní není žádným destruktivním způsobem zasahováno do sanované konstrukce. Jediným předpokladem metody je skutečnost, že horký vzduch musí působit alespoň na dvě strany ošetřovaného dřeva, čímž je zaručeno dosažení teplot uprostřed profilu zahřívané trámové konstrukce a možnost proudění horkého vzduchu. Metoda je velkým přínosem především po stránce ekonomické, jelikož i při velkém rozsahu napadení a včasném zásahu termosanací se nemusí vyměňovat nebo nahrazovat poškozené prvky za novou konstrukci. Je nutno podotknout, že termosanace v daný moment zaručí 100% úhyn dřevokazného hmyzu, nikoliv však jeho opětovné napadení. Z tohoto důvodu musí být po termosanaci zajištěna ochrana preventivním nátěrem dřeva proti napadení některými z biologických dřevokazných škůdců. Obr. 1 Obr. 2 Zahřívání ze dvou stran, varianta I: Zahřívání ze dvou stran, varianta II: požadované teploty lze dosáhnout při bod měření se nachází na chladné dostatečně dlouhém zahřívání straně v rohu (např.pozednice).

1.3 Technické provedení Technické provedení likvidace dřevokazného hmyzu horkým vzduchem je možno rozdělit do následujících fází: a/ průzkum dřevěné konstrukce napadené dřevokazným hmyzem určené k termosanaci, b/ likvidace dřevokazného hmyzu horkým vzduchem – vlastní termosanace, c/ dodatečné chemické ošetření dřeva.

a/ Průzkum d řevěné konstrukce napadené d řevokazným hmyzem Vlastní termosanaci musí předcházet dostatečné seznámení s objektem a konstrukcí určenou k horkovzdušnému ošetření. Na základě odborného posudku příslušných znalců se provede porovnání a určení rozsahu napadení. Pokud dřevo bylo již dříve chemicky ošetřeno, musí být zaručeno, že účinnost nového chemického prostředku nebude termosanací ovlivněna.

105

Důležitým faktorem je rovněž seznámení s technickými podmínkami daného objektu, jako je jeho dostupnost, rozměrové parametry a materiálová charakteristika okolních konstrukcí.

b/ Likvidace d řevokazného hmyzu horkým vzduchem – vlastní termosan ace Před vlastním započetím vhánění vzduchu do sanovaného prostoru je třeba provést v zájmovém prostoru důkladné odstranění veškerých materiálů a předmětů, které neodolávají vyšším teplotám a odstranění všech nečistot, prachu a úlomků dřeva. Pro zvýšení účinku horkovzdušné metody je nutno utěsnit veškeré netěsnosti (vikýře, okna, aj.) například pomocí přírodní izolace z ovčí vlny. Aby byla prováděná metoda transparentní, je při jejím provádění nutno důsledně kontrolovat aktuální teplotu v prostoru sanované konstrukce i přímo jejich sanovaných prvků. Tento faktor je důležitý jednak jako důkaz, že termosanací došlo k prohřátí konstrukce na požadovanou teplotu, tedy úhynu dřevokazného hmyzu a jednak z hlediska požární ochrany. K tomuto účelu jsou využívány speciálně upravené kapalinové teploměry, které se pomocí destruktivní metody zavedou do středu průřezu (trámu) a utěsní izolací z ovčí vlny, aby nedošlo ke zkreslení výsledků. Modernější a bezpečnější metodou je využití elektronických čidel pro měření teploty (termočidla). Ty mají dokonce menší průměr než klasické kapalinové teploměry a při jejich užití je možno sledovat aktuální hodnoty teploty vybraných prvků z bezpečné vzdálenosti mimo ohřívaný prostor, kde dosahují teploty vzduchu 90 °C až 120 °C.

Obr. 3 Měření pomocí elektrického Obr. 4 Zahřívání ze čtyř stran: teploměru. Ukázka v řezu. poloha bodu měření je totožná s geometrickým středem

Výběr míst pro měření se dokumentuje v tepelně nejnepříznivějších bodech ošetřovaného dřeva. Tyto body nemusí být vždy totožné s geometrickým středem. V závislosti na poloze a počtu zahřívaných vnějších ploch mohou ležet i daleko od tohoto středu (obr. 4 a 5). Dalšími faktory jsou poloha místa v rámci sanovaného prostoru, blízkost otvorů či nižší intenzita proudění vzduchu. Doba zahřívání dřevěných profilů závisí na jejich rozměrech, na počtu ohřívaných stěn a na venkovní teplotě. Dosažené teploty musí být protokolovány, přičemž konečné odečtení by mělo být provedeno za přítomnosti investora. Protokol o měření by měl být potvrzen osobou odpovědnou za termosanaci i investorem. Pokud nelze profil zahřívat ze všech čtyř stran, ale pouze ze dvou nebo ze tří, odpovídají body měření obrázkům 5 až 7.

106

Obr. 5 Zahřívání ze tří stran - bod měření se nachází na chladné straně (např. podlahový trám).

Obr. 6 Zahřívání ze dvou stran - poloha bodu měření je totožná s geometrickým středem. Požadované teploty lze dosáhnout při dostatečně dlouhém zahřívání. Obr. 7 Zahřívání ze dvou stran - poloha bodu není totožná s geometrickým středem. Bod měření se nachází na chladné straně v rohu (např. pozednice).

Počet bodů měření při termosanaci musí odpovídat velikosti prostoru a jeho uspořádání. V prostorech do velikosti 200 m3 je doporučeno stanovit alespoň 6 bodů měření. Pro každých dalších 200 m3 je nutno přidat nejméně 2 body. Kromě toho je třeba umístit nejméně 2 čidla pro měření teploty vzduchu v místech s očekávanou nejvyšší teplotou mimo hlavní proud. Při zahřívání obtížně přístupných míst je třeba instalovat další čidla. Z důvodu požární bezpečnosti v sanovaném prostoru je stanoven teplotní limit 120°C, který nesmí horký vzduch na výstupu p řekročit. Výstupní otvor přívodního potrubí je nutno udržovat v bezpečnostní vzdálenosti od okolních konstrukcí. V případě blízkosti tepelně citlivých stavebních konstrukcí (štukové stropy, omítky, pásy asfaltové lepenky apod.) je nutno teplotu regulovat a vhánět do sanovaného prostoru teplotu jen okolo 80 °C až 90 °C. K tomuto účelu může efektivně pomoci využité termokamery, jíž se sleduje nahřívaný prostor zvenčí. Nezávisle na měření teploty je nutností pravidelných vizuálních kontrol sanované konstrukce i přilehlých prostor zodpovědnou osobou. U obtížně ošetřitelných objektů lze jako dodatečnou kontrolu a ujištění investora o efektivitě metody během termosanace použít vzorky s živými larvami sanovaného hmyzu. Vzorky se umístí do kontrolních bloků, odpovídající velikosti konstrukčních prvků, nebo přímo do původního dřeva. Kontrolu úspěšného usmrcení živých vzorků provádějí nezávislé instituce (viz ČSN EN 370). Na závěr úspěšně provedené horkovzdušné sterilizace musí být celý tento proces ro investora náležitě zdokumentován. Je mu vystaven protokol o vlastní termosanaci, ve kterém jsou popsány jednotlivé teploty a body měření v sanovaném objektu.

107

c/ Dodate čné chemické ošet ření dřeva Jak již bylo v úvodu řečeno, termosanací nelze dosáhnout preventivní ochrany dřeva, proto je třeba provedení preventivní chemické ochrany, například přípravkem bochemit. Pokud je termosanací ošetřováno dřevo starší než 60 let je možno upustit od chemické ochrany, protože s postupujícím stářím dřeva pravděpodobnost napadení klesá. 2. HORKOVZDUŠNÁ SANACE KROVU HORNÍHO KOSTELA VE VE LKÉ LHOTĚ U DAČIC Praktické využití termosanace (horkovzdušné sanace) představíme na případě historického krovu památkově chráněného tolerančního Horního kostela ve Velké Lhotě u Dačic, okr. Jindřichův Hradec, který byl napaden tesaříkem krovovým (Hylotrupes bajulus). 2.1 Zadání Zadáním požadavku Farního sboru ve Velké Lhotě u Dačic bylo provedení horkovzdušné sanace krovu a klenutého bedněného stropu Horního kostela ve Velké Lhotě u Dačic, okr. Jindřichův Hradec. Ten byl dle odborného posudku Ing. Jiřího Bláhy, Ph. D. a Ing. Michala Kloibera, Ph. D., ze dne 15. července 2010, napaden tesaříkem krovovým (Hylotrupes bajulus). Metoda termosanace byla zvolena vzhledem k památkovému charakteru objektu, nulovým mechanickým zásahům do původní dřevěné konstrukce krovu kostela a, v porovnání s ostatními metodami, i k nižším ekonomickým nárokům.

Obr. 8 Celkový pohled na objekt Obr. 9 Interiér lodi kostela Horního kostela ve Velké Lhotě u Dačic 2.2 Seznámení se s objektem a dokumentace Vlastní termosanaci předcházela detailní prohlídka objektu kostela a jeho okolí zaměřená na vizuální stanovení rozsahu poškození dřevěných konstrukcí dřevokazným hmyzem a určení místopisných možností přístupu termosanační techniky, na jejichž základě byl zvolen postup prací pro daný objekt. Průzkumem zájmové konstrukce krovu kostela byla zjištěna vysoká míra napadení dřevěných konstrukcí krovu dřevokazným hmyzem z čeledi Cerambycidae, druhu Hylotrupes

108

bajulus (tesaříkem krovovým). Napadnuté byly především konstrukce ve druhé polovině přední části krovu a ve střední části zadní poloviny kostela, zvláště kleštiny, vzpěry a částečně i středové sloupy. V menší míře pak lokálně krokve a nosné části konstrukce bedněné klenby včetně bednění. Jako nenapadnuté se jevila většina krokví a pozednic.

Obr. 10 Ukázka míry poškození dřevených konstrukcí krovu se zřetelnou ukázkou požerků a výletových otvorů tesaříka krovového (Hylotrupes bajulus)

Obr. 11 Vizuální stanovení rozsahu napadení krovu tesaříkem krovovým

Obr. 12 Dřevěná trámová konstrukce krovu a bednění klenby kostela

109

2.3 Termosanace Příprava Před spuštěním vhánění horkého vzduchu musel být krov kostela důkladně vyčištěn a vysát od všech nečistot (sláma, prach, zbytky asfaltové lepenky, eternitových tašek, zbytků dřeva,…) z důvodu zamezení možnosti vznícení nečistot a zamezení víření nečistot proudem horkého vzduchu. Rovněž byla pořízena pasportizace stávajících trhlin v omítaném podhledu bedněné klenby. Pro tento případ byla později klenba sledována termokamerou a prostor krovu vyhříván nižší teplotou (cca 80°C – 100°C). Navezení a instalace horkovzdušných p řístroj ů a potrubí Pro tento případ napadeného krovu o objemu cca 1500 m3 bylo zvoleno užití dvou horkovzdušných strojů (Nolting 11 s výkonem horkého vzduchu 7 500 m3 /h a Heimer HLF 390 o výkonu 22 500 m3 /h), které byly instalovány při západní straně lodi kostela.

Obr. 13 Pohled z věže kostela na prostup horkovzdušného potrubí střechou kostela

a jeho následné rozvedení v interiéru krovu.

Následovalo rozmístění horkovzdušného potrubí a utěsnění velkých otvorů v krovu proti úniku horkého vzduchu (světlíky, výstup do interiéru věže,…). Souběžně s rozmístěním potrubí probíhala instalace elektronických teplotních čidel (termočlánků) na místa s předpokladem nejrychlejšího a nejpomalejšího ohřevu. Jako kontrolní metody k moderní elektronické metodě bylo užito i 6 ks klasických kapalinových teploměrů. 2.4 Vlastní horkovzdušná sanace krovu

Samotná horkovzdušná sanace krovu napadeného druhem Hylotrupes bajulus započala 17.9.2010 v 7:30 spuštěním obou přístrojů a elektronického on-line měření teplot s automatickým záznamem dat z termočlánků. Na počátku měření (8:00) byla změřena teplota interiéru kostela 12,9 °C, na konci m ěření v 0:30 (18.9.2010) 18,3 °C. To znamená, že b ěhem 17 h ohřívání krovu se teplota v interiéru lodi zvýšila o více než 5°C. Z údajů uvedených v tabulce zřetelně vyplývá, že nejrychleji se dle očekávání prohřívaly konstrukce nejvíce vystavené proudění horkému vzduchu, tj, svislé sloupky, kleštiny. Pomaleji pak dřevěné konstrukce pozednic. V jejich případě nastal rychlý vývoj v prohřívání až po 12 hodinách. Na pomalé prohřívání pozednicových trámů měl velký vliv především chlad a vlhkost navazující koruny obvodového zdiva

110

Obr. 14 Schéma rozmístění horkovzdušného potrubí a jednotlivých měřících sond (kapalinové teploměry a elektronické termočlánky)

Umístění jednotlivých kapalinových a elektronických teplotních čidel (termočlánků): zeleně - kapalinové teploměry umístěné v trámových konstrukcích, mod ře - el. termočlánky měřící aktuální teplotu vzduchu v krovu, žlutě - el. termočlánky měřící aktuální teplotu v bednění klenby (v hloubce max. 1,5 cm), hnědě - el. termočlánky měřící aktuální teplotu v daných trámových konstrukcích krovu kostela (v hloubce dle průměru daného trámu, od 5 cm do 13 cm), I. – VI.- kapalinové teploměry umístěné v dřevěných konstrukcích krovu, 10, 22, 27- elektronické termočlánky měřící teplotu vzduchu uvnitř krovu kostela, 12, 18, 25 - elektronické termočlánky měřící teplotu bednění klenby uvnitř krovu (v hloubce 15 mm), 11, 13, 16, 17, 20, 21, 23, 24, 28, 29 - elektronické termočlánky měřící teplotu uvnitř vybrané dřevěné konstrukce.

Obr. 15 Ukázka umístění elektronického termočlánku a klasického kapalinového

teploměru

kostela. Toto se projevuje i vlhnutím (hnilobou) spodních částí pozednicových trámů. Na základě údajů z výše uvedené tabulky je možno prohlásit, že 8 z celkových 10 termočidel, umístěných uvnitř dřevěných konstrukcí, dosáhlo po dobu minimálně 1h teplotu uvnitř dřeva rovnu nebo vyšší hodnotě 55 °C a tím je možno považovat provedenou termosanaci za úsp ěšně spln ěnou.

111

Jako příklad extrémně nepříznivých podmínek pro termosanaci byla vybrána zkušebně dvě místa v rámci krovu: 1) termočidlo č. 13, umístěné kleštině, procházející kamennou zdí věže, která dřevo obklopuje ze tří stran, 2) termočidlo č. 16, umístěné v pozednici, která je ovlivňována vlhkostí a chladem obvodové zdi, na níž je dřevo položeno, a posílené tzv. tepelným stínem (místo za horkovzdušným potrubím). V obou případech nedovolily uvedené okolnosti prohřát dřevěnou konstrukci v plném průřezu na požadovanou teplotu aniž by reálně nehrozilo riziko přehřátí blízkých dřevěných prvků. Výše uvedené dva případy dřeva byly nenapadnuté dřevokazným hmyzem, neboť ten nevyhledává permanentně chladná a navlhlá místa.

Tab. 1 Tabulka hodnot naměřených teplot uvnitř krovu pomocí elektronických termočidel ve °C

Tab. 2 Tabulka hodnot naměřených teplot uvnitř dřeva pomocí kapalinových teploměrů ve °C

Z grafu vývoje teploty uvnitř bednění klenby kostela, která musela být speciálně pro tento typ stavby sledována, vyplývá rozdíl v přehřívání vrcholu klenby (čidlo 18), kde je teplota vyšší z důvodu stoupání horkého vzduchu do horních částí krovu a nepůsobení negativních okolních vlivů obvodových zdí, a teplotami termočidel umístěných ve spodních částech klenby. Zde je teplota výrazně ovlivněna, jak

112

blízkostí chladných obvodových zdí kostela, tak zhoršenou možností cirkulace horkého vzduchu. Na základě informací z čidla č. 18 o aktuální zvýšené teplotě vrcholu klenby uvnitř krovu bylo v 19:00 rozhodnuto o zakrytí hřebene klenby ve třech polích izolací z 2,5 m širokého pásu ovčí vlny. Ta snížila teplotu vrcholu klenby uvnitř krovu kostela z takřka 56 °C na 39 – 41 °C, a zamezila tak p řípadnému poškození (přehřátí) vrcholu bedněné klenby (opadávání omítky apod.). Tento údaj byl potvrzen i termokamerou.

Graf 1 Graf vývoje měřené teploty ve °C uvnit ř bednění klenby stropu kostela

v hloubce cca 15 mm v závislosti na čase. Termokamera Jako doplňující metody měření tepla, teplotních změn a anomálií vnějšího okolí sanovaného prostoru bylo využito měření pomocí infračervené termografie, veřejnosti známé jako měření termokamerou. Pro měření byla použita termokamera typu FLIR B425. Tou se sledovalo především teplené zatížení bedněného klenutí interiéru kostela z hlavní lodi a jeho reakce na zahřívání.

Obr. 16 Obr. 17 Termokamera FLIR B425 na stativu Detail termokamery při sledování teploty klenby

Obr. 18 Ukázka využití sledování teploty pomocí termokamery. Snímek kombinuje klasický obraz s obrazem z termokamery, který zachycuje prohřívání dřevěných konstrukcí po zahájení vhánění horkého vzduchu. Nejrychleji se nahřívají hrany trámů (světlá, žlutá barva), pomaleji pak tvrdší dřevěné anomálie, např. suky (tmavě modrá, fialová).

Obr. 19

Termosnímek hřebene bedněného klenutí kostela kolem 21:00 s viditelným pásem izolace z ovčí vlny, položeném v interiéru krovu na jejím prohřátém vrcholu. Nejprohřátější místa bednění mají teplotu až 43,4 °C, naopak vrchol klenby zaizolovaný vlnou pouze 29,9 °C, což představuje rozdíl v teplotě o takřka 13,5 °C.

Obr. 20 Ukázka využití sledování teploty pomocí termokamery. Snímek kombinuje fotografii střechy lodi kostela z kostelní věže a snímku termokamery. Z toho je dobře vidět rozehřáté horkovzdušné potrubí, které prostupuje světlíkem do krovu, a největší úniky tepla střechy především v místě hřebenu a světlíků.

Obr. 21 Kombinace termovizního snímku s klasickou fotografií. Na obou snímku je velmi dobře patrné postupné prohřívání krovu od hřebene klenby po její napojení na obvodové zdi kostela - bílá až žlutá barva tenkých desek bednění, červená nosné konstrukce klenutí, fialová až namodralá barva chladných stěn kostela, tmavě modrá barva prochladlých oken.

114

2.5 Závěrečné práce a prevence chemickým ošet řením Po úspěšně provedené termosanaci a vypnutí horkovzdušných agregátů provedli pracovníci zhotovitele demontáž horkovzdušného potrubí a termočlánků. Z důvodu prevence ošetřeného krovu před opětovným napadením dřevokazným hmyzem byl proveden dvojnásobný nátěr dřevěných konstrukcí krovu včetně dřevěného bednění klenby kostela chemickým přípravkem Bochemit Plus – fungicidní a insekticidní přípravkem na ochranu dřeva proti biologickým škůdcům. Plně zality a vyplněny neředěným přípravkem Bochemit byly rovněž prázdné dutiny po vytáhnutých elektronických termočláncích a kapalinových teploměrech. 3. ZÁVĚR A SHRNUTÍ

Na závěr lze oprávněně konstatovat, že metoda horkovzdušné sanace krovů napadených dřevokazným hmyzem představuje efektivní a rychlou nedestruktivní metodu, která při dodržení přesně stanovených pracovních postupů a podmínek dokáže zaručit jistotu úhynu likvidovaného dřevokazného škůdce. Článek podrobně po jednotlivých krocích představil pracovní postup úspěšné termosanace na reálném případu historicky cenného objektu Horního kostela ve Velké Lhotě u Dačic. Z uvedených naměřených výsledků je zřejmé, že horkovzdušnou metodou bylo dosaženo teplot, při níž je deklarován úhyn všech druhů dřevokazného hmyzu ve všech jeho stádiích. LITERATURA [1] Směrnice 1-1,87 WTA vypracoval Dr. G. Grosser Mnichov, A. Weisbrodt

Borgholzhausen [2] DIN 68 800 část 4 – listopad 1992 Ochrana dřeva [3] Směrnice 1-1 z 06 2008/D Horkovzdušná metoda likvidace živočišných škůdců dřeva v konstrukcích [4] [ČSN EN 370]

115

WINDOW WOODWORK FROM THE TURN OF 19TH CENTURY THAT HAS BEEN PRESERVED ON THE NORTH-EASTERN

TERRITORY OF POLAND

E. BoŜejewicz 1 - E. DoleŜyńska - Sewerniak 2

Abstract This work is devoted to the historic window woodwork from the turn of 19th century that has been preserved on the north-eastern territory of Poland. It includes the outcomes of visual analysis of the investigated window woodwork in terms of design, structural and aesthetic solutions as the division of window frames, sashes and applied decorative detail which are characteristic for the art movements of that time. The article discusses also the results of analyses of the stratigraphy of subsequent protective coatings, which allowed to determine the original colours of the historic window woodwork. The text contains the topics concerning the protection of historic window woodwork and carried out conservation works . 1. INTRODUCTION Window is an important element in a building’s design and also an integral part of the architecture. Its main role (functional role) is to allow the passage of day light and, air and sound, but not only. It also plays an ornamental role – complementing the architectural compositions, the façades, and sometimes also the interiors of architectural monuments [1]. The group of historic window-woodworks that is best preserved in Poland, are windows from the second half of the nineteenth century and the first half of the twentieth century. Despite their great number, they are - in the era when single-frame windows are preferred due to the wrongly understood tendency to seal the windows openings in order to reduce the heat loss inside the property – being irreversibly lost. In that situation they are extremely vulnerable to the irreparable damage, caused by disassembly and removal, without any form of keeping the track of the evidence and the technical documentation. For the above reasons, the results of visual and stratigraphic analysis of historic window-woodwork from the late nineteenth and early twentieth century, which was retained in the tenements, villas and public buildings on the territory of north-eastern Poland have been presented. ___________________ 1 Ewa BoŜejewicz, magister konserwatorstwa zabytków, doktorantka w Zakładzie Konserwatorstwa, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, ul. Sienkiewicza 30/32, 87-100 Toruń, e-mail: ewaboz@doktorant.umk.pl 2 Ewa DoleŜyńska–Sewerniak, doktor nauk o sztuce, konserwator dzieł sztuki, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, ul. Przemysłowa 34, 85-758 Bydgoszcz, e-mail: ewokado@poczta.onet.pl

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

116

2. CONSTRUCTION Among the analysed historic window-woodworks, one that ought to be distinguish in particular are the double windows – of a casement, single-loom construction , which were commonly used in Poland from the second half of the 19th century (after 1870). This type of windows are mainly characterized by wooden window frames composed of a loom a window jamb fitted from the inside and sashes – faying or swing in. Sometimes they also posses a hopper above the transom bar which is hinged at the bottom and opens in or out from the top, in rare cases steady or semi-steady (Fig. 1A). They were usually placed in the window openings behind the window reveal. However it is not uncommon to see the above mentioned construction fitted in the window opening without the window reveal. In such case, the external frames used to be protected with wooden slats that shielded the joint between the frame and the wall (Fig. 1B). Beside the single-loom casement window woodworks, in the same objects one can find windows of a loom construction, used to close the window openings mainly in corridors, staircases or verandas. Loom windows have been already known in Poland in the late fifteenth century, and widely used until the end of the nineteenth century. They are characterized by the window frames in form of a wooden loom, located behind the window-jamb and faying sashes which swing into the interior, semi-steady or steady (Fig. 1C). The last group of preserved window woodworks, the least popular at that time, consists mainly of the jamb windows, usually preserved in the wooden buildings and small dwelling houses. They are characterized by a wooden window frame with the jamb in the form of the single sash that swings to the outside or inside, or double-sashes that swing to the outside and inside. The first solution had been known in Poland since the Middle Ages and used to be in common use until the eighteenth century, while the other came into use only in the first half of the nineteenth century, when various forms of doubling the woodwork begun to be investigated (Fig. 1D). 3. DIVISIONS OF THE WINDOW FRAME AND WINDOW SASHES

Most of the historic window openings used to have dimensions large enough so that the window frame had to be divided into smaller areas which was directly related with the lack of possibility to manufacture large panes of glass [1]. The basic divisions of the window woodwork was achieved by using a vertical bar, called “mullion” or a horizontal one, called “transom” In most cases the division of woodwork was achieved by both elements (a mullion and a transom) making the so called right window cross which allowed the introduction of several smaller window sashes. In the case of analysed woodwork the basic division was made first of all by the application of either right or apparent window cross with a distinct transitive transom bar and adjacent mullion or sash stops. More common was the second solution, use at first in palace windows already in seventeenth century and later on in the middle-class architecture in the mid-nineteenth century. Additional divisions (with muntins or sash bars), were introduced in sashes, usually external ones (Fig. 2). In the analysed window woodworks from the turn of 19th all the applied divisions have been used with roughly the same popularity. Beside the division with just the right or apparent window cross one can find woodwork with sashes divided in the lower transom with one or two single horizontal sash bars, sashes divided in the upper

117

Fig

. 1 W

indo

w w

oodw

orks

’ typ

es fr

om th

e tu

rn o

f 19th

ransom with the cross sash bars or even single vertical sash bars. The use of each type of distribution was strictly dependant on the art movement and the period when the building was constructed or, the facade decoration created. That is why all the tenements and public buildings with the historicizing form and detail do posses window openings that are either straight (standard rectangular shape) or closed from above with a lancet or segmental arch. When it comes to the woodwork type – they were divided either with a window cross or sashes in the lower transom by one or several single horizontal sash bars. However, all the buildings raised around 1906 in Art Nouveau style do have various types of window opening shapes e.g. rectangular, oval, circular, etc. Window woodwork from this period is characterised by the basic

118

division obtained using the apparent window cross. The additional sash division used to be also introduced in the upper transom with vertical sash bars (either single or cross sash bars) that separate the sash into four or more smaller areas, that was characteristic of the geometrical Art Noveau style. Additionally, some windows from this period have the sashes that are divided in the lower transom with one or several horizontal sash bars (Fig. 1E,F). Generally there is one thing that all the windows in a form of curvilinear Art Noveau have in common – the sash division (either in the upper or lower part of a transom) with the horizontal, vertical or curvilinear sash bars (Fig. 1F). What is also worth paying attention, are the well preserved Art Noveau corridor‘s, staircase‘s and veranda’s windows, which very often are single-casement and one-level ones with sashes divided into smaller areas of different size and form by the horizontal, vertical or curvilinear sash bars (Fig. 1F).

Fig 2 Overview of window crosses

4. CARVED DETAIL In addition to the aesthetic effect of sash divisions, the preserved wooden windows were often richly decorated. One can find such windows mainly in the representative facades. In the facade windows opening to the courtyard, for economic reasons, mostly simple windows were assembled. By using decorative transom bars, mullions or sash stops forming a window-cross, representative window woodwork gained its individual and unique character, that suited various composition forms of the facade: neo-gothic, renaissance, art nouveau. There is plenty of windows with a unique detail, created by the designer of a given tenement or public building. Some of them even reached the power to be set as examples in pattern-books and manuals used by other carpenters at that time. Also it is important to mention the woodworks with the historicizing forms with richly moulded transom bars, denticulated, abounding in drops, mullions and sash stops in form of columns with zinc capitals or in form of pilasters with the ornamental caps and bases (Fig. 3). The second group includes Art Noveau woodworks. The profiles of both transoms and apparent mullions are small and usually in form of a slat, grooved or relief carved. The latter use very popular for Art Noveau floral motifs (Fig. 4).

119

In addition to the discussed windows this period also abounds in woodworks with window-cross in which transom and mullion are in the form of a bead of the same profile with the so called cube in their intersection.

Fig 3 Overview of the historicizing window woodwork

Fig 4 Overview of the Art Nouveau window woodwork

5. COLOURS OF THE WINDOW WOODWORKS

Window woodwork from the turn of 19th in the northern-east Poland was finished in bright colours. The coating was usually done in the following colours: green, brown, rey, ecru, beige, blue, purplge, yellow, grey-green and white. These colours appeared in different shades. Light shades were more often identified on the inner side of the windows. Paints were applied place directly on the wood: less frequently on linseed-oil varnish. The majority of windows were identified as grey. Various shades of brown were also popular as a colour finish of woodwork. Often identified colour was also ecru, more frequently applied on the inner side of the window. White occurs nearly as often, especially on the inner side. Other often introduced colours included: bright green or beige, less frequently used were blue, yellow and bright shades of violet. Colours applied on the outer and inner sides of the windows vary significantly in many cases. Occasionally the colour is the same. Windows that were painted ecru or

120

beige from the outside, from the inside were green. Windows finished in brown on their outer side were painted grey from the inside. Outer, ecru wings, were also finished in grey. Windows covered with blue paint on the outside, from the inside were painted white. The inside sash boxes of brown windows were also painted white. Dark brown windows from the inside were finished with a light brown.

6. FITTINGS, GLAZING As an every average window woodwork, also the one discussed in this article had metal fittings, which have been preserved in the surprisingly well state, almost as if in its original form. The most commonly used fittings were as follows: 1. Connecting fittings - which appear in the form of hooks and hinges attached to

window frames, self closing hinges, lift-off hinges which often helped to attach casement and loom window sashes, shutters and also different quoins used in all the types of construction (the only difference was in size or decoratively cut edge)

2. Closing fittings - which included the commonly used cremone bolt, occasionally the outside bolt type, which had special single-wing turn buttons and could occur separately. There were also single examples of closing fittings that include the closure in the form of an external turn buttons single or double-wing with small disks or without them so called “lockers” design to leave the sashes in the upper transom ajar.

3. Holding fittings - which appear in a form of simple or ornamental handles symmetrical or asymmetrical, and sometimes knobs or cranks.

Most of the analysed window woodwork was glazed with both large and small transparent glass panes. One may find colourful and ornamented glass that fills the corridor’s, staircase’s or veranda’s window openings, especially in Art Nouveau woodworks. 7. CONCLUSION Historic window woodwork from the late nineteenth and early twentieth century, preserved in the north-eastern Poland is characterized by great diversity of design solutions, as well as by the richness of decorative forms and applied colours. It constitutes a coherent and an integral element of architectural composition, having simultaneously utility, historic and artistic value. Often it is the only one, apart from the walls, preserved source telling us about the history of its transformation and renewal. It is not only a valuable source of information from which one can get to know more about the old techniques of woodwork, but also does it treat about glazing and metalwork. That is why, window woodworks, as a valuable element of heritage, ought to be subject to specially careful conservators’ protection. LITERATURE [1] Tajchman Jan, Stolarka okienna w Polsce. Rozwój i problematyka konserwatorska. Warszawa 1990 [2] Tajchman Jan, Stolarka okienna. Słownik terminologiczny architektury. Warszawa 1993

121

ELECTROACOUSTIC SIGNALS AS THE DETECTION METHOD OF WOOD BORING INSECTS IN CONSTRICTIONS

A. Krajewski - P. Witomski - A. Wójcik - M. Nowakow ska1 P. Bobi ński - Z.Kulka 2

Abstract The paper presents the research on registration of electroacoustic signals as the method of detection wood destroying insects. The tests were conducted on old house longhorn beetle (Hylotrupes bajulus L.) and common furniture beetle (Anobium punctatum De Geer) in a coniferous wood. It has been proved that the use of electroacoustic method for the detection of insects in the wooden construction have the great potential. The advantages and the disadvantages of the method and its application in Poland were discussed. 1. INTRODUCTION

Acoustic wave (sound) is recognised since Newton as the pattern of disturbance of a medium, which corresponds to the specific pressure changes over time. In simple terms, it can be recorded as changes in electric current voltage, as this take place in microphones. While boring wood, insects produce noises of various frequencies, but only a part of them fall within the range from 20 Hz to 20 kHz, which is audible range of humans. Furthermore, insects do not make sounds “on demand” a listening watcher. Here comes the idea of the instrumental recording of acoustic effects over prolonged time. The largest number of papers devoted to the recording of insects acoustic effects are connected to wood-destroying termites occurring. Investigations on the detection of termites using acoustics had already been conducted over 70 years ago. More recently, LeMaster et al. [7] conducted such studies in laboratory conditions, Fujii et al. [5] in constructions and Mankin et al. [8] in trees. A method of detection and recording of termites’ moves in their galleries was described. Using a special device, called Geophone, which converts movements (displacement) of the substrate into the voltage, the possibility of detecting the presence of ground termites in the soil was studied as well [9]. Kermer et al. [6] and Plinke [10] conducted acoustic recording tests in Germany

1 prof.dr hab. Adam Krajewski, adam_krajewski@sggw.pl, dr hab. Piotr Witomski, piotr_witomski@sggw.pl, mgr inŜ. Aleksandra Wójcik, aleksandra_wojcik@sggw.pl, dr inŜ. Magdalena Nowakowska, magdalena_nowakowska@poczta.fm, Warsaw University of Life Sciences, Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa, 2 dr inŜ. Piotr Bobiński, pbo@ire.pw.edu.pl, dr hab. Zbigniew Kulka prof. nadzw, kulka@ire.pw.edu.pl Warsaw University of Technology, Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa,

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

122

using old house borer larvae. Esser et al. [3] found from the experiments that audio signals produced by old house borer include frequencies of about 10 kHz, while common furniture beetle (Anobium punctatum) - about 20 kHz. In Poland, attempts to detect old house borer larvae in wood have been being taken for several years [1, 2]. In the United States research was also carried out on the detection of other species of the family Cerambycidae, Anoplophora glabripennis, which is subject of quarantine regulations in Europe and the USA [4]. The Acoustic Emission Consulting company, operating in the United States, California, offers a portable device called AED-2000L, enabling detect e.g. termites and beetles and larvae of other insects - including dangerous pest mentioned above. 2. RESEARCH DIRECTIONS FOR ELECTROACOUSTIC DETECTIO N METHOD OF WOOD BORING INSECTS IN POLAND In Poland, the Department of Wood Protection, Warsaw Agricultural University, among the others in collaboration with the Department of Electroacoustics of Warsaw University of Technology have been conducting research for several years, investigating the applicability of instrumental methods for detection of xylophagous insects in wood and their effectiveness in extra-laboratory practice. The investigations are being made in accordance with the rule “from general to details” under the research projects funded by the Ministry of Science and Higher Education. The questions relating to the realisation of the research projects on the effectiveness and the applicability of electro-acoustic method of xylophagous insects detecting in wood have been arranged chronologically as follows: • Design and construction of the experimental, still improved electro-acoustic

equipment; • Initial testing of electro-acoustic recording of easy-detectable old house borer

larvae; • Attempts to qualitative and quantitative (presence / number of larvae) estimation

of old house borer activity; • The applicability assessment of the device in field conditions due to construction

and environmental factors (distance between the sensor and the feeding place of insects at different directions of wood fibres, wood moisture, wood species, etc.);

• The applicability assessment of the device in field conditions due to factors arising from the biology of insects (the size of the species, the effect of temperature on the insects behaviour, their periods of activity and rest, specific behaviour of individuals, etc.);

• The estimation of possibility of device applying in construction practice; • Development the appropriate procedures for device applicability in construction

practice; • Cost reduction of the equipment to enable commercialisation of the method. The use of electro-acoustic method for assessing the feeding grounds and activity of xylophagous insects cannot eliminate the human operators completely because of the ability to choose the suitable places of the sensor setting, the skill of proper recording of electro-acoustic signals in wood, and the most importantly – the ability to the recording interpret (like in the case of interpretation of aerial photos for instance). In the research, we have successfully recorded the electro-acoustic activity of individual and numerous larvae of old house borer (Hylotrupes bajulus) in pinewood (Pinus sylvestris) of relative humidity within the range from about 10% to about 60%, while the sensor was placed near or farther from the feeding ground (from direct

123

contact to the distance of 2 m). The time of recording was shortened (from 24 h to 20 min.) while a successful interpretation of the results was still achieved. Some restrictions of the effectiveness and thus applicability of the method were observed with connection temperature, which influences the biology of cold-blooded insects. In the case of grown larvae of old house borer, significant drop in activity in the wood was found below the temperature of 22°C, w hile inhibition in most cases occurred at the temperature between +5°C and –4°C. Other biological factors for this species indicate although good suitability of electro-acoustic devices under favourable thermal conditions, as larvae noise generating when feeding lasts not only round the clock without major breaks, but even for many days in a row. Currently, our experiments are focused on common furniture beetle, and are conducted in laboratory and field. In contrast to the laboratory investigations on easy-detectable larvae of old house borer, the work is much more difficult. Recordings of electro-acoustic signals produced by xylophagous insects were so far conducted in the four institutions: the collection and museum of the Kórnik Library of the Polish Academy of Sciences, collections of folk art of Wojciech Siemion at the manor-house in Petrykozy, buildings and the collection of the Museum of the Mazovian Countryside in Sierpc, and the Malbork Castle Museum. Experiments are currently underway to define the temperature range in which the presence of this species can be detected from instrumental recording of electro-acoustic signals.

Fig. 1 Attempts to recording Fig. 2 Recording of the electro-acoustic electro-acoustic activity of wood signals produced by the larvae of common boring larvae in items deposited furniture beetle in the museum storehouse 3. CONCLUSIONS The results of our experiments allow assessing that the electro-acoustic detection method of domestic species of xylophagous insects in wooden objects raises hope for use it in construction practice. • One of favourable circumstances consists in a long feeding time, without major

breaks, of old house borer, the most dangerous insect in constructions, and the possibility of their electro-acoustic recording in wood at different moisture content.

• It should be taken into consideration, however, the possibility of fading of electro-

124

Fig. 3 Common furniture beetle, Anobium punctatum (De Geer)

and their larvae

acoustic activity of various species larvae, resulting from the reduced metabolism rate at the temperature drop from the optimum for the species, and the winter diapause. This applies to building structures exposed to the impact of changing weather conditions during the year. • This method is still in the improvement and the fundamental aspect from the

viewpoint of its widespread use is the necessity of manufacturing costs reduction of electro-acoustic devices.

REFERENCES [1] Bobiński P., Krajewski A., Witomski P.: Acoustic properties of xylophagic insects

activity. Annals of Warsaw University 58/2006: s. 66 - 69 [2] Bobiński P.: Elektroakustyczne metody detekcji Ŝerujących w drewnie larw

owadów. Pomiary – Akustyka – Kontrola 9/2007, s. 361 – 363 [3] Esser P, Van Stalduinen P., Tas A.: The Woodcare project: Development of

detection mathods for Death watch beetle and fungal decay, prepared fpr the 30th Annual Meeting, Rasenheim, Germany, 06 – 11 June 1999

[4] Fleming M.R., Bherdwaj M.C., Jankowiak J.J., Shield J.E., Roy R., Agrawal D.K., Bauer LS., Miller D.L., Hoover K.: Noncontact ultrasound detection of exotic insects in wood packing materials. Forest Product Journal, 6/55/2005, s. 33 – 37

[5] Fuji Y, Yanese Y., Yishimura T., Imamura Y., Okumura S., Kozaki M.: Detection of acoustic emission (AE) geberated by termite attack in wooden house, prepared for 30th Annual Meeting Rosenheim, Germany, 06 – 11 June 1999

[6] Kerner G., Thiele H., Unger W.: Gesiherte und Zerstörung freie Ortung der Larven holzerstönden Insekten im Holz, Holztechnologie 3/1980, s. 131 – 137

[7] Lemaster R.L., Beall F.C., Levis V.R.: Detection of termites with acoustic emission. Forest Product Journal, 2/47/1997, s. 75 – 79

[8] Mankin R.W., Osbrink W.L., Oi F.M., Anderson J.B.: Acoustic detection of termite infestations in urban trees. Journal of Economic Entomology, 5/95/2002

[9] Mankin R.W., Benshemesh J.: Geophone detection of subterranean termite and ant activity, Journal of Economic Entomology, 1/99/2006, s. 244 – 250

[10] Plinke B.: Akustische Erkennung von Insektenbefall in Fachwerk. Holz als Roh- und Werkstoff 10/1991, s. 4.

Scientific research financed from funds for science in the years 2008 - 2011 as a research project N N309 297834

125

THE STUDIES ON THE KING-POST RAFTER-FRAMES IN SACRAL ARCHITECTURE OF CULMLAND (ZIEMIA CHEŁMI ŃSKA)

E. BoŜejewicz 1

Abstract The text presents the results of research on the king-post roof-structures from the period between the 14th and 18th centuries in the sacral architecture of Culmland (Ziemia Chełmińska). Constructional solutions of the analysed king-post rafter-frames as well as the adopted carpentry joints and carpentry assembly marks i. 1. INTRODUCTION Culmland (Ziemia Chełmińska) is located in the middle-north of central Poland and its borders have been historically and geographically closed. The region’s history is related with bringing the Teutonic Knights to the Polish territory in 1230 to prevent the Prussian invasion. It had influenced rapid development of Gothic brick architecture, including sacral one. In spite of a tumultuous history of Culmland quite a lot of Medieval monuments of sacral architecture have been preserved. The ones, that survived unchanged, allow for research an old brick-layers’ and carpenters’ techniques. All the oldest maintained rafter framings belong to the group of common-collar roofs, among which, collar framings ought to be singled out as well as king-post truss and king post ones. The king post truss structures belong to collar frames - the oldest solutions of timber roofs in Culmland. Among the preserved structures of that type one can find a roof frame from the second half of 13th century (the church in Lisewo, 1286) as well as the frame from the end of 17th century (the main nave in the post-Dominican church in Culm, 1699). Most of the king-post structures are applied in sacral architecture with the type of hall or uniplanar, spatial layout, roofed with gable roofs with a simple triangular gable or with three-dropped east part that covered the multiangular choir. 2. THE CONSTRUCTION The structures of the king-post frames preserved till our times came into existence trough insertion into a primarily structure of common-collar roofs a suspended king piece called a king-post. It makes, along with the other rafter framing’s elements, a _____________________ 1 Ewa BoŜejewicz, magister konserwatorstwa zabytków, doktorantka w Zakładzie Konserwatorstwa, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, ul. Sienkiewicza 30/32, 87-100 Toruń, e-mail: ewaboz@doktorant.umk.pl

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

126

transversal and longitudinal stiffening - the so-called king-post longitudinal frame. The king rods were placed in every truss, or in every second or third one or even more seldom, creating in this way a full truss with king-post or an incomplete truss. They were always hung up either on the rafters with the use of a pair or a few pairs of rakers and additionally on an apex and on the collars or just on the collars. When king rod could not to get an apex, it could be additionally hung on the highest collar. It was set directly on the tie beams or on the longitudinal girt – the abutment piece recumbent on the tie beams. In most cases king posts were connected with one or with some levels of the short transoms. Long headers, running through all king posts or just through a few ones were used ocasionally (the main nave in post-Franciscan church in Culm, 1384). Very rare was the situation when the king post did not have any headers and their stiffening was executed by introducing slanting elements called diagonal braces (the main nave in the St. James’ church in Toruń, 1360). All diagonal elements, like diagonal braces and angle ties, were the obligatory elements of the stiffening structure of the king post structures. They appeared in all types of the researched rafter framings, in different configurations in transversal and longitudinal plane. Among the braces, one must specifie: truss braces, applied already in a common collar framing, angle braces, angle ties, raking struts, distributed in different levels of the framing, which always connects king post with collar or sprandrel beams. The second group of the slanting elements are the rakers, that always connect at least three elements, among which one can distinguish transversal truss-rakers and tapered rakers of the king post’s frame, which are located parallel with each other of or crossing with each other, connecting the subsequent king posts and headers. Exceptionally, in the king post structures are the extra transversal rakers connecting a rafter with a lower collar and with a tie-beam (post Cistercian’s church in Culm, 1355). Among the remaining stiffening elements of king post structures belong first of all the inside wind braces, that is the ones fastened to the inside’s plane of a rafter and the outside ones, always evened to outside plane of the rafter. Having conducted the structural analysis of the king post roof structures preserved in Culmland, one can distinguish four sub-types: 1. King post structures so called „full“– with the king post presentin each truss, suspended on the rafters and additionally on the collars or alternatively on the apex; that is having all the trusses full (Fig 1 – A); 2. King post structures reduced lengthwise, belonging to the commonly used type – with the king post located on every second or third truss, or even seldom (up to three full trusses in the whole structure) (Fig 1 – B); 3. King post structures reduced crosswise – with the king post stiffening each truss, but devoid of the suspension on the ruffles by the use of braces (Fig 1 – C); 4. King post structures double reduced, it means both lengthwise and crosswise – usually applied in later period, that is in 16th and 17th centuries; it is characteristic for them to have a king post in every third or fourth truss and to lack the suspending elements of a king post on the rafters with the help of braces (Fig 1 - D). Beside the traditional king post structures one should mention also a free king post structures with a timber barrel that one can frequently meet over the uniplanar, small churches of Culmland. The only difference between them and the remaining king post forms, is that they do not have any tie-beams, only jack-rafter and the king post frame is situated on the first level of the collars (churches in Wielkie Radowiska, Łobdowo). Furthermore, the roof-frame is from below clad with timber to form an full-arched barrel.

127

The king post systems in the Culmland were used as well in roof frames with mixed system, applied mostly above the churches with semi-basilica spatial order (post-Franciscan church in Culm, 1384).

Fig. 1 King post structures occurring in Culmland 3. CARPENTERS’ JOINTS Particular elements of timber roof frames were connected with the help of carpenters’ joints, that were executed on the construction site. The carpenters’ joints in the researched roof frames were cut with chisels, hatches, occasionally with saws. The holes for dowels were drilled with drillers. The quality of joints depended on their construction and on the accuracy of execution. Among the employed carpenter’s joints in the historic king post roof frames in Culmland one can distinguish two basic types (Fig. 2): 1. Lap (still-beam) joints, among one can count all the joints with a scarf: face-halved

scarf, stop-splayed scarf, splayed scarf, dovetail joint, and as well as spacer joints as well as shouldered and keyed joints. All of them are characterised by overlaying of the two members the dismantling is possible by taking one element off another;

2. Tenon joints, among which one can count all the joints with a tenon: full, middle and side one and all fork-joints both through- and covered ones. They are characterised by inserting one member into the other - a hole is dug in the „female“ half of the joint so that a tenon can be inserted; to dismantle them the inserted member is to be pulled out, after taking off a pin.

128

Fig. 2 Carpenters’ lap joints and carpenters’ tenon joints Typical aspect of the analysed king post structures is the common use of of lap-joints, which were used to connect most of the members. Tenon joints can be met only at the joints of rafters with tie-beams, braces with king posts and king posts with tie-beams or with bed timbers. Exceptionally tenon joints were used to connect rafters with a king posts in the ridge piece, and fork joints to join rafters with each other. 4. CARPENTER’S ASSEMBLY MARKS 4.1 The position Most of the encountered carpenters’ assembly marks were cut on the surface of the particular mambers of a king post structure from the side of seating the joints (pit stick). The carpenters’ marks found in the post-Franciscan church in Culm, which were cut on an upper side of the tie-beams above the nave, instead the side one, make an exception. The marks, on all members of the roof frame, were in general distributed similarly usually close the joints or in the middle of the members and sometimes on the joints themselves. The first group is suggested to be named one-link marks(ill. 1-A), whereas the second one the double-link marks. 4.2 Tools All the assembly marks found on particular elements of the analysed roof framings were cut with different tools like awls, various sorts of bits, planes, mallets, chisels and gouges. No signs drawn with sanguine were encountered. 4.3 The shapes of carpenter’s assembly marks The analysis of carpenters’ marks, like the examples presented in the previously literature, characterise with abundance of shapes. However they form - two groups that differ in form and attributed function (Fig. 3).

129

The first group is made by ordinal signs, among which one should count all the geometric marks characterized with multiplied incisions in form of hatches, rectangles, triangles, circles or semicircles. They were cut along the accented line, or without it. They create systems of marks: linear straight or linear composite, rectangular, triangular, semi circuitous, circular, falciform. Among the same group one can cout all the classical Roman numerals, as well as the ones modified by hatches, triangles, rectangles and other forms. All these marks characterize with ascribed numerical value, describing the place of the given king piece, stand or single member in the whole frame and additionally describing the belonging of the element to a given truss or its part. The second group is created by symbolical signs (less numerous and found only in the oldest roof frames of Culm. In that group the carpenter used within one mark-systemthe signs which shapes are varied for example like hurdles, suns, forks, crow’s feet along with typical geometric forms like lines, rectangles, etc. All these symbolic signs do not have any attributed numerical value. They just determine the belonging of an element to a specific truss or the stiffening frame. That makes them more primitive, but conditioning the work of the same carpenter by the roof frame and by over binding of a wall coping.

4.4 System of signing The carpenters’ assembly marks cut on the elements of rafter framing’s always create a system, that allowed for a faultless assembly of the whole structure on a wall coping. In the researched structures some shapes of signs (of the types described above) were always repeated on several elements joined with each other. All the researched structures have two types of marking systems: transversal marking system and longitudinal marking system. Among the transversal systems one can isolate tree ways of marking: 1. The uniform transversal marking system, characterised with the use of the same mark on the all elements of the given truss; 2. The dual transversal marking system , characterised with the use of diverse shapes of marks for the elements belonging to the left or the right side of the truss; 3. The altitude transversal marking, characterised with the use of diverse shapes for the elements belonging to particular levels of frame work. The longitudinal marking systems, like the transversal ones, were formatted in diverse ways, among which one can distinguish: 1. The uniform longitudinal marking system, characterised with the use of the same mark for the element of a longitudinal stiffening members and transversal elements making the truss; 2. The ordinal longitudinal marking system, describing the position of a given king post in a stiffening frame as well as the belonging members of the longitudinal stiffening 3. The altitude longitudinal marking system, describing the position of a given king post in a stiffening frame and the arrangement of the individual stiffening elements on the appropriate level of the frame; Recognition of the system of carpenters’ assembly marks allows for reconstructing the sequence of assembling the analysed rafter framings in the right way.

130

Fig. 3 Carpenters’ assembly marks 5. CONCLUSION The research on the king post structures of the sacral architecture in Culmland, lead to the conclusion, that on this territory all types of known structures of king posts were developed. In terms of their realisation time, they belong to the oldest examples of that kind of construction maintained in the Polish territory. The preserved structures, often make the only original source, telling us about the time of erecting the temples and of their further transformations. They can not be overestimated, practically they are the only survived substance for the studies on the carpenters’ workshop. LITERATURE [1] Tajchman J., Propozycja systematyki i uporządkowania terminologii ciesielskich konstrukcji dachowych występujących na terenie Polski od XIV do XIX w'" [w:] MONUMENT - Studia i materiały Krajowego Ośrodka Badań i Dokumentacji Zabytków, Nr 2, rok 2005, s.7-36 [2] Tajchman J., Ze studiów nad więźbami storczykowymi Torunia, AUNC Zabytkoznawstwo i Konserwatorstwo, t. 13, 1989, s.191-206 [3] BoŜejewicz E., Drewniane konstrukcje dachowe średniowiecznych kościołów chełmińskich, praca magisterska UMK Toruń, Toruń 2006 r.

131

HISTORICKÉ KROVY NAD DÓMOM SV. MARTINA V BRATISLAVE

P. Krušinský 1 - J. Rybárik 2 - L. Suchý 3 - K. Ďurian 4

Abstrakt St. Martin is one of the most important sacral buildings in Slovakia and Austria-Hungary in the past time. This confirms the finding of a type-term historical roof frame structures. This is a unique medieval roof trusses in their size, designing and age. 1. ÚVOD Dóm sv. Martina patrí k najvýznamnejším sakrálnym stavbám na území Slovenska a v minulosti aj Uhorska. donedávna boli tesárske konštrukcie – hlavne krovy na okraji záujmu, nielen laickej, ale hlavne odbornej verejnosti, poznatky o nich sú nedostatočné. Rovnako ani v tomto objekte dosiaľ nikto nevenoval výraznejšiu pozornosť krovovým konštrukciám. Všeobecne sa predpokladalo, že krovy na dóme sú z obdobia neogotickej prestavby, vedenej Ignácom Feiglerom starším. Na základe podpory grantu Ministerstva kultúry Slovenskej republiky „Obnovme si svoj dom“, sa podaril zrealizovať podrobný stavebno-historicky prieskum krovových konštrukcií. Samotný prieskum krovových konštrukcií, vrátane dendrochronologického výskumu, ktorý vykonal Ing. Tomáš Kyncl z Brna, bol zameraný na krovy nad postrannými kaplnkami pri veži dómu, trojlodím halového typu a svätyňou ukončenou na východnej strane polygonálnym záverom. Výsledky prieskumu priniesli vo viacerých rovinách prekvapivé výsledky, ojedinelé nielen vo vzťahu k nášmu regiónu. Zároveň sú aj istým potvrdením známych písomných prameňov k histórii dómu. 2. KROV NAD JUŽNOU PRÍSTAVBOU VEŽE Krov južného pultu bol realizovaný nad obdĺžnikovým pôdorysom a je tradičnej krokvovej konštrukcie hambalkový, trojúrovňový, v pozdĺžnom smere viazaný pri múre veže - na severnej strane trojúrovňovou hrebeňovou rámovou stojatou stolicou a na južnej strane dvoma, tiež rámovými konštrukciami osadenými na 1. a 2. úrovni, ale v rôznych polohách (nie nad sebou). Základňu celej krovnej konštrukcie tvorí na južnej strane dvojica pomúrnic lemujúcich obvodový múr objektu a pomúrnica položená na dvoch kamenných konzolách a južnom predstúpenom múre veže dómu. _____________________ 1 Peter Krušinský, Ing. arch. PhD., ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, KPSaU, Univerzitná 8215/1, 01026, Žilina, krusop@fstav.uniza.sk, 2 Ján Rybárik, Doc. Ing., CSc., ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, KPSaU, Žilina, jan.rybarik@fstav.uniza.sk 3 Lubor Suchý, Krajský pamiatkový úrad, Prešov, lubor.suchy@gmail.com 4 Karol Ďurian, Ing. arch, Krajský pamiatkový úrad, Žilina, kdurian@centrum.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

132

Je primárny, neskorostredovekej konštrukcie. (Obr. 1) Zároveň je to najstarší krov na Dóme sv. Martina, s výrazným zachovaním pôvodných prvkov. Dendrochronologické datovanie potvrdilo dobu zoťatia štyroch prvkov do rokov 1423 l (d) a 1423-24d. Je veľmi pravdepodobné, že druhou stavebnou fázou je práve obdobie záveru prvej dekády 20. storočia (1908-1909d). V minulosti bol krov lokálne doplnený novodobými konštrukciami, predovšetkým protézami v spodnej časti krovu pri odkvape, ktoré pochádzajú zo začiatku 90. rokov 20. storočia a môžu súvisieť s poslednou výmenou strešného plášťa (r. 1993), alebo sú zo začiatku 21. storočia (r. 2003), kedy bol opravovaný krov nad svätyňou. 3. KROV NAD SEVERNOU PRÍSTAVBOU VEŽE Krov severného pultu bol realizovaný nad obdĺžnikovým pôdorysom a je tradičnej krokvovej konštrukcie hambalkový, trojúrovňový, v pozdĺžnom smere viazaný pri múre veže (južná strana) trojúrovňovou rámovou stojatou stolicou a na severnej strane (pri korune muriva) dvoma, samostatnými rámovými konštrukciami osadenými na 1. a 2. úrovni. Stolice nenadväzujú na seba – sú v rôznej vzdialenosti od koruny muriva prístavby. Základňu celej krovovej konštrukcie tvorí na severnej strane dvojica pomúrnic lemujúcich obvodový múr objektu a pomúrnica položená na severnom, predstúpenom múre veže dómu. V rámci východného nárožia obdĺžnikového pôdorysu krovu sa nachádza novší nakladací vikier so sedlovým zastrešením, ktorý je spojený dvoma kladkami so zdvíhacím zariadením – vysokým vertikálnym „rumpálom“, umiestnením medzi dvoma poslednými plnými väzbami. Výsledky prieskumu potvrdili, že krov nad severnou prístavbou veže je rovnako, ako jeho pandant na južnej strane neskorostredovekou konštrukciou, ktorá bola vztýčená v minimálnom časovom odstupe s pultovým krovom nad južnou prístavbou. Rozdielny je rozsah zachovania primárnej konštrukcie. (Obr. 2) Dendro-chronologickým výskumom sa podarilo datovať tri vzorky, pričom len jedna určila presné obdobie zoťaťia dreviny použitej na stĺpik (1424-25d). Vzhľadom na tesársku úpravu, vrátane spojov a typologickú jednotu s južným pultovým krovom je možné tvrdiť, že väčšia časť konštrukcie je primárna a bola vztýčená najskôr v roku 1425. Veľký rozsah vymenených prvkov v tomto krove, pochádza z obnovy krovov

Obr. 1 Krov – južný pult – 3 väzba

Obr. 2 Krov – severný pult – 4 väzba

133

realizovanej na začiatku 20. storočia (1908-09d). Potvrdzujú to aj dva datované prvky zo stĺpikov vikiera. Tretím zásahom sú nad väznými trámami položené horizontálne oceľové nosníky tvaru písmena I pochádzajúce pravdepodobne z 90. rokov 20. storočia. 4. KROV NAD HALOVÝM TROJLODÍM Krov nad halovým trojlodím bol vztýčený nad obdĺžnikovým pôdorysom, medzi vežu a postrannými murovanými štítmi, na západnej strane a výrazným trojuholníkovým kamenným štítom na východnej strane, ktorý oddeľuje krov nad trojlodím od krovu nad svätyňou. Krov je monumentálnej krokvovej hambalkovej konštrukcie, s piatimi úrovňami hambalkov, ktorý v pozdĺžnom smere viaže deväť rámových stojatých stolíc. Hrebeňová, prechádza parciálne celou výškou, v osi krovu. Výsledky prieskumu krovu, ktorý je v rámci objektu najväčším, majú nielen v rámci Slovenska, ale aj v stredoeurópskom priestore mimoriadny význam. Vzhľadom na výšku a šírku konštrukcie (vrátane počtu stolíc pozdĺžného viazania), ale aj z typologického hľadiska, ktoré upresnilo dendrochronologické datovanie množstva vybratých prvkov (73 odobratých vzoriek, 29 datovaných), je možné tvrdiť, že krov nad halovým trojlodím Dómu sv. Martina je najväčšou stredovekou krovovou konštrukciou na území Slovenska aj bývalého Československa a s najväčšou pravdepodobnosťou aj blízkeho stredoeurópskeho priestoru. Pôvodný krov bol len raz výraznejšie opravený a to v závere 1. desaťročia 20. storočia, kedy došlo k výmene pomurníc, všetkých väzných trámov, pozdĺžne orientovaných trámov stojatých stolíc, čiastočne stĺpikov, pätných vzpier, hambalkov, väzníc a podkrokvových vzpier v I. výškovej úrovni. Zároveň bol krov posilnený novými prvkami a konštrukciami – klieštiny, vešadlá a vzperadlové rámy, v prvej výškovej úrovni, ale aj pod ňou – bezprostredne nad klenbami. V tomto období došlo aj k „vsunutiu“ dvoch mohutných oceľových nosníkov, s nitovanými spoji, na nadmurované medzilodné piliere, na ktoré boli vnútorné konce postranných väzných trámov položené. Vzhľadom na mierne prevýšenie hlavnej lode do priestoru podkrovia, oproti postranným, nebolo možné jednotlivé priečne väzby zachytiť na priebežné väzné trámy. Premostenie v centrálnej časti krovu nad vrcholom klenby zabezpečujú mohutné novodobé párové klieštiny. (Obr. 3,4) Pôvodná konštrukcia krovu je kresaná, s tradičnými tesárskymi spojmi, s prevládajúcim rybinovým plátovaním isteným dreveným kolíkom, pochádza zo záveru 30. rokov 15. storočia. Najstarším datovaním použitých prvkov sú roky 1434-35 d a najmladším roky 1438-39d, resp. 1439 l (d), čo hovorí o zoťatí drevín v období vegetačného kľudu (zima), ale aj vo vegetačnom období. Zásadná obnova krovu bola realizovaná až v 20. storočí, presnejšie v závere 1. desaťročia 20. storočia (1908-1909d), kedy všetky drevené prvky sú pílené a na spájanie sú použité vo výraznej miere priemyselne vyrábané kovové spojovacie prvky – svorníky, klince a kramle. Táto obnova bola pomerne citlivá k pôvodnej konštrukcii a v horných úrovniach do nej takmer nezasiahla. Okrem týchto dvoch časových etáp, je možné v krove pozorovať skupinu prvkov, ktoré boli sekundárne použité, prípadne sú pôvodné, ale v druhotnej polohe. Pôvodné priečne väzby sú v uzloch spojov označené tradičnými vysekanými tesárskymi značkami, ktoré sú číselným vyjadrením a pravidelne od západu narastajú. Celkove má krov 47 priečnych väzieb, z ktorých plných je 15 a medziľahlých 32. Zaujímavým nálezom na niektorých konštrukčných prvkoch boli pozostatky hužiev, čo dokazuje, že drevo na tento krov bolo splavované po Dunaji z Rakúska až do Bratislavy. Zmienky z archívnych prameňov z 50. rokov 15. storočia

134

hovoria o nákupe stavebného dreva pre kostol sv. Martina z Viedne, drevo bolo transportované plťami po Dunaji.

Obr. 3 Krov nad halovým trojlodím

Obr. 4 Krov nad halovým trojlodím – plná väzba č. 9 5. KROV NAD SVÄTYŇOU Krov nad svätyňou predstavuje historickú hambálkovú štvoretážovú konštrukciu so štyroma úrovňami, v plných väzbách doplnenú rannou formou dvojpodlažného vzperadlového rámu ležatej stolice, zdvojeným stĺpikom s funkciou vešiaka v osi krovu a kolmými stĺpikmi stojatých stolíc v tretej etáži plných väzieb. Každá štvrtá priečna väzba krovu je plná, medziľahlé väzby sú redukované. V pozdĺžnom smere je krov stužený zavetrením ležatých stolíc plných väzieb a stojatými stolicami v tretej úrovni krovu. Krov v oboch smeroch tvorí tuhú priestorovú konštrukciu. Na východnej strane je konštrukcia doplnená vloženou konštrukciu sanktusníkovej vežičky. Krov nadväzuje východným smerom v osi na krov halového trojlodia, s ktorým je oddelený kamenným štítom. Na východnej strane krov ukončeje trojboká valba so

135

sklonom 71 stupňov, ktorá kopíruje polygonálny záver svätyne. Krov nad svätyňou je zo skúmaných konštrukcií najmladšou, ktorá bola vztýčená z časovým odstupom 60. rokov po zastrešení trojlodia a viac ako 70. rokov po zastrešení bočných prístavieb ku veži. Avšak aj tento krov je istým unikátom, rovnako ako krov nad halovým trojlodím, keďže sa jedná o hambálkovú konštrukciu, ktorá je už viazaná postrannými ležatými stolicami. Dosiaľ najstaršími známymi krovmi s ležatými stolicami (rannou formou) na Slovensku sú krov nad loďou farského kostola sv. Kataríny v Banskej Štiavnice z roku 1655, krovy na farskom kostole sv. Mikuláša v Trnave zo 70. rokov 17. storočia. Skúmaný krov, okrem konštrukčno typologických znakov bol predovšetkým dendrochronologickým datovaním vyhodnotený ako najstarší krov s ležatými stolicami na Slovensku. Odobratých bolo v tomto krove 35 vzoriek, z čoho presne datovaných bolo 16 vzoriek. Drevinami, ktoré boli na krov zoťaté v období rokov 1498-1499d až 1504d, boli smrek a jedľa. Zastúpený je aj dub, ktorý bol použitý na pomurnice a tiež na súčasný sanktusník (1811-1812d). Záverom je možné konštatovať, že krov nad svätyňou, takmer intaktne zachovaný, bol vztýčený na prelome 15. a 16. storočia, resp. v prvom desaťročí 16. storočia. V krove sú pozorovateľné úpravy z ďalších období, ako aj pozostatky starších konštrukcií (prahové trámy s dlabmi po pôvodnom sanktusníku, ktorý bol vztýčený nad strechu, niekedy v období medzi rokmi 1648 až 1735. Ďalšou stavebnou fázou v krove, je vztýčenie súčasného sanktusníka po roku 1811 (1811-1812d) i výmeny niektorých prvkov (pásik, hambalok) a doplnenie poslednej priečnej väzby pred polygónom (stĺpik, križujúce sa vzpery, tzv. „ondrejské kríže“ a i.). Posledné opravy sú až z konca 20. storočia (1992-1993), kedy bola vymenená krytina poľskými pokrývačmi. Zároveň došlo k určitým zásahom do krovu (pílené príložky ku krokvám a pod.). V tomto období bol celý krov – nosná konštrukcia aj late opatrené ochranným bordovým náterom. Posledným zásahom do krovu bola oprava krovu vo valbe (protézy a výmena nárožných krokiev) v roku 2003. Zároveň došlo k osekaniu veľkého množstva konštrukčných prvkov na povrchu, z dôvodu ich poškodenia drevokazným hmyzom. V krove je na II. výškovej úrovni zachovaný starší drevený vrátok, ktorý sa nepodarilo datovať. Môžme konštatovať, že hambalkový krov s ležatými stolicami nad svätyňou Dómu sv. Martina v Bratislave patrí k najstarším známym krovom tohto typu (ranná forma s vešadlom) nie len na Slovensku, ale aj na území bývalého Československa a zrejme aj blízkeho okolia (Poľsko, Rakúsko, Maďarsko). (Obr. 5, 6)

Obr. 5 Krov nad svätyňou – medziľahlá väzba č. 5 a plná väzba č a plná väzba č.6

136

Obr. 6 Krov nad svätyňou

LITERATÚRA [1] Suchý L., Krušinský P., Babjaková Z., Ďurian K.,: Historické krovy sakrálních

staveb Turca, Žilinská univerzita v Žiline, Katedra pozemního staviteľstva a urbanizmu, Stavebná fakulta, Žilina 2008.

[2] Suchý L., Krušinský P., Grúňová Z., Ďurian K., Zacharová D., Korenková R.: Historické krovy v regiónoch Oravy a Kysúc. Žilinská univerzita v Žiline - Stavebná fakulta - Katedra pozemného staviteľstva u M. Gibala KNM 2010, ISBN 978-80-970171-1-8, Realizované s finančnou podporou Ministerstva kultúry Slovenskej republiky.

[3] Ganowicz R.: Historyczne więŜby dachowe polskich kościołów, WAR, Poznań 2000, ISBN ISBN 83-7160-217-0

[4] Korenková, R.: Zastrešenie Oravksého hradu, 34.vedecká konferencia katedier a ústavov konštrukcií pozemných stavieb : zborník z medzinárodnej konferencie: 15.-17. septembra 2010, Malatíny. - Kysucké Nové Mesto: Miroslav Gibala, 2010, ISBN 978-80-970171-6-3.

[5] Vinař J. a kolektív: Historické krovy – typologie, pruzkum, opravy, Grada, Praha 2010. ISBN 9788024730387

137

SANAČNÉ ÚPRAVY KROVOV DÓMU SV. MARTINA

R. Korenková 1 - P. Ižvolt 2 - P. Glos 3

Abstrakt Wooden construction, as inseparable parts of buildings, used to be the most endangered historic construction in the past and present as well. Most often they are the victim of fires, biological and other damage. The natural charakteristics of wood, such as its easy accesibility, workability and resistance against stress, have resulted in its versatility being employed mainly in building construction. Historical trusses are part of our material cultural heritage. 1. ÚVOD Dóm sv. Martina v Bratislave jednoznačne patrí medzi najznámejšie a tiež najvýznamnejšie sakrálne stavby na území Slovenska. V roku 2009 sa podarilo vďaka grantu získaného z MK SR „Obnovme si svoj dom“ v rámci stavebno-historického prieskumu zamerať krovy nad postrannými kaplnkami pri veži dómu, trojlodím halového typu a svätyňou ukončenou na východnej strane polygonálnym záverom [1]. Súbežne so stavebno-historickým prieskumom bol zrealizovaný predbežný stavebno-technický prieskum, kde boli zdokumentované aj už realizované sanačné zásahy staršieho dáta. 2. KROV NAD HLAVNÝM TROJLODÍM Pôvodný krov nad hlavnou loďou bol len raz výraznejšie opravený a to v závere prvého desaťročia 20. storočia, kedy boli vymenené pomúrnice, všetky väzné trámy, pozdĺžne orientované trámy stojatých stolíc, čiastočne stĺpiky, pätné vzpery, hambálky, väznice a podkrokvové vzpery v prvej výškovej úrovni. Zároveň bol krov posilnený novými prvkami a konštrukciami – boli umiestnené nové klieštiny, vešadlá a vzperadlové rámy, v prvej výškovej úrovni, ale aj pod ňou, teda bezprostredne nad klenbami. V tomto období došlo aj k „vloženiu“ dvoch mohutných oceľových nosníkov s nitovanými spojmi na nadmurované medzilodné piliere, na ktoré boli vnútorné konce postranných väzných trámov položené. Vzhľadom na mierne prevýšenie hlavnej lode do priestoru podkrovia oproti postranným častiam, nebolo možné jednotlivé priečne väzby zachytiť na priebežné väzné trámy. Premostenie v centrálnej časti krovu nad vrcholom klenby zabezpečujú mohutné novodobé párové (obojstranné) klieštiny. Posledné sanačné úpravy prebehli v roku 2003, kedy boli ______________________ 1 Renáta Korenková, Ing., PhD., ŽU SvF KPSaU, Univerzitná 8215/1, korenkova@fstav.uniza.sk 2 Pavol Ižvolt, Ing. arch., PhD., Ministerstvo kultúry SR, pavol.izvolt@culture.gov.sk 3 Peter Glos, Ing., Krajský pamiatkový úrad, Prešov, peter_glos@yahoo.com

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

138

vymieňané poškodené časti prvkov protézami. Použité boli najmä plátované spoje so zosilnením oceľovými svorníkmi a lepením. Plátované spoje boli v niektorých prípadoch zosilnené príložkami.

Obr. 1 Spevnenie napojenia krokvy a väzného trámu, vrátane výmeny časti

pomúrnice; spevnenie oceľovým nosníkom a dvojicou klieštin 3. KROV NAD JUŽNÝM A SEVERNÝM PULTOM Konštrukcie severného a južného pultu boli opravované v čase výraznej opravy hlavnej lode, kedy boli do krovu taktiež vložené oceľové nosníky na nadmurované piliere na obvodovej stene. Taktiež boli opravované poškodené časti v čase sanácie, ktorá prebehla v roku 2003, kedy boli protézované a vymieňané niektoré poškodené prvky. V krove južného pultu to bolo v blízkosti strešného vikiera vychádzajúceho z plochy strechy. Protézované boli krajné krokvy pri vikieri aj s podkrokvovými vzperami. Použité boli spoje plátované zosilnené oceľovými svorníkmi a lepením, v mieste plátu spevnené drevenou príložkou – viď. obr. 2.

Obr. 2 Spevnenie objektu oceľovými nosníkmi.

Na foto vľavo kotvenie oceľového nosníka tvaru „I“ do steny veže, na foto vpravo kotvenie cez nadmurované piliere na obvodovej stene (severný pult)

4. KROV NAD SVÄTYŇOU V krove nad svätyňou prebehli väčšie opravy až na konci 20. storočia (1992-1993) počas výmeny krytiny. Zároveň došlo k zásahom do krovu osadením pílených

139

Obr. 3 Foto vľavo - spevnenie krokiev a podkrokvovej vzpery v blízkosti strešného vikiera. Foto vpravo - spevnenie väzného trámu v mieste napojenia stĺpika. Použitý

bol plátovaný spoj zosilnený oceľovými svorníkmi a lepidlom (južný pult).

príložiek ku krokvám, v hornej časti aj k hambálkom. Tiež boli realizované protézy na sanovanie vyhnitých častí krokiev v miestach pri pomúrniciach a v okolí väzníc, samotných väzníc, pomúrnic a pod. V tomto období bol celý krov – nosná konštrukcia aj laty, tiež nové príložky a prvky, opatrený ochranným bordovým náterom. Posledným zásahom do krovu bola oprava krovu vo valbe, kedy boli realizované protézy a výmena nárožných krokiev v roku 2003. Výsledok nemal pozitívny dopad na historickú krovovú konštrukciu s tak významnou pamiatkovou hodnotou. Na protézy boli používané plátované spoje zosilnené oceľovými svorníkmi a lepením. Pravdepodobne v rámci tejto sanácie došlo k osekaniu povrchovej vrstvy veľkého množstva konštrukčných prvkov, z dôvodu ich poškodenia drevokazným hmyzom. Tým boli obnažené požerky drevokazného hmyzu, z otvorov teraz dochádza k masívnemu vypadávaniu drte.

Obr. 4 Spevnenie väzného trámu a vzpery v mieste uloženia na pomúrnicu, časť

pomúrnice bola vynechaná (odstránená), na druhom obrázku aj napojenie zavetrenia (neodborné riešenie).

5. ZÁVER V priebehu historického vývoja spoločnosti sa menil aj vývoj celých stavieb, tiež konštrukcií krovov. Menil sa aj spôsob realizácie opráv. Medzi opravam i je vždy

140

Obr. 5 Foto vľavo - znehodnotené tesárske značky neodborným zásahom, foto

vpravo - znehodnotený povrch drevených prvkov zosekaním. najnápadnejšou nadstavovanie, resp. nahrádzanie poškodenej časti novým drevom. Je otázne, či v konštrukciách krovov, ktoré nie sú prístupné verejnosti, je potrebné sústrediť pozornosť na zakrývanie spojov opráv, resp. snažiť sa o čo najnenápadnejšiu opravu. Pri voľbe druhu použitého spôsobu opravy je v prvom rade potrebné prihliadať na spoľahlivosť spojov a podmienky jej zaistenia. Potom prichádza na rad estetické pôsobenie a taktiež nevyhnutné býva prihliadanie na výšku nákladov na opravu. Opravy historických krovov (s vysokou pamiatkovou hodnotou) by mali byť realizované nenápadným spôsobom, tak aby sa opravou nestrácala ich estetická a historická hodnota, dekor, výraz, originalita. Vzhľadom na historickú a pamiatkovú hodnotu dómu sv. Martina sú hore popísané úpravy mimoriadne nevhodné z viacerých dôvodov. Povrch drevených prvkov bol dvojnásobne poškodený, nafarbením a potom zosekaním. Hodnotné tesárske konštrukcie práve na povrchu nesú obrovské množstvo informácii po stopách nástrojov remeselníkov (spôsob opracovania povrchu, tesárske značky, nápisy a pod.). Ďalším nevhodným riešením je spôsob a realizácia nastavovania bez prihliadnutia na estetickú hodnotu. Tento krov je na prvý pohľad veľmi poznačený neodborným zásahom, malo by to byť pre nás poučením, aby sme tak hodnotné konštrukcie zverili do rúk odborníkom s potrebnými skúsenosťami. LITERATÚRA [1] Rybárik J., Krušinský P., Ďurian K., Suchý L.: Stavebno-historický prieskum

krovov na Dómom sv. Martina v Bratislave. Sanace a rekonstrukce staveb 2010, WTA CZ. Brno 2010, str. 52 - 57

[2] Korenková R., Navrátil M., Krušinský P.: Súčasný technický stav krovu Dómu sv. Martina. Strechy 2010, Bratislava, STU Bratislava, str. 153 - 157

141

HISTORICKÉ KROVY SAKRÁLNYCH STAVIEB NA LIPTOVE

P.Krušinský 1 – L.Suchý 2 – D.Zacharová 3 – Z.Grúňová 4

Abstrakt In Slovakia historical roof constructions were not systematically analysed till today as one of the few often neglected parts of historical monument values. This ignorance is a straightforward consequence of limited knowledge of their age, evolution, typology, construction system consisting of many excellent carpentry details and knowledge of carpentry work techniques. All the information brought by architectonical - technical - hitorical research could contain breakthrough data about monument evolution in history and evolution of construction systems generally. Also presented an overview of the results of the targeted documenting historic roofs, including monitoring of their condition in region Liptov. 1. ÚVOD Výskum historických krovov sakrálnych stavieb nachádzajúcich sa v regióne Liptova pozostával z ich dokumentovania, zamerania a stavebného a architektonicko-historického výskumu zachovaných krovových konštrukcií. Taktiež súčasťou bol aj ich predbežný stavebno-technický prieskum. Výber bol zameraný predovšetkým na staršie objekty – či už podľa písomných prameňov alebo vzhľadom na ich zaujímavý architektonicko-historický vývoj. 2. STREDOVEKÉ KROVY V skúmaných sakrálnych objektoch v okresoch Liptovský Mikuláš a Ružomberok sú zachované krovy rôznych konštrukčných systémov. Najstarší dochovaný fragment krovu je zo stredoveku v rímskokatolíckom kostole Sv. Jána Krstiteľa v Liptovskom Jáne. Ide o časti trámov a zhlavia z červeného smreku, ktoré boli dendrochonologicky datované 1189d+, 1237d+, 1258d+, 1267d+, 1282d+ - zachované beľové drevo. (Obr. 2) Súčasný krov nad loďou je krokvový hambálkový, pozdĺžne viazaný hrebeňovou rámovou stojatou stolicou, datovaný 1467/68d. (Obr.1) Horizontálne je členený väznými trámami a dvoma úrovňami hambalkov, ktoré sú do krokiev plátované na rybinu. Krov nad svätyňou je z konštrukčno-typologického _____________________ 1 Peter Krušinský, Ing. arch., PhD., ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, KPSaU, Univerzitná 8215/1, 010 26, Žilina, krusop@fstav.uniza.sk, 2 Lubor Suchý, Ing., Krajský pamiatkový úrad, Prešov, lubor.suchy@gmail.com 3 Daniela Zacharová, Mgr., Krajský pamiatkový úrad, Trnava, dzacharova@yahoo.com 4 Zuzana Grúňová, Ing. arch., ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, KPSaU, Univerzitná 8215/1, 010 26, Žilina, zuzana.grunova@fstav.uniza.sk,

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

142

hľadiska podobnej krokvovej konštrukcie hambalkový, pozdĺžne viazaný pod hrebeňom rámovou stojatou stolicou, ako krov nad loďou. Je časovo mladší 1517/18d.

Obr. 1 rkk v Liptovskom Jáne – Obr. 2 rkk v Liptovskom Jáne –

krov nad loďou dochované fragmenty krovu pôvodného krovu nad loďou

Ďalším významným krovom z tohto obdobia je krov v na rímskokatolíckom kostole v Smrečanoch. Schéma každej väzby bola v minulosti klasickým „trojuholníkom“ – krokvy preplátované do väzných trámov, pod hrebeňom viazané jedným hambálkom. Pozoruhodným nálezom je zachované pozdĺžne zavetrenie strešných rovín, pomocou systému vzájomne sa križujúcich väčších kresaných latí, ktoré sú z vnútornej strany prichytávané ku krokvám drevenými kolíkmi. Zo záveru 14. storočia (1390/91d, 1391ld, 1391/92d ) (Obr.3) je krov nad loďou a zo záveru 20. rokov 15. storočia (1425/26d, 1426/27d ) krov nad svätyňou (Obr.4). Krov nad loďou je typickým reprezentantom prostých krokvových hambálkových konštrukcií, používaných na našom území od rannej gotiky. Stredoveký krov je aj na rímskokatolíckom kostole v Liptovskom Michale, kde nad svätyňou je z 2. pol. 13. storočia a prestavaný v 1. polovici 14. storočia, čo potvrdilo dendrochronologické datovanie (1316/17d, 1469/70d) . (Obr.5) Nad trámovým omietaným stropom nad loďou sú zachované stredoveké omietky na západnom štíte aj z pôvodným gotickým lomeným oknom. Maľované omietky iluzívnym stredovekým kvadrovaním a j s oknom boli pôvodne v interiéri kostola, ktorý bol v lodi vymaľovaný

Obr. 3 rkk v Smrečanoch – krov nad loďou

Obr. 4 rkk v Smrečanoch – krov nad svätyňou

143

pravdepodobne celý. (Obr.6) Loď bola podobne ako svätyňa ukončená výraznou klenbou, avšak nepravou drevenou, ktorá kopírovala pravdepodobne jednoduchú hambalkovú konštrukciu, bez väzných trámov. Popísané riešenie bolo v rámci stredoeuropského priestoru jedinečné.

3. RENESANČNÉ KROVY Územie Liptova v 16. storočí silne zasiahli reformačné snahy, čo sa prejavovalo striedaním vlastníctva kostolov medzi evanjelickou a katolíckou cirkvou v duchu politickej situácie. Z hľadiska zachovania krovových konštrukcií sa na území Liptova v celom rozsahu zachovali len krovy nad sakrálnymi objektmi v Liptovských Sliačoch, Liptovských Matiašovciach, Liptovského Ondreja a nad krídlami konventu kláštora františkánov v Liptovskom Mikuláši, časť Okoličné. Typickým reprezentantom je krov nad rímskokatolíckym kostolom v Liptovských Sliačoch. V rámci krovu boli dendrochronologicky datované staršie prvky krovu z rokov 1698/99d a 1699l d . Krovy nad loďou aj svätyňou sú krokvové, hambálkové a pozdĺžne viazané hrebeňovou rámovou stojatou stolicou. Horizontálne je členený väznými trámami a dvoma úrovňami hambalkov, ktoré sú do krokiev plátované na rybinu. (Obr.7,8)

Obr. 5 rkk v Liptovskom Michale – krov nad svätyňou

Obr. 6 rkk v Liptovskom Michale – pohľad na interiérové omietky západného štítu

Obr. 7 rkk v Liptovských Sliačoch – krov nad svätyňou

Obr. 8 rkk v Liptovských Sliačoch – krov nad loďou

144

Druhým charakteristickým krovom pre spomínane obdobie a významným z hľadiska konštrukčného riešenia je krov nad rímskokatolíckym kostolom v Matiašovcach. Krov je primárnou krokvovou hambálkovou konštrukciou s hrebeňovou rámovou stojatou stolicou, vztýčený v závere 17. storočia. Horizontálne je členený väznými trámami a dvoma úrovňami hambalkov, ktoré sú do krokiev plátované na rybinu. Konce väzných trámov sú primárne zamurované do koruny z kamenného muriva. V plných väzbách je do pozdĺžne orientovaného prahového trámu pod hrebeňom krovu čapovaný stĺpik, ktorý stabilizujú dve symetrické krátke vzpery, dole plátované do väzného trámu na rybinu. Opačným smerom sa rozbiehajú tzv. klasové vzpery, ktoré sa pod prvým hambalkom zo spoločného styčného miesta na stĺpiku rozbiehajú do krokiev, s ktorými sú rybinovo preplátované medzi prvým a druhým hambalkom. Väčšina vzoriek, ktoré boli dendrochronologicky datované sú z obdobia prelomu rokov 1695/96d. (Obr.9) 4. HISTORICKÉ KROVY OD PRVEJ POLOVICE 18. STORO ČIA DO POLOVICE

19. STOROČIA V prvej polovici 18. storočia dochádza vplyvom postupného hospodárskeho rastu v regióne k nahrádzaniu niektorých, dovtedy drevených kostolov murovanými (Stankovany, Liptovská Lužná, Liptovské Revúce, Ivachnová, ...). Taktiež dochádza k založeniu nových obcí vrátane vybudovania nových kostolov (Čierny Váh). Mnohé zo starších kostolov boli nahradené kostolmi vybudovanými pravdepodobne s podporou Stavebnej kancelárie Uhorskej kráľovskej komory napr. v Komjatnej, či školskej základiny Uhorskej kráľovskej komory, napr. v Hubovej, či v Lúčkach. Výstavba murovaných Evanjelických chrámov začala po roku 1781, kedy bol vydaný tolerančný patent Jozefom II. (Nižná Boca, Vyšná Boca, ...). Typickým príkladom v regióne Liptova pre toto obdobie so stojatými postrannými stolicami je krov na Evanjelickom kostole vo Vyšnej Boci z roku 1785. Ide o hambálkový krov, s postrannými stojatými stolicami a v plných väzbách s vešadlom. V strede je väzný trám vyvesený vešiakom idúcim až po hrebeň strechy. Priečna väzba je stabilizovaná vysokými podkrokvovými vzperami, ktoré pod vrcholom symetricky podporujú vešiak, s väzným trámom sú spojené čelnou zarážkou z jednej strany krytou a zároveň sú šikmo preplátované s hambálkami a stĺpikmi postranných stolíc. (Obr.10)

Obr. 9 rkk v Liptovských Matiašovciach - krov

145

Ako príklad pre použitie krovu s ležatou stolicou môže poslúžiť krov nad Rímskokatolíckym kostolom v Liptovskej Lužnej. Nad pôdorysom sa nachádza historická krovová konštrukcia. Krov je krokvový hambalkový s centrálnym vešiakom, pozdĺžne viazaný vyspelou formou postranných ležatých stolíc z roku 1831. Konštrukcia nad loďou je trojetážová s dvoma úrovňami hambalkov, má šesť plných priečnych väzieb vždy s troma medziľahlými. Súčasťou plnej väzby je vzperadlo ležatej stolice, situované pod spodným hambalkom a krokvami, ktoré je tvorené ležatými stĺpikmi a rozperou. Priečne stuženie plných väzieb dopĺňajú v úrovni nad hambalkom diagonálne postranné podkrokvové vzpery. Nad svätyňou je konštrukcia dvojetážová s jedným hambalkom, má jednu plnú priečnu väzbu. (Obr.11)

Obr. 10 kostol ecav vo Vyšnej Boci Obr. 11 rkk v Liptovskej Lužnej 5. HISTORICKÉ KROVY 19. STOROČIA Hospodársky rozvoj regiónu v 19. storočí. spôsobený šírením manufaktúrnej a následne priemyselnej výroby (zápalkáreň, textilka, papierenská výroba, bankovníctvo, kúpeľníctvo). V tomto období vznikajú aj nové sakrálne stavby už v historizujúcom architektonickom tvarosloví (Valaská Dubová, Korytnica, Likavka, Stankovany, Ružomberok – Černová...).

Obr. 12 rkk v Likavke – krov na loďou a terénna škica

146

Jedným z krovov typických pre druhú polovicu 19. storočia je krov na Rímskokatolíckom kostole sv. Juraja v Likavke z roku 1888. Konštrukcia je riešená ako krokvová hambalková konštrukcia s podkrokvovými vzperami, pozdĺžne viazaná centrálnou stojatou stolicou a väznicami. Základnú konštrukciu plných väzieb tvorí pár krokiev rozopieraných jednou úrovňou hambalkov. Hambalky sú s krokvami spojené nekrytým rybinovým plátom s fixovaním dreveným kolíkom. Konce krokiev, ktoré sú v hrebeni spájané vrcholovým čapom, sú šikmo z vrchu čapované do väzného trámu. V stredovej osi sa nachádza stĺpik centrálnej stojatej stolice, čapovaný do vrcholovej väznice, na ktorú je osedlaný vrcholový spoj krokiev. Na stĺpik je z oboch jeho strán nakampovaná dvojica hambalkov, vytvárajúca klieštinu. Plné priečne väzby sú v priečnom smere stužené diagonálnymi podkrokvovými vzperami. Situované sú takmer pod krokvami, ich vzájomnú vzdialenosť určuje rozmer štvorbokej stredovej väznice nachádzajúcej sa uprostred nich, uloženej na hambalkoch. (Obr.12)

6. ZÁVER Zo stavebno-historického výskumu krovov v regiónoch Turca, Oravy a Kysúc boli publikované knižné publikácie. V tomto roku vyšla knižná publikácia venovaná krovom sakrálnych objektov v regióne Liptova. V súčasnosti sa realizuje stavebno-historický prieskum v regióne Liptova II. ktorý je zameraný primárne na profánne objekty. Výskum zachytáva všetky vývojové obdobia, vrátane modifikácií konštrukčných riešení historických krovov. V regióne je nutné v mnohých objektoch odobrať a vyhodnotiť dendrochronologické datovanie použitých drevín na potvrdenie a presné určenie doby realizácie. Výsledky sú a budú priebežne zverejňované na portáli http://timber.uniza.sk. Prieskumy mohli byť a sú realizované vďaka podpore grantového systému Ministerstva kultúry SR. LITERATÚRA [1] Suchý L., Krušinský P., Babjaková Z., Ďurian K.,: Historické krovy sakrálních

staveb Turca, Žilinská univerzita v Žiline, Katedra pozemního staviteľstva a urbanizmu, Stavebná fakulta, Žilina 2008.

[2] Suchý L., Krušinský P., Grúňová Z., Ďurian K., Zacharová D., Korenková R.: Historické krovy v regiónoch Oravy a Kysúc. Žilinská univerzita v Žiline - Stavebná fakulta - Katedra pozemného staviteľstva u M. Gibala KNM 2010, ISBN 978-80-970171-1-8, Realizované s finančnou podporou Ministerstva kultúry Slovenskej republiky.

[3] Vinař J. ako kolektív: Historické krovy – typologie, pruzkum, opravy, Grada, Praha 2010.

[4] Imríšek, F., Korenková, R.: Poruchy a sanácie hambálkových krovových sústav. Časopis ASB 7/2003, X. ročník, vydavateľstvo Jaga group, Bratislava 2003, s.72-73

[5] Ganowicz R.: Historyczne więŜby dachowe polskich kościołów, WAR, Poznań 2000

[6] Škabrada, J.: Konstrukce historických staveb, ARGO, Praha 2003.

147

RENESANČNÉ KROVY SAKRÁLNYCH STAVIEB LIPTOVA

K. Ďurian 1 - D. Zacharová 2 - Z. Grúňová 3

Abstrakt Renaissance style in our area in the architecture used from 1/2 16th to 2/2 17 century. In terms of conservation roofs structures in the territory Liptov fully preserved only rafters above the sacral object in Liptovské Sliače, Liptovský Ondrej Liptovský Matiašovce wing of the convent and the monastery of the Franciscans in Liptovsky Mikulas, part Okoličné. The other structures are preserved only fragments of the elements of the earlier Renaissance roofs structures or renovations only (Kvačany, Liptovský Michal Liptovský Ján, Martinček). 1. ÚVOD Renesančný sloh sa v našom priestore v architektúre používal od 1. polovice 16. do 2. polovice 17. storočia. Územie historického Liptova v súčasnosti okresov Ružomberok a Liptovský Mikuláš malo už koncom stredoveku ustálenú sieť farností s farskými a filiálnymi kostolmi. V období renesancie nedochádza ku komplexným výstavbám nových kostolov a ani kaplniek. Územie Liptova v 16. storočí silne zasiahli reformačné snahy, čo sa prejavovalo striedaním vlastníctva kostolov medzi evanjelickou a katolíckou cirkvou v duchu politickej situácie. Renesančné sakrálne staviteľské umenie výrazne ovplyvnilo protestantské reformačné úsilie. Vzhľadom k nepokojnej dobe sa mnohé okolia kostolov opevňujú ohradnými múrmi a v ich areáloch sú v rámci územia Liptova postavené aj vstupné brány, nárožné bašty a atď. (Liptovské Matiašovce, Ludrová – Kút, Smrečany, Hybe). Definitívne sa situácia ohľadne vlastníctva kostolov ustálila až v roku 1709 ich pridelením katolíckej cirkvi, pričom evanjelickej cirkvi ostali v Liptove len drevené tzn. artikulárne kostoly v Paludzi a Hybiach. Významnou stavebnou akciou v rámci územia bola dostavba pôvodného františkánskeho konventu v Liptovskom Mikuláši, časť Okoličné s uplatnením uzavretej štvorkídlovej dispozície s arkádovým ambitom. Na základe podpory grantu Ministerstva kultúry Slovenskej republiky „Obnovme si svoj dom“, sa podaril zrealizovať podrobný stavebno-historicky prieskum krovových konštrukcií sakrálnych stavieb Liptova. Samotný prieskum krovových konštrukcií, vrátane dendrochronologického výskumu, ktorý vykonal Ing. Tomáš Kyncl z Brna, bol zameraný na najstaršie sakrálne stavby Liptova. Výsledky prieskumu priniesli vo ______________________ 1 Karol Ďurian, Ing. arch., Krajský pamiatkový úrad Žilina, prac. Martin, karol.durian@pamiatky.gov.sk 2 Danka Zacharová, Mgr., Krajský pamiatkový úrad Trnava, daniela.zacharova@pamiatky.gov.sk 3 Zuzana Grúňová, Ing. arch., ŽU v Žiline, Stavebná fakulta, KPSaU, Univerzitná 8215/1, 01026, Žilina, babjakova@fstav.uniza.sk,

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

148

viacerých rovinách prekvapivé výsledky, ojedinelé nielen vo vzťahu ku skúmanému regiónu. Z hľadiska zachovania krovných konštrukcií sa na území Liptova v celom rozsahu zachovali len krovy nad sakrálnymi objektmi v Liptovských Sliačoch, Liptovských Matiašovciach (Obr. 1), Liptovského Ondreja (Obr. 2) a nad krídlami konventu kláštora františkánov v Liptovskom Mikuláši, časť Okoličné.

Obr. 1 Liptovské Matiašovce – r.k. kostol Obr. 2 Liptovský Ondrej – r.k. kostol V rámci ďalších stavieb sa zachovali len fragmenty prvkov po starších renesančných krovných konštrukciách alebo len obnovách (Kvačany, Liptovský Michal, Liptovský Ján, Martinček). Krovy nad kostolmi v Liptovských Matiašovciach a v Liptovskom Ondreji je možné už časovo radiť aj k barokovým krovným konštrukciam (pozn. postavené na konci 17. storočia), ale vzhľadom k charakteru samotnej stavebnej prestavby resp. výstavby kostola je možné ich skôr zaradiť ku renesančným staveným dielam. 2. LIPTOVSKÉ SLIAČE, RÍMSKOKATOLÍCKY KOSTOL SV. ŠIMONA A JÚDU Kostol bol vybudovaný pôvodne pre tri samostatné obce Nižný, Stredný a Vyšný Sliač, ktoré sa postupne zlúčili do jednej obce, dnešných Liptovských Sliačov. Situovaný bol dominantne pôvodne mimo zástavby na severnom okraji Stredného Sliača, na návrší pri ústrednej ceste prepájajúcej všetky tri časti obce. V minulosti sa okolo neho nachádzal príkostolný cintorín chránený zachovaným opevňovacím múrom s murovanou bránou z juhu, dnes už doplnený na západnej strane novodobým vstupom. Výstavbu gotického Kostola sv. Šimona a Júdu podnietilo vytvorenie tunajšej farnosti v roku 1326 odčlenením od Liptovského Michala z iniciatívy vlastníka Sliačov, premonštrátskeho prepošta Valentína z Kláštora pod Znievom. Dnešný kostol postavili do roku 1334. Jednoloďový pozdĺžny kostol má nepravidelnú polygonálne uzavretú svätyňu tvorenú piatimi stranami osemuholníka. Strecha nad loďou je strmšia valbová s vysokými námetkami. Svätyňa má strechu valbovú nad polygonálnym záverom. Obidve strechy sú navzájom spojené, ale krovy sú oddelené murovaným štítom nachádzajúcim sa dnes pod strešnými rovinami kostola. V západnej časti hrebeňa strechy svätyne sa nachádza sanktusník zastrešený cibuľovou strechou. (Obr. 3). V rámci podstrešia sa nachádzajú historické, hambálkové krovy z rôzneho obdobia a aj s odlišnými konštrukčnými systémami pozdĺžneho viazania, pričom krov nad svätyňou je pravdepodobne starší, renesančný. Naproti tomu krov nad loďou je

149

dodatočne stužený a nanovo preskladaný z renesančných a klasicistických prvkov a podopretý postrannými stojatými stolicami. Krov nad sväty ňou je krokvový, hambálkový, pozdĺžne viazaný hrebeňovou rámovou stojatou stolicou (Obr. 4). Krov má tri plné väzby, medzi ktorými je jedna medziľahlá väzba. Horizontálne je členený väznými trámami a dvoma úrovňami hambalkov, ktoré sú do krokiev plátované na rybinu. Väzné trámy nie sú položené na pomúrnice ale priamo na upravenú korunu kamenného muriva. Na väzné trámy priečnych väzieb je položený prahový trám centrálnej rámovej stolice. V plných väzbách je do pozdĺžne orientovaného prahového trámu pod hrebeňom krovu čapovaný stĺpik, ktorý stabilizujú dve symetrické diagonálne vzpery, dole plátované do väzného trámu na rybinu a hore do krokiev. Tieto vzpery sú šikmo plátované so stĺpikom centrálnej stolice a s dolným hambálkom. Spoje fixujú drevené kolíky. Zavetrenie plných väzieb medzi krokvami a väznými trámami dopĺňajú šikmé pätné vzpery.

Obr. 3 Liptovské Sliače - r.k. kostol Obr. 4 Liptovské Sliače - krov nad svätyňou Medziľahlé väzby tvoria väzné trámy, krokvy, dve úrovne hambalkov, šikmé pätné vzpery a dve symetrické diagonálne vzpery v tvare tzv. ondrejského kríža, dole plátované do väzného trámu na rybinu a hore do krokiev, tiež plátované na rybinu. Na spájanie šikmých prvkov s horizontálnymi aj vertikálnymi sú takmer výlučne použité rybinové pláty. Krokvy sú vo vrchole spájané na ostrih s fixáciou drevnými kolíkmi. Každá väzba obsahuje nízke námetky priložené ku krokve a ku exteriérovej fasáde (Obr. 5). Hrebeňovú rámovú stojatú stolicu krovu nad loďou tvoria tri stĺpiky čapované do prahového trámu položeného na priečne orientované väzné trámy. Pod hambalkami v oboch úrovniach sú horizontálne rozpery medzi stĺpikmi. Zavetrenie stolice zabezpečujú vysoké diagonálne vzpery v tvare tzv. ondrejského kríža plátované na rybinu so stĺpikmi a prahovým trámom. Tieto vzpery sú šikmo plátované s rozperami. V prvom poli nepokračuje diagonálna vzpera do 2. stĺpika z dôvodu vloženej konštrukcie sanktusníka so samostatným nosným systémom, ktorého základňu tvorí dvojica trámov položených vedľa väzných trámov 1. medziľahlej a 2. plnej väzby krovu. Tesárske značky na prvkoch priečnych väzieb nad svätyňou sú vrypy pravdepodobne ostrím sekery alebo iným tesárskym nástrojom) a sú to rímske čísla (I, II, III a IIII). Tieto čísla sú viditeľné na krokvách, väzných trámoch a pätných(vzperách krovu svätyne. Priečne väzby sú značené zo strany spojov, teda od východu. Druhým typom sú výnimočné značky v podobe malých štvorčekov,

150

Obr. 5 Liptovské Sliače – krov nad svätyňou – priečne väzby viditeľné na hrebeňovej stolici na východnej strane v spoji krokva ▪▪▪ – prahový trám ▪▪▪. Vyskytujú sa aj značky v tvare symbolov, možno s číselným vyjadrením, ako napr. na vysokej diagonálnej vzpere hrebeňovej stolice ( у ). Jednotlivé prvky stolice boli nakladané a spoje označené zo severu. V krove nad loďou sú značky nepravidelne na priečnych väzbách (hambalok – krokva) a laterálnych stoliciach (pásiky). Použité sú rímske sekané čísla (kratšie a širšie záseky – ıı, ııı ).

Obr. 6 Liptovské Sliače – krov nad svätyňou – pozdĺžna väzba a pôdorys

Súčasný krov nad svätyňou je renesančnou konštrukciou (16. st. ?, obr. 6). Nie je však vylúčené, že ide o mladší krov z obdobia nastupujúceho baroka. Použitie tesárskych značiek (napr. štvorčeky), ale aj niektorých spojov, predovšetkým pomerne archaického napojenia krokiev s koncami väzných trámov rybinovým plátom napovedajú a ponúkajú domnienku, že ide ešte o renesančný krov. V 15. a 16. storočí sú typické krokvové hambálkové konštrukcie s hrebeňovými, resp. centrálnymi rámovými stolicami. Tie sa samozrejme objavujú aj v 17. a 18. storočí, ale systém tesárskych značiek, spojov, ale aj tradičnej typológie sa už postupne, aj keď pozvoľne mení. Snáď práve systém použitých diagonálnych vzpier v priečnych väzbách (v tvare ondrejských krížov) môže zasa naznačovať, že krov nad svätyňou je mladší. Svojou konštrukciou a typom sú takmer identické skúmané priečne väzby krovu nad svätyňou (plné aj medziľahlé) s krovom nad svätyňou Rímskokatolíckeho kostola sv. Ladislava v Liptovských Matiašovciach (Obr. 7) (tu chýbajú len pätné vzpery). Zavetrenie hrebeňovej stolice je riešené tiež navzájom sa križujúcimi diagonálnymi vzperami, avšak v odlišnej schéme. Spomínaný krov na kostole

151

v Liptovských Matiašovciach bol datovaný do záveru 17. storočia (1695/96d). Snáď ďalšou, voľnejšou obdobou môže byť aj krov nad loďou neďalekého Rímskokatolíckeho kostola sv. Ondreja v Dúbrave (1748/49d a 1749l d) a rímskokatolíckeho kostola sv. Ondreja v Liptovskom Ondreji (1700/1701d) (Obr. 8). Z prieskumu dosiaľ známych historických krovov je častejšie použitie červeného smreku v stredoveku, ako v mladšom období (výnimku tvoria zvonové stolice). Krov nad svätyňou kostola v Litovských Sliačoch je zo smrekovca opadavého (červený smrek). Krov v Liptovských Matiašovciach je takmer výlučne zo smrekového dreva. Použitie dreviny, avšak nie je určujúce pre vek konštrukcie. Evidentne sú v krove sekundárne použité staršie prvky, na ktorých sú zachované, dnes nefunkčné dlaby. Na vonkajších stranách krokiev sú badateľné výrazne záseky v pravidelných rozostupoch po pôvodných latiach, prípadne mohli tieto záseky slúžiť tesárovi aj ako

Obr. 7 Liptovské Matiašovce – krovy

rebrík. Keďže dendrochronologický výskum v skúmanom krove nad svätyňou nebol úspešný (datovaný bol jeden prvok 1382/83 d - pravdepodobný pozostatok zdvíhacieho zariadenia) a výsledky prieskumu nevedia jednoznačne túto konštrukciu časovo zaradiť, je potrebné v budúcnosti vykonať na tomto, mimoriadne zaujímavom objekte komplexný pamiatkový výskum (architektonicko aj umelecko-historický), ktorého súčasťou by bol podrobný výskum krovov, vrátane opakovaného dendrochronologického výskumu. Predpoklad vyslovený v publikácii Národné kultúrne pamiatky na Slovensku, okres Ružomberok, heslo Liptovské Sliače, rímskokatolícky farský kostol sv. Šimona a Júdu o výstavbe krovu spolu s renesančnými klenbovými konštrukciami lode kostola v roku 1570 nie je taktiež nepravdepodobný. Z pozoruhodných nálezov v podstreší nad svätyňou patrí už vyššie spomínaný zabudovaný trám, asi 1,5 metra dlhý s dvoma dlabmi pre umiestenie dvoch nosníkov, ktorý sa zachoval na severnej stene cca 1,0 meter pod úrovňou koruny muriva. Na nosníky bola umiestnená kladka, s pomocou ktorej bol vyťahovaný stavebný materiál. Tento pravdepodobný pozostatok zdvíhacieho zariadenia musel byť realizovaný ešte pred stredovekými rebrovými krížovými klenbami svätyne. Tento trám bol dendrochronologicky datovaný do obdobia 1382/83 d. V rámci podstrešia nad loďou kostola na bývalých interiérových múroch sa nachádzajú z umelecko-historického hľadiska vysoko hodnotné nástenné maľby z obdobia okolo roku 1400, zachytávajúce christologické pašiové obrazy (Obr. 9). Ďalšie ešte vyššie spomínané krovy nad sakrálnymi stavbami v Liptovskom Ondreji, Liptovských Matiašovciach a v Dúbrave sú súčasťou pripravovanej publikácie

152

Obr. 8 Liptovský Ondrej – krovy

„Historické krovy sakrálnych stavieb Liptova“, ktorej sme spoluautori. V priebehu tohto roku by mala byť podrobnejšie preskúmaná najväčšia krovná renesančná konštrukcia nachádzajúca sa nad krídlami konventu františkánskeho kláštora v Liptovskom Mikuláši, miestna časť Okoličné.

Obr. 9 Liptovské Sliače - nástenné maľby v podstreší nad loďou r.k, kostola

LITERATÚRA [1] Suchý L., Krušinský P., Babjaková Z., Ďurian K.,: Historické krovy sakrálních

staveb Turca, Žilinská univerzita v Žiline, Katedra pozemního staviteľstva a urbanizmu, Stavebná fakulta, Žilina 2008.

[2] Suchý L., Krušinský P., Grúňová Z., Ďurian K., Zacharová D., Korenková R.: Historické krovy v regiónoch Oravy a Kysúc. Žilinská univerzita v Žiline - Stavebná fakulta - Katedra pozemného staviteľstva u M. Gibala KNM 2010, ISBN 978-80-970171-1-8, Realizované s finančnou podporou Ministerstva kultúry Slovenskej republiky.

[3] Ganowicz R.: Historyczne więŜby dachowe polskich kościołów, WAR, Poznań 2000, ISBN ISBN 83-7160-217-0

[4] Vinař J. a kolektív: Historické krovy – typologie, pruzkum, opravy, Grada, Praha 2010. ISBN 9788024730387 ČAJKA, M.: Gotická sakrálna architektúra na Liptove. In: Pamiatky a múzeá, 2004, č. 2, s. 18.

[5] MYSKOVSZKY, V. : Liptómegye középkori épitészeti mőemlékei. (Adalék mőemlékeink ismeretéhez). In: Archeológiai közlemények. 11, 1877, č. 2, s. 9-65. [6] Národné kultúrne pamiatky, okres Ružomberok. Bratislava 2008, s. 38-39 a 211-

222.

153

POŠKODENIE DREVENÝCH KROVOV

M. Zsóka 1

Abstrakt The wood is structurally, economically and aesthetically important and the most used building material for the roof implementation. The basic user requirement is the full functionality of the structure during the all its lifetime. Weight to time there is a damage which is manifested by structural change. To preserve it for the future generations it is necessary to make the protection and recovery. 1. OCHRANA DREVENÝCH KONŠTRUKCIÍ Drevené konštrukcie patria k najstarším stavebným konštrukciám a tvoria neoddeliteľnú súčasť nosnej sústavy mnohých stavieb. Predpokladom úspešného použitia a ochrany drevených konštrukcií v stavbe je výber vhodného dreva, ktoré má prirodzenú schopnosť odolávať škodcom. Ochranu drevených konštrukcií je možné rozdeliť do niekoľkých skupín opatrení, ktoré sa v praxi navzájom kombinujú a to konštrukčné, chemické a fyzikálne opatrenia. Cieľom všetkých opatrení je vytvoriť také prostredie ktoré je pre výskyt a pôsobenie drevokazných činiteľov (biotický škodcovia, klimatické vplyvy) nevhodné. Pri ochrane drevených konštrukcií, predovšetkým historických a kultúrnych pamiatok treba dodržiavať požiadavky zohľadňujúce všeobecné zásady ochrany dreva a drevených pamiatok. 1.1 Diagnostika poškodeného dreva Diagnostika poškodeného dreva je súčasťou údržby a obnovy drevených konštrukcií, pre ich záchranu je veľmi dôležité, aby sa skoro a objektívne zistili všetky typy, rozsahy, stupne a príčiny porúch, čím sa dá zabrániť ich ďalšiemu prehlbovaniu a rozširovaniu. Poškodenia dreva možno zistiť zmyslovými a prístrojovými metódami. Zmyslové diagnostické metódy sú založené na základe subjektívneho hodnotenia, medzi ktoré patria zrakové, hmatové, sluchové a čuchové metódy. Môžeme nimi zistiť rôzne druhy poškodenia (npr. povrchové vady, trhliny, poruchy spojov, stopy po biotických škodcoch a pod.) Na presnejšiu analýzu súžia prístrojové metódy. U poškodeného dreva sa mení jeho molekulárna, anatomická i vonkajšia štruktúra a následne aj jeho optické, elektrické, akustické, mechanické a iné vlastnosti. Zmenu týchto vlastností dreva využívajú prístrojové nedeštruktívne metódy a to optické, ultrazvukové, akustické, elektrické, rádiografické, chemické, biologické atď. ______________________ 1 Marcel Zsóka Ing., Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 1, 010 26 Žilina, marcel.zsoka@fstav.uniza.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

154

1.2 Zastavenie degradácie dreva Ak je drevená konštrukcia napadnutá biologickými škodcami je nutné pristúpiť k sterilizácii jej danej časti alebo celku na zamedzenie rozširovania tohto poškodenia v objekte. V čo najkratšom čase treba pristúpiť k odstráneniu porúch vedúcich k jeho bezprostrednému porušeniu. K týmto dočasným zásahom patrí odstránenie lokálneho zdroja vlhkosti, odstránenie výrazne napadnutých a poškodených prvkov z objektu bez narušenia statiky a lokálne ošetrenie dreva biocídom. Následne sa pristúpi k dlhodobému riešeniu problému na základe podrobnej analýzy a návrhu riešenia pozostávajúcich z komplexu opatrení [4]: • prieskum a vyhodnotenie skutkového stavu dreva – diagnostika dreva, • likvidácia biologických škodcov v dreve a jeho okolí použitím vhodných

sterilizačných metód – fyzikálna a chemická sterilizácia, • konzervačné technológie obnovy, pri ktorých sa poškodené drevo povrchovo

alebo hĺbkovo impregnuje prírodným alebo syntetizovaným konzervačným prostriedkom,

• sanačné technológie obnovy, pri ktorých sa vykoná výmena alebo oprava poškodených drevených prvkov za nové,

• konštrukčná ochrana, zameraná na minimalizáciu rizika znehodnotenia dreva počas obnovy a na trvalé zníženie rizika vlhnutia dreva,

• chemická ochrana dreva, ak konštrukčné opatrenia nevylučujú možnosť opätovného poškodenia drevených konštrukcií hubami a hmyzom.

Zastavenie degradačných procesov v dreve riešime sterilizáciou poškodených prvkov. Možno ich vykonať fyzikálnymi a chemickými metódami: • zvýšenie teploty dreva, • zmrazovanie dreva, • ožarovanie dreva, • pôsobenie ultrazvuku alebo vysokého vákua, • pôsobenie netoxických plynov. Optimálnejšie je využitie fyzikálnych metód vzhľadom na toxickú podstatu chemických metód. Sterilizačné metódy predstavujú iba krátkodobú ochranu drevených konštrukcií, dlhodobú ochranu zabezpečí následná chemická a konštrukčná ochrana. 1.3 Obnova poškodených drevených materiálov

Poškodené drevo sa dá čiastočne obnoviť pomocou konzervačných látok alebo sanačnými technikami. Konzervačné látky majú za úlohu spevnenie a rozmerovú stabilizáciu dreva. Na konzerváciu sa používajú prírodné alebo syntetizované látky, ktoré sa zavádzajú do štruktúry poškodeného dreva. Spôsob aplikácie týchto látok je možný obdobne ako pri chemickej ochrane dreva (náterom, postrekom, ponorom, máčaním, injektovaním, bandážovaním, impregnovaním a pod.) Týmto spôsobom obnovy dosiahneme iba zlepšenie tvrdosti a pevnosti poškodeného dreva. Na zabezpečenie plnenia pôvodnej statickej funkcie treba pristúpiť k sanácii drevených konštrukcií na základe statických posudkov, rozboru kvality dreva a v prípade historických konštrukcií aj požiadaviek pamiatkového úradu. Princípy spevňovania poškodených prvkov drevených konštrukcií [4]:

155

• zväčšenie prierezu (príložkovanie, výškové nadstavenie), • náhrada poškodeného dreva zdravým drevom alebo iným materiálom, bez

zachovania pôvodného prierezu dreveného prvku: - príložkovanie – spojenie zdravej časti prvku a vloženej plomby s príložkou

z dreva alebo ocele, - ukotvenie – vloženie zdravej časti prvku do oceľovej , konzoly, • náhrada poškodeného dreva zdravým drevom alebo iným materiálom, pri

zachovaní pôvodného prierezu daného prvku: - protézovanie, plombovanie, konzervácia spevňujúcou substanciou, • aplikácia uhlíkových vlákien do ťahovej alebo tlakovej zóny prvku. 2. POŠKODENIE KROVOVÝCH KONŠTRUKCIÍ Drevené krovové konštrukcie bývajú najčastejšie atakované biotickým poškodením. Napadnutie drevokaznými hubami je v miestach so zvýšenou vlhkosťou (18 – 20 % a viac). Na zvýšení vlhkosti konštrukčného dreva v krovoch bežných stavieb sa podieľa predovšetkým zrážková a skondenzovaná voda. V niektorých prípadoch, tiež voda z domových rozvodov vody, kanalizácie či vykurovania. Zrážková voda (dážď, sneh, krúpy, apod.) vniká do objektov pri poruchách, alebo nevhodnom konštrukčnom riešení strešného plášťa. Obvykle v miestach poškodenia strešnej krytiny, prestupmi strešným plášťom (revízne otvory, strešné okná, komíny, vyvedenie ventilačných šácht, ukotvenie komínových lávok, antén a pod.), v miestach styku strešných rovín rôznej orientácie alebo spádu (nároží, úžľabí, zlomy manzardových striech), v miestach styku strešných rovín s murivom (spoje so štítmi, atiky, vikiere atd.) a okolo vedenia odkvapov a odkvapových zvodov.

G

E

D

C

B

A H

F

J

Obr. 1 Rizikové miesta v krovových konštrukciách

A – päta krovovej konštrukcie, uloženie stropných a väzných trámov v murive, B – miesta prestupu murovaných konštrukcií strešným plášťom (komíny, vikiere, svetlíky), C, E, H - spoje drevených prvkov (väznica – krokva, hrebeň, stĺpik – väzný trám), miesta styku troch a viac strešných rovín, D, F – okolie technologických prestupov strešným plášťom, G – okolie užívateľských prestupov strešným plášťom, J – odkvapové žľaby, zvody, chrliče

156

Kondenzovaná voda súvisí s pohybom vzduchu v objektoch. Vzduch obsahuje, okrem základných plynov (kyslík, dusík, oxid uhličitý) a rady plynných prímesí aj vodnú paru. Ku kondenzácii kvapalnej vody z vlhkého vzduchu dochádza pri jeho ochladení pod teplotu rosného bodu, dostatočnom presýtení vodou (kúpeľne, kuchyne) alebo pri styku s materiálom s nižšou teplotou než je teplota rosného bodu (lokálna kondenzácia na povrchu daného materiálu). Miesta kde často dochádza k zvýšeniu vlhkosti drevených konštrukčných prvkov (vplyvom porúch, zlého konštrukčného riešenia alebo nevhodného užívania) a tým, obvykle aj k počiatku napadnutia drevokaznými hubami, sú obecne označované ako kritické alebo rizikové. Väčšina z nich je uvádzaná v odbornej literatúre a potvrdili ich aj realizované prieskumy drevených krovových konštrukcií stavieb [1] – viď obr. hore. 2. ZÁVER Ak už došlo k napadnutiu a poškodeniu zabudovaného dreva ešte stále je predpoklad jeho úspešnej sanácie a ochrany. To si vyžaduje vždy rozsiahle a komplexné sanačné opatrenia. Bezpodmienečne musí byť zachytené ohnisko alebo východiskový bod napadnutia a zdroj vlhkosti. Pre pamiatkovo chránené objekty platí, že prístroje sa majú primerane využívať na diagnostiku. Rešpektovať podmienku zachovania krovovej konštrukcie s jej charakteristickými prvkami. LITERATÚRA [1] Suchý L., a kol: Historické krovy v regiónoch Oravy a Kysúc. ŽU v Žiline - SvF –

KPSaU, u M. Gibala KNM 2010, Realizované s finančnou podporou MK SR. [2] Korenková R., Krušinský P., Grúňová Z.: Súčasny technický stav historických

krovov vo vybraných regiónoch Slovenska, XIX Polish - Russian - Slovak seminar "Theoretical foundation of Civil Engineering", Žilina, 12.-16. 09. 2010, printed ACB Moscow, 2010. p. 211 - 216

[3] Makýš O.: Technológie obnovy budov. Bratislava: Jaga group. 2004. p. 239-251 [4] Reinprecht L.: Ochrana dreva a kompozitov. Bratislava: TU Zvolen. 97. p.329 -

430 [5] Vinar L., a kol: Historické krovy. Praha: Grada Publishing, a.s. 2010. p. 328-358

157

MODERNÁ DREVENÁ ARCHITEKTÚRA

M. Kanderková 1

Abstrakt Paper deals with wood as material suitable enough for modern architecture and design. It is focused on ways of woodworking, constructive principles, details, use of wood and its application in architecture. Good design can contribute to make the use of wood more popular not only in forms of cladding, but to use wood as a main constructive material adequate with classic masonry materials. 1. HISTÓRIA POUŽITIA DREVA V ARCHITEKTÚRE Do 20 storočia prevažujúci stavebný materiál na severnom Slovensku bolo drevo – čo súviselo s jeho ľahkou dostupnosťou. Ešte v 50 rokov 20. storočia bola väčšina dedín slovenských horských oblastí drevená. Drevo sa stalo stavebným materiálom chudobných – tu môžeme hľadať jednu z príčin dodnes pretrvávajúcej averzie voči drevu ako „podradnejšiemu stavebnému materiálu“ oproti „klasickým murovacím materiálom“. V minulosti sa obyvatelia dreveníc sa s týmto javom vyrovnali tak, že svoje drevené obydlia omietali vápnom, čo im dávalo aspoň na pohľad podobu domov murovaných (Obr. 1).

Obr. 1 Omietanie domov vápnom, za účelom pripodobnenia drevenej stavby stavbe murovanej. Vľavo skanzen Zuberec, vpravo Vlkolínec [2],[3].

_____________________ 1 Marta Kanderková, Ing. arch., PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Stavebná fakulta, Univerzitná 8215/1, 01026 Žilina, marta.kanderkova@fstav.uniza.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

158

V medzivojnovom období je v hospodársky vyspelejších oblastiach krajiny, drevo ako prevažujúci materiál, potláčané. K oživeniu tradície drevenej architektúry prispel slovenský architekt Dušan Jurkovič. Jeho tvorba nadväzuje na dedičstvo tradičnej ľudovej architektúry, ktoré obohacuje o nové prvky v kombinácii s materiálmi ako keramika, betón, tehla a podobne. Drevo neomietal, nechal vyniknúť jeho prirodzenej štruktúre. Povojnové obdobie je v Československu charakterizované nástupom Moderny. Drevo sa využívalo výlučne na konštrukciu krovu (Obr. 2), záhradných chatiek, drobných rekreačných chatiek a prístreškov, prípadne našlo využitie vo forme obkladu (tatranský profil). Drevo, ako základný stavebný materiál sa v období moderny používa minimálne, o čom svedčí nízky počet umelecky hodnotných stavieb, typu športová hala Bôrik v Žiline (Obr. 3) a niekoľko pekných železničných staníc a horských chát na báze dreva, roztrúsených po Slovensku.

Obr. 2 Po 2. svetovej vojne a po požiaroch, ktoré zdecimovali väčšinu slovenských obcí, drevené objekty nahrádzali murované. Väčšinu zástavby v obci tvoria dnes klasické murované stavby 60 rokov 20. storočia, čo natrvalo pozmenilo tvár slovenského vidieka. Drevo sa využívalo ako stavebný materiál výlučne na konštrukciu krovu [4].

Obr. 3 Športová hala Bôrik v Žiline, jeden z mála príkladov drevených konštrukcií z obdobia moderny, autori Ľudovít Kupkovič a Andrej Bašista [5].

2. ARCHITEKTONICKÉ STVÁRNENIE SÚ ČASNÝCH DREVODOMOV 89. rok je rokom nástupu Postmoderny na Slovensku. Začiatkom 90 rokov dochádza k útlmu stavebníctva v podobe, v akej sme ho poznali z obdobia socializmu. Nástup nových materiálov, stavebných technológii a inšpirácia zo západu prispeli k pozvoľnému znovuobjaveniu výhod dreva ako stavebného materiálu. Pomaly sa začína s výstavbou stavieb na báze dreva, ktoré si však zatiaľ nevedia nájsť stabilné miesto na trhu z viacerých dôvodov. Jedným z dôvodov je už na začiatku spomenutá z minulých čias pretrvávajúca averzia k drevu, súvisiaca s ponímaním dreva ako lacného stavebného materiálu (a teda materiálu chudobných). Druhým je samotný dizajn drevodomov dnes ponúkaných na trhu.

159

Drevodomy na Slovensku tvoria dve základné skupiny a to skupina stavieb zrubových a stavieb sendvičových na báze dreva. Prvá skupina, stavby zrubové, nadväzujú na tradičný konštrukčný princíp ľudových drevených zrubov. Vytýka sa im ignorancia voči okolitému prostrediu, označujú sa dokonca za objekty málo sa hodiace aj do súčasného vidieckeho prostredia – čo je výtka najmä voči dizajnu stavieb. Druhu skupinu tvoria domy na báze dreva - sendvičové. Je to široká škála objektov, od tých, ktoré sú obložené dreveným profilom z guľatiny, imitujúcim objekt zrubový až po objekty, ktoré sú klasicky omietnuté a budia dojem objektov murovaných. Pre zákazníkov, ktorí by chceli bývať v drevodome, avšak nepáčia sa im pseudozruby ani objekty „akože murované“ chýba na slovenskom trhu schodná cesta. 3. RIEŠENIA Na inšpiráciu ako riešiť objekty na bývanie na báze dreva v súlade s moderným dizajnom, ponúkam príklady vydarených drevených konštrukcií (Obr. 4, 5) realizovaných po 89. roku.

Obr. 4 Príklady vydarených realizácii stavieb na báze dreva po 89. roku. Vľavo lávka pre peších v Dolnom Kubíne (autor Anton Kratochvíl) je spojením moderného dizajnu a tradičného staviteľstva [12], vpravo drevená rozhľadňa s murovanou základňou na

Slovensko- českom pohraničí na vrchu Veľký Lopeník [6], [7].

Obr. 5 Rekreačné chaty v Liptovskom Trnovci. Koncepcia lodného priestoru, prevládajúcim stavebným materiálom je železobetón a drevo.

Autorom je Peter Abonyi [8].

160

3.1 Inšpirácia zo Švaj čiarska Inšpiráciou pri tvorbe drevodomov môžu byť pre slovenské prostredie niektoré stavby z oblasti Álp, kde tradícia drevených konštrukcií pretrvávala. Zároveň, prostredie je klimaticky podobné nášmu. Vybrané diela sú od architekta Petra Zumthora, pôvodne vyučeného stolára. (Obr. 6 až 12).

Obr. 6 „Gugalun House“ vo Versam. K pôvodnému tradičnému alpskému zrubovému domu je pristavená nová sendvičová drevená konštrukcia. Prevládajúcim materiálom

je drevo, vrátane obkladov interiéru a exteriéru [9].

Obr. 7 „Gugalun House“ – 1. a 2. podlažie, časť pristaveného objektu je zapustená

do svahu. Prístavba je asi 2x väčšia ako jestvujúci objekt [9].

Obr. 8 „Gugalun House“ – časť rezov. Objekt je postavený na báze dreva, okrem časti, ktorá je zapustená do svahu a vnútornej nosnej steny popri ktorej vedú

inštalácie a stropu pod kúpeľňou, kadiaľ vedie podlahové vykurovanie [9].

161

Obr. 9 „Gugalun House“, riešenie detailov - vľavo - detail posuvnej okenice -

koľajnica schovaná v obklade. Vpravo - „okapový nos“ dosiek obkladu [9].

Autor realizoval aj iné stavby na báze dreva (Obr. 10, 11).

Obr. 10 St Benedict Chapel (CH), exteriér a interiér. Objekt je postavený na báze dreva. Súčasťou je subtílna zvonica [10].

Obr. 11 Leis Haus (CH), súbor drevodomov domov na bývanie [11].

Charakteristickým znakom autorovej tvorby je originalita a veľký dôraz kladený na detail (Obr. 12).

162

Obr. 12 St Benedict Chapel (CH), detaily, vľavo - detail styku šindľového obkladu, vpravo - riešenie styku objektu so zemou [10].

4. ZÁVER Drevostavby sa prezentujú ako konštrukcie, oplývajúce oproti murovaným stavbám mnohými výhodami ; ako priaznivejšia cena, rýchlejšia realizácia, ekologické hľadisko, dostupnosť materiálu a iné. Napriek spomenutým výhodám treba poznamenať, že práve dizajn objektu často rozhoduje u zákazníka v prospech murovaných konštrukcií. Otázku dizajnu je potrebné riešiť rovnako u murovaných ako u drevených konštrukcií, preto za dôležité považujem zaoberať sa touto témou, ktorá môže prispieť ku konkurencieschopnosti drevostavieb na trhu. LITERATÚRA [1] Dulla, M. : P.: Slovenská architektúra od Jurkoviča po dnešok. Vydavateľstvo

Perfekt, a.s., Karpatská 7, Bratislava, 2007, ISBN 978-80-8046-366-3 [2] Múzeum oravskej dediny Zuberec – Brestová [online], [citované máj 2011],

dostupné na : http://www.muzeum.sk/default.php?obj=muzeum&ix=mod [3] Vlkolínec [online], [citované máj 2011], dostupné na : http://www.vlkolinec.sk/ [4] Obec Bobrov [online], [citované máj 2011], dostupné na :

http://www.obecbobrov.sk/ [5] Športová hala Bôrik, mesto Žilina [online], [citované máj 2011], dostupné na :

http://zilina-gallery.sk/picture.php?/9261/category/957 [6] Lávka pre peších v Dolnom Kubíne, autor KRATOCHVÍĽ A.,

[online], [citované máj 2011], dostupné na : http://www.dolnykubin.sk/data1/dolnykubin.sk/dolnykubin.sk/www/obcan

[7] Rozhľadňa na Veľkom Lopeníku [online], [citované máj 2011], dostupné na : http://rozhledny.webzdarma.cz/lopenik.htm

[8] Gažíková, Z. : Rekreačné chaty Lode, Liptovský Trnovec, autor ABONYI P., ARCH , Vol. 12/09, str. 48-51.

[9] Gugalun Hause, autor ZUMTHOR P. [online], [citované máj 2011], dostupné na : http://www.mimoa.eu/projects/Switzerland/Versam/House%20Truog%20Gugalun

[10] St. Benedict Chapel, autor ZUMTHOR P. [online], [citované máj 2011], dostupné na : http://architecture.about.com/od/greatbuildings/ig/Peter-Zumthor- /Saint-Benedict-Chapel.htm

[11] Leis House, autor ZUMTHOR P. [online], [citované máj 2011], dostupné na : http://www.dailyicon.net/2009/04/leis-house-by-peter-zumthor/

163

SÚČASNÉ ŠKANDINÁVSKE DREVOSTAVBY Z H ĽADISKA TEPELNEJ OCHRANY

R. Ponechal 1 - J. Beták 2

Abstrakt The paper deals with thermal insulation of wood structured apartment houses in Sweden. Some detail were solved with two-dimensional heat-transfer modeling software. Practical approach predominate in detail of foundation slab and window frame. 1. KONŠTRUKCIE A PRINCÍPY A ŠPECIFIKÁ Moderné stavebníctvo má v každej krajine svoje špecifiká, vyplývajúce z geografickej polohy, tradície či ekonomickej prosperity. Podobne je to tiež u drevostavieb, ktoré majú vo Švédsku pri výstavbe rodinných domov bohatšie zastúpenie a väčšiu kontinuitu, ako na Slovensku. Podnebie ovplyvnené prímorskou klímou dosahuje najnižšie zimné teploty vzduchu na úrovni -15 °C [1]. 1.1 Materiál a vyhotovenie Na konštrukcie priamo vystavené poveternostným vplyvom (balkóny, terasy) sa používa tlakovo impregnované rezivo. Ostatná nosná aj nenosná časť je bez impregnácie. Požíva sa sušené rezivo štandardizovaných rozmerov. Štvorstranne hobľované konštrukčné rezivo má hrúbky 45 mm, 28 mm a 22 mm. Konštrukcia obvodovej steny, tvorená stĺpikom celkovej šírky 315 mm pozostáva z dvoch hranolov 45x70 mm - vonkajší (nenosný), 45x95 mm - vnútorný (nosný). Spojené sú v troch miestach oceľovým platničkami. Výplň tvorí tepelná izolácia z minerálnych vlákien hr. 315 mm. V takejto hrúbke spĺňa pomerne prísnu požiadavku Švédskej normy platnej od roku 2010 energetické kritérium novostavieb. Konštrukcia difúzne otvorenej steny spĺňa pravidlo - pomer difúzneho odporu na vonkajšej strane konštrukcie ku vnútornej 1:5. Strecha je zväčšia tvorená strešnými väzníkmi, zhotovenými technológiou spojov s platničkami s prelisovanými hrotmi. Hrúbka tepelnoizolačnej vrstvy v streche je minimálne 400 - 500 mm. Príklad stenovej konštrukcie v napojení na strešnú konštrukciu je uvedený na obr. 1. _____________________ 1 Radoslav Ponechal, Ing. PhD., Stavebná fakulta ŽU, Komenského 52, 010 26 Žilina, ponechal@fstav.uniza.sk 2 Ján Beták, Ing. BM HUS AB, 430 64 Hällingsjö, Švédsko, janbetak@gmail.com

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

164

1.2 Zakladanie Podklad pod základovú dosku tvorí zhutnený lomový kameň a makadam s drenážou, ktorá plní dôležitú funkciu vzhľadom na absenciu klasickej hydroizolácie. Základ tepelnej izolácie tvorí 300 mm hrubá tepelnoizolačná vrstva z expandovaného polystyrénu. Doplnená je o vodorovný pás polystyrénu okolo celého domu šírky 600 resp. 1200 mm v rohoch objektu. V nosnej železobetónovej doske je priamo zabudovaný systém podlahového vykurovania. Doska je pod nosnými stenami vystužená železobetónovým vencom. Príklad základovej konštrukcie v napojení na obvodovú stenu je uvedený na obr. 2.

Obr. 1 Nosná stena v napojení na strechu

Obr.2 Základová konštrukcia

165

1.2 Výplne otvorov V porovnaní s kvalitnou izoláciou obvodového a strešného plášťa sú slabšou stránkou škandinávskych drevostavieb výplne otvorov. Drevené okná majú síce väčšiu hrúbku rámu cca 105 mm ale len jedno tesnenie medzi krídlom a rámom. Namiesto celoobvodového kovania je veľmi rozšírený výklopný systém otvárania. 2. PLOŠNÉ TEPLOTNÉ POLIA Uvedené skutočnosti, ktoré patria ku charakteristickým prvkom drevostavieb v Škandinávií, boli podrobené hlbšej analýze metódou plošných teplotných polí. Výsledky rozloženia teplôt v jednotlivých detailoch za modelovaných stacionárnych podmienok sú dokumentované na obr. 3 a obr. 4. Vonkajšia okrajová podmienka bola modelovaná s teplotou vzduchu -15 °C a sú činiteľom prestupu tepla he= 0,04 W/(m2K).

Obr. 3 Rozloženie teplôt v detaile základovej dosky v zimnom extréme

Pri posudzovaný výsledkov plošného teplotného poľa detailu základovej dosky je treba vziať do úvahy podlahového vykurovanie, ktoré nebolo modelované. Zvýšenie teploty základovej dosky ovplyvňuje jednak teploty v základovej škáre ako aj tepelnotechnické vlastnosti izolácie z penového polystyrénu. Vyhrievanie základovej škáry spolu s drenážou zabraňujú pohybom v dôsledku premŕzania. Detail okenného rámu s jedným štádiom tesnenia má niekoľko nedostatkov. Z hľadiska tepelnej izolácie je to predovšetkým zhoršená hodnota súčiniteľu prechodu tepla okenného rámu, ktorá by bola podľa systému slovenských noriem nevyhovujúca. Nie celkom vhodné je aj osadenie rámu na vonkajší líc obvodovej

166

steny, ktorý zvyšuje tepelný most v dôsledku styku rámovej konštrukcie okna a obvodovej steny.

Obr. 4 Rozloženie teplôt v detaile okna v zimnom extréme 3. ZÁVERY Škandinávske drevostavby sú z hľadiska tepelnej ochrany na vysokej úrovni. V dôsledku nižších solárnych tepelných ziskov sa kladie väčší dôraz na tepelný odpor fragmentov stien a strechy. Pri riešení niektorých detailov (základovej škáry, okna) však prevláda praktický prístup. LITERATÚRA [1] International Weather for Energy Calculations (IWEC), American Society of

Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2001.

167

SPÔSOBY VYKUROVANIA V DREVOSTAVBÁCH

SPÔSOBY VYKUROVANIA V DREVOSTAVBÁCH

Juraj Bar čiak 1

Abstract Heating of the house and especially energy consumption, emissions and environmental protection become to main topic of today. In developing today's fuel prices, it was found that the cheapest energy is the spared one. Ecology began to be "in fashion" and on this trend began to adapt the part of the technology environment in buildings. Today's technical resources enable to design equipment for heating, cooling and ventilation so as they'll be able maximize use to their potential, be ecologically, easy to maintain, service and their operation is cheap. 1. ZÁKLADNÉ ROZDELENIE VYKUROVACÍCH SÚSTAV V DREVOS TAVBÁCH Podľa druhu teplonosnej látky: • Teplovodné • Teplovzdušné • Elektrické 2. KRITÉRIÁ VÝBERU VYKUROVACIEHO SYSTÉMU V DREVOSTA VBÁCH Kritérií pri výbere systému vykurovania drevostavieb je niekoľko : • Ekonomický faktor • Dostupnosť paliva • Ekologický faktor • Hygienický faktor 3. POPIS NAJČASTEJŠIE POUŽÍVANÝCH SPÔSOBOV VYKUROVANIA V DREVOSTAVBÁCH 3.1 Podlahové vykurovanie Systém podlahového vykurovania , vzhľadom na mnohé pozitívne vlastnosti prežíva v súčasnosti renesanciu. Je to spôsobené najmä zvýšenými požiadavkami na komfort bývania, hygienu a energetickú úsporu. Na vykurovanie drevostavieb sú používané dva základné systémy podlahového vykurovania: ––––––––––––––––––––– 1 Juraj, Barčiak, Ing. Žilinská univerzita v Žiline, Stavebná fakulta, Katedra pozemného staviteľstva a urbanizmu, Univerzitná 8215/1 , 010 26 Žilina, juraj.barciak@fstav.uniza.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

168

3.1.1 Teplovodné podlahové vykurovanie 3.1.2 Elektrické podlahové vykurovanie 3.1.1 Teplovodné podlahové vykurovanie Voľba teplovodného podlahového vykurovania ako systému vykurovania je stanovená v prvom rade tepelno-technickými vlastnosťami objektu, priemerná tepelná strata by mala byť menšia ako 25 W/m3 , prípadne priemerná ročná spotreba tepla by mala byť nižšia ako 70 až 80kWh/m2 . Z toho vyplýva, že návrh systému podlahového vykurovania je závislý od energetickej náročnosti objektu. Nakoľko drevené konštrukcie drevostavieb majú veľké množstvo pórov a tým aj malú akumulačnú schopnoť, podlahové vykurovanie zabezpečí akumulovanie tepla v podlahe s tepelnou zotrvačnosťou 4 až 8 hodín s vysokým stupňom samoregulácie. [1] Je dôležité podotknúť, že systém podlahového vykurovania je nízkoteplotný, preto sa uvažuje s teplotou prívodnej vody do 50°C, je to dôležité , aby sa dodržala hygienická požiadavka pre maximálnu povrchovú teplotu 29°C pre obytné miestnosti a 33° pre kúpelne.

Obr. 1 Princíp šírenia tepla pri podlahovom vykurovaní (zdroj SCHÜTZ )

Pre drevostavby sa používajú dva typy podlahoviek, suchý systém a mokrý systém. Mokrý systém je výhodný pre podlahové konštrukcie na prízemí alebo podlahové konštrukcie uložené na železobetónových stropoch , pretože potrubné rozvody sú zaliate cementovým poterom 65 mm alebo anhydritovým poterom 45 mm. Potrubné rozvody sa používajú priemery 14x2, 16x2 a 17x2 zo sieťovanéno polyetylénu triedy A PE-Xa a PE-RT/ Al / PE-HD . Oba typy sú vybavené vrstvou, tzv kyslíkovou bariérou, ktorá bráni prieniku kyslíka cez steny potrubí. Potrubné rozvody sa kladú do systémovej dosky s výsypkami alebo sa upevňujú na rovné dosky za pomoci uchytávacích spon. Suchý systém je pre drevené konštrukcie daleko výhodnější, protože nevyžaduje 65 mm hrubú vrstvu peteru, profilové polystyrénové dosky sa dajú uložiť na vrchný záklop , dokopy sú spojené systémom zipsu. Medzi výstupky sa uložia teplorozvodné plechové moduly do kterých sa vložia samotné potrubné rozvody . Teplorozvodné moduly slúžia na rovnomerné rozvedenie tepla po ploche. Na to sa uložia sadrovláknite dosky hrúbky 12,5 mm v dvoch radách alebo anhydritový poter o hrúbke minimálne 30mm. Suchý systém sa využíva pri použití pre drevené trámové stropy drevených novostaveb ale hlavne při rekonštrukcii drevostavieb, kde nieje žiadané velké zaťaženie bez mokrého procesu.

169

a b

Obr. 2 Spôsoby kladenia podlahového vykurovania a - zaliate poterom, b - na sucho (zdroj SCHÜTZ )

3.1.2 Elektrické podlahové vykurovanie Pri tomto spôsobe vykurovania je vykurovacia rovina zabudovaná do podlahy vykurovacie káble, ktoré tvorí odporové vykurovacie jadro, v ktorom dochádzy ku premene elektrickej energie na tepelnú , čím je ohrievaný celý kábel a následne aj celá mazanina, v ktorej je kábel uložený. Elektrické káble ohrevajú buď tenkú vstvu mazaniny alebo rovno podlahovú krytinu rovnomerne, čím vytvoria z podlahy súvislú teplovýmennú plochu. Ak slúži elektrické podlahové vykurovanie ako hlavný spôsob vykurovania , prípadne v kombinácií s nejakým doplnkovým vykurovaním, je nutné aby celková plocha podlahového vykurovania pokrývala minimálne 2/3 celkovej podlahovej plochy, výhodou je vyššia akumulačná schopnosť podlahy a vyššia zotrvačnosť . Podľa typu krytiny môže dosiahnuť výkon 80 až 160 W/m2 .

a b

Obr. 3 Elektrické podlahové vykurovanie a - hlavný spôsob vykurovania, b - tenkovrstvé (zdroj V-systém elektro, s.r.o)

Pri tenkovrstvej novej alebo rekonštruovanej podlahe sú vhodné v kombinácií s inými typmi vykurovania . Ich výhodou je, že sa možu umiestniť pod podlahovú krytinu v tenkej vrstve lepidla na tepelne odiolovanej stropnej doske . Sú výhodné najmä v malých priestoroch ako sú kúpelne , kde by nebolo výhodné inštalovať iný typ vykurovania, pretože majú malú tepelnú zotrvačnosť.

170

3.2 Teplovzdušné krbové vykurovanie V súčasnej dobe predstavujú klasické spôsoby vykurovania plynom alebo elektrickou energiou vysoký komfort užívania, ide však o nie najlacnejšie spôsoby , najmä vykurovanie elektrickou energiou je dosť drahé. Ekonomické hľadisko teda núti ľudí uvažovať nad lacnejším spôsobom vykurovania a tou sú v mnohých prípadoch uzavreté teplovzdušné kozuby. Krbová vložka je uložená v dutine , do ktorej zo spodu cez mriežku prúdi chladný vzduch a cez hornú mriežku z dutiny vychádza ohriaty vzduch . Tým , že teplý vzduch je ľahší ako studený, stúpa nahor a je tak schopný vykúriť aj vrchné poschodia . Ak by sme týmto teplým vzduchom chceli vykurovať miestnosti, ktoré sú vodorovne vo väčšej vzdialenosti, musíme ich prepojiť vzduchovodmi s prídavnými ventilátormi s tichým chodom. Samotná krbová vložka može byť buď liatinová, oceľová alebo oceľoliatinová. Krbové vložky majú zvnútra , teda zo strany ohniska výplň zo šamotu alebo vermikulitu, ktoré zvyšujú akumulačnú schopnoť krbu. Ten je schopný sálať teplo do priestoru ešte niekoľko hodín po vyhasnutí.Účinnosť krbu može dosiahnuť až 80%. Účinnosť krbu môžeme zvýšiť nainštalovaním teplovodného výmenníka nad krbovú vložku . Treba poznamenať, že tento spôsob je síce veľmi obľúbený v drevených zrubových stavbách ale nieje najvhodnejší. Krb vyprodukuje teplo celkom rýchlo , v drevených stavbách sa však nemá kde kumulovať, proto po vyhasnutí ohniska zakrátko dom vychladne. Tomuto sa dá zabránit vytváraním akumulačných murovaných alebo betónových stien, v ktorých by sa akumulované teplo držalo dlhšiu dobu. 3.3 Vykurovanie pomocou vzduchotechnických zariaden í Na vykurovanie drevostavieb, prevažne pasívneho štandardu s vzduchotesnými obalovými konštrukciami sa v súčasnosti začína s obľubou používať systém riadeného teplovzdušného vykurovania a vetrania. Tieto vzduchotechnické zariadenia pracujú na princípe spätného získavania časti energie na ohrev privádzaného čistého vzduchu z odvádzaného odpadového vzduchu. Na spätné získavanie tepla sa používajú dva druhy výmenníkov: 3.3.1 Rekuperatívne, v ktorých je prenos tepla medzi odvádzaným odpadovým

vzduchom a privádzaným vonkajším vzduchom zabezpečený prostredníctvom výmenníka.

3.3.2 Regeneratívne, ktoré obsahujú akumulačnú látku, s ktorou sú striedavo v styku privádzaný aj odpadový vzduch.

3.3.1 Rekuperatívne získavanie tepla V tomto prípade je odvádzaný odpadový vzduch z miestnosti oddelený od privádzaného vonkajšieho vzduchu pevnou prekážkou, pričom odpadový vzduch odovzdáva časť svojho tepla privádzanému cez prenosové plochy výmenníka . Celý systém pracuje tak, že zariadenie nasaje vonkajší vzduch dovnútra, ktorý v zariadení prechádza cez filter, ktorý ho zbaví nečistôt. Očistený vzduch je následne prehnaný cez teplovodný výmenník alebo elektrickú špirálu a ohriaty na požadovanú teplotu. Odpadový vzduch, ktorý odvádzame z miestnosti sa už s prívodným nemieša v spoločnom potrubí ale mu predá väčšiu časť svojho tepla. Účinnosť niektorých výmenníkov môže byť teoreticky od 30% až do 90 % , čo znamená, že dohrievať je

171

nutných 10 až 70% privádzaného vzduchu a v tom spočíva obrovská úspora energie. V praxi sa za dobrú účinnosť považuje hodnota nad 60% , účinnosť nad 80% za špičkovú. V dome je neustále čerstvý vzduch, zbavený prachu , peľov, plynov a iných nečistôt a hlavne stabilnej teploty. Vzduchotechnickou jednotkou sa dá počas letného obdobia chladiť, pomocou zabudovaného chladiča, chladenie je však niekoľkonásobne viac energeticky náročnejšie ako vykurovanie.

Obr. 4 Princíp rekuperatívneho získavania tepla (zdroj ATREA s.r.o. )

3.4 Kombinované vykurovanie podlahové so vzduchotec hnikou Tento spôsob vykurovania je čo sa týka konfortu na najvyššej úrovni a spĺňa najväčšie nároky na kvalitu bývania v drevostavbách. Zápachom a škodlivinami znečistený vzduch sa priebežne vymieňa . Prefiltrovaný čerstvý vzduch je privádzaný do miestnosti, zabraňuje vlhnutiu konštrukcií a následnému plesneniu. Prívod predohriateho privádzaného vzduchu zabezpečuje pokrytie časti tepelných strát v miestnosti a zároveň aj výmenu potrebného množstva vzduchu v násobnosti za hodinu . Zostávajúcu časť tepelných strát, ktoré už vzduchotehnika nedokáže pokryť zabezpečí podlahové vykurovanie. Inštalácia vzduchotechnického zariadenia je výhodná aj v letných mesiacoch na chladenie miestností.Systém kombinovaného vykurovania sa bežne používa pri drevostavbách nízkoenergetického a hlavne pasívneho štandardu. Najjednoduchším spôsobom kombinácie je spojenie klasického vzduchotechnického zariadenia s rekuperáciou so zabudovaným ohrievačom a chladičom a klasického nízkoteplotnáho podlahováho vykurovania . Oba systémy sa dajú ľahko prepojiť pomocou systémov Merania a regulácie. V súčasnosti sa na náš trh dostáva multifunkčný systém airconomy, ktorý priamo prepája oba systémy v jeden celok. V dome sa navrhne jeden systém , ktorý zároveň vykuruje, chladí aj vetrá. Celý systém je vzájomne prepojený. O tepelnú pohodu na podlahe sa stará podlahové vykurovanie , to akumuluje teplo vo vrstve poteru nad rozvodmi, cez priestor, kde sú uložené rozvody preteká privádzaný

172

vzduch , ktorý vychádza z podlahy pre oknami ako pri použití podlahového konvektoru. Výhodou oproti konvektoru je nižšia prašnosť a hlučnosť. Cez nasávací otvor je odvádzaný odpadový vzduch z miestnosti do vzduchotechnického zariadenia , kde odovzdá svoje teplo vo výmenníku privádzanému čerstvému vzduhu. Tepelný výmenník pracuje s účinnosťou 85 až 90%. Malú spotrebu energie zabezpečuje aj nízka teplota vykurovacej vody s teplotou okolo 50°C.

Obr. 5 Systém air conomy (zdroj SCHÜTZ )

LITERATÚRA [1] Petráš,D., Kalús,D. , Koudelková,D.: Vykurovacie sústavy, Cvičenia a ateliérová tvorba 2006, str 14. [2] Székyová, M., Ferstl, K. , Nový, K. : Vetranie a klimatizácia 2004, str 14. [3] Technické podklady – Schütz – v zastúpení Euroheat s.r.o. [4] Technické podklady – Atrea s.r.o. [5] Technické podklady – V-systém elektro, s.r.o [6] Technické podklady – Kachliarstvo krby u Bitalovcov

173

EXPERIMENTÁLNE MERANIA OBALOVÝCH KONŠTRUKCIÍ V LABORATÓRNOM CENTRE KPSU SVF V ŽILINE

P. Ďurica 1 - J. Rybárik 2 - S. Baďurová 3 - M. Cangár 4

Abstrakt This paper presents the new Laboratory centre of Department of Building Constructions and Urban Planing at Faculty of Civil Engineering at University of Žilina. The laboratory is consisting of two air-conditioned rooms with controlled parameters of indoor environment. Building external sandwich walls and three types of the windows in real external climatic conditions going to be monitored. Extensive databases acquiring of following issues: external climate data, materials and thermal moisture characteristic of experimentally monitored external walls and thermal energy parameters of progressive window constructions, which should lead to a specification method of theoretical modes, calculations and energy budgets in building objects, which are expected. 1. ÚVOD Predmetom príspevku je predstavenie koncepcie a prezentácia súčasného stavu budovania Laboratórneho centra Katedry pozemného staviteľstva a urbanizmu Stavebnej fakulty ŽU v Žiline. Ide o laboratórium pavilónového typu, v ktorom sa nachádzajú dve klimatizované miestnosti s riadenými parametrami vnútorného prostredia. V jednej miestnosti je možnosť dlhodobo sledovať vzorky obvodových stien, osadených v obvodovej stene so známymi tepelnotechnickými vlastnosťami, vystavených účinkom reálnych vonkajších klimatických podmienok. V druhej miestnosti budú môcť byť za rovnakých podmienok sledované tri okenné konštrukcie typizovaných rozmerov. Laboratórium by malo slúžiť prednostne pre výskum progresívnych obalových konštrukcií, využiteľných v drevostavbách. Laboratórium je koncipované tak, aby slúžilo na získavanie výstupov rozsiahlych databáz: klimatických údajov vonkajšej klímy, materiálových a tepelnovlhkostných charakteristík experimentálne sledovaných obvodových stien a tepelnoenergetických parametrov progresívnych okenných konštrukcií, ktoré by mali viesť k spresneniu metód teoretických výpočtových postupov energetických bilancií stavebných objektov. _____________________ 1 Pavol, Ďurica., doc. Ing. CSc., ŽU v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, SR, pavol.durica@fstav.uniza.sk 2 Ján, Rybárik, doc. Ing. PhD., jan.rybarik@fstav.uniza.sk 3 Silvia, Baďurová, Ing., silvia.badurova@fstav.uniza.sk 4 Marek Cangár, Ing. PhD., marek.cangar@fstav.uniza.sk

IV. vedecká konferencia s medzinárodnou ú časťou 2. - 3. jún 2011, ***hotel Boboty, Terchová

174

2. POPIS LABORATÓRNEHO CENTRA Laboratórne centrum je postavené v priestoroch areálu Žilinskej univerzity v pôvodnej jednopodlažnej hale s označením NJ3. Prestavbou jej časti pre laboratóriá Stavebnej fakulty bola umožnená realizácia dvojpodlažnej vstavby, v časti ktorej boli vyčlenené aj priestory pre katedru PSaU. Koncepcia a projektové riešenie týchto priestorov boli vypracované svojpomocne na katedre a poskytnuté boli projektantovi prestavby celej budovy. Inšpiráciou zriadenia laboratória takéhoto typu boli príklady zo špičkových zahraničných pracovísk, ako napr. Fraunhofer Institut für Bauphysik v nemeckom Holzkirchene (obr. 1), alebo na Katolíckej univerzite v belgickom Leuvene. Možnosti laboratória pavilónového typu na Slovensku uvádza na Slovensku prvýkrát prof. Bielek [1] už v roku 1991.

Obr. 1 Pohľad na areál Fraunhofer institut für Bauphysik Holzkirchen (Nemecko)

so vzorkami konštrukcií, osadenými na fasáde skúšobných budov

Laboratórne centrum je zrealizované na 2. podlaží vstavanej časti do pôvodnej haly a pozostáva zo štyroch miestností - 107, 109, 110, 111 (pôdorys - obr. 2, vonkajší pohľad - obr. 3), pričom meracie miestnosti sú označené číslami 109 a 110. Z pôvodných obalových konštrukcií haly ostala len obvodová stena z pórobetónových tvaroviek hr. 300 mm, ktorá bola zateplená z oboch strán o celkovej hrúbke tepelnej izolácie z penového polystyrénu 250 mm. Vnútorné deliace steny, podlaha a strop pod strechou boli kvôli eliminácii tepelných strát a tepelných ziskov taktiež zateplené. Tepelnotechnické charakteristiky uvádza tab. 1. Dverné konštrukcie sú dvojité s tepelnoizolačnou výplňou v medzere hr. 200 mm.

Obr. 2 Pôdorys priestorov laboratórneho centra (miestnosti 107, 109,110)

175

Obr. 3 Pohľad na laboratórne priestory pred dokončením Meracie miestnosti majú možnosť vykurovania konvekčnými radiátormi s reguláciou pomocou termoregulačných ventilov. Na udržanie stálej vnútornej klímy sú naviac v každej z nich osadené samostatné klimatizačné jednotky s možnosťou nastavenia teploty a relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu a odčítavaním dodanej energie.

Tab. 1 Tepelnotechnické parametre zrealizovaných konštrukcií

Konštrukcia Tepelný odpor vedením - [(m 2.K)/W]

Súčinite ľ prechodu tepla -

[W/(m 2.K)]

Teplota na vnútornom povrchu

- [oC] Vonkajšia stena 7,62 0,130 18,89 Vnútorná deliaca stena 5,78 0,170 19,79 Strop 6,38 0,150 18,69 Podlaha 5,07 0,190 19,77 Miestnosť č. 109 je určená na sledovanie výplňových konštrukcií otvorov. Nachádzajú sa v nej tri normalizované otvory identických rozmerov, požadovaných pri laboratórnych meraniach v klíma komorách. Toho času sú v nich osadené dve okná zo šesťkomorových plastových vlysov a jedno drevené okno (obr. 4). Zasklené sú izolačnými trojsklami s rozdielnymi termooptickými vlastnosťami.

Obr. 4 Pohľad na drevené okno s trojsklom v čase montáže a osadzovania snímačov

176

V miestnosti č. 110 je vo fasáde vynechaný otvor s plochou 10 m2 na osadenie skúšobných elementov, prípadne celej steny z jedného materiálu. V súčasnosti sú tam sledované tri alternatívne skladby ľahkých sendvičových obalových konštrukcií, osadené v zvislých rastroch, kde sú variované tepelné izolácie na prírodnej báze a parozábrany o rôznych vlastnostiach. Naviac sú z vonkajšej strany použité povrchové úpravy s rôznymi odrazivosťami (obr. 5).

Obr. 5 Pohľad na rozostavanú sendvičovú stenu a vonkajší pohľad na použité povrchové úpravy

V technickej miestnosti č. 107 je umiestnená plnoautomatická meracia ústredňa, ku ktorej sú zvedené všetky druhy snímačov (obr. 6). Sledujú sa nimi nasledovné veličiny: • teploty a relatívne vlhkosti vnútorného vzduchu, • povrchové teploty a teploty na rozhraniach vrstiev materiálov, • hustoty tepelných tokov na vnútorných povrchoch skladieb stien, povrchoch

zasklení, rámových vlysoch a osteniach.

Obr. 6 Pohľad na meraciu ústredňu s napojenými snímačmi Stanovenie teplenotechnických charakteristík výplňových a plných konštrukcií je možné dvomi spôsobmi: • so zanedbaním prestupových javov, • so zohľadnením prestupových javov.

177

Prvé merania v laboratórnom centre boli zahájené v priebehu mesiaca október 2010 v obmedzenej miere, ktorú umožňoval stav rozpracovanosti stavebnej časti a dodávok meracích snímačov. Kompletné dobudovanie a zahájenie plnej prevádzky predpokladáme do začiatku vykurovacej sezóny 2011/2012. Na sledovanie parametrov vonkajšej klímy bude osadená meteorologická stanica, umožňujúca kontinuálne merania: • intenzity priameho a difúzneho žiarenia na horizontálnu a vertikálnu rovinu, • teploty a relatívnej vlhkosti vonkajšieho vzduchu, • rýchlosti a smeru vetra, • intenzity dažďa.

3. PREDPOKLADANÉ VÝSTUPY Z výstupov meraní v laboratórnom centre predpokladáme predovšetkým: • vytvorenie databázy klimatických údajov pre lokalitu laboratórneho centra

(testovací referenčný rok) nielen s tepelnoenergetickými, ale aj s vlhkostnými a aerodynamickými charakteristikami,

• získanie rozsiahlych databáz materiálových a tepelnovlhkostných charakteristík experimentálne sledovaných obvodových stien,

• získanie tepelnoenergetických parametrov progresívnych okenných konštrukcií v ročnom chode, ktoré by mali viesť k spresneniu metód teoretických výpočtových postupov energetických bilancií pasívnych budov,

• kvalifikované podklady pre návrh a realizáciu vybraných obalových konštrukcií pre nízkoenergetické a pasívne budovy, „priaznivé“ k životnému prostrediu.

Na ilustráciu prvotných výsledkov meraní sú v grafe na obr. 7 ukázané priebehy vonkajších povrchových teplôt troch farebných omietok s rozdielnou odrazivosťou slnečného žiarenia. Vybraná doba merania zachytáva tak výrazné záporné teploty vonkajšieho vzduchu, ako aj dni s priamym slnečným žiarením (doba merania od 16.12.2010 do 22.12.2010. V tab. sú spracované priemerné, minimálne a maximálne teploty z jednotlivých snímačov. Z uvedeného je zjavný význam parametra odrazivosti slnečného žiarenia (biela farba - 78%, žltá farba - 61%, sivá farba - 23%) v jednotlivých fázach stavu vonkajšej klímy. Na obr. 8 je ukázaná tepelnotechnická analýza detailu ukončenia obvodovej steny

Obr. 7 Priebehy vonkajších povrchových teplôt troch farebných omietok s rozdielnou odrazivosťou slnečného žiarenia

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

16 12 10

0:0

0

17 12 10

0:0

0

18 12 10

0:0

0

19 12 10

0:0

0

20 12 10

0:0

0

21 12 10

0:0

0

22 12 10

0:0

0

23 12 10

0:0

0

Dátum a čas

Tep

lota

°C

40-sivá vonkajší povrch 48-žltá vonkajší povrch 49-biela vonkajší povrch

178

v mieste osadenia budúcich vzoriek. Z ukázaného vyplýva, že nevykazuje žiadnu prídavnú tepelnú stratu z hľadiska prechodu tepla.

Tab. 2 Teploty vonkajšieho vzduchu a vonkajších povrchov rôznych farieb na fasáde

Snímač - farba [ oC] Vonkajší vzduch Sivá Žltá Biela Minimum -12,41 -13,40 -14,00 -13,60 Maximum 9,15 44,20 18,70 23,70 Priemer -3,55 -0,61 -3,45 -2,78

Tepelná priepustnosť L = 0,122 W/(m.K) Výsledný lineárny stratový súčiniteľ prechodu tepla ψ = -0,008 W/(m.K)

Obr. 8 Posúdenie detailu styku obvodovej steny v mieste osadenia vzoriek 4. ZÁVER Zriadenie laboratórneho centra vychádzalo z metodických postupov a súčasných trendov v oblasti teórie konštrukcií pozemných stavieb. Jeho výstupy budú, okrem vyššie spomínaných účelov, slúžiť aj na odlaďovanie a verifikáciu matematických modelov a dynamických simulácií na základe reálnych výsledkov realizovaných experimentálnych meraní. Hlavným cieľom počas jeho exploatácie by malo byť rozširovanie klimatických a materiálových databáz, ktorých je na Slovensku stále málo. Materiálové a prístrojové vybavenie laboratórneho centra bolo umožnené z pridelených prostriedkov nasledovných projektov: VEGA č. 1/0828/08 Teoreticko-experimentálna analýza transportu tepla a vlhkosti pri tvorbe obalových konštrukcií nízkoenergetických budov, operačného programu cezhraničnej spolupráce SR-ČR 2007-2013 - Vzájemná spolupráce univerzit v oblasti navrhování a posuzování dřevěných konstrukcí mezi VŠB-TU v Ostravě a ŽU v Žiline, operačného programu zo štrukturálnych fondov EÚ - Podpora výskumu a vývoja v centre excelentnosti pre dopravné staviteľstvo na SvF ŽU v Žiline. Nemalo mierou prispeli a dúfame, že aj budú prispievať na jeho prevádzku aj viaceré dodávateľské a zhotoviteľské firmy. LITERATÚRA

[1] Bielek, M.: Konštrukcie pozemných stavieb - Energetická efektívnosť budov. Bratislava: ES - STU, 1991.

[2] Ďurica, P. a kol.: VEGA č. 1/0828/08. SvF ŽU - záverečná správa, 12.2010.

179

180

181

182

Názov publikácie: DREVOSTAVBY Druh publikácie: Zborník prednášok zo IV. vedeckej konferencie s medzinárodnou účasťou Vydal: pre Žilinskú univerzitu - Miroslav Gibala, KNM v roku 2011 Vydanie: prvé Náklad: 100 kusov Rozsah: 182 strán Druh tlače: cd ISBN: 978-80-970171-9-4 Príspevky v zborníku neprešli jazykovou úpravou. Za odbornú a jazykovú úroveň príspevkov zodpovedajú autori.