Konstrukcje drewniane w budownictwie wielkopowierzchniowym

Charakterystyczny dla naszej rzeczywistości błyskawiczny rozwój powoduje, że rozwiązania uznawane jeszcze nie tak dawno za niemożliwe stają się jak najbardziej realne.

Dzieje się tak w każdej dziedzinie – również w budownictwie. Opracowywane technologie dotyczące drewna i materiałów drewnopochodnych pozwalają na ich zastosowanie bez większych problemów w przekryciu dużych rozpiętości bez podpór, umożliwiają też realizację bardzo śmiałych koncepcji architektonicznych − w tym również „szklanych domów”.

Dachy płaskie kojarzą się bardzo często z brzydką „kostką” – budynkiem jednorodzinnym z lat siedemdziesiątych lub z halami przemysłowymi. Tymczasem zastosowanie konstrukcji drewnianych w rozwiązaniach dachów o niedużym kącie pochylenia połaci, pozwala na osiągnięcie niebanalnych efektów architektonicznych. Obiekt, w którym zastosowano konstrukcję drewnianą jest „ciepły”, konstrukcja nośna stanowi jednocześnie element wystroju wnętrza.

Pełniący edukacyjną rolę dla dzieci i młodzieży budynek Universeum w Göteborgu, w Szwecji został przekryty przestrzennymi kratownicami przewieszonymi wspornikowo na kilkanaście metrów. Również stropy pośrednie w tym budynku wykonane zostały w konstrukcji z drewna klejonego (łącznie wykorzystano ok. 2000 m3 drewna klejonego). W środowiskowej sali sportowej w Warszawie zastosowano belki proste jako przekrycie bieżni i dźwigary typu „fischbauchträger” przekrywające salę. Pokrycie dachu – płyta warstwowa.

Dach płaski nie musi być płaski dosłownie – zdjęcie basenu w Grodzisku Mazowieckim pokazuje rozwiązanie przekrycia w kształcie rozciągniętej litery „s”, w sali sportowej w Konstancinie-Jeziornej zastosowano przekrycie na bazie łuku dwuprzegubowego. W obu pokazanych przypadkach pokrycie dachu wykonane jest na bazie blachy wysokotrapezowej.

Drewno klejone

Drewno klejone produkowane jest od wielu lat – w Szwecji od początku XX w. Powstaje w wyniku sklejenia sortowanych wytrzymałościowo desek zwanych lamelami. Klasa drewna klejonego zależy od wytrzymałości drewna zastosowanego do produkcji, istotna jest również jakość złączy palcowych oraz proces klejenia. Proces produkcyjny powinien być objęty ścisłą kontrolą wewnętrzną i zewnętrzną – badania wykonywane codziennie dla każdej zmiany, każdej linii produkcyjnej w zakresie ujętym w punktach 5-8 normy PN-EN 386. Wyniki badań prowadzonych w trakcie procesu produkcyjnego muszą być archiwizowane. Wilgotność drewna stosowanego do klejenia nie powinna przekraczać 15%. W przypadku klasy GL32 tarcica musi być sortowana wytrzymałościowo maszynowo. Do klejenia należy używać klejów na bazie żywic rezorcynowych lub melaminowych.

Cechą charakterystyczną drewna klejonego jest bardzo duża trwałość – np. pokazane na zdjęciach konstrukcje przekrycia dworców kolejowych w Malmö i Göteborgu zostały wykonane w fabryce w Törebodzie na początku lat dwudziestych XX w. i służą bezawaryjnie do dziś.

Drewno klejone jest materiałem wymagającym odpowiedniego podejścia przy projektowaniu. Należy zwrócić szczególną uwagę na:

Klasa drewna klejonego przyjmowana być winna wg PN-EN 1194, klasyfikacja zawarta na końcu normy PN-B03150: 2000/Gl30, Gl35, Gl40 została anulowana Załącznikiem Az-3 do tej normy w listopadzie 2004.

Promień gięcia dla elementów łukowych i ramowych nie powinien być mniejszy niż 5 m – z uwagi na wysoki koszt wykonania elementów o mniejszym promieniu.

Należy uwzględniać uwarunkowania transportowe – w większości przypadków nie ma problemu z transportem elementów o długości do 30 m lub szerokości do 4 m. Wszelkie sytuacje wymagające transportu elementów o większej długości lub szerokości, jak też przypadki, gdzie element jest jednocześnie długi i szeroki – wymagają indywidualnej analizy.

Przy elementach kratowych należy pamiętać, że najczęściej to węzeł determinuje przekrój elementu składowego kratownicy. Niejednokrotnie miały miejsce przypadki, gdy pręty dobrane jedynie na podstawie analizy występujących sił okazywały się zbyt małe, aby przenieść obciążenia w złączu.

Przy przyjmowaniu elementu typu „Fischbauchtrager” – belka prosta z łukowym pasem dolnym dobrze jest zaznaczyć, że dolne lamele muszą być łukowo wygięte i ciągłe – nie wolno ich podcinać.

Wszelkie podcięcia w elementach naruszające ciągłość lameli powinny być przeanalizowane pod względem możliwości wystąpienia delaminacji. Podcięcia w strefie przypodporowej w zasadzie nie powinny mieć miejsca lub element powinien zostać odpowiednio wzmocniony (np. nakładki ze sklejki lub Kerto).

Przekroje 120 x 120 mm i powyżej posiadają klasyfikację NRO. Dla mniejszych przekrojów można stosować preparaty solne lub np. lakier Uniepal-Drew dla uzyskania NRO. Preparaty solne są jednak zdecydowanie nie zalecane dla elementów widocznych, ponieważ dają po nawet niewielkim zawilgoceniu (o co na etapie montażu łatwo) wyjątkowo nieestetyczny efekt. Jeżeli wymagana jest odporność ogniowa – należy to przewidzieć na etapie projektowania. Należy też, odpowiednio wykonstruować połączenia (np. łączniki kryte).

Ponieważ przepisy unijne dotyczące konstrukcji z drewna klejonego są wciąż opracowywane i modyfikowane – do tego tematu wrócimy w następnym artykule, być może na jesieni sytuacja się trochę wyklaruje.

Materiały konstrukcyjne drewnopochodne, które można zastosować w przekryciach dachowych to, oprócz znanego powszechnie drewna klejonego, Kerto i Leno.

Kerto – drewno klejone

Są to forniry klejone warstwowo (LVL). Produkowane w Finlandii ze skrawanego obwodowo drewna sosnowego, może być stosowane jako elementy konstrukcyjne i nie konstrukcyjne. Dobrze sprawdza się jako materiał konstrukcyjny na dźwigary, słupy, płyty, kratownice, dzięki swoim właściwościom jest często uzupełnieniem konstrukcji z drewna klejonego przy kształtowaniu przekryć. Zdjęcia pokazują rozwiązania trybun, gdzie zarówno dźwigary, jak i płyta nośna pokrycia dachu wykonane są z Kerto – odpowiednio: dźwigary z Kerto S i płyta pokrycia z Kerto Q. Często stosowanym rozwiązaniem jest zastosowanie dźwigarów z drewna klejonego i pokrycia z Kerto Q. Kerto dostępne jest w Polsce w dwóch odmianach: Kerto S wykonane z fornirów ułożonych tak, że włókna przebiegają w tym samym kierunku oraz Kerto Q ukształtowane z fornirów o krzyżowym ułożeniu włókien. Krzyżowy układ fornirów Kerto-Q pozwala niejednokrotnie zrezygnować z dodatkowych usztywnień w przypadku zastosowania jako np. płyty dachowe. Atutem są także niewielkie zmiany pod wpływem wilgoci płyt Kerto- Q. Wilgotność drewna fornirowego 9%.
Kerto posiada Aprobatę Techniczną ITB 15-6299/2004.

Od kilku lat na rynku dostępne są opracowane przez Finnforest Merk systemy przeszkleń opartych na konstrukcji z Kerto. Przeszklone elewacje i zadaszenia oparte na konstrukcji drewnianej stosowane są już dzisiaj w coraz większej ilości obiektów – poczynając od przedszkoli dla najmłodszych, aż po domy spokojnej starości dla seniorów. Tak więc, można śmiało powiedzieć, że jest to pewnego rodzaju realizacja marzeń o wspomnianych już wcześniej „szklanych domach”.

Właściwa koncepcja szczegółów, dobór odpowiedniego drewna oraz materiałów drewnopochodnych gwarantują wysoką jakość elewacji. W połączeniu z wyspecjalizowaną technologią połączeń możliwe jest osiągnięcie relatywnie małych przekrojów elementów konstrukcyjnych przy przekryciu dużych rozpiętości lub płaszczyzn. Dzięki precyzyjnej prefabrykacji możliwe jest skrócenie czasu budowy do minimum. Współczynnik przenikania ciepła 0,7-1,1 W/m2K.

Leno – gotowe elementy ścienne i stropowe z drewna litego

Podstawą opracowanego przez Finnforest Merk systemu Leno są wysokiej jakości sortowane wytrzymałościowo deski świerkowe sklejane krzyżowo klejem melaminowym w wielkoformatowe płyty nośne. Długość typowa płyt Lenotec – do 14,8 m (na życzenie do 20 m), szerokość – do 4,8 m, grubość 51 mm – 300 mm (na życzenie do 500 mm). Płyty w zależności od grubości są 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 13 warstwowe.

Budynki wykonane w systemie Leno zalicza się do wysoce energooszczędnych z jednoczesnym umożliwieniem zastosowania śmiałych koncepcji architektonicznych. Kwestie fizyki budowli i energooszczędności często zestawiane są z pytaniem o koszt finalny obiektu. Koncepcje architektoniczne z kolei spotykają się dodatkowo z pytaniami o realność realizacji.

System Leno jest odpowiedzią na te pytania. Wysoki stopień prefabrykacji skraca do minimum okres budowy, co powoduje, że całkowity koszt wykonania obiektu jest relatywnie niższy, niż przy zastosowaniu technologii tradycyjnych. Elementy są przygotowywane wg indywidualnych rysunków z milimetrową dokładnością oraz z uwzględnieniem wszystkich otworów i wycięć na przeprowadzenie instalacji. Krzyżowy układ desek gwarantuje, że wycięcia nie zakłócą właściwej pracy konstrukcji, a okolice otworów nie wymagają dodatkowych wzmocnień. Na etapie produkcji możliwe jest wyklejenie płyt o zakrzywionych w planie kształtach, co umożliwia kształtowanie przekryć lub ścian łukowych.

Mgr inż. Ewa Kotwica