Dřevěné hybridní konstrukce – nový směr výstavby

To nejlepší ze dvou světů

Vedle čistě dřevěné konstrukce se v posledních letech stále více prosazují nové hybridní konstrukční systémy. Cíleně se zde využívají výhody masivní a dřevěné konstrukce. Pro tento tzv. hybridní způsob výstavby dřevostaveb jsou typické konstrukce s jasně přiřaditelnými funkcemi a vlastnostmi. Celkově tento způsob výstavby nabízí nové možnosti v oblasti statiky, požární ochrany, zvukové izolace a tepelné techniky, zejména u vícepodlažních staveb. Rozhodujícím faktorem pro úspěšné použití systému hybridní dřevostavby je precizní návrh detailů napojení, kde se oba "materiálové světy" (beton + dřevo) setkávají. V centru pozornosti je vždy splnění statických a stavebně fyzikálních požadavků. V tomto příspěvku si představíme základy dřevěné hybridní konstrukce a zaměříme se na vybrané detaily a provedení.

 V každém projektu je rozhodnutí pro určitý typ konstrukce zásadním milníkem při dalším plánování. Protože teprve poté může začít skutečné konstruktivní zpracování projektu. Zdá se však, že architekti, stavitelé a dodavatelé často nejsou v otázce způsobu výstavby neutrální. V závislosti na požadavcích však může být správnou volbou masivní, dřevěná nebo hybridní konstrukce. Při bližším zkoumání lze pro každý konstrukční systém najít dobré i méně dobré argumenty. To je jeden z důvodů rostoucí obliby smíšených stavebních metod, které kombinují výhody různých typů výstavby. Například u hybridních dřevostaveb se cíleně kombinují výhody masivních a dřevěných stavebních materiálů a využívají se synergické efekty. Nosná konstrukce je zpravidla postavena z masivní konstrukce (např. železobeton nebo cihly), zatímco konstrukce obvodového pláště budovy, tj. fasáda a střecha nebo celé podkroví, jsou postaveny ze dřeva. Nosný železobetonový skelet nabízí výhody z hlediska statiky a zvukové izolace, zejména u vícepodlažních staveb. Stěny z dřevěných panelů mají velmi dobré tepelně technické vlastnosti a výhodu prefabrikace. Při stejných tepelně technických vlastnostech jsou navíc štíhlejší než klasická výstavba. Prefabrikace dřevěných konstrukčních panelů za ideálních podmínek ve výrobní hale a následná rychlá montáž na staveništi znatelně zkracuje dobu výstavby na staveništi. Odpadají zde technologické přestávky v podobě vyschnutí mokrých procesů, které jsou běžné u klasické výstavby. 

 Výhody dřevěného hybridního systému

Dřevěná hybridní konstrukce, je kombinace nenosné dřevěné fasády (fasádní panely) a nosné betonové konstrukce (skelet). Systém nabízí tři řešení montáže fasádních panelů. Jedná se o "předsazenou", "předvěšenou" nebo "vsazenou" montáž (grafika 1).

Varianty montáže konstrukce nenosných dřevěných fasád  

• Předsazená fasáda: Dřevěné panely se kladou na sebe a jsou ukotveny do základů budovy. Fasáda je samonosná a svislé vlastní zatížení se přenáší do základů budovy.
• Předvěšená fasáda: Zde jsou dřevěné prvky zavěšeny na ŽB. 
• Vsazená fasáda: Dřevěné panely jsou vsazené do ŽB skeletu.

Kombinací nenosné dřevěné fasády s nosnými prvky betonové konstrukce nebo nenosnými prvky suché výstavby jsou optimálně zajištěny požadavky na požární odolnost, zvukovou izolaci a tepelnou techniku. Tento systém dále nabízí flexibilní uspořádání půdorysu budovy.  

V porovnání s čistě masivní konstrukcí lze zvukovou izolaci dále optimalizovat – zejména pokud je nosná konstrukce navržena jako skelet. V těchto konstrukcích jsou minimalizovány prvky, které přímo přenášejí zvuk, a mnoho prvků je navrženo "pružně", tj. v lehké sendvičové konstrukci a v kombinaci s obkladovými plášti. Energeticky optimalizované, štíhlé konstrukce stěn nabízejí výhodu v podobě zisku prostoru. Kombinace masivní hrubé stavby v podobě skeletové konstrukce s vnitřními stěnami v suché výstavbě a dřevěnou fasádou navíc umožňuje velmi vysokou flexibilitu půdorysu, a to nejen při plánování současného provedení, ale i s ohledem na pozdější změny a přestavby. 

Systémy suché výstavy s využitím desek na bázi sádry umožnují rychlou a efektivní výstavbu bez čekání na vyschnutí mokrých procesů. Stavba a konstrukce nejsou vystaveny vlhkosti.  

Štíhlé stěnové konstrukce s použitím jednovrstvového opláštění se sádrovláknitými deskami fermacell® nabízejí další prostorové zisky.

Důležitým argumentem ve prospěch hybridní dřevostavby je také snížení vlastní hmotnosti budovy. Nenosná konstrukce obvodové stěny, opláštěné sádrovláknitými deskami, ušetří několik tun vlastní hmotnosti. Zejména u vícepodlažních budov to má vliv na dimenzování základů.

Nelze však také popřít, že u hybridních staveb existují detaily a napojení mezi masivními a dřevěnými prvky, které je nutno detailně naplánovat s ohledem na splnění všech stavebně fyzikálních požadavků.  Zde je třeba najít řešení pro: 

• stavební tolerance hrubé stavby s tolerancí prefabrikovaných panelů. Příliš těsným spojům se musíme za každou cenu vyhnout. V každém případě je vhodné před výrobou dřevěných panelů zaměřit deformaci masivní hrubé stavby a pracovat s dilatačními spárami.
• požární řešení spár a napojení. Na jedné straně se jedná o pronikání ohně, ale na druhé straně také o prevenci pronikání kouře.
• vzduchotěsnost a větrotěsnost jednotlivých konstrukcí a detailů. Toto má vliv nejenom na tepelnou techniku, ale také na akustiku a požární odolnost systému. Funkční vrstvy musí probíhat mezi jednotlivým konstrukcemi bez přerušení a musí být napojeny na betonový skelet.

 Moderní dřevěné konstrukce 

Celkově je hybridní systém výstavby ze dřeva také výrazem rostoucího významu a přijetí dřeva jako stavebního materiálu – a to nejen jako důležitého příspěvku k ochraně klimatu. Ve skutečnosti se ukázalo, že předsudky vůči dřevěným konstrukcím, které byly v minulosti vyslovovány, jako například nedostatečná trvanlivost nebo nevyřešená požární ochrana, jsou z velké části neopodstatněné. Intenzivní a na praxi zaměřený výzkum objasnil mnoho otevřených otázek stavební konstrukce, statiky a stavební fyziky, takže dnes je možné realizovat bezpečné a stabilní konstrukce ze dřeva. Díky tomu je dnes životnost dřevěných konstrukcí při vhodném plánování a provedení stejně dlouhá jako u masivních konstrukcí.

Moderní metody zpracování dřeva ve stavebnictví zajišťují dřevěné výrobky s přesně definovanými charakteristickými vlastnostmi. Opláštění těchto konstrukcí se provádí odzkoušenými velkoplošnými deskami na bázi sádry jako jsou např. sádrovláknité desky fermacell®. Tyto poskytují vysokou stabilitu a zároveň snadno splňují požadavky na požární ochranu. Konstrukce takto opláštěné vykazují požární odolnosti až do 120 minut. Desky mají klasifikace třídy reakce na oheň dle ČSN EN 13501 - A2. Sádrovláknité desky zároveň splňují všechny požadavky kladené na moderní výstavbu. Díky vysoké stabilitě se používají k vodorovnému ztužení nosných dřevěných stěn.

Důležité: Při plánování zohledněte podmínky prefabrikace

To vše vede k odklonu od tradiční konstrukce a druhu výstavby směrem k prefabrikaci jednotlivých konstrukcí a tím zkrácení doby výstavby. Prefabrikace znamená přesně naplánovaná výroba, nezávislá na povětrnostních podmínkách, v dobře vybavených výrobních halách a následná rychlá a bezproblémová montáž na stavbě.  

Kromě omezení daných výrobními postupy (např. maximální velikost panelů) je však limitujícím faktorem pro maximální rozměry dřevěných konstrukčních prvků také doprava z výrobní haly na staveniště. V praxi se stala standardním řešením prefabrikace stěnových panelů na výšku podlaží. Stupeň prefabrikace se pohybuje od "stavebních stěnových panelů" (dřevěný rám s oboustranným obkladem) až po fasádní prvky, kde jsou kromě hlavní konstrukce již osazena okna, fasádní obklady a vedení systémů technického zařízení budovy. 

Pro úspěšné plánování hybridních dřevostaveb je zásadní vzít tyto výrobní podmínky v úvahu a přizpůsobit jim konstrukční řešení. Dobře koordinované plánování a výroba jsou rozhodujícími kroky při úspoře času výstavby.  

Základy stavební fyziky

U dřevěných hybridních konstrukcí vede kombinace dvou „materiálových světů“ (dřevo + beton) ke zvláštním požadavkům na stavební fyziku, které vyžadují intenzivní koordinaci. U dřevostaveb je třeba věnovat pozornost především požární ochraně a citlivosti stavebního materiálu na vlhkost. U masivních konstrukcí jsou to výrobní podmínky (tolerance) a statické požadavky, které je třeba dodržet (omezení průhybů). U napojení betonová konstrukce / dřevěný panel však nejsou požadavky na stavební fyziku tak jasně definovány jako pro čistě masivní nebo čistě dřevěné konstrukce.

Možnosti požární ochrany

Kombinace nenosné dřevěné fasády v kombinaci s nosnou konstrukcí ze železobetonu vede k podstatnému zjednodušení dřevěné konstrukce a požadavků na ni. Ze statického hlediska i z hlediska požární ochrany je podstatný rozdíl, zda jsou obvodové stěny navrženy jako nosné nebo nenosné konstrukce. 

U nosných prvků se často zapomíná na to, že konstrukce fasády musí být navržena na oboustranné požární zatížení, v případě krátkých úseků stěn nebo sloupů dokonce na tří- a čtyřstranné zatížení - s odpovídajícím opláštěním. 

Nenosné fasády také umožňují velmi širokou škálu materiálů pro fasádní obklady (např. fasádní desky, omítka, kovová fasáda atd.) a typů obkladů (velkoformátové nebo maloformátové, svislé nebo vodorovné, kazetové či falcované kovové fasády atd.). 

Výhody pro zvukovou izolaci

Instalační úrovně jsou pro zvukovou izolaci fasád velmi účinné, ale pouze v případě, že jejich nosná konstrukce nemá žádnou vazbu na dřevěnou konstrukci a jsou plně izolované. Z hlediska vnitřní zvukové izolace má hybridní dřevěná konstrukce – zejména pokud je provedena jako skeletová – značné výhody oproti čistě dřevěné konstrukci, ale také oproti čistě masivní konstrukci. Důvodem je skutečnost, že v tomto způsobu výstavby je pouze několik pevných prvků, které přenášejí zvuk, zatímco fasáda je konstruována z ohybově měkkého opláštění, které – zejména pokud jsou vnitřní stěny rovněž konstruovány suchou sendvičovou cestou – k přenosu zvuku téměř nepřispívají. Pro dobrou zvukovou izolaci mezi byty je důležité eliminovat přenos zvuku přes napojení jednotlivých stavebních konstrukcí. 

Detaily napojení

Nelze popřít, že hybridní dřevostavby kladou vysoké nároky na plánování a provádění konstrukcí a detailů. Klíčem k úspěšnému použití systému hybridní dřevostavby je návrh detailů napojení beton + dřevo. 

Základem je dřevěná konstrukce, která se skládá z dřevěného rámu s prahy, stojkami, vnějšího opláštění sádrovláknitými deskami fermacell® a vnitřního opláštění parotěsnou deskou fermacell® Vapor, která zároveň slouží jako parozábrana. Izolace dutiny mezi stojkami se provádí např. minerální nebo celulózovou či dřevovláknitou izolací. Tato jednoduchá konstrukce má klasifikaci požární odolnosti (R) EI 30 pro daný typ konstrukce. Vnější sádrovláknitá deska fermacell® musí být chráněna před povětrnostními vlivy vhodným systémem. Prolepené sádrovláknité desky plní také funkci vodotěsnosti. 

Jako provětrávaný fasádní obklad byl zvolen fasádní panel HardiePanel®, který se připevňuje vhodnými šrouby na dřevěnou lať. Mezi latě a obkladový panel musí být položena EPDM páska. Fasádní prvek lze alternativně realizovat jako přímé opláštění cementovou deskou fermacell® Powerpanel HD, kontaktním zateplovacím systémem – přímo instalováno na SVD desky nebo jiným fasádním obkladem. 

V následujícím je přehled některých detailů (napojení soklu, napojení stropní konstrukce, napojení okna). Další jsou k dispozici na vyžádání v katalogu detailů James Hardie. Jsou zde řešení pro předsazený a vsazený systém a detaily např. napojení soklu, stropní konstrukce, mezibytové stěny, atiky a další. 

Obrazový materiál

Bytový dům Domagkpark, Mnichov

Hrubá stavba / ŽB konstrukce

Hrubá stavba / ŽB – výstavba

Montáž fasádních panelů

Před dokončením

Fasáda

Detaily konstrukcí

Obr. Napojení soklu na nosnou konstrukci (předsazený systém)

Obr. Napojení stropu na nosnou konstrukci (vsazený systém)

Obr. Osazení okna na nosnou konstrukci (předsazený systém)

SEZNAM POUŽITÉ Literatury

1. Katalog detailů hybridní výstavby James Hardie, autoři tým James Hardie
2. Publikace James Hardie – Požární a akustický katalog konstrukcí, vydání 08/2021, autoři tým James Hardie