Dřevěné stavby odolají i zemětřesení
Redakce | Pátek, 01. březen 2019 |
Novozélandská konstrukční metoda Pres-Lam, využívající předpjatých nosníků z vrstveného dřeva LVL a disipativních ocelových spojů, byla vynalezena proto, aby odolávala seizmickým zatížením a pomohla tak chránit lidské životy. Vícepodlažní dřevěné budovy tak zaplňují ulice zničeného města Christchurch, které v roce 2011 podlehlo ničivému zemětřesení.
Seizmické stavební inženýrství je oblast, které se v České republice příliš lidí nevěnuje. Proč taky. V této oblasti nám nebezpečí nehrozí. V jiných koutech světa, například na Novém Zélandu, je však tento úhel pohledu nutný a běžně tu tak při navrhování a realizaci staveb myslí na opatření, která snižují riziko poškození staveb a zvyšují bezpečnost jejích obyvatel v průběhu a po zemětřesení. Přesto i zde může nastat situace, kterou ani předběžná opatření nezvládnou. Nezbývá pak, než se znovu zakousnout do výzkumu a najít nová řešení, která by při dalších podobných katastrofách mohla pomoci.
Na Novém Zélandu, ve stotisícovém městě Christchurch, tak dnes můžeme najít hned několik prototypů nových a lepších dřevěných budov. První realizací byla Merritt Building, stavba, která využívá výhod a vlastností předpjatých dřevěných rámů.
Obr.: Merritt building začala růst v roce 2013. Má dvě prosklené stěny, které odhalují krásu dřevěné konstrukce i zajímavé konstrukční prvky. Na fasádě tak například můžeme za sklem pozorovat konce předpínacích kabelů, které trčí z dřevěných nosníků. Foto: Contract Holdings Limited
Dřevo je ideální stavební materiál
Christchurch je největší město na Jižním ostrově Nového Zélandu. Nachází se v blízkosti střetu dvou tektonických desek a zemětřesení tady proto není žádným neobvyklým jevem. Ročně se tu země zatřese více než stokrát, i když v poměrně malé a snesitelné míře. Zemětřesení, které se ozvalo v září 2010, na sebe už přitáhlo mnohem více pozornosti; jak se ale nakonec ukázalo, jednalo se spíše o předzvěst mnohem větší katastrofy. V únoru 2011 totiž Christchurch postihlo další, mnohem ničivější zemětřesení, které si vyžádalo nemalé oběti na životech a také po sobě zanechalo trosky mnoha budov, které tu vyrůstaly více než 160 let.
Obr.: Zemětřesení o síle 6,3 stupně Richterovy škály a následné další otřesy (nejsilnější až 5,6 stupně) zlikvidovaly během několika okamžiků velkou část města. Vodorovné i svislé zatížení, které v tu chvíli působilo na všechny stavby, bylo až dvakrát větší, než na co byly dimenzované. Foto: Wikimedia
Když se město vzpamatovalo z nejhoršího, začala se plánovat nová výstavba. Prioritou se samozřejmě stala bezpečnost, protože lidé se odmítali vrátit do budov, které by je při další podobné události pohřbily zaživa. Mezi zničenými objekty totiž kromě starších budov z cihel a kamene bylo i hodně moderních novostaveb z betonu a oceli. Názorů a návrhů bylo několik, za použití dřeva jako konstrukčního materiálu se postavila velká skupina odborníků a význačných osobností.
Novou cestu výstavby podpořil i významný novozélandský politik Jim Anderton: „Dřevo má kvality, které bez problému vyhoví bezpečnému a modernímu městu. Navíc se jedná o ekologický, přírodní materiál, jehož cena je srovnatelná nebo nižší s konvenční výstavbou. Jedná se také o ikonický produkt Nového Zélandu. Pokud se naučíme, jak dřevo zpracovat a vyrobit z něj to, co potřebujeme, dosáhneme mnohem větší ekonomické efektivity, než jaké by přinesl jeho export ve formě surových kmenů. Nejen, že vytvoříme konstrukční materiál přímo v zemi a ušetříme za import jiných materiálů, ale vytvoříme i nová pracovní místa."
Vize Jima Andertona se naplnila, protože už v roce 2011 založili bratři Jackovi ve městě Nelson společnost xLam, která vyrábí křížem lepené dřevo (CLT). Stali se tak jedinými výrobci tohoto materiálu na Jižní polokouli.
Obr:: „Lepenkovou Katedrálu" navrhl pro město Christchurch japonský architekt Shigeru Ban, který za svou práci, z velké míry orientovanou na udržitelnou a ekologickou architekturu, obdržel Pritzkerovu cenu. Katedrála z papírových trubek nahradila stavbu z 19. století, která podlehla zemětřesení v roce 2011. Foto: Stephen Goodenough
Neomezená výška budov ze dřeva
Ve své obhajobě dřevěných staveb poukázal Jim Anderton i na výzkum profesora Andyho Buchanana a jeho týmu z Canterberské university, který od roku 2007 pracuje na vývoji předpjatých dřevěných rámů z vrstveného dřeva LVL, jehož výroba má na rozdíl od CLT na Zélandu dlouhou tradici. Výzkum je částečně podporován vládou, která ve vícepodlažních dřevěných stavbách vidí budoucnost. I proto stavební předpisy, jako jedny z mála na světě, v roce 1992 umožnily na Novém Zélandu stavět dřevěné budovy s neomezenou výškou!
„Dřevo je obnovitelná surovina, která se u nás pěstuje ve velkém. Použití dřeva jako konstrukčního materiálu po sobě zanechá minimální množství odpadu, vlastní výstavba je velmi rychlá a ekologická, je přímo předurčena pro energeticky úspornou výstavbu – přispívá tedy k redukci užívání fosilních paliv a k celkovému snížení emisí CO2, nemluvě o snadnější demolici a následné recyklaci většiny komponent," hájí použití dřeva jako konstrukčního materiálu Jim Anderton.
Pres-Lam – nový dřevěný konstrukční systém
Profesor Andy Buchanan přišel s myšlenkou, že dřevo je už ze své podstaty lepší při zatížení zemětřesením než ocel a beton. Konstrukce ze dřeva jsou až čtyřikrát lehčí a díky svému poměru únosnost/váha jsou tak de facto nejideálnějším materiálem pro výstavbu vícepodlažních budov. Výzkum inspiroval systém PRESSS (pre-cast seismic structural system – prefabrikovaný seismický konstrukční systém), který se využíval při výstavbě betonových staveb.
Když profesor Stefano Pampanin svým studentům s pomocí svého dřevěného modelu vysvětlovat, jak systém funguje, napadlo ho, proč se vlastně podobný princip nepoužívá i u dřevěných budov. A tak se svými kolegy, Andy Buchananem a Alessandrem Palermem, inicioval vznik výzkumného týmu, jehož práce se o několik let později ověřila v praxi.
Prototyp stavby s nosníky z vrstveného dřeva (LVL), v jejichž těle jsou integrované předepjaté kabely a spoj trám/sloup, je řešen energii pohlcujícími svěrkami, které podobně jako gumičky umožňují pohyb a následné „zaskočení zpět na své místo", a chrání tak budovu před seizmickým zatížením, byl po mnoha testech v laboratořích instalován na pozemku univerzity. Zde si také jak v roce 2010, tak v roce 2011 prošel skutečnými zemětřeseními, které na něm nezanechaly žádné škody. A i to byl důvod, proč konstrukční systém nazývaný Pres-Lam začal růst i v komerční sféře.
Obr.: Trimble building byla druhou budovou s technologií Pres-Lam, která ve zbořeném městě Christchurch vyrostla. Díky odhalené nosné konstrukci vidíme nosníky z LVL a disipativní spoje sloup/trám, které dokážou „pohltit" seizmické zatížení a umožnit konstrukci potřebný pohyb. Foto: timberdesignmag.com
Protože byla technologie ověřena a Andy Buchanan si se svým týmem stál za jejími vlastnostmi, začalo se při obnově zničeného města Christchurch mluvit o jejím použití. První vlaštovkou se stala Merritt Building, soukromá administrativní budova, která s úspěchem použila technologii Pres-Lam. A začaly růst další. Druhou v řadě byla Trimble Building, jejíž předchůdkyni se nestalo osudné samotné zemětřesení, ale požár, který po něm následoval.
Obr.: Předpínací kabely integrované do těla trámu z LVL pomáhají konstrukci s přenášením nemalého seizmického zatížení. Foto: NZ Wood Awards
I požární odolnost je samozřejmě důležitou součástí nejen klasického stavebního inženýrství, ale je na ni kladen velký důraz i z důvodu seizmických opatření. Požáry totiž bývají velmi častými doprovodnými jevy zemětřesení. A i v tomto ohledu si lepené dřevo (CLT i LVL) stojí velmi dobře. Masivní profil trámů a sloupů totiž při požáru chrání zuhelnatělá vrstva, která se vytvoří na povrchu a tlumí hoření. Poskytuje tak dostatek času k hašení i evakuaci a ze své podstaty se chová lépe než ocelové konstrukce, které při velkém žáru náhle kolabují.
Budoucnost je v CLT
Celodřevěné i kombinované budovy tak ve městě Christchurch rostou dál. Andy Buchanan, Stefano Pampanin a Alessandro Palermo obdrželi za svůj výzkum, který přinesl inovativní řešení a mnoho nových poznatků, ocenění. A přestože dosáhli úspěchu, jejich práce zdaleka nekončí. „Od té doby, co se začal na Novém Zélandu vyrábět nový materiál CLT, směřujeme svůj výzkum tímto směrem. CLT má zase trochu jiné a v mnohém lepší vlastnosti než LVL, umožňuje například navrhovat větší rozpětí a hnát budovy zase o něco výš. Se zájmem sledujeme výsledky ze zámoří, kde z CLT roste jedna zajímavá budova za druhou. V Curychu také probíhá výzkum zaměřený na CLT a seizmické zatížení, takže rozhodně je kam pokračovat," říká Andy Buchanan.
Obr.: Profesor Stefano Pampanin, Dr Alessandro Palermo a profesor Andy Buchanan uvnitř Merritt Building – první dřevěné administrativní budovy ve městě Christchurch, která odolá i velkým otřesům země. Foto: rebuildchristchurch.co.nz
Připravila Dagmar Šimonová
Vytvořeno v xart.cz
