LES wood 50 (1998) 7-8 Raziskave in razvoj 209 UDK 630*833 Pregledni znanstveni ~lanek (Preview Scientific Paper) Les - konstrukcijsko gradivo v sodobni arhitekturi Wood - constructional material in contemporary architecture 12 Martina Zbašnik-Senega~nik , Janez Kresal Izvle~ek Abstract V zadnjih desetletjih, ko je okolje ~edalje bolj onesna`eno, In the last decades, when our environment has become increasingly postajajo vse bolj cenjena tudi naravna gradiva, ki nimajo polluted, natural building materials that do not have negative effect negativnih vplivov na okolje in ~loveka. Tudi les zopet pri- on the environment and human beings have been more and more dobiva konstrukcijsko funkcijo, ki jo je neko~ v graditeljstvu appreciated. Wood as a building material has already regain its `e imel. V ~lanku je predstavljenih nekaj konstrukcijskih sis- constructional function that it once had in the building profession. In temov za gradnjo lesenih zgradb, ki se uporabljajo danes. the article, some constructional systems in use today for wooden buildings have been shown. Klju~ne besede: skeletne konstrukcije, prefabricirane kon- Keywords: skeleton construction, prefabricated construction, com-strukcije, kompozitne oblike konstrukcij posite forms of construction 1. UVOD romantiki in ne na racionalnih izho- vo zdravje. Najbolj škodljive snovi diš~ih, zato se ta na~in gradnje ni raz- imajo kancerogeno, mutageno in Les je eno najstarejših gradiv, ki jih je širil. alergi~no delovanje. Posledice se ka-~lovek uporabljal za gradnjo, saj je `ejo v obliki raznih te`av in bolezni, lahko dostopen in sorazmerno poce- Industrijska revolucija je povzro~ila nekatere med njimi so lahko tudi smr-ni, enostaven za obdelavo in vzdr`e- pravi razcvet industrije gradiv. Narav- tonosne. vanje in ima dolgo `ivljenjsko dobo. na gradiva (les, kamen, glina) so naj-Predvsem stanovanjske hiše so bile prej zamenjala umetna anorganska V zadnjih desetletjih postaja ekološka grajene v lesu v vseh zgodovinskih ob- gradiva (kovine, steklo, opeka, kera- osveš~enost vse ve~ja. Ena od posle-dobjih do za~etka 19. stol., ko sta to mika, cement, beton...), in nato še dic zaskrbljenosti nad obremenjevan-naravno gradivo za~ela izpodrinjati umetna polimerna gradiva (umetna jem okolja in ~lovekovega zdravja je opeka in beton (le v Srednji Evropi, toplotno-izolacijska gradiva, umetna tudi druga~en odnos do gradiv z vi-kajti v Ameriki in Skandinaviji so sta- lepila, kiti, fugirne mase, kompozitna sokim negativnim potencialom. Na-novanjske hiše še sedaj v prete`ni me- sinteti~na gradiva (iverne ploš~e, leso- ravna gradiva (les, kamen, glina) pori lesene). nitne ploš~e, kerrock...) itd. Umetna stajajo vse bolj cenjena. Les je zopet gradiva so sicer v nekaterih primerih za~el dobivati vidnejšo konstrukcijsko V za~etku 20. stoletja se je zopet po- bolj uporabna in cenejša, vendar pa funkcijo. Predsodke o barakarski in javilo zanimanje za gradnjo lesenih imajo veliko ve~ negativnih vplivov na poceni gradnji so v zadnjih letih hiš, vendar so bili to le osamljeni pri- okolje in ~loveka kot naravna gradiva. (predvsem v tujini, deloma pa tudi pri meri, ki so temeljili na sentimentalni V svojem `ivljenjskem ciklusu (pridobi- nas) za~ele izpodrinjati prednosti le-vanje surovin, proizvodnja polizdel- sene gradnje: 1 kov, prodaja, vgradnja, uporaba, od- - ni`ji stroški, asist. dr., dipl. ing. arh., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo, Zoisova 12, 1000 LJUBLJANA stranitev) emitirajo hlape, prah, vlak- - hitrejša gradnja (tudi do 50%, saj 2 prof. dr., dipl. ing. arh., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za na in strupene ter radioaktivne snovi, ni potreben ~as za sušenje, tako arhitekturo, Zoisova 12, 1000 LJUBLJANA zaradi ~esar je ogro`eno tudi ~loveko- kot pri zidani konstrukciji), LES wood 50 (1998) 7-8 Raziskave in razvoj 210 - ugodna bivalna klima v prostoru, - trajnost lesa pri pravilnem vzdr`e-vanju, - les je ekološko gradivo (les je obnovljiva surovina; predelava in obdelava zahtevata malo energije; les je lokalna surovina, zato transportni stroški niso visoki; les se reciklira; rast lesa reducira CO2 iz zraka in proizvaja O2), - les je najbolj zdravo gradivo (ob pravilni površinski obdelavi). 2. KONSTRUKCIJSKI SISTEMI IZ LESA Les so kot konstrukcijsko gradivo znova odkrili šele v zadnjih letih. Na tr`iš~u se pojavljajo novi konstrukcijski sistemi iz lesa, ki so ponekod `e za~eli izpodrivati klasi~na konstrukcijska gradiva (opeka, beton). Ti elementi izrabljajo ugodne lastnosti lesa (dobre stati~ne lastnosti, trajnost lesa, cenenost in razširjenost materiala...). Fi-nan~na bilanca lesenih zgradb je praviloma ugodnejša od klasi~no grajenih zgradb. Sistemi lesenih konstrukcij so razli~ni, na splošno razlikujemo naslednje skupine: * skeletne konstrukcije, * prefabricirane ploskovne konstrukcije, * sovpre`ne konstrukcije. 2.1. Skelete konstrukcije Leseni skelet je t.i. “odprti sistem”. Nosilna konstrukcija je iz podpornikov in nosilcev, pri ~emer stene ne prevzemajo nosilne funkcije, zato so mo`ne kasnejše spremembe tlorisne zasnove. Leseni podporniki in nosilci so izdelani v delavnici, konstrukcija pa je sestavljena na gradbiš~u. Sistem skeletne gradnje je najstarejši od vseh omenjenih na~inov. Primer najbolj elementarne uporabe tega sistema je slovenski kozolec. 2.2. Prefabricirane ploskovne konstrukcije Prefabricirane konstrukcije so leseni ploskovni elementi za stene, tla, fasade ali strešne konstrukcije in predstavljajo veliko prednost pred klasi~no ope~no in betonsko gradnjo: - enostavna obdelava v delavnici; - transport velikih lesenih gradbenih elementov je enostaven, zahteva le malo logistike; - vitki gradbeni elementi so lahko kombinirani z drugimi gradivi (npr. z izolacijo, skupna debelina stenske konstrukcije je pri enaki toplotni izolativnosti manjša kot pri masivni steni); - groba gradbena dela se opravi v krajšem ~asu. Ploskovne prefabricirane konstrukcije so lahko izdelane samo iz lesa ali pa kombinirane še z drugimi gradivi. Glede na sestavo lo~imo dve vrsti ploskovnih konstrukcij: - enovite ploskovne konstrukcije, - kombinirane ploskovne konstrukcije. 2.2.1. Enovite ploskovne konstrukcije To so prefabricirane konstrukcije iz lesenih elementov (deske, letve, trami~i, plohi), ki so na razli~ne na~ine pove- zani med seboj: Lepljene ploš~e - stenski, stropni in strešni elementi iz desk, ki so zlepljene med seboj. Ploš~e so izdelane v razli~nih dol`inah, širine 80-120 cm, po potrebi do 195 cm, ter debelinah od 10 do 24 cm. Ploš~e iz lepljenega lesa so sposobne prenašati obte`bo takoj po vgraditvi. Mo`ne so razli~ne površinske obdelave. @ebljane ploš~e - osnovni element so masivne, površinsko obdelane deske, ki so vertikalno razporejene in z `eblji povezane med seboj. Deske, ki sestavljajo `ebljane ploš~e so širine 8-12 cm za stene (odvisno od razpona), 12-24 cm za stropove, optimalna debelina desk je 24-33 mm. Ti `ebljani elementi tvorijo nosilno strukturo za stene, stropove in strehe. Posebej primerni so za premoš~anje velikih razponov. Stropne ploš~e iz `ebljanih desk zahtevajo zelo majhno debelino (12 cm debela ploš~a omogo~a razpon skoraj 5m). @ebljane ploš~e so lahko poljubno široke (glede na število desk), v vzdol`ni smeri pa prav tako lahko namestimo ve~ desk. Ploš~e posebej dobro prenašajo to~kovne obremenitve, saj se ta (zaradi koncentriranega `ebljanja) prenese na sosednje deske. Zvezo med deskami lahko oja~amo z lokalnim lepljenjem na mestu, kjer prihaja do ve~-jih obremenitev. Lepljenje se omeji le na eno stran deske, da se s tem prepre~i nastanek monolita. Ele- Legenda: 1 - lepljena ploš~a 2 - beton 3 - ope~ni zid 4 - `ebljana ploš~a 5 - toplotna izolacija 6 - iverna ploš~a 7 - lesene letve 8 - armiranobetonska ploš~a 9 - vetrna zapora 10 - zunanja fasadna obloga 11 - prezra~evalni sloj 12 - mineralna vlakna 13 - leseni tram 14 - specialni moznik 15 - stropna ploš~a, utorjena v tram Slika 1. Skeletna konstrukcija Slika 2. Lepljena ploš~a na ope~ne zidu LES wood 50 (1998) 7-8 Slika 3. @ebljana ploš~a ment iz `ebljanih desk ima tudi to prednost, da prevzame silo v ravnini elementa, pravokotno na os desk. Lahko slu`i tudi kot zavetro-vanje. Zaradi velike lesne mase lahko uporabimo 2-4 cm manj toplotne izolacije iste k-vrednosti kot z obi~ajnimi stenami. Z velikim zamikom temperaturne amplitude zagotovimo poletno toplotno zaš~i-to z vrednostmi, ki odgovarjajo ope~ni gradnji. Parna zapora v ve-~ini primerov ni potrebna. Velika lesna masa nudi tudi zadovoljivo zvo~no zaš~ito, ki bi jo pri leseni gradnji sicer dosegli le z velikimi stroški. V dolo~ene deske se lahko vre`e dodatno zarezo, da ploš~e s tem pridobijo lastnosti akusti~nega stropa. Obi~ajne konstrukcije iz `ebljanih ploš~ imajo po`arno odpornost 30 min., minimalno oja~ani elementi pa dose`ejo tudi po`arno odpornost 60 in 90 min. Kasetirane ploš~e - nosilni elementi so Slika 4. Kasetirana ploš~a Raziskave in razvoj industrijsko izdelani, škatlasto oblikovani leseni gradbeni elementi iz masivnih letev. Imajo modularno konstrukcijo in dvojno zvezo na pero in utor. Primerne so predvsem kot nosilni stropni in strešni elementi. Ti leseni elementi imajo dobro nosilnost (kar se dose`e z minimalno konstrukcijsko višino), izo-lativnost in akumulativnost. Prazni kanali v konstrukciji se lahko zapolnijo s toplotno izolacijo, kar zboljša k-vrednost. Standardne višine elementa so 12 do 30 cm, dol`ina pa do 16 m. Površine so lahko, glede na uporabo, razli~no površinsko obdelane. Stropovi iz kasetiranih ploš~ imajo predhodnika v tramovnem stropu. 2.2.2. Kombinirane ploskovne konstrukcije Kombinirane prefabricirane konstrukcije so sestavljene iz razli~nih gradiv, pri ~emer les opravlja nosilno funkcijo. Stenske ploš~e - prefabricirani konstrukcijski elementi - lesene ploš~e (cele stene z odprtinami za okna in vrata) so izdelane v delavnicah in montirane na gradbiš~u. Taki elementi so lahko dolgi do 20 m, širina je odvisna od transportnih mo`-nosti. To je t.i. “zaprt sistem” iz nosilnih sten, ki jih lahko primerjamo z ope~no gradnjo. Kasnejše spremembe tlorisa niso mo`ne, ker imajo stene nosilno funkcijo. Slika 5. Stenska ploš~a 211 Nosilna konstrukcija je iz masivnega lesa iglavcev, vgrajena je tudi izolacija. Finalna obdelava sten je razli~na - vezana ploš~a ali mav-~ne ploš~e (z dekorativnim fasadnim ometom na zunanjih stenah). Stenske ploš~e iz izgubljenega opa`a in betona - Stenski opa`ni elementi kot izgubljen opa` iz iverke se skupaj z letvami, izolacijo, okni in stranskim opa`em iz hrastovega lesa izdela v delavnici, na gradbiš~u pa montira in zalije z betonom. Beton zadosti stati~nim, zvo~nim in po`arnim predpisom. Tudi instalacije so vgrajene `e v stenske elemente. Slika 6. Stenska ploš~a iz izgubljenega opa`a in betona Stenske `ebljane ploš~e - elementi iz `ebljanih ploš~ se lahko uporabijo za izdelavo kombiniranih stenskih ploš~ za predelne (nosilne in neno-silne notranje stene) ter fasadne stene. Prefabricirani stenski elementi iz `ebljanih ploš~ omogo~ajo uporabo desk slabše trdnosti, kar zni`a stroške gradnje. Notranje stene so izvedene v kombinaciji z betonom tako, da se `e-bljane ploš~e namesti na obeh straneh betonske stene in pove`e s Slika 7. Notranja nosilna stenska `ebljana ploš~a LES wood 50 (1998) 7-8 Raziskave in razvoj 212 posebnimi mozniki. Na zunanji strani slu`i plast mineralnih vlaken kot parna zapora. Zunanje nosilne (fasadne) stene so sestavljene iz `ebljanih ploš~, vetrne zapore, prezra~evalnega sloja in zunanjega opa`a. Parni zapori se v ve~ini primerov lahko odpove- Slika 8. Zunanja stenska `ebljana ploš~a 2.3. Sovpre`ne konstrukcije (les-beton) Konstrukcije te vrste so primerne predvsem za stropove. Sestavljeni so iz lesenih elementov, ki so prekriti s plastjo betona. To je lahko strop iz tramov, desk ali `ebljanih ploš~. Les se nahaja v natezni coni, beton pa v tla~ni. Kot povezava med obema gradivoma slu`i zareza v lesu in hkrati sidranje s specialnimi mozniki, pri ~emer se pre~na sila preko zareze prenese od betona na les. Moznik prevzame nastopajo~o natezno silo in postane z odstranitvijo podpore prednapet, tako da se deformacije zaradi kr~enja betona mo~no zmanjšajo. Znotraj moznika in pravokotno na lesen element se lahko polo`i lahka armatura, s tem se obte`ba razdeli pre~no na strop. Sovpre`na konstrukcija iz lesenih podpornikov in betona je zelo primerna pri sanacijah starih zgradb, kjer ima obstoje~i strop `e slabšo nosilnost. Ta tehnika izrablja obi~ajne prednosti lesenih konstrukcij, pa tudi prednosti masivne gradnje z betonom. Ohranjene so vse moderne zahteve statike, gradbene fizike ter po`arne odpornosti, dopolnjene še z zvo~no zaš~ito ter zmo`nostjo pasivne akumulacije toplote betona. 3. SKLEP V ~asu, ko se ~edalje bolj zavedamo onesna`enosti okolja ter negativnih posledic na naše zdravje, uporaba naravnih gradiv v graditeljstvu ni ve~ le moda, temve~ postaja nuja. Les ni veè le pomo`no gradivo (za pohištvo, obloge, surovina za polizdelke), temve~ zopet dobiva konstrukcijsko funkcijo (ki jo je v zgodovini `e imel). Gradnja lesenih hiš ponekod v Srednji Evropi postaja vse bolj razširjena, pri nas so to zaenkrat še osamljeni primeri. Boljše poznavanje konstrukcijskih lastnosti lesa ter argumentirana predstavitev lesa kot naravnega in zdravega gradiva lahko privede do številnejšega odlo~anja za tak na~in gradnje. Les je eno redkih gradiv, ki ne povzro~a škodljivih emisij, v svojem `ivljenjskem ciklusu potrebuje zelo malo energije, zaradi bogatih zalog surovin v našem prostoru je to lokalno gradivo, ki ne zahteva veliko transporta, dobro vpliva na bivalno ugodje v prostoru, tudi v fazi razpada ne obremenjuje okolja. VIRI 1. BRETTSTAPELSYSTEME - MASSIVES BAUEN MIT HOLZ, Detail 1/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 80. 2. FERTIGDECKEN UND WANDELEMENTE AUS LEIMHOLZ, Detail 8/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 1452. 3. HOLZ IM HOLZ, Deutschebauzeitschrift 9/97, Bartelsmann Fachzeitschriften, Gütersloh, 1997, 47-52. 4. HOLZSTREBEWERK, Deutschebauzeitschrift 1/97, Bartelsmann Fachzeitschriften, Gütersloh, 1997, 77-82. 5. INNOVATIVE LEICHTBAUWEISE IM TRAGWERKBAU, Detail 1/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 76. 6. Moser, K.: DER NEUE HOLZBAU, Detail 1/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 8-9. 7. Natterer, J.: STAPELBAUWEISE UND HOLZ-BETONVERBUNDBAUWEISE, Detail 1/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 10-18. 8. WOHN- UND ATELIERHAUS IN TOKIO, Detail 1/98, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1998, 37-41. 9. WOHNBEBAUUNG IN RÖDENTAL-SPITTELSTEIN, Detail 1/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 41-45. 10. WOHNHAUS BEI BAD TÖLZ, Detail 1/98, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1998, 42-46. 11. WOHNHAUS IN INNSBRUCK, Detail 7/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 1125-1129. 12. WOHNHAUS IN MÜNCHEN, Detail 1/97, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1997, 46-50. 13. WOHNHAUS IN TORONTO, Detail 1/98, Verlag für Architektur und Baudetail, München, 1998, 47-50. 14. Zbašnik-Senega~nik, M.: NEGATIVNI VPLIVI GRADIV NA ^LOVEKA IN OKOLJE, doktorska disertacija, Fakulteta za arhitekturo Univerze v Ljubljani, Ljubljana, 1996. mo. Slika 9. Sovpre`na konstrukcija