Tradicinė medžio architektūra pasižymi įvairiomis, dažnai gana sudėtingomis strypinėmis konstrukcijomis. Akivaizdu, kad tai natūraliai lemia pati medžio forma. XX a. pabaigoje išvystytos medienos apdirbimo technologijos leidžia patikimai sujungti atskirus strypinius medienos elementus į plokštės pobūdžio konstrukcijas. Pastarąsias galima skirti į tris pagrindines grupes: skydinės-karkasinės konstrukcijos, sluoksniuotosios medienos plokštės ir medienos-betono kompozitai.
Šios technologinės inovacijos sukėlė tikrą perversmą medinės statybos srityje. Visų pirma, naujosios medienos plokštės leidžia kurti konstrukcijas, savo užimamu tūriu, mechaninėmis, apsaugos nuo triukšmo ir atsparumo ugniai savybėmis nenusileidžiančias įprastinėms konstrukcijoms iš gelžbetonio ar plieno. Be to, jų kompaktiškumas gerokai supaprastina konstrukcinius mazgus, taip praplėsdamas panaudojimo galimybes. Galiausiai dėl medienos plokščių lengvumo ir lengvo apdirbimo atsivėrė milžiniškas gamybos fabrike potencialas. Visa tai leidžia šiuolaikinei medinei statybai sumažinti sąnaudas ir pasiekti iki tol nematytą greitį, tikslumą bei kokybę. Todėl ji tampa patrauklia ekologiška alternatyva įprastiems statybos būdams. Šiame tekste bus aptartos pagrindinių plokštinių medinių konstrukcijų ypatybės ir panaudojimo galimybės.
Plokštinės medienos konstrukcijos
Medienos medžiaginės savybės lemia iš jos kuriamų elementų konstravimo principus. Tai yra anizotropiška medžiaga, t. y. jos ypatybės priklauso nuo pluošto krypties. Išilgai pluošto mediena pasižymi dideliu gniuždomuoju, tempiamuoju ir lenkiamuoju stipriu, geru laidumu vandeniui ir nereikšmingu matmenų pokyčiu kintant drėgmei. Tuo tarpu skersai pluošto medienos gniuždomasis (glemžiamasis) stipris yra kelis kartus mažesnis, tempiamasis stipris kone lygus nuliui, o kintant drėgmei ji plečiasi ir traukiasi. Todėl medinėse konstrukcijose būtina išvengti didelių apkrovų skersai medienos pluošto, o neišvengiamuose koncentruotų jėgų taškuose (pavyzdžiui, sijos ir kolonos jungtyje) mediena keičiama plienu. Plokštė, kaip laikantysis konstrukcinis elementas, turi sugebėti perimti įvairiomis kryptimis veikiančias apkrovas, pavyzdžiui, savojo svorio ir vėjo. Medinėse konstrukcijose tai gali būti pasiekiama medienos elementus sujungiant su standžia plokšte (skydinės-karkasinės konstrukcijos, medienos-betono kompozitai), juos klijuojant vieną su kitu arba sujungiant kryžmai išdėstytus lentų sluoksnius (sluoksniuotoji mediena). Taip pat svarbu pažymėti, kad gera medienos šiluminė varža dažnai leidžia laikančiąsias išorės atitvarų konstrukcijas palikti neapšiltintas, nesibaiminant per ilginius šilumos tiltelius patiriamų šilumos nuostolių.
Skydinės-karkasinės konstrukcijos
[one_half]
Lietuvoje bene labiausiai paplitęs šiuolaikinės medinės statybos metodas yra skydinės-karkasinės konstrukcijos. Klasikinis šios sistemos elementas – skydas – susideda iš medinio karkaso, kuris iš vienos arba abiejų pusių uždaromas gipskartonio arba medienos plokštėmis, o kiaurymės užpildomos apšiltinimo medžiaga. Skydo standumą plokštumoje gali užtikrinti jį uždarančiosios plokštės arba įstriži ryšiai karkase. Iš skydinių-karkasinių konstrukcijų montuojamos tiek sienos, tiek perdangos ir stogai. Jos pasižymi mažomis medienos sąnaudomis ir nedidele kaina, nes visa skydo gamyba ir montavimas paprastai lieka vienose rankose, tačiau tai lemia ir didelę projekto priklausomybę nuo konkretaus gamintojo. Naudojant skydus išorinėms atitvaroms, gaunama palyginti plona, bet geros šiluminės varžos konstrukcija, nes beveik visas jos skerspjūvis yra užpildytas apšiltinimo medžiaga. Erdvė tarp karkaso elementų taip pat gali būti panaudojama inžinerinėms sistemoms montuoti. Tokiu atveju būtina įvertinti papildomų komponentų poveikį skydo sandarumui, atsparumui ugniai ir apsaugai nuo triukšmo. Medinės skydinės-karkasinės perdangos plokštės naudojamos dideliems tarpatramiams (7–9 m). Savo veikimo principu jos primena kiaurymėtąsias gelžbetonio plokštes: medinį karkasą standžiai iš viršaus ir apačios sujungus su OSB plokštėmis, gaunamas vientisas skerspjūvis, primenantis dvitėjinę siją. Standi jungtis pasiekiama elementus klijuojant arba suveržiant ir klijuojant (1). Standartiniai, vieno aukšto skydai laikančiosioms sienoms naudojami iki trijų aukštų pastatams (2). Silpnoji jų vieta – karkaso skersiniai, į kuriuos skersai pluošto per statramsčius koncentruotai perduodamos kelių aukštų apkrovos. Norint to išvengti, skersinius tenka montuoti tarp statramsčių, o perdangos plokštes pakabinti iš šono, taip didžiausias vertikalias apkrovas perduodant tiesiogiai iš statramsčių statramsčiams. Šiuo atveju perdangos plokštės gali turėti tik dvi kraštines atramas, o tai reikalauja aukštesnio jų skerspjūvio. Tokia konstrukcija pritaikyta projektuojant 6 aukštų daugiabutį Zollfreilagerio rajone Ciuriche (1 pav.).
Sluoksniuotos medienos konstrukcijos
[one_half]
Vakaruose dėl savo universalumo ir paprastumo itin sparčiai populiarėja sluoksniuotosios medienos plokštės. Jos gaminamos vieną prie kitos jungiant standartinių matmenų ir kone neriboto ilgio lentas-lameles. Gaunamų masyvių, homogeniškų medinių elementų matmenys ribojami tik apdirbimo įrangos parametrų. Jie naudojami laikančiosioms sienoms, perdangos ir stogams. Sluoksniuotosios medienos plokštės gali būti skirstomos pagal lamelių sluoksnių kryptį (kryžmai arba lygiagrečiai) ir jų sujungimo tipą (klijuotos arba jungtos kaiščiais). Šių konstrukcijų mechaninės ypatybės labiausiai priklauso nuo lamelių sluoksniavimo krypties (2). Kryžmai sluoksniuotos lentos suteikia elementui standumo, įgalina plokštės darbą dviejomis kryptimis ir apriboja medienos matmenų pokyčius kintant drėgmei. Išdėsčius lamelių sluoksnius lygiagrečiai, gaunamas elementas pasižymi itin aukštu tempiamuoju, gniuždomuoju ir lenkiamuoju sti priu išilgai pluošto, tačiau yra ne toks standus ir jautresnis drėgmei. Lameles klijuojant viena su kita, padidinamas plokštės standumas, be to, ji tampa visiškai sandari. Šiais laikais dažniausiai naudojami kenksmingų sveikatai junginių (visų pirma formaldehido) neturintys, PUR (poliuretano) arba PMDI (polimerinio difenilmetano diizocianato) pagrindu pagaminti klijai (3). Lentos taip pat gali būti jungiamos mechaniniais elementais. XX a. pradžioje naudotas vinis šiandien vis dažniau pakeičia kietmedžio kaiščiai, palengvinantys vėlesnį plokščių apdirbimą (2). Kaiščiais jungtos konstrukcijos patrauklios dėl savo ekologiškumo, nes jas išdžiovinus lengva išardyti ir panaudoti atrąsyk, o jų mediena nesuteršiama jokiais chemikalais. Atitinkamai išdėsčius lentas, galima sudaryti reikiamas er tmes elektros instaliacijai. Integravus medienos plaušų plokštes arba rievėtų lentų sluoksnius, sukuriamos puikių šiluminių savybių, tačiau itin didelių medienos sąnaudų išorės atitvaros. Vis dėlto kaiščiais jungtos plokštės nėra visiškai sandarios ir ne tokios standžios kaip klijuotos. Bene populiariausias sluoksniuotosios medienos tipas yra pats standžiausias ir sandariausias iš minėtųjų – kryžmai sluoksniuotos klijuotos medienos plokštės (angl. CLT – cross laminated timber). Jos yra itin kompaktiškos ir pasižymi itin paprastomis tarpusavio jungtimis, geromis mechaninėmis, apsaugos nuo triukšmo ir atsparumo ugniai savybėmis. Be to, tokias plokštes viduje įmanoma palikti atviras, tad, disponuojant didžiuliais medienos plotais, galima kurti įspūdingus interjerus. Elektros instaliacijai reikalingi kanalai išfrezuojami fabrike, kitų inžinerinių sistemų integravimas sluoksniuotosios medienos plokštėse dėl gana stambių matmenų sunkiai įmanomas. Ši medžiaga tinka 5–7 m tarpatramio perdangoms, o sienų stiprio užtenka ir 9 aukštų pastatų statybai, pavyzdys – daugiabutis Milane (2 pav.).
Medienos-betono kompozitai
[one_half]
Kompozitinės medžiagos sujungia skirtingų medžiagų gerąsias savybes, neutralizuodamos jų trūkumus. Medienos-betono kompozitinės plokštės susideda iš sluoksniuotosios medienos plokštės arba karkasinės konstrukcijos, ant kurios, tarsi ant liktinio klojinio, išliejamas betono sluoksnis. Kadangi jos dažniausiai naudojamos perdangos plokštėms, mediena perima tempiamuosius, o betonas gniuždomuosius įtempius. Dėl tokios struktūros tenka vengti tempiamųjų įtempių perdangos viršuje, o tai apriboja atramų išdėstymo galimybes. Tam, kad būtų pasiektas vientisas viso skerspjūvio darbas, reikia užtikrinti reikiamą medienos ir betono sukibimą. Yra keletas būdų šiam tikslui pasiekti: medienos plokštės viršuje, skersai perdengimo krypties išfrezuojamos specialios įdubos; išilgai perdengimo krypties į medinio elemento viršuje įklijuojamos kiaurymėtos skardos plokštelės; ant paviršiaus įvairiai įtaisomi specialūs varžtai arba kitokios jungės. Betono sluoksnis gali būti liejamas tiek iš anksto gamykloje, tiek statybų aikštelėje. Jis bent konstrukciniais sumetimais sutvirtinamas armatūros tinklais. Gaunamos ypač standžios plokštės, galinčios perimti dideles horizontalias apkrovas ir perdengti 7–10 m ilgio tarpatramius. Medienos-betono kompozitai sparčiai populiarėja ne tik dėl aukštos laikomosios galios. Didelė plokščių masė ir monolitinės, visiškai sandarios sandūros lemia itin aukštą atsparumą ugniai ir apsaugą nuo triukšmo, lenkiančią kitus aptariamus medienos produktus. Tai kartu yra ir brangiausia iš šių konstrukcijų. Dėl šių priežasčių jos naudojamos laisvo plano aukštos klasės daugi abučių ir įvairių negyvenamosios paskirties pastatų – mokyklų, biurų – statybai. Kaip pavyzdinį kompozito pritaikymo projektą galima paminėti gimnaziją Dydorfe, Vokietijoje (3 pav.).
Kiekvienam projektui – optimali kombinacija
Glaustai susipažinus su pagrindinėmis šiuolaikinės medienos konstrukcijomis, gali kilti klausimas – kokį statybos būdą racionaliausia pa-sirinkti konkrečiam projektui. Medinės statybos ekspertai sutaria, kad kuo sudėtingesnis pastatas, tuo sunkiau jam visam pritaikyti vientisą medinių konstrukcijų sistemą. Geriausių rezultatų galima pasiekti derinant įvairias sistemas, atsižvelgiant į konkrečiai konstrukcijai keliamus reikalavimus. Tokios optimizuotos kombinacijos tapo standartu kiek didesnių pastatų statyboje (2). Kaip klasikinį pavyzdį galima paminėti daugiabučius namus. Jų išorinės atitvaros dėl geros šiluminės varžos dažnai projektuojamos iš skydinių-karkasinių elementų. Dėl didelės laikomosios galios, geros apsaugos nuo triukšmo ir atsparumo ugniai vidinės laikančiosios sienos ir perdangos statomos iš kryžmai sluoksniuotos medienos (CLT) plokščių. Kai reikalavimai aukštesni, perdangos montuojamos iš medienos-betono kompozito plokščių.
Literatūra
1. Stefan Krötsch, Wolfgang Huß. Bauteile und Bauelemente. Atlas Mehrgeschossiger Holzbau. Miunchenas, 2017, p. 50–69.
2. Kaufmann, Herrmann ir kiti. Struktur und Tragwerk. Atlas Mehrgeschossiger Holzbau. Miunchenas, 2017, p. 38–49.
3. Kohaus, Maren ir König, Holger. Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus. Atlas Mehrgeschossiger Holzbau. Miunchenas, 2017, p. 30–35.
Straipsnis paskelbtas žurnale „SA.lt“ (Statyba. Architektūra) | 2018 rugpjūtis.