Přírodní amfiteátr v polské Bytomi
V druhé polovině srpna letošního roku byla v polském městě Bytom v městském parku Franciszka Kachla otevřena nová originálně řešená přírodní divadelní scéna. Architekt se při návrhu inspiroval šátkem vlajícím ve větru, podle kterého vytvořil za pomoci počítačového softwaru plochu, jež se stala základem pro zastřešení jeviště. Neobvyklý tvar střechy tak dominuje celému nově vybudovanému komplexu v městském parku, založeném již ve čtyřicátých letech 19. století, a kromě kulturních akcí je určen pro rekreaci a v místě je rovněž ZOO.
Autor:
Vystudoval Fakultu stavební ČVUT v Praze, obor pozemní stavby (specializace – dřevostavby). Po studiu nastoupil do firmy KASPER CZ s.r.o., kde založil projektové oddělení, v letech 1999–2009 působil na pozici vedoucího projekce a v letech 2009–2013 na pozici manažera pro vývoj a inovace v oblasti dřevostaveb. Od roku 2013 působí jako samostatný konstruktér a v roce 2015 zakládá firmu TIMBER DESIGN s.r.o., která nabízí komplexní služby v oblasti dřevěných konstrukcí. Je autorem užitného vzoru č. 20697 (celodřevěný konstrukční systém pro nízkoenergetické stavby).
Netradiční tvar zastřešení se stal výzvou pro hledání optimálního konstrukčního řešení, u kterého se kladl maximální důraz na estetickou čistotu celku s návazností na okolní prostředí městského parku. Pro jasně definované okrajové podmínky zadání bylo zvoleno jako základní konstrukční materiál lepené lamelové dřevo (BSH - Brettschichtholz). Dřevo kromě přírodního charakteru umožňuje vytvořit prakticky libovolný tvar konstrukce. Poloměry zakřivení jednotlivých prvků mají výrazný vliv na strukturu lamel v lepeném hranolu, kde se zmenšujícím se poloměrem zmenšuje i tloušťka samotné lamely a zvyšuje se tak pracnost ve výrobě. Z těchto důvodů byl na počátku prací upraven architektonický návrh stavby. Navržené křivosti plochy se optimalizovaly v poměru cena/výkon, tzn. byla odstraněna místa, kde se lokálně výrazně zmenšoval poloměr oblouků. Touto optimalizací se podařilo najít řešení, které umožnilo pro výrobu hlavních rámů jednotně použít lamely tloušťky 17 mm. Ze stavebně-technického hlediska je stavba amfiteátru rozdělena na dvě samostatné části (hlavní scéna a zázemí), obě zastřešené jednou prostorově modelovanou střechou - viz obr. 2-4.
Hlavní scéna
Konstrukce střechy nad hlavní scénou (plocha 18 x 10,9 m) byla rozdělena na podélné a příčné rámy v rastru 1,2 x 1,2 m. V příslušných osách byly z prostorové plochy 3D modelu vygenerovány tvary jednotlivých rámů konstrukce zastřešení, které byly implementovány do statického modelu v software RFEM, pomocí kterého bylo provedeno komplexní statické posouzení se zohledněním veškerých nelinearit prvků a charakteristik podloží. Dřevěné konstrukční prvky byly posouzeny v modulu RF-TIMBER Pro. Z výsledků statického výpočtu vzešel výsledný konstrukční návrh, jenž má v podélném směru deset kusů tvarově odlišných rámů tloušťky 100 mm s proměnným průřezem po délce (600-1030 mm) a vzepětím v rozmezí 3700-6450 mm, které jsou na koncích opřeny o železobetonové opěrné stěny. Příčné rámy tloušťky 100 mm s proměnnou výškou, jež je závislá na výšce podélného rámu v místě osazení, vytváří charakteristický kazetový výraz zastřešení. Technicky nejkomplikovanějším problémem projektu bylo hledání architektonicko-ekonomicky přijatelného řešení pro zajištění stability celé konstrukce v příčném směru. Z předložených konstrukčních variant byla nakonec zvolena stabilizace střechy pomocí čtyř vložených ztužujících pásů z dřevěných diagonálních prvků. Toto řešení umožnilo jednoduché provedení záklopu z pohledových prken tloušťky 30 mm ve směru kolmém na podélné rámy a udržet tak požadavek minimalizace celkové konstrukční tloušťky střechy.
Veškeré konstrukční uspořádání prvků a především jejich spojů bylo navrženo s maximálním důrazem na estetickou čistotu celku. V konstrukci jsou použity speciální vruty, určené výhradně pro dřevostavby. Jsou vyrobeny z uhlíkové oceli a mají speciální ochranu proti korozi Durocoat. Z přepravních a výrobních důvodů musely být podélné rámy rozděleny na dvě části, které byly na stavbě spojeny skrytým vloženým ocelovým plechem, jenž společně se samovrtnými kolíky typu WS-T zajistil momentový přenos vnitřních sil. V patě jsou podélné rámy osazeny do atypických pozinkovaných třmenů, ukotvených do železobetonové stěny ocelovými kotvami na chemickou maltu v systému FISCHER. Propojení podélného rámu se třmenem je realizováno celozávitovými vruty typu WR-T, které se, kromě přenosu sil, výrazně podílejí na redukci plochy v místě uložení, kde dochází k otlačení dřeva kolmo k vláknům. Pro konstrukční pohledové spoje příčných a podélných rámů byly použity vždy v párech vruty typu WT-T, které umožňují při montáži na stavbě realizovat těsné dosednutí připojovaných prvků díky svěrnému efektu dvouzávitového vrutu. U konstrukce střechy byl taktéž vyhodnocen vliv příčných tahových sil, které působí v průřezu prvků.
Zázemí divadelní scény (šatny)
Na hlavní část divadelní scény navazuje druhá část komplexu, kde se nachází kompletní zázemí pro účinkující. Je konstrukčně oddělena od hlavní části a je to standardní dřevostavba v sytému ?two x four?. Rámovou konstrukci tvoří dřevěné prvky 60 x 160 mm, jež jsou opláštěny z vnější strany sádrovláknitou deskou, na kterou je osazen fasádní kontaktní zateplovací systém. Z vnitřní strany jsou realizované funkční vrstvy splňující požadavky na paronepropustnost, vzduchotěsnost a požární odolnost. Zastřešení plochy této části (12,25 x 10,9 m), plynule navazující na hlavní scénu a dotvářející tak celkový vizuální dojem letícího šátku, je řešeno kombinací dvou technologií. Ve viditelných místech, tj. u přesahů střechy přes obrys budovy zázemí, je navržena konstrukce stejně jako v první části z lepeného lamelového dřeva tloušťky 100 mm a proměnné výšky respektující architektonický výraz stavby. Ve skrytých částech je z ekonomických důvodů střešní konstrukce navržena z příhradových vazníků se styčníkovou deskou. Jednotlivé prvky horního pasu byly před zalisováním styčníkových desek opracovány do příslušného zakřiveného tvaru.
Průběh výstavby
Celý proces návrhu a realizace stavby proběhl ve velmi krátkém čase. První propočty proveditelnosti stavby byly realizovány v lednu 2014. Na ně navázalo v průběhu dubna rozhodnutí investora o realizaci záměru. Podrobné statické posouzení, výrobní a montážní dokumentace vznikly v období května a června 2014. Dřevěná nosná konstrukce byla dokončena v druhé polovině července a slavnostní předání k užívání se uskutečnilo 23. srpna 2014.
Základem pro úspěšnou a rychlou realizaci bylo plné nasazení softwarových nástrojů umožňující plnou kontrolu nad projektem. Vygenerování řezů z obecně definované plochy - přes detailní definici statického modelu 3D v RFEM až po finální 3D model zpracovaný ve specializovaném programu pro dřevostavby SEMA, kde se odladily veškeré konstrukční vazby s následným vygenerováním dat pro přesné opracování na dřevoobráběcích strojích CNC, zásadním způsobem zkrátilo celkovou dobu a zajistilo přesnost montáže na staveništi.
K realizaci v tak krátkém časovém úseku bylo potřebné dobře zkoordinovat jednotlivé profese. Časově nejnáročnější byla výroba jednotlivých lepených zakřivených nosníků, zhotovených až po zaměření skutečného stavu na stavbě. Před uvolněním dat do výroby bylo k dispozici přesné geodetické zaměření zakřivené železobetonové opěrné stěny, která musela být realizována co nejrychleji po zahájení výstavby celého areálu. V průběhu výroby hlavních rámů byla na stavbu dopravena konstrukce dřevostavby pro zázemí, dodaná ve formě prefabrikovaných panelů jednostranně opláštěných sádrovláknitou deskou a příhradových vazníků. Prvky nosné konstrukce hlavní scény se přechodně uložily na již realizované zpevněné plochy hlediště, takže bylo možné na rovném a čistém podkladu délkově spojit hlavní rámy a osadit paty vazníků ocelovými pozinkovanými třmeny. Před montáží hlavních rámů byla na betonové stěny geodeticky vytyčena polohopisná a výškopisná místa ukotvení nosníků. Pro rychlou montáž byl ocelový kotevní úhelník konstrukčně rozdělen na dvě části. První část se spojila s dřevěnými zakřivenými nosníky a druhá osadila v předstihu na betonovou stěnu na ocelové kotvy do předem vyvrtaných otvorů vyplněných chemickou maltou. Montáž konstrukce probíhala z prostorových důvodů od zadní části jeviště dopředu. V první fázi byly osazeny první dva podélné rámy, které byly vzájemně propojeny prvním ztužujícím pásem z diagonálních dřevěných prvků. K takto stabilní konstrukci bylo možné montážně připojit další zbývající rámy a následně osadit příčné díly společně se zbývajícími třemi ztužujícími pásy. Na takto plně stabilizovanou konstrukci bylo možné osadit záklop a střešní krytinu. Všechny vyrobené konstrukční prvky byly na stavbu dopraveny s již aplikovanými povrchovými úpravami (lazurovací laky na dřevo, pozinkované ocelové prvky), takže po skončení montáže se před předáním hotového díla prováděly už jen drobné kosmetické úpravy.
Závěr
Realizovaná konstrukce přírodního amfiteátru v Bytomi v plné síle demonstruje velký potenciál využití dřeva v současném stavebnictví. Moderní technologie při výrobě konstrukčních prvků ze dřeva umožňují přesné provedení netradičně tvarovaných prvků konstrukce, které jsou už v dílně opracovány na strojích CNC a opatřeny kvalitními nátěry. Zvýšení atraktivnosti současných dřevěných konstrukcí umožnily nové technologie, především ve spojování konstrukčních prvků, které nabízejí provedení čistých skrytých spojů a kromě vysoké estetické hodnoty splňují především náročné požadavky na požární odolnost. Komplexní řešení nosné dřevěné konstrukce nabízí na trh výjimečný produkt, který je schopen splnit nejen veškeré stavební předpisy, ale současně vykazovat i nejnižší uhlíkovou stopu ze všech konstrukčních systémů.
Uvedené přednosti umožňují hledat řešení pro široké spektrum architektonických nápadů. Důkazem tohoto tvrzení jsou stále odvážnější celosvětové realizace ze dřeva, ať už to jsou rozhledny, bytové domy, obchodní centra či jiné veřejné prostory. V ČR se tradičnímu tesařskému řemeslu po letech živoření v průběhu normalizace daří úspěšně rozvíjet a realizovat zajímavé stavby. Současná technická úroveň poznání a řemeslné zpracování podpořené novými technologiemi CNC je na vysoké úrovni, a tudíž se architekti a inženýři dřeva nemusejí bát, s hledáním řešení jim současní dřevostavitelé totiž rádi pomohou.
Základní údaje o stavbě
Architektonický návrh: Mgr. inż. arch. Łukasz Pluta
Konstrukční a statický návrh dřevěné konstrukce: Ing. Zbyněk Šrůtek
Realizace dřevěné části konstrukce: KASPER Polska Sp. z o.o.
Návrh: 05-06/2014
Doba realizace dřevěné části: 06-07/2014
Celková doba výstavby: 04-08/2014
Hlavní scéna
Konstrukce střechy nad hlavní scénou (plocha 18 x 10,9 m) byla rozdělena na podélné a příčné rámy v rastru 1,2 x 1,2 m. V příslušných osách byly z prostorové plochy 3D modelu vygenerovány tvary jednotlivých rámů konstrukce zastřešení, které byly implementovány do statického modelu v software RFEM, pomocí kterého bylo provedeno komplexní statické posouzení se zohledněním veškerých nelinearit prvků a charakteristik podloží. Dřevěné konstrukční prvky byly posouzeny v modulu RF-TIMBER Pro. Z výsledků statického výpočtu vzešel výsledný konstrukční návrh, jenž má v podélném směru deset kusů tvarově odlišných rámů tloušťky 100 mm s proměnným průřezem po délce (600-1030 mm) a vzepětím v rozmezí 3700-6450 mm, které jsou na koncích opřeny o železobetonové opěrné stěny. Příčné rámy tloušťky 100 mm s proměnnou výškou, jež je závislá na výšce podélného rámu v místě osazení, vytváří charakteristický kazetový výraz zastřešení. Technicky nejkomplikovanějším problémem projektu bylo hledání architektonicko-ekonomicky přijatelného řešení pro zajištění stability celé konstrukce v příčném směru. Z předložených konstrukčních variant byla nakonec zvolena stabilizace střechy pomocí čtyř vložených ztužujících pásů z dřevěných diagonálních prvků. Toto řešení umožnilo jednoduché provedení záklopu z pohledových prken tloušťky 30 mm ve směru kolmém na podélné rámy a udržet tak požadavek minimalizace celkové konstrukční tloušťky střechy.
Veškeré konstrukční uspořádání prvků a především jejich spojů bylo navrženo s maximálním důrazem na estetickou čistotu celku. V konstrukci jsou použity speciální vruty, určené výhradně pro dřevostavby. Jsou vyrobeny z uhlíkové oceli a mají speciální ochranu proti korozi Durocoat. Z přepravních a výrobních důvodů musely být podélné rámy rozděleny na dvě části, které byly na stavbě spojeny skrytým vloženým ocelovým plechem, jenž společně se samovrtnými kolíky typu WS-T zajistil momentový přenos vnitřních sil. V patě jsou podélné rámy osazeny do atypických pozinkovaných třmenů, ukotvených do železobetonové stěny ocelovými kotvami na chemickou maltu v systému FISCHER. Propojení podélného rámu se třmenem je realizováno celozávitovými vruty typu WR-T, které se, kromě přenosu sil, výrazně podílejí na redukci plochy v místě uložení, kde dochází k otlačení dřeva kolmo k vláknům. Pro konstrukční pohledové spoje příčných a podélných rámů byly použity vždy v párech vruty typu WT-T, které umožňují při montáži na stavbě realizovat těsné dosednutí připojovaných prvků díky svěrnému efektu dvouzávitového vrutu. U konstrukce střechy byl taktéž vyhodnocen vliv příčných tahových sil, které působí v průřezu prvků.
Zázemí divadelní scény (šatny)
Na hlavní část divadelní scény navazuje druhá část komplexu, kde se nachází kompletní zázemí pro účinkující. Je konstrukčně oddělena od hlavní části a je to standardní dřevostavba v sytému ?two x four?. Rámovou konstrukci tvoří dřevěné prvky 60 x 160 mm, jež jsou opláštěny z vnější strany sádrovláknitou deskou, na kterou je osazen fasádní kontaktní zateplovací systém. Z vnitřní strany jsou realizované funkční vrstvy splňující požadavky na paronepropustnost, vzduchotěsnost a požární odolnost. Zastřešení plochy této části (12,25 x 10,9 m), plynule navazující na hlavní scénu a dotvářející tak celkový vizuální dojem letícího šátku, je řešeno kombinací dvou technologií. Ve viditelných místech, tj. u přesahů střechy přes obrys budovy zázemí, je navržena konstrukce stejně jako v první části z lepeného lamelového dřeva tloušťky 100 mm a proměnné výšky respektující architektonický výraz stavby. Ve skrytých částech je z ekonomických důvodů střešní konstrukce navržena z příhradových vazníků se styčníkovou deskou. Jednotlivé prvky horního pasu byly před zalisováním styčníkových desek opracovány do příslušného zakřiveného tvaru.
Průběh výstavby
Celý proces návrhu a realizace stavby proběhl ve velmi krátkém čase. První propočty proveditelnosti stavby byly realizovány v lednu 2014. Na ně navázalo v průběhu dubna rozhodnutí investora o realizaci záměru. Podrobné statické posouzení, výrobní a montážní dokumentace vznikly v období května a června 2014. Dřevěná nosná konstrukce byla dokončena v druhé polovině července a slavnostní předání k užívání se uskutečnilo 23. srpna 2014.
Základem pro úspěšnou a rychlou realizaci bylo plné nasazení softwarových nástrojů umožňující plnou kontrolu nad projektem. Vygenerování řezů z obecně definované plochy - přes detailní definici statického modelu 3D v RFEM až po finální 3D model zpracovaný ve specializovaném programu pro dřevostavby SEMA, kde se odladily veškeré konstrukční vazby s následným vygenerováním dat pro přesné opracování na dřevoobráběcích strojích CNC, zásadním způsobem zkrátilo celkovou dobu a zajistilo přesnost montáže na staveništi.
K realizaci v tak krátkém časovém úseku bylo potřebné dobře zkoordinovat jednotlivé profese. Časově nejnáročnější byla výroba jednotlivých lepených zakřivených nosníků, zhotovených až po zaměření skutečného stavu na stavbě. Před uvolněním dat do výroby bylo k dispozici přesné geodetické zaměření zakřivené železobetonové opěrné stěny, která musela být realizována co nejrychleji po zahájení výstavby celého areálu. V průběhu výroby hlavních rámů byla na stavbu dopravena konstrukce dřevostavby pro zázemí, dodaná ve formě prefabrikovaných panelů jednostranně opláštěných sádrovláknitou deskou a příhradových vazníků. Prvky nosné konstrukce hlavní scény se přechodně uložily na již realizované zpevněné plochy hlediště, takže bylo možné na rovném a čistém podkladu délkově spojit hlavní rámy a osadit paty vazníků ocelovými pozinkovanými třmeny. Před montáží hlavních rámů byla na betonové stěny geodeticky vytyčena polohopisná a výškopisná místa ukotvení nosníků. Pro rychlou montáž byl ocelový kotevní úhelník konstrukčně rozdělen na dvě části. První část se spojila s dřevěnými zakřivenými nosníky a druhá osadila v předstihu na betonovou stěnu na ocelové kotvy do předem vyvrtaných otvorů vyplněných chemickou maltou. Montáž konstrukce probíhala z prostorových důvodů od zadní části jeviště dopředu. V první fázi byly osazeny první dva podélné rámy, které byly vzájemně propojeny prvním ztužujícím pásem z diagonálních dřevěných prvků. K takto stabilní konstrukci bylo možné montážně připojit další zbývající rámy a následně osadit příčné díly společně se zbývajícími třemi ztužujícími pásy. Na takto plně stabilizovanou konstrukci bylo možné osadit záklop a střešní krytinu. Všechny vyrobené konstrukční prvky byly na stavbu dopraveny s již aplikovanými povrchovými úpravami (lazurovací laky na dřevo, pozinkované ocelové prvky), takže po skončení montáže se před předáním hotového díla prováděly už jen drobné kosmetické úpravy.
Závěr
Realizovaná konstrukce přírodního amfiteátru v Bytomi v plné síle demonstruje velký potenciál využití dřeva v současném stavebnictví. Moderní technologie při výrobě konstrukčních prvků ze dřeva umožňují přesné provedení netradičně tvarovaných prvků konstrukce, které jsou už v dílně opracovány na strojích CNC a opatřeny kvalitními nátěry. Zvýšení atraktivnosti současných dřevěných konstrukcí umožnily nové technologie, především ve spojování konstrukčních prvků, které nabízejí provedení čistých skrytých spojů a kromě vysoké estetické hodnoty splňují především náročné požadavky na požární odolnost. Komplexní řešení nosné dřevěné konstrukce nabízí na trh výjimečný produkt, který je schopen splnit nejen veškeré stavební předpisy, ale současně vykazovat i nejnižší uhlíkovou stopu ze všech konstrukčních systémů.
Uvedené přednosti umožňují hledat řešení pro široké spektrum architektonických nápadů. Důkazem tohoto tvrzení jsou stále odvážnější celosvětové realizace ze dřeva, ať už to jsou rozhledny, bytové domy, obchodní centra či jiné veřejné prostory. V ČR se tradičnímu tesařskému řemeslu po letech živoření v průběhu normalizace daří úspěšně rozvíjet a realizovat zajímavé stavby. Současná technická úroveň poznání a řemeslné zpracování podpořené novými technologiemi CNC je na vysoké úrovni, a tudíž se architekti a inženýři dřeva nemusejí bát, s hledáním řešení jim současní dřevostavitelé totiž rádi pomohou.
Základní údaje o stavbě
Architektonický návrh: Mgr. inż. arch. Łukasz Pluta
Konstrukční a statický návrh dřevěné konstrukce: Ing. Zbyněk Šrůtek
Realizace dřevěné části konstrukce: KASPER Polska Sp. z o.o.
Návrh: 05-06/2014
Doba realizace dřevěné části: 06-07/2014
Celková doba výstavby: 04-08/2014