Można wykorzystać duży potencjał estetyczny i wytrzymałościowy materiału, jakim jest drewno, przez nowe możliwości połączeń, wytrzymałości i wykończeń.
Dlaczego drewno znowu przeżywa renesans w budownictwie?
– Podjęliśmy w katedrze projektowania budynków drewnianych Uniwersytetu Technicznego w Monachium, którą kieruje prof. Hermann Kaufmann, próbę zdefiniowania czynników sukcesu – mówi David Wolfertstetter, dyplomowany inżynier architekt, pracownik naukowy tej katedry. – I na ten temat przygotowaliśmy nie tylko referat, ale także wystawę, która została pokazana w Monachium, Berlinie i Wiedniu, spotykając się z dużym zainteresowaniem. Zwiedzający kojarzyli nowoczesne budownictwo z takimi materiałami, jak stal, szkło, beton, ale nie z drewnem. Tymczasem pokazaliśmy wzniesione w minionych latach obiekty drewniane, nie tylko piękne, wysokie, ale i spełniające najwyższe wymagania pod względem konstrukcji budynku i ochrony przeciwpożarowej.
Efekt innowacji materiałowych
Bez wątpienia mamy do czynienia z renesansem budownictwa drewnianego, coraz wyższego i często spełniającego kryteria dzieł architektonicznych, które są ikonami architektury. Konstrukcje drewniane z materiałów inżynieryjnych, czyli z drewna klejonego, są precyzyjnie projektowane i obliczane pod względem wytrzymałości, wskutek czego powstają obiekty o ogromnych rozpiętościach dachu, bez jakichkolwiek podpór.
– Przykładem może być budynek Klubu dla Dżentelmenów w Korei Południowej, zbudowany z drewna czy pomieszczenie słoniarni w ZOO w Zurychu, właśnie o ogromnej rozpiętości dachu w konstrukcji drewnianej. Możliwości te stworzyły innowacyjne materiały drzewne, które pojawiły się pod koniec XX wieku i są rozwijane w tym stuleciu – mówił niemiecki specjalista podczas spotkania z grupą przedstawicieli polskich projektantów, architektów i firm wykonawczych w Regensburgu (Badenia-Wirtembergia). – Drewnu sprzyjają nie tylko nowe technologie, które powstały w ostatnich dziesięcioleciach i stwarzają nam nowe możliwości, ale i tendencje ekologiczne oraz estetyczne. Drewno ma pewne zalety dotyczące funkcjonowania i prezentowania swoich zalet. W trosce o estetykę obiektów współcześni architekci korzystają z tych jego walorów.
Nie ma obawy o surowiec
Padają niekiedy uwagi, że jeżeli będzie się budować więcej budynków z drewna, to nie będziemy mieć lasów, które są tak cenne dla wszystkich sfer życia.
– Badaliśmy bazę drewna w Europie i wyszło nam, że teraz i w przyszłości będzie go wystarczało na potrzeby rozwijającego się budownictwa drewnianego – twierdzi naukowiec z Monachium. – Przynajmniej w Europie gospodarka leśna prowadzona jest w ramach zrównoważonej gospodarki, co oznacza, że każdego roku nie tylko odrasta analogiczna ilość drewna pozyskanego w danym roku, ale przyrost masy drzewnej jest nawet większy. Zapasy drewna na pniu są każdego roku wyższe nie tylko w Niemczech, ale i w Polsce oraz w innych europejskich krajach. Obliczyliśmy, że gdyby dostępną ilość drewna pozyskiwanego rocznie wykorzystywać tylko w budownictwie, to wszystkie potrzeby na całe budownictwo nie przekroczyłyby 30 proc. pozyskiwanego surowca. Zatem z drewna i jego przetworów można budować znacznie więcej domów mieszkalnych, szkół, hoteli, budynków usługowych i przemysłowych, bo to sprzyja też obniżeniu dwutlenku węgla. W aktualnym kontekście dyskusji klimatycznej jest to naprawdę ważna kwestia, o której nie można zapominać. Również dlatego, że stosując drewno, równocześnie zastępuje się w budownictwie inne materiały, których produkcja wymaga energii niekoniecznie ze źródeł odnawialnych i powoduje emisję dwutlenku węgla. Tymczasem 1 m3 drewna wiąże około tony CO2. A dom jednorodzinny zbudowany z drewna litego pochłania 60-80 m3 surowca, więc wpływ na obniżenie CO2 w atmosferze jest znaczący. Tym bardziej że mamy do czynienia z trwałym wiązaniem dwutlenku węgla, ze względu na kaskadowe wykorzystanie drewna.
Ekologiczne wartości
Ze względu na wysoką jakość ekologiczną materiałów drzewnych, powstają dzisiaj budynki, które są zbilansowane ekologicznie. To jest kolejny argument za budownictwem drewnianym. Energia, którą budynki zużywają podczas eksploatacji, może być niewielka, budując według obecnych zasad techniki. Cały cykl życia budynku jest istotny i trzeba na niego spojrzeć całościowo, od produkcji, przez wykorzystanie, aż do momentu utylizacji, przez wykorzystanie do produkcji innych wyrobów, choćby płyt drewnopochodnych, czy zamiany na energię.
W ramach badań dokonano analizy jakości ekologicznej 11 różnego typu budynków z drewna i identycznych, zbudowanych komputerowo „braci bliźniaków” z materiałów mineralnych. Wzięto pod uwagę zużycie surowców, energii prymarnej, energii pierwotnej, potencjał wytwarzania gazów cieplarnianych, również potencjał wytwarzania substancji szkodliwych i kwaśnych deszczów oraz dostępność takich surowców, jak choćby… kruszywa budowlane, których zapasy kurczą się, a są niezbędne do wyrobu betonów, podczas gdy drewno jest surowcem odnawialnym. Okazało się, że istotna jest faza budowy, zużycia surowców i wykorzystanie energii. Im dłużej budynek stoi, tym większa jest przewaga budynku drewnianego nad budynkami z innych materiałów.
Prefabrykacja zapewnia szybkie wznoszenie
W budownictwie drewnianym coraz powszechniejsze jest przygotowanie pewnych elementów poza placem budowy. Uważa się to za przykład nowej technologii, ale trzeba przyznać, że w każdym wieku cieśle budujący różnego rodzaju budynki, choćby oparte o mur pruski czy inne, przygotowywali w warsztacie poszczególne konstrukcje. Niektóre belki już były odpowiednio przycięte, żeby można je było na budowie złożyć.
– Jest zatem bardzo długa tradycja prefabrykacji elementów, a dzisiaj możemy wykorzystywać wszystkie warianty – wskazał David Wolfertstetter. – Rozwijane są tylko kolejne stopnie prefabrykacji. Może to być nakładanie tylko elementów fasadowych czy stawianie gotowych elementów z już założonymi oknami, częściową fasadą czy też z różnymi instalacjami. Jest bardzo wiele możliwości, aż do prefabrykowanych wcześniej pomieszczeń, które produkowane są w fabrycznej hali i ustawiane na budowie jedna na drugiej. To wielka zaleta, jeżeli chodzi o terminy wznoszenia takich obiektów. Kiedy betonuje się fundamenty, to w tym samym czasie można przygotowywać również elementy prefabrykowane, które skracają montaż. Ten walor ma szczególne znaczenie w rejonach, gdzie są krótkie lata i długie zimy. Dlatego budownictwo drewniane szczególnie rozwija się w górach. Wspaniałe obiekty hotelowe powstają przed kolejnym sezonem narciarskim. Są obiekty, które w formie 36 modułowych pokoi, kompletnie wyposażonych, powstały w fabryce w ciągu miesiąca, a w ciągu 10 dni na placu budowy były zamontowane.
Materiał na dodatkowe kondygnacje
Ponieważ drewno jest bezkonkurencyjnie lekkie, to w gęstej zabudowie miejskiej umożliwia dołożenie nawet kilku kondygnacji w postawionych kiedyś budynkach, o ograniczonej nośności.
– W Hamburgu zrealizowano projekt w budynku z lat 50., który miał dwa piętra, z dachem siodłowym – informował architekt. – Został on rozbudowany do trzech kondygnacji, z tarasem dachowym, przez co udało się podwoić ilość powierzchni mieszkalnej, również izolując fasadę drewnianą elewacją na dole, a przez to zmniejszyć o połowę emisję dwutlenku węgla. Jeżeli chodzi o dokładanie dodatkowych kondygnacji, to drewno jest dosyć powszechnie wykorzystywane w Niemczech czy w Szwajcarii. Również do wypełniania luk pomiędzy budynkami oraz do ocieplania ścian drewnianych, bo pozwala wykorzystać bardzo niewielką przestrzeń. Kolejnym zastosowaniem jest modernizacja istniejących budynków za pomocą izolacji nakładanej na ściany. Taka powłoka może być zamontowana bardzo szybko, bo jest przygotowana w sposób przemysłowy, więc w ciągu jednego dnia budynek możne zmienić swój wygląd, a jednocześnie zostać ocieplony i lepiej wentylowany. Taki sposób budowy jest bardzo szybki, dlatego mieszkańcy nie są obciążeni długim czasem rozbudowy czy remontu, a ciężar nowych elementów nie musi obciążać fundamentów ścian.
Dzięki takim nowinkom technologicznym można również zwiększać wielkość obiektów drewnianych, przez co mamy do czynienia z ich całkowicie nowymi wymiarami. Pozwala to na rozszerzanie budynku, np. hal sportowych, więc często konstrukcje halowe wznoszone są z drewna, bo ważne jest, żeby konstrukcja była lżejsza, czyli bardziej oszczędna finansowo. Tylko po części ma zabudowane wzmocnienia stalowe, bo w zasadzie jest to konstrukcja drewniana. Nawet o około 200-metrowej rozpiętości!
Obecnie drewno nie tylko pozwala na budowanie budynków szerszych, ale również wyższych, bo stosując nowoczesne metody ochrony przeciwpożarowej, są już bezpieczne i możliwe do wykonania.
Rozwojowi sprzyja cyfrowe projektowanie
– Kolejną interesującą kwestią w zakresie nowinek technologicznych jest możliwość projektowania komputerowego – podkreśla niemiecki architekt. – Drewno jest materiałem, z którym wiele firm ma doświadczenie, jeżeli chodzi o pracę z narzędziami cyfrowymi, i są różnego rodzaju programy do obróbki tego materiału na centrach obróbczych. Można precyzyjnie wykonać każdy drewniany element z drewna litego czy klejonego, i tworzyć z nich choćby zakrzywione skorupy dachowe, czasami nawet jako dwukrotnie zakrzywione powierzchnie. Węzły, czyli miejsca, gdzie takie elementy dachu się schodzą i są przenoszone obciążenia, są dokładnie obliczone i zaprojektowane. Dach wspomnianej słoniarni w Zurychu, o rozpiętości 90 m, przypominający płaszczyznę z liści drzew dżungli, został najpierw zbudowany w formie negatywu, jako rusztowanie. Później dopiero na to nakładano elementy drewniane i stopniowo demontowano rusztowanie, a pozostała skorupa dachowa bez podpór.
Projekt obiektu drewnianego, choćby schroniska, wygenerowany komputerowo uwzględnia siłę wiatru czy jego główny kierunek, i wielkość opadów śniegu, żeby można było maksymalnie zmniejszyć jego masę, zapewniając budynkowi statyczność pod względem warunków wietrznych, ale też wykorzystać połacie dachu do generowania energii słonecznej i tak go sprofilować, żeby śnieg odpowiednio szybko się zsuwał.
Możliwe wykorzystanie drewna liściastego
Współczesne technologie pozwalają na wykorzystanie w budownictwie drewnianym drewna liściastego. Podpory i belki nośne są produkowane z bukowego forniru sklejanego, i w ten sposób można stworzyć optykę dźwigarów stalowych. Wykorzystuje się je w budynkach mieszkalnych, kościołach, halach przemysłowych, szkołach, przedszkolach czy budynkach administracyjnych.
– Zalety są oczywiste – podkreśla David Wolfertstetter. – Budowa odbywa się bardzo szybko, z uniknięciem wielu problemów, a więc taniej, z niewielkim obciążeniem dla otoczenia i środowiska. Cieńsze, ale dobrze izolowane ściany pozwalają na zwiększenie powierzchni mieszkalnej. Dlatego warto wykorzystać duży potencjał estetyczny i wytrzymałościowy materiału, jakim jest drewno, przez nowe możliwości połączeń, wytrzymałości i wykończeń.
~tekst i fot. Janusz Bekas
