Použití lepeného lamelového dřeva v moderní architektuře

Kostel milosrdného srdce – sídliště KVP, Košice

Architekti: M. Drahovský, L. Friedmann, R. Neufeld, P. Pásztor, R.Rozman, P. Šimko
Investor: Římskokatolická farnost Košice
Projekt, dodávka a montáž dřevěných konstrukcí a opláštění: TAROS NOVA s.r.o., Rožnov pod Radhoštěm

Historie výstavby:
1995-1999     jednotlivé stupně projektové dokumentace
1999-2001     vybudování části kostela (ŽB konstrukce lodě a věže)
2001-2007   práce na lodi a věži téměř     zastaveny (z finančních     důvodů)
2002-2007     vybudování farního pastoračního centra
2007-2010     dokončení ŽB jádra věže kostela
2010-2011     realizace dřevěné konstrukce věže a lodě kostela
2011             realizace venkovní opláštění z TiZn  plechu a vnitřní obklady

Historie stavby kostela sahá až do roku 1995, kdy proběhla soutěž na urbanisticko-architektonické řešení farního kostela a fary na území západní části Košic zvaná jako sídliště Košického vládního programu nebo také známá jako KVP. Dané území se nachází přibližně na středním úseku východní strany hlavní dopravní tepny sídliště. Vítězný návrh zaujal především svým urbanistickým konceptem, kde soubor objektů - loď kostela, sakrální věž, budova fary a pěší lávka – je organizovaný okolo náměstí tak, že determinují “stěnu” náměstí. Tento (vzhledem na úroveň rušné komunikace) vyvýšený, otevřený prostor je chápaný částečně jako veřejný (křižovatka pěších tras) a částečně jako poloveřejný, s určitou atmosférou sakrality. Toto uspořádání má sloužit i otevření se církve laické veřejnosti. Dopravní koridor (čtyřproudová komunikace) je chápaný jako “hlučný tok – řeka”, překlenutá lávkou, na jejímž břehu je loď připravená “vyrazit, aby naplnila očekávání věřících”. Vstupy do objektů jsou z opačné strany – hlukem méně zatíženého náměstí.

Technické parametry a charakteristika lodě kostela:
Půdorysné rozměry lodě:    32,0 m (délka) x 22,0 m (maximální šířka)
Výška lodě v čele:                 17,4 m
Výška lodě u vstupu:              9,2 m
Nosná konstrukce do úrovně +4,000m:     železobetonová konstrukce s výplňovým zdivem
Nosná konstrukce od úrovně +4,000m:     dřevěná konstrukce z lepeného lamelové dřeva

Technické parametry a charakteristika věže kostela:
Půdorysné rozměry lodě:     13,5 m (délka) x 7,6 m (maximální šířka)   
Výška věže:                             33,15 m
Nosná konstrukce věže: železobetonová konstrukce (ŽB monolitické jádro do výšky +22,000m)
Nosná konstrukce pláště od úrovně +9,000m: dřevěná konstrukce kotvená k ŽB monolitickému jádru věže

Popis konstrukce – loď kostela
Dřevěná konstrukce lodě kostela maximálních půdorysných rozměrů 32,0 x 22,0 m má složitý geometrický tvar, který je vymezený liniemi zakřivenými ve více rovinách. Výška střechy v čele lodě je +17,400 m a v zadní části je + 9,120 m. Hlavní nosná konstrukce je tvořena atypickými dřevěnými příhradovými rámy po osových vzdálenostech 1,200 m (osa 1-26), které jsou kotveny v úrovni +4,000 na ŽB věnec. Koncepce původního návrhu zůstala zachována, ale vzhledem k tomu, že mezi projekčním návrhem a realizací uběhlo cca 15 let, došlo k některým technickým úpravám konstrukčního a materiálového řešení. Standartní řezané prvky byly nahrazeny lepeným lamelovým dřevem, což v době prvních projekčních prací bylo z finančních důvodů nemyslitelné. V dnešní době je lepené lamelové dřevo finančně dostupnější, a proto tato změna byla z vizuálního i konstrukčního hlediska výhodnější.

Tvar typické vazby

Statickým výpočtem bylo ověřeno původní projektované řešení. Již dříve se vědělo, že jednotlivé příčné rámy nemůžou fungovat samostatně, protože docházelo k výrazným koncentracím silových účinků v horní části vnitřních sloupů. Proto bylo nutné, aby jednotlivé rámy byly spojeny tuhou střešní rovinou, která umožnila přenesení horizontálních účinků do ŽB ztužujících prvků (vstupní ŽB portálová stěna a ŽB stěna svatyně v ose 7). Zde také došlo k úpravě původního řešení, ve kterém bylo provedeno ztužení ve střešní rovině složené z ocelových diagonál a pásových prvků. Vzhledem k tomu, že se toto řešení jevilo jako montážně problematické, byly tyto prvky nahrazeny lepenými atikovými obloukovými ztužidly skrytými ve střešním plášti, která byly vzájemně propojeny ocelovými táhly.  Horizontální účinky jsou přeneseny pomocí tuhé střešní roviny do ztužující vazby v ose 7 a vstupní ŽB portálové stěny. Horizontální síly se ze ztužující vazby v ose 7 přenáší do ŽB stěny tvaru „M“ tvořící oltář. Část vodorovných sil je také přenášená do čelního ŽB pilíře v ose 0 a rohových ŽB pilířů v ose 24´.
                  
Statickým výpočtem byly prakticky potvrzeny profily jednotlivých prvků z předchozího návrhu. U hlavních vnitřních sloupů došlo pouze z architektonického hlediska k úpravě profilu. Místo předpokládaných sloupů z kulatiny byly provedeny sloupy z lepeného lamelového dřeva ve tvaru „x-hranu“, aby dotvářel dojem surového (technického řešení).
Po statické stránce tedy působí jednotlivé části jako prostorová konstrukce tvořená jednotlivými rámy, střešní rovinou a příčnými prvky mezi vazbami (paždíky, střešní ztužidla a ztužidla v úrovni světlíků).
Vnitřní sloupy jsou kotveny k příčlím pomocí ocelových hlavic. V podélném směru jsou obvodové sloupy propojeny paždíky ve dvou výškových úrovních. V nepárových modulech jsou vnitřní sloupy uloženy na ŽB pilíři a v párových modulech na dvou šikmých vzpěrách 180/180
a níže na patním trámu  200/200. Obvodové sloupy leží na ŽB věnci kotvené pomocí ocelových prvků a chemických kotev. Kotvení vnitřních sloupů je řešené prostřednictvím svislých styčníkových plechů přivařených na zabudované plotny v pilířích. Vazby jsou dále propojeny ztužidly v rovině světlíků z profilu 140/140, které jsou kotveny k ŽB  pilíři v ose 24´ a k čelnímu pilíři v ose 0.

Výpočetní model lodě

Střešní rovina je tvořena ztužujícími lemy z profilu 770/100 kotvených k příčlím pomocí celozávitových vrutů a vzájemně propojeny ocelovými táhly, které zajišťují přenos horizontálních sil k vazbě 7 a ŽB portálové stěně. Lemy jsou kotveny k portálové stěně na horní hranu stěny chemickými kotvami přes atypické zámečnické prvky.  Konstrukce střechy je dále tvořena vazničkami 140/120, zajišťující další podélné ztužení mezi vazbami a vytvářející provětrávanou mezeru.
Celá konstrukce je dále ztužena celoplošným bedněním z desek tloušťky 24 mm.

Popis konstrukce – věž kostela

Výpočetní model věže kostela

Nosná dřevěná konstrukce pláště věže kostela půdorysných rozměrů 12,80 x 7,70 m (nepravidelný tvar) je tvořena dřevěnými lisovanými stěnovými vazníky, které jsou kotveny k betonovému jádru věže a vzájemně spojeny řezanými krokvemi tvořící zastřešení celé věže.
Po statické stránce působí jednotlivé části konstrukce jako prostorová konstrukce. Krokve působí jako prosté nebo spojité nosníky, které přenášejí zatížení do stěnových prvků, případně přímo do jádra věže. Stěnové prvky jsou vyztuženy zavětrovacími rovinami po úrovních cca 2,5m. Kotvení samotné dřevěné konstrukce je ve výškové úrovni +9,000 na ŽB věnec zděné části věže. Celá konstrukce je dále ztužena celoplošným bedněním z desek tloušťky 24 mm.  Opláštění deskami je vynecháno pouze v části zvonice, kde jsou v rámci opláštění osazeny plechové lamely.

Půdorysný tvar věže

 Montáž dřevěné konstrukce
Během první obhlídky staveniště bylo zřejmé, že bude nutné provést podrobné zaměření dokončené ŽB konstrukce věže i lodě kostela. Na základě tohoto zaměření, které představovalo náročný úkol pro geodety, se provedla revize původně navrženého tvaru dřevěné konstrukce. Z geodetického zaměření vyplynulo několik skutečností, se kterými bylo nutné se vypořádat v projekci i přímo na stavbě. Nepřesnost provedení vyplynula především z tvarově náročných monolitických betonových konstrukcí. Pro věž i loď bylo prvořadým úkolem zajistit plynulý přechod pláště z dřevěné konstrukce do části železobetonové s výplňovým zdivem. Ještě před výrobou prvků byly tvary příčných vazeb upraveny podle skutečného zaměření, aby tento přechod byl bezproblémový.

Montážní stav typické vazby

Montáž nosné konstrukce pláště věže probíhala postupně po jednotlivých patrech. Stěnové příhradové lisované vazníky byly segmentovány na jednotlivé části a postupně se napojovaly další části jednotlivých vazeb. Každý stěnový prvek je kotven k ŽB jádru věže do atypické ocelové botky pomocí mechanických kotev. Tvar vazníků i způsob kotvení musel být přizpůsoben skutečnému tvaru ŽB jádra věže (svislost stěn, skutečný půdorysný tvar). V úrovni každého patra je provedeno horizontální ztužení. Po provedení jednotlivých stěnových prvků z lisovaných vazníků byly osazeny střešní prvky a nakonec bednění celé věže. Pro montáž konstrukce věže byl využit věžový jeřáb a lešení v rámci celého obvodu věže.
                   

Montáž vazby

Montáž nosné konstrukce lodě probíhala postupně po jednotlivých vazbách. Každá vazba byla po důkladném přeměření kompletně složena na zemi ve vodorovné poloze a montážně ztužena.

Poté byla jeřábem osazena do předem připravených kotevních ocelových prvků. Takto byla postupně postavena celá konstrukce. Mezi jednotlivé příčné vazby byly postupně vkládány podélné prvky konstrukce i prvky montážního ztužení.
I zde vyplynuly tvary jednotlivých prvků z geodetického zaměření. Z tohoto zaměření taky vyplynulo, že krajní sloupy, které měly proběhnout pod ŽB klenbou věže, budou v její kolizi. Zde se nakonec přistoupilo, po dohodě s architekty i projektanty betonové konstrukce, k zakotvení těchto krajních sloupů do ŽB klenby věže a v oblasti pod klenbou se sloupy zrušily, čímž se vnitřní prostor lodě více propojil s prostorem věže.
Pro montáž konstrukce se využily jeřáby a montážní plošiny.

Obvodový plášť lodě a věže
Firma TAROS NOVA byla také dodavatelem skladby obvodového pláště včetně venkovního opláštění i vnitřních obkladů.
Nejsložitější částí obvodového pláště bylo provedení klempířských prací, které celému kostelu daly konečnou vizuální podobu. Krytina je tvořena předzvětralým modrošedým TiZn plechem
tloušťky 0,8 mm. Pro realizaci fasády byly použity tabule o rozvinuté šířce 570mm, které byly na základě architektonického návrhu upravovány a ohýbány na stavbě do konečného tvaru. Pro realizaci obvodového pláště se muselo postavit prostorově složité lešení v rámci celého obvodu věže i lodě s minimálními zásahy do samotného obvodového pláště.