OpenBook, systém prostorové prefabrikace dřevostaveb, Čisovice u Mníšku pod Brdy

Je prefabrikace dřevostaveb jen další z možností jak získat konkurenční výhodu, nebo je to jediná cesta dalšího vývoje?
Prefabrikaci je možné vnímat ze dvou pohledů. Prvním je rozměrová unifikace, práce s rastrem v ploše nebo i prostoru. Druhým pohledem je opakované využívání základních prvků a dílců již složených z jednotlivých komponent.

Většinu průmyslových odvětví bylo možné rozvinout právě díky přínosům systémové prefabrikace. Ve stavebnictví dochází k zavádění vyšších stupňů prefabrikace ve srovnání s ostatními odvětvími poněkud opožděně. Přesto je snaha o prefabrikaci již od počátků pevně spojena s rozvojem stavebnictví. A to například v podobě unifikace zdicích prvků, která byla započata již při stavbě pyramid. Anebo v Asii přes tisíc let užívaný rastr se základní jednotkou - velikosti rohože. I složité komplexy budov jsou tvořeny v násobcích základního funkčního prostoru.

Přestože význam staveb je v první řadě tvořen vazbami na okolí, uživatel stavby může mít díky opakované výrobě obavu ze ztráty vlastní individuality. Ve stavebnictví přetrvává názor, že opakovaná, případně sériová výroba nemůže vytvořit dobrý design s vysokou estetickou hodnotou. Anebo že sériová produkce snižuje hodnotu konečného výrobku. Je tomu opravdu tak, nebo to je nedostatečnou systematizací návrhu?

Architektonické řešení

Název OpenBook byl inspirován tvarem, který připomíná pootevřenou knihu. Forma je definována kombinací snahy o maximální využití sluneční energie jako přirozeného zdroje tepla a navázání na Sokratovy úvahy o ideálním tvaru domu. Výsledný efekt byl dosažen podřízením konstrukčních detailů celkové geometrii stavby a volbou vhodných povrchů.

Z architektonického hlediska je stavba tvořena pevným pláštěm - schránkou šedé barvy, která tvoří pomyslné tvrdé desky knihy. Tato plocha s oblými přechody ze třech stran chrání vnitřní prostor, který je z boků vymezený zapuštěnými stěnami a velkoplošným prosklením dominantní čelní stěny. Boční stěny mají horizontálně členěný obklad z dřevěných palubek. Před plochu čelní stěny je možné spustit horizontální žaluzie. Vzniklý dojem o to více evokuje vzhled jednotlivých listů ve vazbě knihy.



Sestava modulů se půdorysně rozšiřuje ve směru k prosklené fasádě, aby při optimální orientaci prostor zachytil maximum slunečních paprsků. V létě slunce vystoupá vysoko na oblohu, vnitřní prostředí je proti přehřívání chráněno přesahem střechy nad terasou a roletami a protilehlá okna umožňují provětrávání napříč dispozicí. V zimě je slunce nízko nad horizontem a prohřívá interiér v plné hloubce dispozice.

OpenBook se skládá ze tří základních modulů: pravý bok, střed a levý bok. Mezi boky lze vložit libovolný počet středových modulů a zvětšovat tak dispozici. Půdorysné rozměry jednotlivých částí nepřesahují 7,5 x 3,6 m. Koncové moduly mají díky souměrnému zkosení boční stěny o 1,2 m menší půdorysný rozměr ve srovnání s přední hranou. Jeden levý a jeden pravý koncový modul je v každé sestavě, nejmenší jednotka je tvořena pouze těmito dvěma moduly. Druhým typem je střední - mezilehlý - obdélníkový modul. Svojí délkou odpovídá koncovým modulům a základní šířka je 1,92 m s možností rozšíření každého středního modulu až na 3,45 m. V této velikosti je realizována vzorová stavba v Čisovicích u Mníšku pod Brdy.



Další možností je segmentové řazení do vějíře - ke zkosenému modulu se připojí opačný zkosený modul, tím je dosaženo zalomení průčelí o 20°. Liniové a segmentové řazení se kombinuje podle dispozičního členění s přihlédnutím k optimálnímu využití pozemku. Finální velikost - délku - stavby je možné volit na základě šířek a počtu středních modulů. Minimální délka je dána krajními moduly, tedy 7,2 m a maximální délka v podstatě není omezena.

Bonusem OpenBooku je možnost v podstatě neomezeného výhledu, prosklená stěna podél nejdelší strany o výšce přes 3,0 m umožní prostupovat interiér s exteriérem. Rozsah výhledu, respektive míru soukromí, si uživatel reguluje roletami, které jsou zcela skryty v podhledu střechy nad terasou. Počet samostatně ovladatelných rolet odpovídá počtu modulů, ze kterých je konkrétní sestava systému OpenBook realizována.

Konstrukční a materiálové řešení stavby

Řešení systémové prefabrikace vychází z technologie lehkého dřevěného skeletu. Navržený systém je primárně určen pro potřeby rozvoje drobného podnikání, nachází však díky univerzálnímu řešení své místo i v jiných oblastech.

Možnosti dispozičního řešení jsou určeny počtem použitých modulů. U systému je propojen klasický přístup k dřevostavbám s novým způsobem prefabrikované stavebnice. Základem je lehký dřevěný skelet z konstrukčního řeziva s označením KVH. V závislosti na velikosti zakázky se ve výrobní hale připraví k montáži celé stěny nebo kompletní moduly, které se na místo osadí pomocí jeřábu.

Konstrukce obálky je difúzně otevřená, stavba dýchá. Tepelnou izolaci vnější obálky zajišťuje minerální vata (v podlaze) a dřevovláknité desky (ve stěnách). Skladby konstrukcí byly navrženy tak, aby součinitele prostupu tepla naplňovaly požadavky normy. Na pultovou střechu je připevněna dřevoštěpková deska OSB, která vytváří stabilní a únosný podklad pro hydroizolační souvrství s TiZn plechovou střešní krytinou na stojatou drážku, alternativně se svařovanou VAC fólií. Fólie je vyráběna v barevné paletě RAL s ÚV stabilizací.

Dělicí příčky se vestavují dle individuálního dispozičního řešení. Elektroinstalace a rozvody vody jsou umístěny do vnitřních příček, pro vedení TZB se využívá i souvrství podlahy. Vnitřní i vnější povrch bočních stěn je opatřen palubkami. Dělící příčky jsou zaklopeny sádrokartonovými deskami.



Stavba je založena na zemních vrutech, není tedy třeba provádět nákladné výkopy a znehodnocovat pozemek betonováním základů. Zásah do okolního prostředí je minimální. Odpadá nutnost rekultivace pozemku po případném přemístění stavby. Dům ?levituje? nad terénem, lze ho umístit i do svahu, pozemek nemusí být rovný. Další možností je umístění modulů na stávající stavby - na ploché střechy, nad vodní hladinu, nebo na platformu pontonu.

Konstrukce je přizpůsobena pro varianty prefabrikace od dodávání tyčových prvků nebo dnes nejvíce využívanou prefabrikaci plošných dílců.

I během transportu a montáže musí být tuhost modulů zajištěna dvojicemi táhel, a to v obou směrech. Tvar příčného řezu stavbou připomíná protažené písmeno C. Střešní rovina je tvořena pultovou střechou ve sklonu 10°.

Sloupová kotevní patka (SKP)

Z konstrukčně montážního hlediska má klíčový význam právě tento nově vytvořený prvek nazvaný sloupová kotevní patka. Horní sloupová kotevní patka se liší od spodní SKP jen zkosením o 10° ve smyslu sklonu střešní roviny. Patky jsou umístěny na spodním i horním konci sloupů a plní následující funkce.

• Přenos vertikálního zatížení ze střešní roviny přes prvky dělených sloupů do konstrukce podlahy.

• Zalícování a pevné spojení prvků děleného sloupu.

• Zachycení a přenos horizontálních sil v rovině čelní prosklené stěny, které bude působit v době provozu stavby. Největší význam má v tomto případě zatížení větrem.

• Umožnit opakovanou montáž a demontáž jednotlivých modulů právě v osách zdvojených sloupů.

• Další funkcí je zajistit možnost kotvení a přenos sil, které budou působit na konstrukci modulu v průběhu transportu i následné montáže - rozměrovou stabilitu je nutné zajistit v příčném i podélném směru dvojicemi montážních táhel.

Finální vzhled sloupové kotevní patky je navržen s ohledem na fakt, že nebude zakryta.

Vzhledem k požadavku na cenovou dostupnost byla zvolena forma, která vychází z podoby standardní patky. Pro esteticky čisté oddělení sloupů od konstrukce podlahy a střechy bylo zvoleno zmenšení o 10 mm po celém obvodu a odlišná barva. Pro interiérové sloupy, na jejichž vnější líc je fixována prosklená stěna, byla použita povrchová úprava brynýrováním, tedy vysoce kvalitní povrch černé barvy. Z důvodu dosažení vyšší odolnosti proti povětrnosti u SKP pro vnější sloupy se použilo žárové zinkování.

Konstrukce sloupové kotevní patky musí zajistit v první řadě přenos sil v pěti směrech a současně i možnost vytvoření dostatečného místa pro montáž spojovacích prvků. Sloupová kotevní patka je tvořena vhodnou geometrií přepážek - dělících stěn. Na základě statických požadavků a vzhledem k možnosti bezproblémového svaření byl zvolen materiál tloušťky 6 mm. Z montážně estetického hlediska nejlépe vyhovuje světlá výška patky 50 mm. Viditelná část patky s rozměry 120 x 120 x 62 mm je rozpůlena podél osy souměrnosti. Přenos sil mezi sloupem a patkou je zajištěn v obou polovinách patek ocelovým pásem o rozměrech
60 x 200 x 6 mm. V každém z plátů je pro vytvoření skrytého spoje osazeno 11 děr průměru 5 mm. To jsou pozice pro následnou montáž vrutů nebo vroubkovaných hřebíků o rozměrech 4 x 40 mm. Pro skrytí hlav spojovacích prvků jsou kotevní pláty osazeny s distancí 6 mm a současně je vrtání upraveno kuželovým sedlem. Spoje jednotlivých prvků sloupové kotevní patky jsou provedeny koutovými sváry 5 mm. U kotvení prototypu SKP jsou do konstrukce podlahy použity vruty s šestihrannou hlavou o rozměrech 10 x 60 mm. Pro zajištění přenosu sil z transportních táhel, která vnášejí do patky krouticí moment, je dále instalována dvojice vrutů TX 40 - 8 x 1800 mm pod úhlem 45°. Pro spojení polovin zdvojených sloupů a napojení obou typů táhel (transportních i provozních) je použita pětice nerezových šroubů M10 x 25 mm. Správnost návrhu geometrie, která umožní bezproblémovou montáž patek, byla ověřena na modelu z PLA plastu vytisknutém v měřítku 1:1 technologií 3D tisku. Použití sloupových kotevních patek bylo ověřeno při reálné montáži trojrozměrných modulů vzorové stavby systému OpenBook.



Díky speciálním prvkům - sloupovým kotevním patkám - je možné prefabrikovat i celé prostorové dílce. Pro možnost širšího využití je klíčové právě řešení vzájemného napojování modulů. Princip řešení SKP je chráněn užitným vzorem č. 2013-28064/26069.

Prefabrikace je cesta ke snižování nákladů, která v sobě skrývá potenciál zvýšení kvality produktu a hospodárnosti výroby.
Projekt rozvíjí potenciál dřevostaveb v oblasti technologie modulové prefabrikace, která otevírá cestu k rychlejší, přesnější a levnější realizaci staveb. Těchto výhod je dosaženo i při zachování variabilních rozměrů a možnosti individuálního využití dispozice objektu například: kanceláře, hotelové pokoje, showroom, ateliér, informační centrum, regionální knihovna. Tepelně technické vlastnosti konstrukcí modulů vyhovují pro sezónní i celoroční provoz.

3D prefabrikace nově vyvinutého systému prostorových dílců je připravena pro praktické využití a ve výrobních technologiích dřevostaveb poskytuje prostor pro snížení nákladů, a to současně s možností zvýšit kvalitu. Protože se podařilo modulový systém SKP odzkoušet v reálných podmínkách, technická praxe získala cenné informace pro další rozvoj montovaných staveb.

Vzorový objekt je přístupný v Čisovicích u Mníšku pod Brdy, více informací na www.openbookpro.com.

Projekt vznikal ve spolupráci:
Katedra technologie staveb K122, ČVUT v Praze, Fakulta stavební.