TENDENCE SOUČASNÉ ARCHITEKTURY VE STRUKTURÁLNÍM POJETÍ DÍLA I

Autoři

Kuda Daniel, Petříčková Monika

Abstrakt

Architektura se jako každý jiný obor vyvíjí. Protože architektonické dílo je syntézou vědy a umění, klíčovou roli v jejím vývoji hrají jak nové technologie, postupy a materiály, tak současné pojetí prostoru, ideálů krásy a ducha doby. U progresívních architektonických děl mnohdy záleží jen na citu architekta pro hmotné a nehmotné části návrhu a schopnosti jejich harmonizování a docílení optimálního vztahu základních elementů formální kompozice architektonického díla (zejména prostoru, hmoty a formy). Tato práce se pro jednoznačnější porovnatelnost věnuje pouze stavbám, jejichž nosný systém je na bázi dřeva. U dřeva je dále oproti ostatním materiálům velký potenciál na poli trvale udržitelného rozvoje. Při analýzách struktury a architektonického prostoru těchto staveb lze vysledovat několik základních směrů, které se pak dále rozvíjejí (větví na odvozené struktury), přičemž základní princip zůstává zachován. Z výsledků lze dovodit určité základní rysy, charakteristické pro daný materiál a následně predikovat budoucí vývoj struktur. Na základě dalšího výzkumu lze odhalit další možnosti stávajících struktur, anebo zcela nové prostorové a strukturální formy.

ÚVOD

Tento článek prezentuje část zkoumání věnujícímu se progresívním stavbám s konstrukčním systémem na bázi dřeva. Jednotlivé referenční stavby využívají buď zcela nový – experimentální konstrukční systém, nebo zavedený tradiční princip aplikovaný do nového využití. Většina tradičních postupů pochází z Japonska a Číny, kde má tesařství dlouhou historii. Jednotlivé tesařské postupy mají své přesné zákonitosti a pravidla. Současní architekti se snaží tyto postupy zavést do nové architektury, ovšem to si často vynutí transformaci systému. Pro nové vzniklé experimentální konstrukce se často využívají ve velké míře informační technologie, jak pro pokročilé statické výpočty, tak samotné navrhování formy a prostoru. Jedná se o parametrické navrhování (Parametricismus), kdy úpravou parametru dochází ke změnám v konstrukci, čímž je maximálně optimalizován tvar a rozložení sil.

DŘEVO

Dřevo je pevné pletivo stonků vyšších rostlin, které nazýváme dřeviny. Jedná se o biomasu, obnovitelný zdroj energie a také stavební materiál. Je snadno dostupné, jednoduše zpracovatelné a vyznačuje se zápornou uhlíkovou stopou (pří růstu stromu dojde ke spotřebě CO2). Z těchto důvodů se jedná o materiál, které lidstvo využívá po celou dobu své existence.

V souvislosti s technologickým pokrokem došlo ve stavebnictví a architektuře k objevení a využívání nových materiálů, které dřevo částečně nebo úplně nahradily. Dřevo má svá omezení a v současné progresivní architektuře by se mohlo zdát, že už jsou jeho možnosti vyčerpány.

Pro účely zkoumání byly vybrány stavby s konstrukčním systémem na bázi dřeva, které vznikly během posledních patnácti let. Architektura a stavebnictví obecně jsou vždy pozadu za technologickým a uměleckým pokrokem. Vyprojektovat stavbu a následně ji postavit (nehledě na povolovací proces) zabere mnoho času, a proto je patnáctileté období považováno za optimální časové rozmezí.

ARCHERY HALL & BOXING CLUB

FT Architects / Katsuya Fukushima, Hiroko Tominaga
Tokyo Kogakuin University, Japonsko
2013

Atelierkuda.cz - Publikace 01

Obr.1.: Lučištnická střelnice (https://www.dezeen.com/2013/09/26/archery-hall-and-boxing-club-by-ft-architects/)

Atelierkuda.cz - Publikace 02

Obr.2.: Boxerská hala (https://www.dezeen.com/2013/09/26/archery-hall-and-boxing-club-by-ft-architects/)

Projekt se skládá ze dvou objektů, lučištnické střelnice a boxerské haly. Oba prostory vyžadují volný půdorys bez podpor, rozměry byly stanoveny na 7,2 x 10,8 metrů. Protože sport je v Japonsku brán až s náboženskou úctou, rozměry sportovišť odpovídají rozměrům svatyně u tradičního japonského chrámu. Důležitým faktorem pro návrh nových inspirativních prostor pro studenty byla i cena stavby a použití materiálů dostupných v okolí univerzity – hlavně dřeva.

Pro dosažení velkého rozponu střechy bez podpor při zachování nízké ceny bylo třeba vyvinout novou dřevěnou strukturu. Pro střelnici byl po mnoha experimentech nakonec použit systém spíše spojený s tvorbou nábytku než staveb. Relativně drobné dřevěné prvky vytvářejí prostorovou ortogonální příhradovinu podporující šikmé krokve, kterými je zajištěna stabilita konstrukce. Návrh vychází z tradiční japonské práce se dřevem, která pod vlivem současného modernismu postupně upadá.

Pro boxerskou halu byl zvolen odlišný způsob konstrukce, na rozdíl od subtilní vzdušné střelnice je strop tvořen masivnějšími trámy uspořádanými do pseudooblouku. Statické působení by se dalo přirovnat k překlenkové klenbě.

Na těchto dvou příkladech zastropení stejně velkého prostoru různým způsobem za použití stejného materiálu lze pozorovat, jak se mění architektonický výraz prostoru. Subtilní krov na střelnici odpovídá ladnosti a křehkosti luku, zatímco hmotná a masivní dřevěná klenba podtrhuje účel prostoru jako boxerského ringu. Lze namítnout, že objekty lze zaměnit bez podstatného vlivu na použitelnost prostorů, ovšem citlivější člověk ihned postřehne rozdíl v prostoru. Přestože je tento rozdíl malý, odlišuje výjimečnou architekturu od průměrné.

TAMEDIA OFFICE BUILDING

Shigeru Ban Architects
Curych, Švýcarsko
2013

Atelierkuda.cz - Publikace 03

Obr.3.: Nosná konstrukce objektu při výstavbě (https://www.tamedia.ch/en/group/new-building)

Myšlenka výškových budov s dřevěnou nosnou konstrukcí byla v minulosti opuštěna a nahrazena ocelí a železobetonem. V současné době vzrůstající tlak na ekologickou výstavbu z pohledu snižování emisí CO2 a současně technologický pokrok tuto myšlenku obnovily. Příkladem této obnovy je kancelářská budova Tamedia ve Švýcarsku.

Konstrukční princip objektu je jednoduchý. Nosná sedmipodlažní rámová konstrukce z lepených dřevěných prvků vytvořených na CNC. Konstrukce je v celém objektu odhalená. Architekt Shigeru Ban navrhl strukturu podle pravidel japonských „Miya-daiku“ a „Sukiya-dayiku“ tesařských tradic. Miya-daiku se používá ro chrámy a sakrální architekturu a je charakterizována perfektními tesařskými spoji. Sukiya-dayiku je využívána pro stavbu světských obytných domů. Japonské tesařské spoje se vyznačují absencí spojovacích prvků a materiálů, jako lepidla, hřebíků nebo šroubů. Jednotlivé prvky jsou do sebe zasazeny a případně zajištěny dřevěnými kolíky. Často je konstrukce vytvořena takovým způsobem, že se samovolně nemůže rozpojit, protože jednotlivé prvky působí silou proti sobě.

Atelierkuda.cz - Publikace 04

Obr. 4.: Detail spoje (https://www.archdaily.com/478633/tamedia-office-building-shigeru-ban-architects/5304250be8e44ef6830000d2-tamedia-office-building-shigeru-ban-architects-image)

Stropy a podlahy jsou rovněž vytvořeny ze dřeva. Pouze ochranný plášť objektu je řešen pomocí předsazené transparentní fasády.

Budova Tamedia se nevyznačuje výjimečným architektonickým prostorem, ve skutečnosti se jedná o poměrně standardní kancelářský objekt. Její přínos spočívá v otevření cesty a zahájení diskuse nad revizí současné stavební legislativy ve vztahu ke spalným nosným konstrukcím. Dřevo, jakožto hlavní stavební materiál se jeví jako velmi pozitivní při řešení otázek trvale udržitelného rozvoje a otázek ekologických. V současnosti je nejvyšší dřevostavba v Evropě obytná budova Treet v Bergenu, která má 15 nadzemních podlaží a výšku 52,8 metrů.

YUSUHARA WOODEN BRIDGE MUSEUM

Kengo Kuma & Associates
Takaoka-gun, Kochi Prefecture, Japonsko
2011

Architektonickým konceptem pro tuto stavbu bylo propojení dvou budov, hotelu a lázní, původně oddělených silnicí v terénním zářezu mezi objekty. Nová stavba, nebo spíše most, není pouhým komunikačním spojením mezi objekty. Navíc obsahuje ubytování, ateliéry a výstavní prostory a představuje ideální zázemí pro zde působící umělce.

Strukturální systém vychází z tradiční japonské a čínské stavební metody „to-kyo“ (square framing – ortogonální rámování). Jedná se o konzolový systém vytvořený z prvků relativně malých rozměrů. Trámy o průřezu 18/300 mm tvoří vrstvy. Každá vrstva dřevěných trámů je vyložena o určitou část, kterou jsou trámy schopné přenést. Další vrstva je oproti té původní opět vyložena, čímž se dosáhne struktury jakési obrácené pyramidy, kdy jsou veškeré síly soustředěny do „špičky“ – jednoho bodu, který je v konstrukci reprezentován hlavním nosným sloupem. Celkový rozpon konstrukce je 47 metrů. Touto technikou lze dosáhnout velkých rozponů bez použití speciálních velkorozponových materiálů.

I když se spíše jedná o znovuobjevení již vynalezené techniky, její využití v takovém měřítku je ojedinělé. Tento krásný příklad projektu respektujícího trvale udržitelný rozvoj, postaveného na základech tradičního řemesla, by měl být inspirací pro další obdobné návrhy. Velké měřítko stavby nemusí vždy znamenat nutnost použití drahé technologie a náročných materiálů a stavebních postupů.

Atelierkuda.cz - Publikace 05

Obr.5. Konstrukce (https://www.archdaily.com/199906/yusuhara-wooden-bridge-museum-kengo-kuma-associates/5004e40d28ba0d4e8d000c11-yusuhara-wooden-bridge-museum-kengo-kuma-associates-photo)

SUMIKA PAVILION

Toyo Ito & Associates
Utsunomiya, Tochigi, Japonsko
2004

Návrh pavilonu pro kulturní účely od architektonického studia „Toyo Ito & Associates“ představuje nový alternativní způsob využití dřeva jako hlavního konstrukčního materiálu. Strukturální podstata nosné konstrukce a vnější forma zde na první pohled nejsou zcela v souladu.

Pavilon má formu jednoduchého kvádru na čtvercovém půdoryse, fasády jsou tvořeny střídavě sklem a bíle natřenými panely. Jedná se o deskovou strukturu složenou z vertikálních (stěnových) a horizontální (stropní) desky. Konstrukci desek tvoří dřevěné prvky (fošny) složené do nepravidelných mnohoúhelníků, takže celek zdánlivě připomíná buněčnou strukturu. Jednotlivé fošny jsou pospojovány ocelovými skrytými trny. Stěnové a stropní desky jsou na sebe napojeny pouze v místech styku dřevěných prvků – mnohoúhelníky tak přechází z jedné desky do druhé.

Atelierkuda.cz - Publikace 06

Obr.6.: Interiér stavby (https://www.pinterest.de/pin/89649848803765446/)

V interiéru je nosná konstrukce zcela odhalena a nabízí tak novou zkušenost oproti minimalistickému exteriéru. Experimentální konstrukce nabízí nový model využití dřeva jako hlavního konstrukčního materiálu. Ovšem protože hmota a forma nejsou v absolutním souladu, nejedná se o typickou dřevěnou konstrukci. Fošny by zde mohly být nahrazeny jiným materiálem (např. ocelí nebo železobetonem) bez zásadního dopadu na architektonický prostor. Přesto má tento systém velký potenciál pro dřevo a rozhodně si zaslouží další výzkum, např. by se mohlo jednat o nahrazení nahodilosti konstrukce a složení z typizovaných prvků spojených na bázi japonských tradičních tesařských spojů.

KITAZAWA KENCHIKU FACTORY

Fumiko Misawa + Masahiro Inayama
Tokyo, Japonsko
2012

Jednoduchý exteriér tokijské haly na zpracování dřeva skrývá překvapivou nosnou konstrukci tvořící velice netradiční typ architektonického prostoru. Strukturální princip zastřešení haly vychází z valené klenby – hlavní oblouky fungují ve skutečnosti jako obloukové vazníky pnuté v kratším směru obdélníkového půdorysu. Na vazníky je položena jedna vrstva vodorovných krokví podpírajících souvrství střechy. Krokve jsou podpírány vzpěrami vedenými mezi obloukem vazníku a středem střešní krokve. Mezi vazníky tak vzniknou struktury podobné valené klenbě pnuté mezi nimi.

Vzniklý interiér je tak dvojitě zaklenutým architektonickým prostorem, ovšem ve formě provedení typické dřevu. Podstatné je značné odlehčení konstrukce a možnost využití velmi subtilních prvků, které jsou v soupůsobení schopné překlenout značné rozpony. V případě Kitazawa Kenchiku Factory je to 28m, ovšem limity konstrukčního systému zdaleka nejsou vyčerpány. Jednoduchou úvahou vznikl konstrukční systém, který lze dále rozvíjet. Stejně jako v případě Yusuhara Wooden Bridge Museum se jedná o princip konstrukce bez nároků na velkorozponové technologie a materiály, čímž je přínosný i pro ekonomický a ekologický aspekt konstrukčních systémů v architektonickém konceptu.

Atelierkuda.cz - Publikace 07

Obr.7.:Konstrukce zastřešení (https://www.woodsolutions.com.au/blog/remarkable-Japanese-wooden-structures)

FINAL WOODEN HOUSE

Sou Fujimoto Architects
Kumamoto, Kumamoto Prefecture, Japonsko
2006

Atelierkuda.cz - Publikace 08

Obr.8. Interiér stavby (https://www.archdaily.com/7638/final-wooden-house-sou-fujimoto)

Dřevo jako materiál je mimořádně univerzální. V tradiční architektuře nabývá mnoha rozličných forem – standardně jednorozměrných tyčových prvků (trámů, sloupů) a dvourozměrných deskových prvků (prkna, desky…). Trojrozměrných hmotných prvků nabývá málokdy. Návrh Final Wooden House je založen právě na třetí možnosti.

Záměrem architektů bylo sjednotit veškeré odlišné formy a funkce dřeva do jednoho univerzálního prvku. Místo trámů, sloupů, vnějších a vnitřních stěn, stropů, podlah, nábytku, okenních rámů atd. je zde užito dřevo jen jako hmota, univerzální entita, která vytváří specifický druh architektonického prostoru. Neexistuje dělení na podlahy, stropy a stěny – místo, které je na první pohled podlahou může být židlí nebo stěnou, záleží pouze na úhlu pohledu.

Konstrukčně je stavba složena z prvků o průřezu 350/350 mm o proměnlivé délce, které jsou navzájem pospojovány ocelovými skrytými trny. Objekt má vnější formu stylizovanou do geometricky přesné krychle, která skrývá v principu amorfní interiér. Vnitřní architektonický prostor se dá popsat jako přepsání jeskyně – specifického nahodilého prostoru bez vnější hmoty – do dřeva. Přínos projektu spočívá v objevování dalšího možného využitá dřeva – tentokrát ne jako strukturálního prvku, který svým tvarem vzdoruje statickému namáhání, ale jako amorfního tvaru, který vzdoruje působení hmotou.

ZÁVĚR

Ze závěrů analýz jednotlivých referenčních staveb lze vyvodit nové trendy v navrhování dřevěných nosných konstrukcí. Aplikace tradičních (tesařských) postupů v progresivních formách architektury a jejich následná transformace do nových systémů je osvědčenou metodou vývoje, který platí v celé řadě různých odvětví lidské činnosti. Nahrazením drahých a složitých technologií a postupů jednoduchými tradičními má velký význam na poli trvale udržitelného rozvoje. Substituce velkorozponového lepeného nosníku větším množstvím menších prvků jednodušších na výrobu i dopravu nabízí možnost značných úspor v ekonomii a současně i ekologii stavby. K úsporám by došlo i během životnosti stavby, kde se nachází největší podíl nákladů na stavbu jako celek. Výměny a opravy menších částí jsou mnohem méně nákladné, než je tomu u velkých prvků, na kterých obvykle závisí stabilita celé stavby.

Existence progresivních dřevěných staveb dokazuje fakt, že možnosti dřeva ještě nejsou vyčerpány. Je možné se vydat cestou analogického přepisu standardních nosných struktur typických pro jiný materiál do dřevěných prvků. Takových konstrukcí je mnoho, a s postupujícím technologickým vývojem vznikají stále nové, které lze transformovat do dřeva. Některé experimentální konstrukce nevykazují stoprocentní soulad mezi hmotou a formou materiálu, a výsledek následně není zcela charakteristický pro dřevo jako základní prvek. Přesto jsou tyto stavby velmi cenné při následném výzkumu a vývoji, protože představují klíčový prototyp, na jehož základě může být u další stavby nesoulad minimalizován nebo odstraněn, a dojde tak objevení zcela nové strukturální formy.

PRAMENY/POUŽITÉ ZDROJE

MCLEAN, William, Peter SILVER a Peter EVANS. Structural engineering for architects. A handbook. London: Laurence King, 2014. ISBN 9781780670553.
MACDONALD, Angus J. Structure and architecture. 2. vyd. Oxford: Architectural Press, 2001. ISBN 9780750647939.
CHILTON, John, Gabriel TANG. Timber gridshells: architescture, structure and craft, 2017. ISBN 9781138775305.
LAAN, Hans van der. Architectonic space: fifteen lessons on the disposition of the human habitat. Leiden: Brill, 1983. ISBN 9789004069435.

Informace o autorovi (každý autor zvlášť)

DOC. ING. MONIKA PETŘÍČKOVÁ, PH.D.
Ústav stavitelství, Fakulta architektury, Vysoké učení technické v Brně
Poříčí 273/5, 639 00 Brno, ČR
petrickova@fa.vutbr.cz

Od r. 1994 působí na VUT FA, v současnosti na pozici vedoucí ÚS, pedagogická činnost- vedení přednášek v bakalářském a magisterském stupni – Teorie konstrukcí, Nosné konstrukce, Speciální konstrukce; školitelka doktorského studia, výuka v anglickém jazyce Basic Structures, vypracování e-learningových kurzů, konzultace ateliérových projektů. Publikační činnost – odborná kniha, monografie, články – odborná periodika, oponentní posudky – projekty, disertační práce, recenzentní posudky, projekty, granty – OPVK, FRVŠ, ESF, IRP, hodnotitelka NAÚ.

ING. ARCH. DANIEL KUDA
Ústav stavitelství, Fakulta architektury, Vysoké učení technické v Brně
Poříčí 273/5, 639 00 Brno, ČR
xakuda@stud.fa.vutbr.cz

Absolvent Fakulty architektury VUT v Brně, nyní student 3. ročníku doktorského studijního programu. Věnuje se aspektům konstrukčního systému v kontextu architektonického návrhu. Mimo univerzitní činnosti provozuje vlastní architektonickou praxi.