Križno lepljene plošče prinesle preporod lesene gradnje

Vsaj toliko kot tema tokratnega pogovora, sodobna masivna lesena gradnja stanovanjskih hiš, je zanimiv sogovornik dr. Bruno Dujič iz podjetja CBD, specializiranega za lesene konstrukcije. Vpet je tudi v Razvojni center Intech-les z Unca, je gostujoči predavatelj na fakultetah in avtor v Evropi zaščitene inovacije, rebraste križno lepljene plošče. Nekdanji predavatelj na fakulteti za gradbeništvo in geodezijo v Ljubljani je doktoriral s področja potresne varnosti lesenih konstrukcij. Kot svetovalec podjetja KLH je med drugim sodeloval pri gradnji osemnadstropne stavbe Stadthaus Murray Grove v Londonu, ki je bila nagrajena s številnimi arhitekturnimi, konstrukcijskimi in ekološkimi priznanji. Trenutno so v Sloveniji največje stavbe v gradnji s konstrukcijo iz križno lepljenih plošč štirinadstropna lesena bloka v ljubljanskem Polju in športni objekt Squash land v Štepanjskem naselju v Ljubljani.

Kakšne so značilnosti sodobne masivne gradnje iz lesa?

Prvoten sistem masivne ledene gradnje je bil kladni, iz klad ali brun, najprej neotesanih, pozneje pa že obdelanih hlodov, ki so v vogalih tvorili križne spoje. Slabost tega načina gradnje je, da takšno hišo zaradi deformacij lesa med sušenjem brun zelo težko finaliziramo oziroma na stene pripnemo izolativni ovoj in jo obdelamo z ometi, ne da bi pri tem prišlo do vdora zraka. Ko se hlod suši, razpoka, dogajajo se premiki ... Kladna gradnja se je zato razvijala v smer, pri kateri so hlode razrezali na manjše elemente, ki so se laže sušili, in iz njih so začeli izdelovati lesene okvire, ki so jih pozneje popločili z različnimi materiali. Tako sta se razvili malopanelna in velikopanelna montažna gradnja, pri kateri so na okvirje pripete bodisi OSB-, cementnovlaknene, mavčnokartonske plošče itd. Še vedno obstaja tudi masivna lesena gradnja, ki temelji na nosilcih, v katerih je les zlepljen tako, da gredo vsa vlakna v eno smer. Toda če je masivna hiša sestavljena iz takšnih elementov, je še vedno dimenzijsko nestabilna … Ob spremembi vlažnosti okolja za nekaj odstotkov povzročijo enosmerno lepljeni nosilci na ravni etaže nihanje višine za centimeter do dva, zaradi česar se objektov ne da finalizirati, tehnologija pa ni napredovala ne v višino ne v večje elemente.

V zadnjem desetletju je začela zelo hitro napredovati tehnologija križno lepljenih elementov (X-lam), ki so zelo togi in dimenzijsko stabilni. Iz njih so narejene tako stene kot medetažne plošče, tehnologija pa omogoča, da se na gradbišče pripeljejo modularni objekti ali elementi, v katerih je že sestavljenih več stranic skupaj. Konstrukcije iz križno lepljenega lesa imajo zelo dobro požarno in potresno odpornost.

Kako so izdelane križno lepljene plošče, ki se uporabljajo za gradnjo?

V X-lam plošče je pod tlakom zlepljenih več plasti desk iz primerno suhega lesa, pri čemer v vsaki plasti lesna vlakna potekajo pravokotno glede na sosednjo. Takšna struktura omogoča, da so plošče dimenzijsko stabilne, toge v svoji ravnini, konstrukcijski elementi pa so nosilni v obeh smereh.

Da bi dosegli želene lastnosti, so že prej križno položene lamele poskušali žebljati, spajati z aluminijastimi sponkami, stikovati z lesenimi mozniki – v zadnjih 20 letih se je poskušalo prebiti na trg veliko takšnih tehnologij. Pospešek tehnologiji X-lam pa sta dala razvoj primernega lepila in dovolj močnih stiskalnic, seveda pa je bilo treba dokazati, da bodo izdelki ohranili enake lastnosti v vsej življenjski dobi stavbe.

Kakšna je sestava uporabljenih lepil?

Medtem ko se v evropski pohištveni industriji uporabljajo predvsem melaminska lepila, ki imajo v skladu s standardi EU lahko samo omejeno količino za zdravje škodljivih formaldehidov, je šla tehnologija križno lepljenih plošč korak dlje. Večina proizvajalcev, ki sledijo tehnološkemu razvoju, uporablja poliuretanska lepila, ki ne vsebujejo formaldehidov. Preostali, ki uporabljajo starejša melaminska lepila, morajo npr. ob gradnji šol in vrtcev z merit­vami dokazati, da hlapni formaldehidi ne presegajo meje. Pri poliuretanskih lepilih se kot druga komponenta v sestavi (prva je polimer), ki poskrbi za zamreženje v lesni strukturi, uporablja voda oz. vlaga v lesu. Snov, ki se sprošča med strjevanjem lepila, pa je ogljikov dioksid. 

S čim je še zaščiten les v križno lepljenih ploščah?

Edina in najtrajnejša zaščita je primerna suhost lesa; plohi se v sušilnicah osušijo do 12 odstotkov vsebnosti vlage. Tak les je pripravljen za tehnološki postopek; če bo ostal suh, bo večen, vanj se ne bodo naselili ne insekti ne glive. Ker pričakujemo dolgotrajno obstojnost konstrukcije, tudi sto let in več, jo želimo pred vplivi okolja (vodo in UV-žarki) zaščititi z različnimi fasadnimi sloji. Poleg tega moramo preprečiti vdor vode od znotraj, zato so potrebni obdobni pregledi konstrukcije, odgovorno ravnanje stanovalcev (skrb za napeljave …). 

Ali križno lepljen les »diha« oz. vpija vlago iz okolja?

Les vedno izmenjuje vlago z okoljem, to je njegova naravna lastnost. Pri lesenih konstrukcijah zato težimo k temu, da so materiali čim bolj paropropustni, bolj ko gremo proti zunanjosti. Za stavbe z leseno konstrukcijo sta najboljši rešitvi prezračevana fasada in prezračevana streha. Če je fasada kontaktna, pa mora biti iz silikonov ali silikatov, ne akrilna. 

Od kod prihajajo križno lepljene plošče za gradnjo? Se izdelujejo tudi v Sloveniji?

Žal ne, imamo pa dva proizvajalca enosmerno lepljenih konstrukcijskih nosilcev. Bilo je veliko poskusov, vendar je za to tehnologijo potreben cel niz predhodnih dejavnosti (od žagarstva, sušilnic, izdelave dolžinskih stikov lamel). Ta tehnologija se je razvijala v zadnjih 20 letih, ko je v Sloveniji lesarstvo nazadovalo. Takšni visokotehnološki leseni izdelki prihajajo k nam iz Avstrije, ki je v svetovnem merilu v tej panogi prva, pokupi pa zelo veliko slovenske hlodovine.

Nam je pa v podjetju CBD uspelo z evropskim patentom zaščititi svojo inovacijo, križno lepljeno rebrasto ploščo. Pogovarjamo se o možnosti, da bi izdelek proizvajali v Sloveniji, saj bi zaradi zaščite zanj imeli zelo širok trg.

Po čem se križno lepljena rebrasta plošča razlikuje od običajne in kaj z njo pridobite?

Podobna je običajni križno lepljeni plošči, le da iz nje na različnih razdaljah štrlijo pravokotne lamele, nekakšni repi. Prerez 12-centimetrske križno vezane plošče, iz katerih štrlijo repi, je po konstrukcijskih lastnostih enakovreden 20 cm debeli križno lepljeni plošči, vendar je zanjo porabljenih 30 odstotkov manj lesa, prav toliko je tudi lažja, zato z njo lahko premoščamo večje razpone. Če je uporabljena kot stena, pri kateri repi štrlijo navzven, nam ni treba izolacije dodatno vijačiti na stene …

Kateri les je primeren za križno lepljene plošče?

Obstoječa tehnologija temelji na mehkih vrstah lesa (smreka, jekla in bor), zlasti zato, ker je njihov prirast na območjih, kjer je aktualna lesena gradnja – v srednji in severni Evropi ter v Severni Ameriki – največji, temu primerna je tudi cena. Drugačna trdota lesa bi najverjetneje zahtevala drugačna lepila in stroje za obdelavo in razrez. Danes se izdelujejo plošče, dolge do 20 in široke do tri metre. Tako velike elemente je treba za konstrukcijo pravilno izrezati, za kar se uporablja računalniško vodena tehnologija obdelave lesa (CNC-stroji).

Je masivna gradnja s križno lepljenimi ploščami primerna tudi za družinske hiše ali le za večje objekte, s katerimi je pogosto promovirana?

Tako kot vse druge je tudi ta tehnologija primerna za družinske hiše, pravzaprav je ta segment primaren. V Sloveniji je bilo od leta 2006 zgrajenih približno tisoč takšnih hiš. Zanje se odločajo zagovorniki naravnih materialov, ki jim je za pravi občutek pomembna masivna konstrukcija hiše. Ta gradnja je priljubljena tudi zaradi hitrosti in čistosti postavitve, stavbni ovoj je skoraj takoj nared za finalizacijo.

Kaj je pomembno pri projektiranju lesene hiše, narejene po takšni tehnologiji? Kakšna je lahko in kakšna mora biti njena arhitektura?

Pri arhitekturi ni posebnih zahtev: ker pa imajo leseni konstrukcijski elementi ob zelo visoki specifični trdnosti veliko manjšo maso, je marsikatera konstrukcijska rešitev preprostejša. Zaradi lahkotnosti je denimo mogoče izvesti velike previsne površine in podobno … Pri projektiranju pa je, kot velja za vse objekte, treba upoštevati vse predvidene obtežbe, od zunanjih predvsem snega, vetra in potresa. Projektant mora za vsak objekt na konkretni lokaciji dokazati, da je stabilen in nosilen. Večina pri nas jih nima izkušenj s potresom in lesenimi konstrukcijami. Žal je tako, da bi bilo, če bi danes Ljubljano spet prizadel potres, kakršen jo je opustošil leta 1895, kljub visoki ravni znanja in strogim zahtevam potresne varnosti poškodovanih in porušenih veliko stavb, zgrajenih v zadnjih desetletjih. Mnoge niso bile preverjene na potresne obtežbe, pravilno konstruirane ali izvedene.

Kako je s potresno varnostjo stavb iz križno lepljenih plošč?

Naj uvodoma povem, da so za potresno preskušanje v Kobeju na Japonskem na »potresni mizi« zgradili sedemnadstropni stanovanjski stolpič iz križno lepljenih plošč in je uspešno prestal simulacijo enega najbolj rušilnih potresov na Japonskem celo po večkratni ponovitvi (videoposnetek X-Lam Earthquake Test si lahko ogledamo na Youtubu). Ker so križno lepljene plošče zelo togi elementi, lahko projektanti natančno določimo, na katerih delih konstrukcije želimo imeti disipacijo energije, to je spremembo kinetične energije, ki se sprosti ob potresu in jo zaradi teže prejme objekt pri potresnem vzbujanju, v notranjo energijo. Tako lahko izračunamo, na katerih mestih so potrebni različni jekleni vezni elementi, in določimo njihovo razporeditev. 

Posnetek potresno varne lesene gradnje si lahko ogledate tukaj.

S čim so med seboj povezane križno lepljene plošče v objektu?

To so mehanska vezna sredstva, največkrat samovrezni vijaki različnih dolžin, za povezavo sten in medetažnih plošč pa se uporabljajo kovinski kotniki. Projektanti določimo vrsto veznih elementov in njihov položaj glede na računske statične in potresne analize objekta.

Ali bi bilo mogoče reči, da je pravilno izvedena konstrukcija takšnih hiš potresno varnejša od drugačnih konstrukcij?

Tudi betonsko, opečno ali kakršnokoli drugo gradnjo je mogoče zasnovati tako, da bo ob potresu brez poškodb – če je seveda na to pripravljen investitor. Podlaga so vedno statični in potresni izračun ter zahteva investitorja. Standard pa pravi, da moramo stanovanjske stavbe pri najmočnejših potresih, za katere je v življenjski dobi objekta dva odstotka možnosti, da se zgodijo, zavarovati tako, da ni smrtnih žrtev. To pomeni, da se ne sme porušiti noben konstrukcijski del stavbe, lahko pa se poškoduje.

Je podobno tudi smisel požarne varnosti, da hiša obstane? Kakšna je požarna varnost pri stavbah iz križno lepljenih plošč?

Zahtevana požarna varnost se določi na podlagi števila ljudi, ki so lahko glede na namembnost stavbe v njej, in dolžine evakua­cijskih poti. Tako se izračuna, koliko časa mora biti konstrukcija pri povišani temperaturi stabilna, da se izvede evakuacija.

Beton velja za negorljiv material, les pa gorljiv, kar pomeni, da bo prispeval k razvoju ognja. Vendar v stavbah ponavadi ni le beton, temveč tudi kup gorljivih oblog, ki v kratkem času povišajo temperaturo do 1200 stopinj Celzija. Pri takšni temperaturi pa začne »teči« železna armatura v betonu. Ker se mehča, izgubi nosilnost in beton se lahko poruši že zaradi velike lastne teže. Les pa je material, ki na začetku gori, vendar s pooglenelostjo površine ščiti svojo notranjost. Les zogleni od 2 do 3 cm globoko, naprej pa ogenj ne napreduje, in v notranjosti ostane les trden. Ogenj masivne konstrukcije ne more objeti, večinoma mu je izpostavljena le ena površina, zato leseni masivni elementi, kot so stene in medetažne plošče, težko v celoti zgorijo.

Kaj pa lesene prezračevane fasade?

Ta sloj lesa je ločen od konstrukcije. Tu so okoliščine drugačne: lesene fasade denimo niso dovoljene pri manjših odmikih od sosednjih objektov in pri višjih stavbah.

Kako debele so križno lepljene plošče za stanovanjske hiše?

Običajna debelina je 10, lahko tudi 9 ali celo 8 cm. Da bi hiša dosegla vsaj nizkoenergijski standard, predlagam vsaj 14 cm izolacije, ki ji sledi ena od oblik fasade. Ker gre za naravno, leseno hišo, je smiselna izolacija iz lesnih vlaken ali celuloze. Seveda pa je mogoče uporabiti tudi kameno, stekleno volno ali ekspandirani polistiren.

Kako se na notranji strani izvedejo obloge?

Lahko z mavčnokartonskimi ploščami, ki so privijačene na steno, lahko se uporabi glineni omet ali kakšna druga obloga, lahko pa je lesena stena v interierju vidna.

Zakaj se za masivne lesene hiše pravi, da so toplotno samoizolativne? Ali to pomeni, da imajo boljše toplotne karakteristike kot hiše iz drugih materialov?

Les ima zelo visok fazni zamik, ki nam pove, v kolikšnem času se bo maksimalna temperatura z zunanje strani konstrukcije prenesla na notranjo. Poleg tega ima toplot­no izolativnost, a slabšo kot izolacija, in je material, ki ne akumulira toplote. Zaradi te lastnosti v leseni hiši s svojo telesno temperaturo pogrejemo prostor. Naše toplote se ne navzame les, temveč zrak. Iz križno lepljenih plošč debeline 6 cm smo zato lahko postavili dva gorska bivaka (na Kaninu in Prehodavcih), brez izolacije, z zunanje stani zaščitena zgolj s pločevino, v katerih se da prenočiti celo pri minus 30 stopinjah Celzija.

Naj fazni zamik, ki ga ima les, ponazorim s poskusom, ki smo ga izvedli na sejmu Narava - zdravje na Gospodarskem razstavišču v Ljubljani: izdelali smo lesen žar, ki ga je predstavljala 10 cm debela križno lepljena plošča. Na njem smo dve uri pekli hrano, torej je zgornjo stran razgrevala žerjavica, ki dosega temperaturo od 600 do 700 stopinj Celzija. Del zgornje površine je zoglenel v globino od 3 do 4 cm, vendar s spodnje strani toplote sploh ni bilo občutiti. Če bi bila plošča betonska ali kovinska, pa bi vročino na spodnji strani zaznali v nekaj minutah.

Kakšna je cenovna konkurenčnost gradnje s križno lepljenimi ploščami v primerjavi z drugimi načini gradnje?

Bolj ko je objekt zahteven, bolj je takšna gradnja konkurenčna. Cena kvadratnega metra tako grajene stanovanjske hiše (od temeljev navzgor) je zelo blizu klasični opečni gradnji, ki se giblje okoli 1000 evrov. Omeniti pa je treba preprostejše temeljenje, saj je lesena hiša lažja, manjša je poraba izolacije, zaradi tanjših sten je neto izkoristek tlorisa objekta večji.