Tomáš Tatýrek | skleněný rodinný dům

Základní charakteristika stavby, místa a její užití

Koncept objektu vychází z možnosti uživatele volit si z nabídky definovaných forem velikost, učel a uspořádání jednotlivých obytných buněk které mají označení SLC (space, light , curve – prostor, světlo, křivka).
Rodinný dům je složený ze sedmi skleněných SLC buněk, které jsou napojeny na centrální skleněnou kupoli. Každá buňka má svůj účel, který si každý uživatel definuje. V tomto projektu je rodinný dům určený pro čtyř člennou rodinu. Manželé a dvě dospívající děti. Obytné tobolky mají svou náplň jako místo pro uživatele určené pro spánek a denní činnosti. Obytné tobolky obsahují Boxy obsahující WC a úložný prostor. Dále tobolky obsahují umyvadlo a samostatně stojící vanu. Neobytné tobolky v tomto projektu představují zádveří s boxem (WC a úložným prostor), pracovnu, obývací pokoj s jídelnou a kuchyní, relaxační místnost obsahující box se zabudovanou vířivou vanou pro čtyři osoby, masážním sprchovým koutem a WC. V relaxační místnosti bude dále umístěné zařízení na cvičení. Objekt obsahuje pod centrální kupolí suterén o kruhovém půdoryse, kde je veškoré technické vybavení a prostor určený jako šatna a úložný prostor.
Jednotlivé buňky a kupole jsou složeny z prefabrikovaných skleněných tabulí z izolačního dvojskla tl. 48 mm, které jsou k sobě lepeny pomocí silikonového lepidla SIKASIL SG 20. Zastínění a průchod slunečního záření do interiéru je regulován pomocí elektrochromatických skel. Podpůrnou konstrukcí pod buňkami jsou plata z kompozitního materiálu (zde směs dřeva a plastu) .Plata jsou tvořena systémem vodorovných a příčných žeber. Prostor mezi žebry je vyplněn polyuretanovou pěnou, která slouží jako tepelná a akustická izolace. Plato se nachází i pod centrální kupolí. Nosná plata jsou podepřeny dvěma podporami a uložením do plata pod centrální kupolí.
Intimitu uživatelů doplňuje neprůhledný živý plot do výšky 220 cm.

Návrh skleněného domu ukazuje na budoucí využití digitálních technologii, které se budou čím dál více projevovat již při návrhu vzhledu budovy a dále i při analyzování okolí, návrhu konstrukcí a výpisu atypických stavebních prvků (souřadnice pláště objektu). Právě pomocí přesné 3D modelace lze vytvářet tvary, které vypadají složitě, ale přesto jsou 100% kontrolovatelné s možností jejich úpravy a optimalizace.

Rozloha pozemku: 2726 m2
Počet parkovacích stání: 3 venkovní
Zastavěná plocha: 245 m2
Obestavěný prostor: 868 m3
Podlahová plocha: 305 m2

Údaje o území, stavebním pozemku
Pozemek pro výstavbu se nachází na okraji města Plzně na parcele číslo 11142/1. Okolní zástavba je tvořena rodinnými a bytovými domy. Terén na parcele je rovinný, bez svahu.
Na staveništi se nenacházejí žádné stávající stavební objekty. Je zde vysázený sad stromů, který se plánuje v největší míře zachovat.
Parcela se nachází na rohu dvou ulic, to umožňuje možný přístup techniky přes hranici pozemku z ulice v době výstavby.

STATICKÉ POSOUZENÍ

1. ÚVOD

Předložená zpráva shrnuje výsledky a vyhodnocení informativní statické studie skleněného domu zpracované na základě zadání a podkladů vycházejících z projektových návrhů a bakalářské práce Tomáše Tatýrka z ateliéru Ing. arch. Miloše Floriána, Ph. D. na FA ČVUT v Praze. Cílem této studie je ověření základních dimenzí nosných dílců z konstrukčního skla z hlediska příslušných účinků zatížení a reálné možnosti proveditelnosti konstrukčního systému objektu.

2. ANALÝZA DIMENZÍ NOSNÉ KONSTRUKCE OBJEKTU
2.1. Výchozí předpoklady
Statické ověření dimenzí nosných dílců budovy z konstrukčního skla bylo realizováno s využitím programového systému ANSYS. Velikost příslušných zatížení byla uvažována v souladu s novými evropskými unifikovanými technickými dokumenty (Eurokódy) pro zatížení konstrukcí pozemních staveb.

Při výpočtu nosného systému z konstrukčního skla zavádíme následující fyzikálně-mechanické charakteristiky:
- specifická hmotnost (hustota) skla 2 500 kg.m-3 ;
- Youngův modul pružnosti E = 70 000 MPa.

Jako základní materiál plošných dílců se předpokládá použití dvouvrstvého tepelně zpracovaného laminovaného skla typu TVG s mezilehlou PVB fólií. Uvedené řešení je vhodné z hlediska minimalizace nepříznivých důsledků porušení skla v obytných či občanských budovách. V uvažovaném případě skleněného domu sestaveného z centrálně umístěných modulů se předpokládá použití dvou plášťů naznačeného dvouvrstvého uspořádání oddělených izolační vzduchovou mezerou tloušťky 16 mm.

Pro uvedený základní materiál konstrukčního skla limitujeme při posouzení hlavního napětí příslušné maximální namáhání od návrhového účinku zatížení mezní konvenční hodnotou 20 MPa. U laminovaných systémů přitom s ohledem na dlouhodobé působení bezpečně zanedbáváme vliv fólie na spolupůsobení dílčích desek dvojskla. Mezní přetvoření (průhyby) při rozpětí L mezi podporami doporučujeme uvažovat hodnotou L/100 u stěnových laminovaných fasádních dílců a hodnotou L/200 u nosníků zastřešení a podlahových konstrukcí.

Nosná konstrukce budovy je s ohledem na výrobu a montáž skleněného pláště tvořena prostorově tvarovanými panely ve tvaru čtyřúhelníku. Jednotlivé dílce z konstrukčního skla jsou mezi sebou na styčných hranách spojeny lepidlem SIKASIL SG 20. Po osazení všech dílců se tedy vytvoří souvislá skořepinová plocha obvodového pláště domu.
2.2. Statické řešení

Statický výpočet byl realizován s použitím metody konečných prvků programem ANSYS. Na obr. 1 zobrazena analyzovaná část konstrukce s vykrytím základními prvky sítě výpočetního modelu. Ve 3D modelu byly použity skořepinové prvky s vlastnostmi odpovídajícími konstrukčnímu řešení a předpokládanému stavu napětí a deformace systému. Poissonův součinitel byl uvažován hodnotou μ = 0,23.

Konstrukce skleněného pláště je namáhána vlastní tíhou, zatížením sněhem a působením větru. Vlastní tíha byla automaticky generována pomocí výpočetního programu pro standardní tíhové zrychlení. Hodnoty účinků působícího větru a sněhu byly uvažovány dle nových unifikovaných evropských dokumentů se zatížením pro oblast Středočeského kraje. Výsledné namáhání konstrukce je tvořeno kombinací účinku těchto zatěžovacích stavů.
Opakovaným statickým výpočtem byla realizována zjednodušená parametrická studie umožňující optimalizovat spolehlivé dimenze nosného systému pláště z konstrukčního skla.
Výsledné dimenze obvodového pláště modulu skleněného domu, vyhovující kriteriím spolehlivosti ve smyslu technických normativních dokumentů, jsou:
- vnější dvojsklo s použitím dvou tabulí tloušťky 8 + 8mm;
- vnitřní dvojsklo tvořené rovněž dvojicí skleněných tabulí tloušťky 8 + 8mm .
Celková tloušťka obvodového skleněného dílce je tedy 2 x 8 + 16 + 2x8 mm = 48mm.

Při uvedených dimenzích dosahuje hlavní maximální napětí v obvodovém skleněném plášti hodnoty 15 MPa < 20 MPa. Maximální průhyb pláště činí 2,22mm. Tato hodnota rovněž splňuje limitní hodnotu (mezní průhyb pro definovanou hodnotu L / 100 = 30mm).

Průhyb konstrukce a průběh hlavního napětí od kombinace všech uvažovaných účinků zatížení jsou zřejmé z obr. 2 a obr. 3 Na obrázku č. 4 je pro srovnání uvedeno hlavní napětí vyvolané pouze vlastní tíhou konstrukce. Maximální hodnota napětí dosahuje 6,7 MPa.
Z obr. 3 a obr. 4 je zřejmé, že maximální hodnoty napětí (a tedy extrémně namáhaná místa skleněné konstrukce) jsou v rohových úsecích panelů a v oblasti uložení konstrukce.

3. ZÁVĚR

Předložené informativní posouzení základních nosných dílců nosné obvodové konstrukce objektu skleněného domu sestaveného z centrálně umístěných separátních modulů ověřilo uvažované dimenze nosných dílců budovy navržených s použitím konstrukčního skla.

Ze zpracovaných výsledků řešení reprezentativního modulu objektu skleněného domu je zřejmé, že navržené uspořádání i dimenze nosné celoskleněné skořepinové konstrukce vyhoví jak z hlediska maximálních napětí, tak z hlediska příslušných mezních přetvoření (průhybů) nosného systému.

Statické výpočty prokázaly, že výsledné uspořádání i skladebné řešení objektu je prakticky realizovatelné a pro uvažovaná rozpětí i předepsaná zatížení je tedy lze z hlediska verifikovaných dimenzí i skladby a materiálu nosné konstrukce budovy považovat za technicky přijatelné a doložené.

Dopravní řešení
Dopravní obsluha bude zajištěna z ulice Vinická ze severní strany ( ze shora), kde jsou tři parkovací stání kryta přístřeškem. Vedle parkovacího stání jsou umístěny kontejnery na směsný odpad pod přístřeškem. Na pozemek je možný
další přístup z východní strany z ulice Kotíkovská, tento vjez bude využívaný jako vedlejší, avšak bude dost široký na projetí automobilu.

TECHNICKÉ ŘEŠENÍ
Vzduchotechnika – vytápění / chlazení
V celém objektu je navrhnuta soustava vzduchotechniky, která pomocí tepelné úpravy vzduchu objekt vytápí nebo chladí.
V suterénu je umístěna technická místnost ve které se vzduch centrálně upravuje a podle potřeby rozvádí do jednotlivých buněk. Systém kruhových trubek je veden po obvodě každé skleněné buňky. Kdy podél jedné strany buňky je
přívod vzduchu a v druhé polovině odvod vzduchu. Přidělení strany odvodu a přívodu vzduchu v každé buňce jsou podle umístění sociálního zařízení (hlavně vany). Pomocí regulace odvodu a přívodu vzduchu je řešena optimální čistota
vzduchu v interiéru.
Rozvody vzduchotechniky v kompozitních konstrukcích jsou prováděny již ve výrobě.
Teplý vzduch je získáván z tepelného čerpadla ZEMĚ – VZDUCH. Na pozemku jsou navrženy 3 vrty pro získávání média do tepelného čerpadla.
V letním období je navržený pomocný systém pro chladící vzduch. Na východní straně pozemku se nasává vzduch, který je v délce 20 m vedený pod zemí, kde se pomocí země ochlazuje. Toto provedení snižuje nároky na přípravu
vzduchu určeného pro chlazení objektu.
K přirozenému větrání lze využít v každé buňce hydraulický vrchlík půdorysného tvaru elipsy (1200x600 mm). V centrální kupoli má vrchlík půdorysný tvar kruhu o průměru 500 mm. Po obvodě buňek jsou umístěna výsuvná kruhová
okna podél vodorovné osy o průměru 450 mm.
Skleněný dům bude po celý rok nadměrně vyhříván slunečním zářením. Tento problém je řešený navrhnutým systémem stínících prvků, které brání vstupu slunečního záření do objektu. Skla jsou elektrochromatické, což umožňuje
regulaci průhlednosti a tím i další snížení prostupu slunečního záření do interiéru. Další možná varianta je potisk skla fotovoltaickými články nebo estetickým motivem.

Kanalizace

Každá buňka má svůj kanalizační odvod v místě podpory kompozitní konstrukce. Toto řešení snižuje množství použitého potrubí na minimum. Kanalizační rozvody jsou v kompozitních konstrukcích prováděny již ve výrobě se sklonem 1.5%.
Dešťová voda se nijak neodvádí. Dešťová voda odkapává ze skleněného pláště na lože z kačírku a nechává se samovolně vsakovat do zeminy.

REALIZACE
Ve výrobě budou vytvořeny prefabrikované dílce skleněných panelů a roznášecí plata, která budou postupně dovážena na staveniště, kde se budou ihned po dovezení osazovat. Prefabrikace dílců urychlí výstavbu. Mokrý proces se v objektu objevuje pouze ve spodní stavbě. Nejdříve se osadí roznášecí plata, na které se zbuduje pomocné lešení do předem připravených otvorů v podlaze roznášecích plat (tyto otvory slouží i k dodatečné opravě skleněného pláště) . Poté se pomocí jeřábu začnou osazovat skleněné prefabrikované panely na pomocné lešení. Po osazení všech skleněných dílců se podlepí spáry z interiéru ochranou aluminiovou lepenkou a v exteriéru se začne nanášet do spár silikonové lepidlo. Spáry z exteriéru se zakryjí taktéž ochranou lepenkou, která bude chránit silikonové lepidlo před nečistotami než zatvrdne. Následná demontáž pomocného lešení a očištění skleněného pláště.