Razvoj lesene konstrukcije z razvojem orodja

1. UVOD

Tradicionalna arhitektura je izhodišče za današnje ustvarjanje, zato je potrebno črpati vzpodbudo iz nacionalnih motivov in izkušenj iz preteklosti, ki vsebujejo ljudsko arhitekturo izraženo v starih lesenih konstrukcijah. Kakovost oblikovanja je posledica smotrno izbrane konstrukcije, uporabe domačih materialov in enostavnih oblik.
Tehnologije in orodja oblikujejo bistvene dele človekove kulturne zavesti. Ločimo tri vidike za pojasnilo konstrukcijskega problema lesene konstrukcije: orodje kot prvi pogoj za popolno in brezhibno izvedbo, prostorski in konstrukcijski koncept, ter vprašanje prenosov sil na vozlišča. Osredotočila se bom na orodje. Človek je oblikoval material, ki je bil na razpolago, zato je potreboval orodje. Razvoj orodja je omogočil nastanek novih lesnih zvez in lesnih konstrukcij .
K razvoju lesnih konstrukcij v določenem obdobju so prispevali različni dejavniki: vpliv tehnoloških odkritij, pojav novih materialov, količina in vrsta razpoložljivih surovin, vpliv energetskih virov, družbena dogajanja in geografski položaj, razvoj transportnih in komunikacijskih sredstev, razvoj stilnih obdobij, ekonomija. Klasične lesene konstrukcije so mnogokrat arheotip za nove, sodobnejše, izvedene v drugih materialih (kamen, beton, jeklo) in tehnologijah.

2. EVOLUCIJA GRADNJE

Zgodnji začetki vseh oblik so bili odvisni od razpoložljivega materiala.V področjih, bogatih z lesom je bil stoletja prevladujoč gradbeni material les. Nomadski predniki so verjetno zbrali zlomljene veje, jih postavili ob steno in pokrili z živalskimi kožami, ter tako oblikovali prvo človeško bivališče. Čeprav boren prispevek človeškega dela je tudi to primitivno bivališče zahtevalo koncept in predstavo- koncept postavitve palic (vej) ob skalno steno in razprostrtev kož, ki so oblikovale skrivališče v katerem so prebivalci našli zaščito proti zunanjemu svetu- mrazu in vetru.
Kaj razlikuje človeka pri gradnji bivališča od žival? (sl.1)
Nič, kakor dolgo človek, kot živali, uporablja z manj ali več domišljije, tisto kar je na izbiro. Odločilen korak je, ko človek uporabi svoje delo za preoblikovanje materialov, ki so na razpolago- zavestno delo. Ta transformacija, metamorfoza in gradnja v človeškem pomenu besede, zahteva to, česar živali nimajo-orodje. Do izdelave in uporabe orodij je prišlo, ko je človek ugotovil, da z ostrim delom kresilnega kamna lažje cepi, loči in reže lesene veje kot z zobmi in nohti. Takoj je izboljšal sekajoči rob, zato je odločujoča točka mentalni dosežek premišljenega oblikovanja orodja ne le za trenutno rabo, ampak tudi za prihodnjo uporabo. Funkcionalni, kompozicijski ali dekorativni element zgradbe je prvotno ali grobo obdelan utilitarni kos (kol, deska, hlod, tram) ali element, vzet iz narave (npr. veja, akantov ali palmov list). V sekundarnem ali terciarnem materialu- les, kamen, kovina, ter v pogojih serijske, čeprav še obrtniške produkcije, se pojavi potreba po poenostavitvah, poenotenju in predvsem po geometrizaciji. Upognjena vejica postane serija geometrično pravilnih lokov, listi se pojavijo na točno določenih mestih, v določenih razdaljah; podobnost ni več absolutna, ohranjen je le še tip vejice, ki je tako idealiziran. Ta idealizacija je kulturno dejanje človeka, ki s tem samo še interpretira neko idejo (Brezar, 1987).
Prvi pogoj za gradnjo je načrtovanje- ideja, kar lahko imenujemo tudi koncept. Kako prenesti horizontalno razdaljo: tram ali most, oz. vertikalno razdaljo: lestev ali stopnice. Problem se lahko navezuje tudi na ogradnjo prostora, v katerem je prostorski koncept vedno povezan s konstrukcijskim konceptom. V tem kontekstu lahko ločimo tri vzroke problema gradnje:
orodja, kot prvi pogoj brezhibne izvedbe,
prostorski in konstrukcijski koncept,
vprašanje prenosov sil na vozlišča.
Omejila se bom na en sam material- les, pri katerem je logika sestavljanja, obdelovanja in konstruiranja najbolj očitna in tektonska.

3. KONSTRUKCIJSKE ZVEZE, REŠITEV STIKOVANJA IN PRENOSA SIL NA VOZLIŠČA

Namen lesnih zvez je medsebojno povezovanje posameznih delov lesa, tako da nastane nov izdelek. Zveza prenaša silo iz elementa na element. Stik je srečanje dveh elementov za prenos sile. Zveze so narejene tam, kjer se srečajo podporni in podprti elementi, kjer se morata spajati dva kosa lesa, ki sta podprta ali spojena, kjer morajo biti skupaj spojene deske zaradi varnosti ukrivljanja ali sestavljene kot ogrodje. Da bi zveze dale zgradbam njihovo nujno togost, mora biti uporabljen dolg konstrukcijski les, stebri in tramovi morajo biti tako pritrjeni, da vzdržijo napetost in tlak.
Razvoju lesnih zvez lahko sledimo skozi zgodovino orodja. Orodja za cepljenje, kot so sekira, klin, rezalnik, široka sekira so se pojavila v preteklosti. Izboljšave orodij so naredile možnost za številne dekorativne spremembe osnovnih lesnih zvez. Veliko večino lesnih zvez pride v uporabo kot skupek variante, ki so jo razvili tesarji in prilagodili obstoječim zvezam v smislu novih, spremenjenih pogojev in zahtev. Iskali so rešitev kako narediti zveze bolj čvrste, močne in manj vidne. Vsako področje je razvilo lastne lesne zveze, ki so ustrezale pogojem in zahtevam časa.
Okrog 9000 pr.n.št. se je človek začel stalno naseljevati in ukvarjati s poljedelstvom. S tem se je pojavila potreba po gradnji bivališč. Do tedaj je človek izkoriščal zaradi nomadskega načina življenja naravne votline, jame in prehodna zavetja. Stalno naseljena plemena so začela graditi preprosta bivališča iz gline, lesa in trstike.
Primitivna streha (sl.2) je zgrajena iz razpoložljivih materialov in brez orodja. Palice so prislonjene ob zid ali na vrhu zvezane skupaj v obliki šotora- okrogli šotor (round hut). Tu ni še nobenih konstrukcijskih elementov izrazitejših od zunanjega ovoja (sl.3).
Do pojava sekire so konstrukcije iz tanjših debel, palic in kolov (sl.5). Zveza med njimi predstavlja povezovanje vozlišč in križišč z ovijalkami, olupljenimi prepletenimi vejami, kitami, črevesjem in kožnimi jermeni, ki so s svojo elastičnostjo dajali sestavljenim lesenim delom potrebno prožnost. Dolgi šotor (long tent) (sl.4) sestavljajo tramovi, ki so v parih med seboj povezani in držijo skupaj prostor v smislu slemenske lege. Ta struktura še ni stabilna in samostoječa konstrukcija, zato mora biti stabilizirana na dveh čelnih straneh.
Purlin roof je prva lesena konstrukcija v današnjem pomenu besede. Uporabljen je vilični razcep vej kot podpora horizontalnega nosilca (sl.6). Dva stebra, opornika sta zakopana v zemljo in s tem fiksirana (sl.7). Vsak steber je naravna rogovila, ki se na vrhu razvije na dve močnejši strukturi v obliki črke y. Ta služi kot podpora horizontalne slemenske lege. Konstrukcije so bile manj trajne, saj les v zemlji zgnije. Ena generacija je večkrat zgradila bivališče, kar je bilo način življenja (iskanje hrane in paše).

Prve konstrukcijske zveze so bile iz zveze dveh kosov lesa po pricipu pero in utor (sl.8,9). To je postalo možno, ko je bilo na razpolago orodje za zvrtavanje lukenj s pomočjo ognja in prvih kamnitih orodij (sl. 10). Kasneje, kakor hitro je bil iznajden metalni sveder s spiralno obliko, je leseni zatič dodatno z lesenimi žeblji in mozniki (sl.11) služil za trajno zvezo lesa in za prenos sil na vozlišča. Moznika je zagotovil možno rešitev prenosa sil na vozlišča.
Z iznajdbo sekire, ki je omogočila ekstenzivno krčenje gozda in kasneje žage, so se enostavne lesne zveze močno razvile in razlikovale v široki paleti različnih izpeljav uporabljenih v okvirnih konstrukcijah lesenih brunaricah (sl. 12,13,14). Skoraj vse pokrajine so razvile v času stoletij svoje lastne rokodelske stile in lesne zveze (sl.17).
Razvoj tesarstva se pričenja šele, ko je železno orodje omogočilo obdelavo lesa. Sekira je bila pogoj za nastanek tesarstva- konstruiranja iz debelejših kosov lesa s pomočjo lesnih zvez (sl.15,16). Predpogoj za nov princip konstrukcije je bil tehnološki razvoj, predvsem žaga na vodni pogon, ki je omogočala izdelavo desk kot polizdelkov izven mizarske delavnice. Uporabljati so jo začeli v 13.stol. Posledica iznajdbe vodne žage je bila delitev cehov na mizarje (na Slovenskem je omenjeni že leta 1358), tesarje, strugarje in rezbarje.

Del razpoložljive delovne sile na področju lesene gradnje se je prenesel v 19. stol. na konstrukcijo prefabriciranih hiš po principu lesenih stenskih opažev. Prefabrikacija je racionalizacija in mehanizacija. Zahteva veliko produkcijo, izdelovanje v velikih serijah, in ne klasično rokodelsko izdelavo, ki temelji na stavbnem mizarstvu.
Druga revolucionarna rešitev za težavo stikovanja je bila v žebljanju. Nova značilnost v moderni tehniki žebljanja, je bila v uporabi velikega števila žebljev za dosego ploskovnega stika- če je pravilno izveden lahko prenaša velike sile. Prednosti žebljanih konstrukcij so bile velike, saj so bile zgrajene hitreje kot post-and-beam frame, stavbo do dveh nadstropij je bilo možno zgraditi le z žago, kladivom, žeblji in dvema delavcema, stroški lesa so bili odgovarjajoče nizki.
Iz potrebe po lahki prefabricirani fleksibilni konstrukciji (Kušar, 1983) se je v 19. stol. v Ameriki pojavil sistem gradnje lesenih hiš imenovan Balloon frame. Sistem lesenega okvirja- wood frame (sl.18,19,20) je bil najbolj poenostavljena, standardizirana in uvedena izvedba lesenih konstrukcij. Večina konstrukcijskih delov je bila določena z normiranimi empiričnimi vrednostmi in ne s statičnimi prikazi. Gradbena konstrukcija je sestavljena s togimi stenami, stropovi in strešnimi ploščami. Ozke in visoke dimenzije lesa postanejo s polnili in ometom bolj togi. Inovacija Balloon frama (sl.21) je bila v uporabi vitkejših elementov stavbnega lesa po sistemu two by four, ki so med seboj žebljani. Balloon frame je gredna konstrukcija s prečkami in stebrički. Tlaki imajo funkcijo povezave stenskih struktur. V kratkem času je produkcija gradnje nadomestila uporabo rokodelstva izučenega tesarja z industrijo. Konstrukcija Ballon frame je bila široko uporabljena v Severni Ameriki.

Tretja možnost stikovanja je lepljenje. Razvoj lameliranih lepljenih konstrukcij pomeni ponovni prodor lesenih konstrukcij v sam vrh gradbenega konstrukterstva. Vrhunskim lastnostim lesa, kot so majhna teža, velika nosilnost, lahka obdelava, toplina počutja in bivanja, zdravo okolje in lep estetski videz, je z uvedbo lepljenja dodana še možnost formiranja takšne geometrije konstrukcije, ki omogoča premostitev velikih razponov in bogato arhitektonsko oblikovanje prostora. Prvi lepljeni nosilci, okoli l. 1910, so bili zadovoljivi poskus nadomestila točkovne zveze z lesenimi mozniki ali svorniki s ploskovno zvezo (stikom), ki je temeljila na lepljenju v hladnem. O lepljenih nosilcih govorimo, če zlepimo po debelini dve ali več ustrezno pripravljenih desk (lamel) približno vzporedno z rastjo. Lamele so običajno med sabo lepljene po dolžini, v posebnih primerih pa tudi po širini (Resnik, 1991). To je primer ekonomične uporabe sestavljanja desk, med seboj zlepljenih v element, ki prenaša obtežbo.
Prvi objekt, kjer so uporabili lepljene nosilce je bil Laboratorij Madison v Ameriki. Kasneje so naredili Nemci velik napredek v II. sv. vojni pri gradnji hangerjev. Po vojni se je močno razširila njegova uporaba v Skandinaviji.
Tako zasnovane inženirske konstrukcije so primerne tudi za najbolj monumentalne objekte- gledališča, cerkve, dvorane, kopališča. Zaradi odpornosti proti kemičnim vplivom in elektromagnetne nevtralnosti so primerne za objekte kemične industrije in radiotelevizije. Lepljenje omogoča poljubno obliko in dimenzijo elementov iz katerega so narejene konstrukcije. Elementi konstrukcije so narejeni pod kontroliranimi pogoji. Edina ovira kasnejšega razvoja je bilo dejstvo, da imajo danes poznana kazeinska lepila nezadostno obstojnost na vodo. Preboj k moderni in zelo uspešni aplikaciji te konstrukcijske metode je bil dosežen z odločilnim izboljšanjem v smislu stikov, z razvojem boljših in predvsem bolj vodoodpornih lepil, ter z izboljšanjem tehnike lepljenja. Lepila so prilagojena tehnološkim pogojem in tako lahko kontrolirano vplivamo na pogoje in potek lepljenja.

4. ZAKLJUČEK

Les je človek uporabljal že od prazgodovine za različne namene: za orodje, orožje, graditev bivališč, kurjavo. Za številne primere pa osnovna oblika lesa, kakršno ima v naravi, ni ustrezala, zato ga je primerno oblikoval. Pri tem so nastali različni načini obdelave lesa, s katerimi mu spremenimo obliko ali pa ga celo kemično razstavimo in dobimo iz njega nove materiale. Les v naravni, okrogli obliki je le izjemoma uporabljen kot končni izdelek, pač pa je surovina za obdelovalno industrijo.
Človek je oblikoval material, ki je bil na razpolago, zato je potreboval orodje. Razvoj orodja je omogočil nastanek novih lesnih zvez in lesnih konstrukcij. V delu so prikazni začetki lesenih konstrukcij, iz katerih so se razvile z medsebojnimi vplivi vse kasnejše oblike do današnjega dne.

5. LITERATURA:

Aubry, F., 1990/91: Materiaux de construction traditionnels bois, pierre, terre. Département d'architecture, EPFL, Suisse.
Aubry, F., 1990/91: Architecture verniculaire. Département d'architecture, EPFL, Suisse.
Bresson, T. et J, 1978: Maisons de bois architectures scandinaves. Espace& Architecture Dunod, Paris.
Brezar, V., 1987: Detajl kot element arhitektonskega jezika. VTOZD Arhitektura. Ljubljana.
Bergant, T., 1996: Pozdravljeni prednamci, Ljubljana od prazgodovine do srednjega veka. Mestni Muzej, Cankarjev dom, Ljubljana.
Bono, E. et alli, 1978: Heureka. Mladinska knjiga, Ljubljana.
Cevc, T., 1984: Arhitekturno izročilo pastirjev, drvarjev in oglarjev na Slovenskem. Kulturnozgodovinski in etnološki oris. Državna založba Slovenije, Ljubljana.
Čufar, K., Levanič, T., Velušček, A., 1999: Dendrološke raziskave na kolišču Parteščica, Ljubljansko barje. Zbornik gozdarstva in lesarstva 58: 165-188.
Donzelli, R., Munari, B., Polato, P., 1983: Delajmo z lesom. Lipa Koper, Mladinska knjiga.
Frei, O., 1982: Naturliche konstruktionen. Deutsche Verlags- Anstalt, Stuttgart.
Gschwend, M., 1988: Bauernhäuser der Schweiz. Herausgeber: Schweizer Baudokumentation, Blauen.
Gotz, H.K., Hoor, D., Mohler, K., Natterer, J., 1980: Holzbau Atlas, Institut fur internationale Arhitektur-Dokumentation, Munchen.
Gideon, S., 1969: Prostor, vreme i arhitektura. Građevinska knjiga, Beograd.
Grabrijan, D.,1969:Zgodovina arhitekture. Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana.
Juvanec, B., 1999: Lesena montažna gradnja v slovenskem kulturnem prostoru. Gotove hiše v Sloveniji. Priloga revije Les: 9-14.
Grabrijan, D., 1969: Zgodovina arhitekture I. prosto po Choisy-ju. FAGG, Univerza v Ljubljani.
Hrovatin, J., 1993: Opredelitev kriterijev za vrednotenje konstrukcije sedežnega pohištva, doktorska disertacija. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo.
Hoffmann, K., Griese, H., 1969: Building with wood, Form, Structural design and Perervation. Iliffe Books LTD, London.
Kušar, J., 1983: Prefabrikacija zgradb ali prefabrikacija elementov? Njun vpliv na urbanizem. Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo-VTO Arhitektura, Ljubljana.
Kuzman-Kitek, M., 1999: Razvoj skeletne konstrukcije montažne hiše v Ameriki- Balloon frame, raziskovalna naloga. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo.
Merzelj, F., 1996: Žagarstvo. ČDZ Kmečki glas, Ljubljana.
Morel, G., Wilkinson, J., 1978: Le livre des arbres. Gallimard, Collins-Publishers.
Nathan, F., 1977: Le grand livre du bois. Mitchell Beazley Publishers Limited, London.
Pevsner, N., 1972: Izvori moderne arhitekture in dizajna. Izdavački zavod Jugoslavija, Beograd.
Pohleven, F., Resnik, J., Saje, F., : Lesene inženirske konstrukcije. Nova proizvodnja, NP 5-91: 230-251.
Resnik, J., 1989: Lepila in lepljenje lesa. Biotehniška fakulteta VTOZD za lesarstvo, Univerza Edvarda Kardelja v Ljubljani.
Rozman, V., 1986: Konstrukcije v lesarstvu IV. Zveza društev inženirjev in tehnikov gozdarstva, Ljubljana.
Savage, G., 1969: Unutrašnja dekoracija. Izdavački zavod Jugoslavija, Beograd.
Senegačnik-Zbašnik, M., 1996: Negativni vplivi gradiv na človeka in okolje, doktorska disertacija. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo.
Sedej, I., 1989: Sto najlepših hiš na Slovenskem. Prešernova družba, Ljubljana.
Werner, P., 1985: Das Bundwerk, Eine alte Zimmermanstechnik, Konstruktion, Gestaltung, Ornamentik. Calwey, München.

Za povečavo kliknite na sliko
Click on picture to enlarge

sl. 1	sl. 2	sl. 3
sl. 4	sl. 5	sl. 6
sl. 7	sl. 8	sl. 9
sl. 10	sl. 11	sl. 14
sl. 14	sl. 16	sl. 16
sl. 17	sl. 17	sl. 17
sl. 18	sl. 19	sl. 21
sl. 22

sl.1
Vir: Frei, O., 1982: Naturliche konstruktionen. Deutsche Verlags-Anstalt. Stuttgart, str.2.

sl.2
Oblike elementarnih bivališč- primitivna streha

sl.3
Okrogli šotor

sl.4
Šotor s slemensko lego- dolgi šotor

sl.5
Povezovanje vozlišč in križišč z ovijalkami, kitami, črevesjem in kožnimi jermeni.

sl.6
Prva lesena konstrukcija

sl.7
Naravna rogovila, ki se na vrhu razvije na dve tanjši strukturi v obliki črke y.

sl.8
Strešni okvir stabiliziran s podporami

sl.9
: Elementarna lesna zveza- pero in utor

sl.10
Vrtanje s toploto, kamnito šilo

sl.11
Leseni žeblji, mozniki

sl.14
Lesne zveze konstrukcije brunarice

sl.16
Tesarsko orodje: 1 kladivo, 2 žepno merilo, 3 ročna žaga, 4 vlečna žaga, 5 mala sekira- malarin, 6 velika sekira- puntaka, 7 tesača- plenkača, 8 sekira za obtesavanje- cimeraka, 9 jeralnik, 10 grezilo, 11 vodna tehtnica

sl.17
Različne izvedbe lesenih zvez

sl.18
Okvirna konstrukcija z opečnatim ali kamnitim polnilom

sl.19
Osnovni tipi lesnih zvez, ki so še vedno v uporabi

sl.21
Konstrukcijski princip Balloon frama