Architektura ryglowa

Muzeum in Bad Munster am Stein. Budynek z arch. Tadao Ando. Źródło: www.baunetzwissen.de

Architektura szachulcowa – z niemieckiego fachwerk architektur, z angielskiego half-timbered architecture, z francuskiego architecture à colombages to określenie tej samej techniki, która ukształtowała się w średniowieczu i zdominowała budownictwo w niemal całej Europie Zachodniej i Środkowej. Jej popularność wynikała z łatwości budowania przy minimalnym zużycia surowca. Od samego początku istnienia naszej pracowni, fascynowały nas próby adaptacji tej tradycyjnej techniki do warunków współczesnego budownictwa. Przy czym nigdy nie chodziło nam o stworzenie architektury ze skansenu. W miarę jak Europa i świat ponownie zwracają surowcom odnawialnym, my chcemy ożywiamy tę niezwykle efektowną technikę i staramy się tchnąć w nią ducha nowoczesności!

Mur pruski czy szachulec?

Na wstępie należy usystematyzować różne nazwy, które w szerokim znaczeniu odnoszą się do tego samego spektrum ale różnią się szczegółami. W skrócie można powiedzieć że architektura ryglowa i szachulec to nazwa pierwotnej techniki, w której drewniany szkielet wypełniano plecionką gałązek oraz polepą z trocin i gliny. Natomiast popularna w Polsce nazwa mur pruski to znacznie późniejsza XIX wieczna wersja, gdzie szkielet wypełniano cegłami.

Szkielet

Zasady konstruowania szkieletu słupowo ryglowego w zasadzie nie zmieniły się od czasów średniowiecza. Wykonuje się go technikami ciesielskimi bez użycia gwoździ i innych łączników stalowych.

Składa się z solidnych krawędziaków drewnianych o przekroju zbliżonym do kwadratu o boku od około 12 do 30 cm. Dlatego ten typ konstrukcji drewnianej dziś nazywamy szkieletem masywnym – jako przeciwieństwo szkieletu lekkiego – np. kanadyjskiego. Każdy element pełni w ścianie określoną funkcję, od której wywodzi się jego nazwa.

Przede wszystkim są to pionowe słupy, połączone poziomo krótkimi odcinkami – ryglami.

Razem tworzą one charakterystyczne prostokątne pola – stąd w fachowym języku budowlanym używamy określenia: konstrukcja słupowo-ryglowa, a w potocznym: ryglowa.

Ponadto każda ściana posiada na dole podwalinę, która – pośredniczy w osadzeniu słupów na fundamencie lub na stropie kolejnej kondygnacji oraz oczep,

który przenosi obciążenie wyższych kondygnacji lub dachu na słupy. W narożnikach ścian umieszczano skośne zastrzały,

które zapewniają im sztywność w taki sam sposób jak możemy to zaobserwować w naszych przydomowych ogrodzeniach, bramkach i furtkach, które bez skośnych elementów nie utrzymały by odpowiedniego naprężenia.

Niekiedy, w bardziej newralgicznych miejscach szkieletu umieszczano dużą ilość rozmaicie skonfigurowanych zastrzałów, w taki sposób, że nadawały one poszczególnym ścianom cech konstrukcyjnych ustroju kratownicowego

– czyli takiego jak możemy zaobserwować choćby w stalowych przęsłach wiaduktów kolejowych. Dlatego inna nazwa zastrzałów to krzyżulce

od nazwy tych elementów właśnie w kratownicach. Słupy rygle i zastrzały najczęściej łączono na czopy i wręby, zbijane ćwiekami.

Zaś podwaliny i oczepy łączono prostokątnie na tzw. jaskółcze ogony lub zamki francuskie

. Na złożone w ten sposób ściany układano belki stropowe i ciesielską konstrukcję więźby dachowej.

Bywało, że w przypadku budynków wielokondygnacyjny, belki stropowe kolejnych pięter wystawały za obrys ściany poniższej, pozwalając w ten sposób na stopniowe wysuwanie do przodu lica kolejnych pięter. Zabezpieczało to elewacje wyższych budynków przed zaciekaniem wody opadowej.

Szkielet tworzy samodzielną i sztywną strukturę. Dlatego można było wypełnić go dowolnym materiałem pozbawionym waloru konstrukcyjnego.

Pierwotnie najczęściej była to polepa

z gliny i trocin narzucona na plecionkę ze szczapek drewnianych i cienkich gałązek. Był to materiał częściowo odpadowy, przez co znacznie bardziej dostępny od litego drewna. Dawał też stosunkowo dobre parametry termiczne – stąd tak duża popularność tego rodzaju architektury w chłodniejszej części Europy, wyznaczonej mniej więcej obszarem na północ od Alp.

Widoczna konstrukcja

Drewniane belki pozostawiano widoczne i zabezpieczano najczęściej dziegciem, który barwił je na ciemny kolor. Zaś glinianą polepę z czasem pokrywano białym wapnem, które chroniło ścianę przed insektami. W ten sposób powstawała charakterystyczna elewacja szachulcowa składająca się z czarnej kraty i jasnych pól. Skromniejsze budynki budowano w tej formie do końca XIX-tego wieku. Na terenie współczesnej Polski najwięcej tego typu domostw zachowało się na Pomorzu – szczególne w jego zachodniej części. Mówi się wręcz niekiedy, że Województwo Zachodniopomorskiej to kraina „domów w kratę. W pewnym stopniu przyczyniła się do tego XVIII-wieczna reforma Fryderyka II Wielkiego zakazująca w ówczesnych Prusach budowania z drewna litego (np. z bali lub płazów), bowiem ambitny król pilnie potrzebował tego surowca do stworzenia floty morskiej. Pojedyncze chałupy, niekiedy całe gospodarstwa i liczne drewniane kościoły są cechą rozpoznawczą wsi w morenowym krajobrazie północno-zachodniej Polski oraz przyległej do niej niemieckiej Meklemburgii.

Na przestrzeni wieków przy większych budowlach sakralnych czy bardziej zamożnych gospodarstwach lub domach miejskich zaczęto w coraz większym stopniu wykorzystywać walor dekoracyjny architektury szachulcowej. W szczególnie ozdobny sposób eksponowano skośne krzyżulce tworząc z nich całe złożone kompozycje na fasadach – zwłaszcza w szczytach budynków. Szczególnie dekoracyjne formy wykształciły się w północnych Niemczech, Francji i Anglii, gdzie często ozdobność szachulców podkreślano bogata kolorystykę i reliefem. W Polsce najbardziej efektownie prezentują się elewacje w żuławskich domach podcieniowych.

Były to najczęściej przydrożne gospody. Osobnym rozdziałem są różne formy tej architektury na Dolnym Śląsku – w tym najsłynniejsza i najbardziej efektowna –Świątynia Pokoju w Świdnicy (link do fotorelacji).

Poszczególne regiony Europy, wykształciły też własną charakterystykę kształtowania formy i elewacji domów szachulcowych. Na przykład na Wyspach Brytyjskich szachulec miał bardziej wertykalny układ, z gęsto rozstawionymi słupami co około 50 cm. Zaś w obszarze oddziaływania kultury niemieckiej podziały te były bardziej zbliżone do kwadratu o boku około 80-100cm.

Współczesność

Od samego początku naszej działalności w północnej i zachodniej Polsce powzięliśmy misję ożywienia architektury ryglowej. Jak zawsze fascynowała nas praca z „żywym drewnem” i autentycznym rzemiosłem. Dlatego z miejsca odrzucaliśmy takie imitacje jak zdobienie pseudo-szachulcem konwencjonalnie murowanych ścian.

Uznaliśmy, że tak jak południowe regiony górskie posiadają swoją wyrazistą i wciąż kultywowaną tradycje budownictwa drewnianego, tak po latach niebytu, północ zasługuje na ożywienie tradycji architektury szachulcowej. Dlatego z piłą i dłutem w ręku, sami uczyliśmy się wycinać łącza ciesielskie i składać szkielet drewniany bez użycia gwoździ.

Dzięki takiemu doświadczeniu mogliśmy później przygotowywać precyzyjną dokumentację projektową – trochę na zasadzie instrukcji składania mebli. A to szczególnie ważne tam gdzie zanikła tradycja i brakowało rzemieślników wyuczonych z pokolenia na pokolenie.

Klasa drewna

Nie wszystko złoto co się świeci. To chyba naczelna zasada przy stosowaniu tradycyjnych technik ciesielskich. Bowiem nie zawsze to, co utożsamiamy z najlepszej jakości materiałem j stanowi najbardziej optymalne rozwiązanie na budowie. Przede wszystkim ten typ budownictwa wcale nie wymaga stosowania drewna standaryzowanego najwyższej klasy i minimalnej wilgotności.

Tym bardziej typowy szkielet szachulcowy nie spożytkuje właściwości nowoczesnego – ale i drogiego – drewna klejonego KVH, czy klejonych warstwowo ustrojów BSH. Szczególnie ten drugi rodzaj drewna, powinno się stosować wyłącznie tam, gdzie szczególne parametry architektoniczne wymagają bardzo dużej wytrzymałości pojedynczych belek. Tradycyjny szkielet ryglowy jest tworem łącznym, gdzie pojedyncze elementy współpracują w grupie i samodzielnie nie przenoszą dużych obciążeń. Dlatego wystarczy tu zwykłe drewno tartaczno-budowlane. Do obliczeń przyjmujemy klasę C24 i wilgotność na poziomie 18%. Jednak norma ustala wymagane parametry drewna dla wszystkich typów ścian drewnianych – również takich gdzie pojedyncze belki pracują odrębnie. Wówczas zbyt wilgotne drewno dosychając mogłoby się wypaczyć lub obluzować stalowe łączniki.

W tradycyjnym szkielecie ryglowym wszystkie elementy połączone są na blokujące się wzajemnie zamki ciesielskie, które pomagają przenieść niekontrolowane naprężania pojedynczego elementu na całą konstrukcję i równomiernie rozładowywać. Zbytnie „wzmacnianie” konstrukcji materiałem stawiającym miejscowy opór mogłoby zakłócić tę równowagę. Dlatego, przede wszystkim unikamy stosowania stalowych łączników. Ponadto w praktyce dopuszczamy stosowanie drewna, pospolitego gatunku, niższej klasy – do C16 i większym stopniu wilgotności. Nie należy przecież zapominać, że w miarę wilgotności drewno jest bardziej elastyczne zginanie. To ważne by w procesie montażu pojedyncze elementy nie stawiały zbytniego oporu tam gdzie trzeba je odpowiednio skonfigurować. Jeśli szkielet jest dobrze zaprojektowany, to sieć wzajemnych powiązań pozwala uzyskać równomierne naprężenie już później – w czasie dosychania gotowej konstrukcji – bez ryzyka deformacji geometrii. Należy jednak pamiętać, że konstrukcja zmontowana z wilgotnego drewna, od momentu zadaszenia wymaga jakiegoś czasu na doschnięcie – tak aby obciążenie wypełnieniem nie spowodowało ugięć wilgotnych elementów i „zapamiętania” odkształceń podczas dosychania.

Gatunek drewna

Podobna zasada dotyczy wyboru gatunku drewna. Owszem

kiedyś trwałość budowli zapewniało używanie twardych gatunków takich jak dąb. Ale nie zapominajmy, że były to czasy gdy w bardzo ograniczonym stopniu można było zabezpieczyć konstrukcję przed zagrożeniem ze strony takich żywiołów jak woda czy ogień. Dziś, przy nowoczesnych technologiach izolacyjnych i przepisach p. poż widzimy to zupełnie inaczej.

Dąb jest drogi, trudny w obróbce i ciężki. Dlatego jego zastosowanie warto ograniczyć wyłącznie do podwaliny montowanej bezpośrednio na fundamentach. Jest to jedyne miejsce gdzie zachodzi realna obawa wilgoci – i to pochodzącej wyłącznie z deszczu odbijającego się od podłoża.

Z dębu zaleca się też wykonywanie ćwieków drewnianych, którymi zbija się połączenia ciesielskie. W pozostałych miejscach lepiej go unikać, bowiem z uwagi na naturalny pokrój dębu – szczególnie szypułkowego (Quercus robur), z jednego pnia wycina się wiele belek, które tym samym pochodzą z różnych jego partii. Jeśli belka będzie wycięta daleko od rdzenia, to później naturalnie będzie się odkształcać w jego kierunku. Dlatego na szeregowe elementy konstrukcji lepiej stosować pospolite gatunki iglaste, takie jak sosna (Pinus sylvestris), świerk (Picea abies) i jodła (Abies alba), których drewno wprawdzie jest mniej wytrzymałe ale pokrój pozwala łatwo wycinać elementy konstrukcyjne z rdzenia. Bowiem o ile współczesne fundamenty przejmą naprężenia dębowej podwaliny, o tyle wyższe partie konstrukcji mogłyby im nie sprostać. Dawniej nie przywiązywano aż takiej wagi do zachowania nienaruszalnej geometrii budowli. Dziś ma to znacznie by konstrukcja drewniana zachowywała ścisły wymiar – a sprzyja temu paradoksalnie jej większa elastyczność. Z tego samego względu należy zachować umiar z masywnością szkieletu – eksperymentując z różnymi przekrojami krawędziaków – od 12 do 30 cm zauważyliśmy, że te bardziej masywne poprzez swoją siłę częściej powodują wypaczanie całej konstrukcji, a zbytnio unieruchomione same w sobie zaczynają intensywnie pękać. W tym sensie rożne skrajne opinie wywołuje stosowanie drewna modrzewiowego . Z jednej strony, modrzew pospolity (Larix decidua) jest relatywnie tanim i łatwo dostępnym gatunkiem. Obfite wylewy żywicy naturalnie chronią go przed insektami nawet przez setki lat. Jest wiec gatunkiem trwałym – o czym świadczy duża ilość zachowanych, zabytkowych kilkusetletnich dworów i kościołów. Ma też wyjściowo szlachetny rdzawy kolor, który z czasem przechodzi w naturalnie głęboki ciemny brąz. Z drugiej jednak strony właśnie najbardziej na modrzewiu tego, że zbyt masywne elementy bardzo niekorzystnie wichrują i pękają – nawet długo po wysuszeniu.

Wypełnienie.

O ile tradycyjnego szkieletu ciesielskiego do współczesnych warunków okazuje stosunkowo prosta. O tyle jego wypełnienie jest odrębnym zagadnieniem i polem do korzystania ze współczesnych technologii. Dawniej zupełnie inaczej postrzegano termikę budynku i komfort jego użytkowania. Przygotowując pierwsze projekty budynków szachulcowych wychodziliśmy z założenia, że tradycyjne organiczne wypełnienie nadaje się wyłącznie do skansenu. Ale były to czasy gdy rozwiązaniem na wszelkie bolączki budowlane wydawał się skrót MBS – Mur, Beton, Styropian. A zawołanie „jeszcze więcej styropianu!” mogło być codziennym pozdrowieniem na każdej budowie. W takich warunkach sensownym kompromisem wdawało się wypełnianie konstrukcji ryglowej utwardzoną wełną mineralną pokrytej siatką na kleju i tynkiem cienkowarstwowym. Jednak wtedy konieczne jest wewnętrzne poszycie konstrukcji płytą OSB, tak aby wełna mineralna nie wypadała z szachulców. Dla wyeliminowania mostków termicznych, na stykach należy ją dodatkowo doszczelnić pianą PIR. W zależności od grubości konstrukcji, wełna w szachulcach może mieć grubość od 12 do 18 cm. Dlatego od wewnątrz należy zaprojektować od 10 do 15 cm dodatkowej termoizolacji na pod konstrukcji drewnianej lub profilach albuminowych, do których następnie montuje się wykończenie suche. Pewnym problemem wykonawczym są mokre prace tynkarskie, podczas których łatwo zabrudzić dekoracyjnie wykończony szkielet. Ponadto tynk cienkowarstwowy łatwo kruszy się na styku z belkami. Dlatego znacznie lepszym wykończeniem szachulców jest stosowanie płyt cementowo-włóknowych na łatach pośrednich

W zależności od grubości konstrukcji, wełna w szachulcach może mieć grubość od 12 do 18 cm. Dlatego od wewnątrz należy zaprojektować od 10 do 15 cm dodatkowej termoizolacji na pod konstrukcji drewnianej lub profilach albuminowych, do których następnie montuje się wykończenie suche. Pewnym problemem wykonawczym są mokre prace tynkarskie, podczas których łatwo zabrudzić dekoracyjnie wykończony szkielet. Ponadto tynk cienkowarstwowy łatwo kruszy się na styku z belkami. Dlatego znacznie lepszym wykończeniem szachulców jest stosowanie płyt cementowo-włóknowych na łatach pośrednich

Stosowanie wełny ma jednak pewne wady. Sama w sobie jest też miękka więc ścianie brakuje poszycia. Funkcję tę przejmuje płyta OSB – kiedyś podstawowy materiał w budownictwie drewnianym. Jednak jej produkcja jest obciążeniem dla środowiska, zaś obórka na budowie szkodliwa dla zdrowia. Ponadto poszycie z płyty OSB nadmiernie usztywnia konstrukcję utrudniając jej zrównoważony rozkład naprężeń – o czym wspominałem powyżej. Wełna w zależności od warunków wilgotnościowych może się też odkształcać i zbijać – co z czasem powoduje mostki termiczne. Dlatego konieczne jest doszczelnianie na stykach pianą PIR. Jednak nie zawsze da się zapanować nad tym procesem. Ponadto kruszywo wykorzystywane do produkcji wełny stanowi surowiec kopalny, a jego obróbka jest wysokoemisyjna – czego idąc w kierunku materiałów odnawialnych staramy się dziś unikać.

Nowoczesną alternatywą dla wełny mineralnej jest wełna drzewna, która znacznie lepiej sprawdza się w budownictwie ryglowym. Producenci tacy jak STEICO oferują szeroką gamę naturalnych produktów przypominających nieco dawne płyty „suprema” czy płyty pilśniowe. Powstają one z prasowanych wiórów – odpadów z obróbki drewna. Dlatego ich produkcja jest znacznie mniejszym obciążeniem dla środowiska. W zależności od rodzaju, produkty z wełny drzewnej, mogą pełnić rolę termoizolacji, wiatroizolacji, a nawet usztywnienia konstrukcji. Dlatego w takiej technologii cala ściana szachulcowa wraz z ociepleniem zyskuje niemal jednolitą strukturę materiałową oparta o drewno i jego pochodne. Tym samym uzyskujemy przegrody naturalnie oddychające i w znacznym stopniu wytworzone z materiałów odnawialnych.

Żyjemy w czasach, kiedy miarą nowoczesności nie jest już ujarzmianie natury lecz zrównoważony rozwój i coraz głębszy powrót do korzeni. Dlatego to co niedawno wydawało się awangardą dla pasjonatów dziś przybiera formę popularnych rozwiązań. Zaczynając swoją przygodę z architekturą szachulcową, niemal z miejsca odrzuciliśmy tradycyjne wypełnienie plecionką i polepą słomiano-glinianą jako nieprzystające do współczesnych standardów użytkowych. Dziś po ponad dekadzie doświadczeń czas zrewidować ten pogląd. Słoma staje się coraz bardziej popularnym materiałem budowlanym. Przegrody ze słomy są jednorodne, oddychające i ciepłe, a sama produkcja wręcz korzystna dla środowiska. Budownictwo ze słomy kiedyś wydawało się awangardą, zaś dziś przybiera formę popularnych rozwiązań systemowych takich jak choćby technologia REIHERDA MORITZA czy produkty systemowe firmy ECOCOCON. Owszem słoma sama w sobie niesie pewne ograniczenia konstrukcyjne, utrudniające projektowanie bardziej efektownej architektury. Ale tu właśnie tworzy się przestrzeń dla optymalnego wykorzystania właściwości szkieletu słupowo-ryglowego. Słoma występuje w różnej postaci. Mogą to być na przykład sprasowane bloczki – podobne do tych jakie formują maszyny rolnicze. Stosunkowo łatwo wykonać też bloczki z sieczki słomianej i gliny. Mogą to też być systemowe panele, przygotowane na zamówienie. W każdy przypadku jest to materiał elastyczny, który swobodnie odpowie na naprężenia konstrukcji drewnianej bez ryzyka mostków termicznych. Słomiane wypełnienie najlepiej pokryć tynkiem glinianym, który w unowocześnionej formie przeżywa swój renesans. Przegroda słomiana w większości nie wymaga stosowania dodatkowych membran izolacyjnych dlatego ma jednorodną strukturę, a wiemy już że – koniec końców – to prostota stanowi największą wartość budownictwa. Tym samym po wielu wiekach historia zatacza koło, a my szukając nowoczesności niechybnie wracamy do korzeni.