Postaveno

Když udeří přírodní katastrofa – například zemětřesení nebo tornádo – obvykle se příliš nemluví o budovách, které odolaly silám přírody. To je škoda, protože příběhy těchto pevných staveb zůstávají nevyprávěné. Přitom právě tyto příběhy – o inženýrské vynalézavosti, složitých výpočtech, inovativním myšlení a bleskovém řešení problémů – se tato kniha snaží přiblížit.

Na této cestě získáte lepší představu o historii stavebního (konstrukčního) inženýrství i hlubší pochopení vědy a umění, které stojí za budovami, v nichž žijeme a pracujeme, i za úžasnými stavbami, před nimiž si pořizujeme selfie. V tomto shrnutí se také dozvíte, proč byl lidský odpad kdysi cenným zdrojem, jak získat vodu v suché krajině a které zvíře může sloužit jako dobrý model pro budovu.

Dne 27. srpna 1907 pracovalo vysoko nad řekou svatého Vavřince v Kanadě na stavbě quebeckého mostu 86 dělníků. Stavba probíhala už čtyři roky, ale onoho osudného odpoledne se velká část mostu zřítila. Katastrofa trvala méně než dvacet sekund a připravila o život 75 pracovníků.

Bohužel se o konstrukčním inženýrství obvykle mluví jen tehdy, když se stane něco takového – když hlavní inženýr udělá chybu ve výpočtech a dojde ke katastrofě. Triumfy konstrukčního inženýrství však máme všude kolem sebe. Každá nepoškozená budova je důkazem hlubokého porozumění, které inženýři mají pro přírodní síly a napětí, jež tyto síly vyvolávají v umělých konstrukcích.

Obecně lze říci, že existují dva základní typy sil, které na konstrukce působí: tlak a tah. Když na nějaký objekt působí hmotnost, síla směřuje dolů a objekt je namáhán tlakem. Například když stojíte vzpřímeně, vaše nohy jsou v tlaku, protože nesou sílu vaší tělesné hmotnosti. Naopak, když na objekt působí hmotnost směrem dolů tak, že ho táhne, je namáhán tahem. Kdybyste například zvedli bowlingovou kouli, vaše paže by byla v tahu.

Kdybychom nedokázali tyto síly usměrnit, nebyli bychom schopni postavit vůbec nic. Proto lidé už velmi brzy vymysleli systémy, které právě to umožňují.

Naši dávní předkové jistě uměli s tlakem pracovat, i když spíše intuitivně. Podle toho, co víme, jejich první stavby byly jednopodlažní hliněné chatrče využívající nosný systém: hmotnost budovy se přenášela dolů přes silné hliněné zdi, které byly namáhány tlakem.

V určitém okamžiku se naši předkové naučili pracovat i s tahem. Jakmile měli k dispozici vhodné stromy, začali stavět domy z klád, které navzájem spojovali. Konstrukci pak utěsnili proti povětrnosti tím, že ji překryli zvířecími kůžemi nebo tkanými rostlinami. Na rozdíl od hliněných chatrčí tyto stavby využívaly rámový systém: hmotnost konstrukce se přenášela přes klády, které se o sebe opíraly a byly namáhány tahem i tlakem.

Tlak a tah – a oba základní systémy, které jsme si k jejich usměrnění vymysleli – jsou nedílnou součástí stavebnictví od doby, kdy vznikly první budovy. A dnes nejsou o nic méně důležité.

Mnoho inženýrů propadlo stavitelskému nadšení už v dětství – často při hraní s první stavebnicí LEGO. A ve skutečnosti se moderní budovy od staveb z lega zase tolik neliší: i ony se skládají z řady menších komponent.

Podívejte se na téměř jakoukoli stavbu a zjistíte, že její nosná konstrukce je tvořena sítí trámů, sloupů, vzpěr a vazníků.

Sloupy jsou svislé pilíře, které se obvykle používají k přenášení tlaku. Staří Řekové a Římané dovedli použití sloupů k dokonalosti a proměnili tyto vertikální prvky konstrukce v umělecké dílo. Zvlášť impozantní jsou sloupy Parthenonu v Athénách či sloupy na římském fóru.

Trámy jsou dlouhé, pevné vodorovné prvky, obvykle ze dřeva, oceli nebo železobetonu. Většinou tvoří kostru podlah a stropů. Když po nich někdo chodí nebo když na nich leží střešní konstrukce, přenášejí hmotnost na sloupy, na nichž spočívají.

Části rámu, které nejsou ani vodorovné, ani svislé, se nazývají vzpěry nebo podpěry. Pokud je rozpětí příliš velké na to, aby ho samotné trámy překlenuly, používají se k zajištění stability vazníky. Vazníky jsou trojúhelníkové nosné konstrukce složené ze sloupů, trámů a vzpěr. Jsou praktičtější než masivní trámy, protože jejich jednotlivé části se snadno přepravují a mohou být sestaveny přímo na místě. Trojúhelníkový tvar je navíc sám o sobě velmi stabilní. Vazníky se často používají při stavbě mostů. Slavný příklad představuje most Golden Gate – po celé jeho délce můžete vidět trojúhelníkový vzor, což jsou vazníky v akci.

Nosná kostra většiny staveb využívá jen tyto čtyři základní prvky. Některé budovy jsou však tak velké, že potřebují ještě něco navíc: jádro. Můžete si ho představit jako páteř budovy. Jádra bývají z oceli nebo betonu a pomáhají přenášet vnější síly. Když na budovu působí silný vítr nebo jiná síla, centrálně umístěné jádro ji zachytí, přenese dolů a téměř se neprohne – budovu je pak téměř nemožné převrátit.

Jiné moderní budovy volí odlišný přístup. Místo vnitřního jádra využívají zpevněný vnější rám. Takové konstrukce se nazývají diagridy nebo vnější ztužené rámy. Dva známé příklady představují londýnský mrakodrap The Gherkin a pařížské Centre Pompidou.