6 Konštrukcia – oceľ a drevo

trom života

Podnadpis Dom ako skladačka – bývanie, ktoré starne s vami Pre pokojné večery Hviezdne noci v náručí drevostavby pre vyšší vek

Pohrávanie sa s lodnými kontajnermi prináša takmer nekonečné množstvo variantov usporiadania. Mne osobne sa najviac osvedčil koncept troch pravidelne rozložených kontajnerov na jedno podlažie. Do celkovej výmery 77 metrov štvorcových na poschodie sa mi tak podarilo dostať úplne všetko potrebné. Bystrejšiemu oku určite neuniklo, že celá konštrukcia stojí na opakujúcich sa, modulárnych častiach. S trochou nadsázky by sme mohli povedať, že dom má tri hlavné strany. Miesto, kde sa spájajú čelá kontajnerov, tvorí prirodzený vstup do objektu, pričom samotné kontajnerové steny mením minimálne – vlastne len tam, kde rezaním vytvárame dodatočné otvory.

Prispôsobí sa každému pozemku

Pozrime sa na celú skladačku najskôr zvonku. Každý pozemok je jedinečný a jeho rozmery nám presne diktujú, ako môžeme kontajnery od seba oddialiť, pričom do hry vstupuje aj požadovaná šírka vstupných dverí. Elegantne tak vieme vyriešiť lícovanie hrany stavby voči hranici parcely a dodržať minimálne zákonné vzdialenosti od susedov. Podľa svetových strán a polohy vstupov následne určíme ideálne miesto pre terasu. Hoci nám táto modulárna stavebnica umožňuje umiestniť terasu rovnako na prízemie ako na poschodie, z hľadiska čistého pragmatizmu je najefektívnejšie ponechať vstup do domu, vonkajší výťah a terasy v jednej línii presne pod sebou.

A teraz vám prezradím, kam až ma strojársky AutoCAD a fantázia pri návrhoch zaviedli. Stále sa bavíme o tej istej základnej konštrukcii, z ktorej som dokázal vyvinúť tri hlavné verzie: pre mladý, stredný a starší vek. Mimochodom, ako alternatívu som naprojektoval aj zdieľanú študentskú bunku pre troch študentov, či bývanie pre tri seniorské páry, ktoré sú vysunuté do priestoru a prepojené spoločným stredom. K tomuto nápadu ma silne inšpiroval režisér Stéphane Robelin a jeho skvelý film: Čo keby sme žili všetci spoločne?.

Verzia 1: Mladý pár a hviezdna obloha

V prvej verzii sú obyvateľmi domu mladí partneri. Dom je dvojpodlažný, takže chôdza po schodoch nepredstavuje žiadny problém. Pre štipku romantiky som sem zakomponoval jeden unikátny prvok. Na poschodí nájdete otvorenú galériu (diera v podlahe) s dreveným zábradlím. Nad týmto priestorom vzniklo malé medziposchodie, a to vďaka tomu, že som zo strechy doslova vyrezal šesťuholník a doplnil ho oknami. Vzniklo tak čarovné miesto, kde môžete ležať priamo pod hviezdnou oblohou, hrať spoločenské hry alebo len tak sledovať západ slnka.

Verzia 2: Stredný vek a dôraz na relax

Keď dom obýva pár v strednom veku, priority sa menia. Prvou výraznou zmenou prechádza schodisko – zmiernil som jeho sklon a pôvodný dynamický tvar písmena Y som nahradil pohodlnejším tvarom písmena C. Prechodová miestnosť s vodou sa transformuje na praktickú druhú toaletu. Malý interiérový výťah som potiahol až na najvyššie podlažie, aby ušetril čo najviac krokov. Výrez v streche v tejto verzii nenájdete, namiesto toho sa celý interiér transformuje na dokonalú oázu pokoja a zaslúženého oddychu po celom dni v práci.

Verzia 3: Starší vek a Strom života

Táto úprava je mojou osobnou srdcovkou a je skôr ukážkou jedinečného vizionárstva než bežného štandardu. Poďme na to opäť zvonku. Priestor je v tejto konfigurácii mimoriadne štedrý. Hoci by som mohol dva kontajnery úplne odobrať, páči sa mi plný, kompaktný tvar domu. Kontajnery som preto prisunul bližšie k sebe, presne na šírku vstupných dverí. Suterén som zapustil hlbšie do zeme, vďaka čomu do domu vedú maximálne tri pohodlné schody. Terasu presúvam na prízemie, kde môže slúžiť aj ako bezbariérový prístup. Strecha zostáva prázdna, slúži len na tienenie a zber dažďovej vody. Zmenšenie vzdialeností mi umožnilo znížiť vnútornú výšku stropov aj samotnej strechy. Dom je celkovo rafinovanejší, no vnútri stále kráľovsky priestranný. Poďme však do samotného stredu interiéru, kde prichádza tá najzásadnejšia zmena. Vnútorné steny, ktoré pôvodne kopírovali obvod kontajnerov, som premenil na integrované policové systémy a skrine. Tento krok eliminoval akýkoľvek hluchý priestor. Schodisko som upravil na maximálne prirodzenú mieru ľudského kroku. Všetky hlavné technologické prívody som zo suterénu vyviedol priamo do geometrického stredu domu a poslal ich kolmo nahor ako akýsi energetický anuloid. A tu prichádza zlatý klinec celého projektu: technológie som kompletne zabalil do umelej konštrukcie dreveného stromu, ktorý tvorí samotné srdce domu. Cez jeho konáre sú distribuované všetky energie a rozvody až na poschodie. Predstavte si ten pocit. Navaríte si v kuchyni skvelé jedlo, prejdete pár krokov a zjete ho priamo pod korunou stromu. Ste v interiéri, no vďaka všadeprítomnej imitácii dreva, dekoratívnej pouličnej lampe či malej zenovej záhradke sa cítite ako uprostred živej prírody. Keď vyjdete na poschodie, strom pokračuje aj tam. Polovica poschodia je otvorená, vyhradená pre kreatívne koníčky, maľovanie alebo prácu za veľkým stolom pod priznanými stropnými nosníkmi, ktoré evokujú atmosféru horskej chaty. Keď pocítite únavu, stačí prejsť pár metrov do oddychovej zóny, kde atmosféru dotvára jemné LED podsvietenie. Ak by som chcel tento koncept posunúť do absolútnej dokonalosti, použil by som moderné virtuálne okná – elektronické imitácie denného svetla, ktoré dokážu simulovať akékoľvek počasie či výhľad. V takomto dome si skrátka sami zvolíte, aký deň chcete mať. Presne preto som tento projekt nazval Dom so stromom života. Pohľad na tento dominantný prvok dramaticky zvyšuje kvalitu bytia a strom, presne ako krv v žilách, distribuuje energiu a zabezpečuje filtráciu vzduchu. Do takýchto detailov som to v hlave a vo virtuálnom priestore navrhoval už pred desiatimi rokmi. Čo poviete, chceli by ste v takomto dome stráviť nejaký čas?

5 Konštrukcia – drevený dom

Drevostavba

Podnadpis Keď sa oceľ podvolí drevu Drevo Hrejivé objatie dreva

Prízemie v mojom projekte predstavuje pomyselný prechod od sivej ocele k hrejivému drevu. Podlaha – a zároveň strop suterénu – je tvorená z masívnych drevených fošní. Steny síce stále definujú lodné kontajnery, no ich oceľovú výplň som primárne použil na obvodové steny, čím sa vnútorný priestor krásne otvoril. Strop prízemia tvoria opäť pevné fošne a odtiaľ sa už pomocou drevených hranolov plynule napájame na samotné poschodie. V tomto otvorenom priestore však okrem bežného vybavenia nájdete aj skutočné konštrukčné lahôdky. Spomeniem napríklad špeciálnu bezpečnostnú šachtu pre kuchynský silnoprúd, rotačné komorové police, alebo zabudovaný interiérový výťah vedúci priamo do suterénu. Dominantou celého priestoru je veľkorysé schodisko na poschodie v tvare písmena Y, ktoré v sebe ukrýva dômyselné úložné priestory. Skvelým strojárskym prínosom spojenia kontajnera a fošne je ich vzájomné uloženie – obrovská váha ocele totiž zviera drevenú fošňu pevne ako vo zveráku, čo celej stavbe dodáva vysokú stabilitu.

Akonáhle vystúpite po schodisku na poschodie, ocitnete sa v čistej drevostavbe. Všade okolo vás sú fošne, dosky a hranoly. Nájdete tu však dve mimoriadne zaujímavé konštrukcie – jednu priamo pod nohami a druhú nad hlavou. Kým strop nad hlavou priznáva svoju surovú krásu v podobe odhalených fošní a dosiek, podlaha pod nohami je odpoveďou na čistú funkčnosť priestoru.

Podlaha vo vnútornej časti dokonale kopíruje tvarovú dispozíciu domu. Následne však elegantne prechádza ponad kontajner, pokračuje smerom von a vytvára veľkú, otvorenú terasu. Táto terasa je skutočnou, vizuálne efektnou dominantou domu. Jej primárnym účelom je pestovanie čerstvých byliniek a menších rastlín, ktoré to majú z terasy do kuchyne iba na skok. K tomuto záhradkárskemu zámeru prislúcha aj malá prechodová miestnosť. Nájdete v nej prístup k vode aj úložné miesto pre pracovné náradie. Vďaka tomu splníte dôležitú podmienku – späť do obytného domu vstúpite vždy dokonale čistí. Keďže váha plných kvetináčov a vriec so zeminou nie je zanedbateľná, zakomponoval som sem aj vonkajší stredový výťah. Ten bez námahy dopraví zeminu, hnojivo a všetok ťažký materiál.

Strecha domu je plochá a zároveň slúži ako strop poschodia. Krokvy sú vymyslené ako masívne fošne, na ktorých sú rozložené pevné, lisované OSB dosky. Celá táto konštrukcia je plne pochôdzna, takže máte kedykoľvek bezpečný prístup ku komínu, anténam alebo fotovoltike. Kľúčový je však premyslený vzťah medzi strechou a terasou, kde tvar rozhodne nie je náhodný. Strecha presahuje presne natoľko, aby v lete príjemne tienila okná na poschodí, no zároveň nebrala vzácne slnko kvetom na terase. Je ukončená v takej výške, že človek dokáže jednoduchým pohybom ruky priamo z terasy vyčistiť odkvapové žľaby. S tým úzko súvisí aj elegantný zber dažďovej vody pre potreby rastlín. Prístup na samotnú strechu je vyriešený rebríkom priamo z terasy – ide o bezpečnú výšku, ktorá je ideálna aj na prípadnú manipuláciu s materiálom.

Celá koncepcia tohto bývania je skrátka navrhnutá tak, aby sa človek dostal všade s minimálnym úsilím, maximálnym komfortom a hlavne bezpečne. Takto sme sa úspešne dostali od základov až na strechu, a od nej môžeme ísť v ďalších fázach opäť smerom nadol – cez izolačné vrstvy dosiek, zateplenie, finálne povrchy až po presné výrezy pre okná a moderné technológie. Týmto projektom som chcel svetu ukázať, že veci sa dajú robiť inak, efektívnejšie a s nadhľadom. A vidíte – popri tom všetkom opise som sa dokázal úplne vyhnúť tomu, aby som vôbec spomenul starý dobrý AutoCAD, v ktorom som to celé do posledného milimetra nakreslil!

4 Konštrukcia – oceľový kontajner

ontajnerový dom

Podnadpis Modulárny dom očami strojára Modularita Sloboda ukrytá v moduloch – architektúra zajtrajška, pokoj dneška

Tento projekt bol spočiatku iba snom. Vo svete plnom zložitosti som chcel ukázať cestu minimalizmu a nízkych nákladov pri stavbe modulárneho domu. Dom je v podstate živý organizmus. Mení sa spolu so svojím obyvateľom. Platí tu: nie človek má dom, ale dom má človeka. Ako strojár mám rád oceľ, ale rovnako blízke mi je aj drevo. Môj projekt tieto dva materiály dokonale prepojil.

Hlavná myšlienka bola jasná – rýchlo postaviť pevný skelet. A čo je rýchlejšie ako starý dobrý skrutkový spoj? Týmto spôsobom sú spojené všetky prvky od základne až po strešné nosníky. Pridaním lisovaných OSB dosiek som vytvoril pevnú, uzatvorenú škrupinu. Zoskrutkované oceľové kontajnery tvoria stabilnú základňu osadenú na betónových pätkách. Vďaka svojej váhe sú perfektnou oporou pre ľahkú drevenú konštrukciu nad nimi. Celý proces je navyše bezpečný – namiesto stavania lešenia okolo domu sa pri montáži kotví priamo o hotovú konštrukciu. Z praktických dôvodov som však celkovú výšku elegantne obmedzil suterénom.

Ako ideálny základ som zvolil vyradené lodné kontajnery s dĺžkou 6 metrov. Spodná vrstva slúži ako suterén, horná ako prízemie. Málokto dnes vlastní ideálny pozemok z reklamy s výhľadom na les. Sme v zastavanom prostredí a ja som chcel dať šancu aj malým parcelám. Proces je priamočiary: mechanizmy vykopú jamu, osadia sa betónové kocky a autožeriav zloží kontajnery priamo na miesto. Aj pri manipulácii pod vonkajším elektrickým vedením sa bez problémov zmestíme do výškových limitov. Na takto zaistenú základňu sa už len upevní zdvíhacie zariadenie a stavba z dreva môže rásť do výšky.

Prečo práve toto rozmiestnenie? Chcel som plný prístup k technológiám. Nemám rád, keď sú rozvody skryté kdesi v rohu steny. Centralizovaná distribúcia mi dáva slobodu. Najväčšou výzvou však bolo zlomiť klasické myslenie o ploche. Väčšina ľudí ukladá obdĺžnikové kontajnery vedľa seba v 90-stupňovom uhle. Ja som ich otočil o 60 stupňov do tvaru rovnostranného trojuholníka. Vďaka tomu som získal nielen plochu samotných kontajnerov, ale aj bonusový priestor uprostred nich. Kým ostatní vyťažia zo základnej plochy troch kontajnerov necelých 45 štvorcových metrov, ja som vďaka geometrii získal vyše 60. A dalo by sa ísť ešte ďalej. Ako strojár som sa však nenechal uniesť číslami nad 100 metrov štvorcových a zostal som na optimálnych 77. To mi umožnilo použiť štandardné dvere a bežné dĺžky drevených hranolov.

Táto plocha je ideálna pre technologické zázemie, skladovanie záhradných vecí, prezimovanie rastlín a samozrejme pre moju malú dielňu. A to je stále iba zlomok toho, čo som do tohto priestoru naplánoval.

3 Motor založený na koliesku

oliesko

Voľnoenergetický motor Redhefferov stroj trochu inak

Redhefferov stroj – alebo skôr jeho mechanizmus – je nesmierne zaujímavý. Charles Redheffer vo svojom stroji použil princíp, kde silu demonštroval pomocou klinov. Keby vtedy dokázal gravitáciu priviesť priamo stredom konštrukcie, napríklad cez dutý hriadeľ alebo axiálne ložisko, bolo by hneď jasné, o čo presne v tomto mechanizme ide. Vtedajšia doba ho však obmedzovala z hľadiska konštrukcie a rotácie elementov. Na samotnej geniálnej myšlienke to však nič nemení. Prevzal som túto konštrukciu, vložil do nej prvok umelo vytvorenej tiaže a celú som ju prestaval do oveľa efektívnejšieho tvaru.

Zariadenie som detailne rozpracoval, no zatiaľ nedotiahol do finálneho fyzického modelu. Podľa jednotlivých konštrukčných krokov a mechanických závislostí by to však malo bez problémov fungovať. Projekt som na nejaký čas odložil, no nedávno som ho opäť oprášil a nechal doň nahliadnuť dnešnú pokročilú umelú inteligenciu. Mechanika aj celková funkčnosť sa overili. Dokonca sme spoločne zostavili presné matematické vzťahy, ktoré tento mechanizmus popisujú.

Čo to znamená? Že projekt je jasne opísateľný, logický a funkčný. Hneď ako sa mi v budúcnosti uvoľní trochu času, rozhodne sa k nemu vrátim. Má totiž obrovskú šancu na reálny úspech.

2 Motor založený na tiaži ramena

Rameno

Voľnoenergetický motor (Všeobecný názov) Nevyvážené gravitačné koleso

Odložil som magnety a s nimi aj časovo náročné vypočítavanie vrstiev či optimalizovanie ideálnej polohy. Umelú silu som nahradil prirodzenou gravitáciou a celý systém som redukoval na krútiaci moment. Táto oblasť je plná reálne fungujúcich, rotujúcich mechanizmov. Stačí správny impulz a získame rotačný pohyb. Horšie je to však s overením. Vieme, že otvorený systém je vďaka dodatočnému narušeniu funkčný, no do určitej miery aj nepredvídateľný. Pekným príkladom je presun guľôčok po ramene, čím sa mení poloha ťažiska. Stačí pre ne vytvoriť správnu dráhu a môžeme meniť dokonca aj znamienko výsledného krútiaceho momentu. Podľa tvaru a náklonu dráhy môžeme ovplyvňovať aj ich zrýchlenie či spomalenie. Guľôčky sú skvelým príkladom toho, že polomer ťažiska nie je záležitosťou iba jednej súradnice, ale hneď viacerých. Technicky však zaznamenať, ktorá guľôčka bude v akom čase na akom mieste – okrem logickej úvahy, že v tom najnižšom bode – je už oveľa náročnejší oriešok.

Preto som sa radšej zameral na uzatvorené systémy. Sú ohraničené pevnými hodnotami a reálne zrealizovateľné, inak by to predsa nedávalo zmysel. Skvelým vzorom mi bolo nevyvážené gravitačné koleso – známy a uznávaný patent číslo US 6,237,342 B1. Na prvý pohľad sa zdá, že ide o symetrickú úlohu a sily sa navzájom vyrušia. Ja však v tomto mechanizme vidím inú myšlienku: riadenie krútiaceho momentu. Pri tejto konštrukcii rovnováha síl cez bod otáčania vôbec nemusí platiť. Ako prvé som vytvoril silový graf pôvodnej konštrukcie. To ma naviedlo k zmene dráhy a z matematických kriviek som si vybral Archimedovu špirálu. Ďalším krokom bolo pomôcť krútiacemu momentu prekonať kritické polohy, k čomu mi dopomohla fyzika naklonených rovín. Strojárskym okom to bola čistá konštrukcia, doplnená o ložiská nielen pre otáčanie, ale aj pre posun ramena. Starý dobrý AutoCAD mi pomohol celú konštrukciu detailne rozkresliť. A keďže som to kreslil práve v ňom, asi už tušíte pointu – vďaka parametrickému kresleniu je veľmi jednoduché zistiť polohu ťažiska v akejkoľvek pozícii. To mi ušetrilo obrovské množstvo úmorných výpočtov.

Po nakreslení putoval model do SolidWorksu, kde nasledovala simulácia gravitácie. Tá spočívala v tom, že som na jeden spoločný hriadeľ pridával ďalšie a ďalšie modely fázovo posunuté vedľa seba. Chcel som tak overiť nárast krútiaceho momentu a sčasti aj plynulosť chodu, na ktorej absenciu tieto zariadenia často trpia. Môj počítač úspešne zvládol šesť modelov. Pri pridaní siedmeho už začal protestovať a s výpočtami si nevedel rady - nedostatok pamäte. Z konštrukčného hľadiska je to jediné zariadenie, ktoré sa mi naozaj zapáčilo svojím potenciálom na efektívne využitie. Je tu však jedno povestné ale – s každým pridaným modulom extrémne rastie jeho hmotnosť a rozmernosť. Preto som ho nakoniec opustil a vydal sa úplne inou cestou. Cestou Redhefferovho stroja.

1 Magnetický motor

Magnet

Voľnoenergetický motor (Výhradne iba) Príťažlivé a odpudivé sily permanentných magnetov

Prvý magnetický motor už oslávil 800 rokov. Máme plne opísaný mechanizmus a nepriamo pomenované aj hlavné úskalia. Išlo o magnetické ozubené koleso. Historické pramene uvádzajú, že celá úloha sa riešila symetricky, čo viedlo k zaseknutiu a neúspechu. Podľa mňa to bol však skvelý úspech. Podstatou týchto dejov je totiž narušenie ich pohody. Tým, že sa magnety snažia dostať späť do rovnováhy, generujú pre nás prácu. Bežne využívame gravitáciu, no oveľa lepšia je premena a sústredenie síl do magnetickej príťažlivosti. Skvelý nápad, ale stále nám chýba priame, primárne a čisté využitie – skutočný magnetický motor.

Prvé, čo som musel o magnetoch zistiť, bolo správanie sa poľa v ich blízkom okolí. Potreboval som odhaliť, ako na seba pôsobia dva magnety na základe svojho tvaru a vzdialenosti. Známe fyzikálne vzťahy som preklopil do PHP. Jednotlivé cykly prechádzali vrstvami medzipriestoru a generovali matice výsledných hodnôt. Spolu s HTML a CSS sa potom vykresľoval graf. Výstup som upravil do formátu skriptu (SCR) a následne ho importoval do AutoCAD-u. Ten dáta vizualizoval a mne bolo hneď jasné, či som na dobrej ceste. Potom už stačilo len posunúť, natočiť a celý proces zopakovať. Takto sa dá rýchlo dopracovať k ideálnym parametrom. Znie to trochu ako pokus-omyl, ale ja tomu hovorím skôr riadené nasmerovanie. Čo je dôležité, bola to skvelá kontrola pre pokročilejšie programy, ktoré som začal používať neskôr a pre ktoré toto boli vstupné, predpripravené údaje. Vďaka tomu som bezpečne prešiel na softvéry ako Vizimag, FEMM či ViziFlow.

Lineárne zoskupenia som neskôr nechal tak a venoval som sa usporiadaniu po kružnici. V reálnom svete vidíme, že takto zostavené stroje fungujú. Aj teória nám hrá do kariet. Má to však niekoľko háčikov. Dajme teraz fyzikálne vlastnosti bokom – neriešme silu magnetov, teplotu prostredia ani ďalšie dôležité faktory. Zamerajme sa na čistú mechaniku. Či už ide o prvé pevné ozubené magnetické koleso, alebo súčasné zariadenia osadené permanentnými magnetmi, vidím tam jasnú spojitosť. Ide o symetrickú úlohu, pričom nezáleží na počte dvojíc. Aj keď som nekonečnú priamku ohol do kružnice, stále som mal dočinenia s rovnakými, opakujúcimi sa prvkami. Vlastne som ich dal do pohody. A túto pohodu bolo nutné narušiť. Narušil som ju výkyvnou zložkou na jednej strane. Technicky v tom nebol žiaden problém, ale overiť to virtuálne bolo nad moje sily. Kým pevný tvar vstupoval do výpočtu ako jeden prvok, pružný tvar sa okamžite znásobil ďalšími polohami. Počet vstupov geometricky narástol. Z prvých analýz mi vyšlo, že sa preklápam k ramenným systémom, a tak som s magnetmi nateraz nepokračoval.

Týmto však nechcem nikoho odrádzať. Veselo bádajte a riešte túto hádanku ďalej! Ja som v tom čase jednoducho nevedel, ako spracovať toľko vstupov naraz a udržať si nad nimi kontrolu. Verím však v jednu vec, ktorú vidíme všade okolo nás: nevývažok je skutočnou hnacou silou všetkého.