Konstrukce výsuvné střechy stadionu Krestovsky v Sankt-Petěrburgu

• Foto

Díky výsuvnému hřišti se na stadionu můžou uspořádat různé akce (koncerty, výstavy). Během těchto akcí bude konstrukce hřiště o rozměrech 120 × 80 m a s hmotností okolo 8 400 tun pomocí elektromotorů přesunuta vně hranice stadionu, což umožní si zachovat vysokou kvalitu trávníku a snížit náklady na její údržbu.

Výsuvná střecha bude zajišťovat pohodu návštěvníků stadionu za jakýchkoliv klimatických podmínek. Rovněž v době, kdy bude hřiště uvnitř stadionu, zajistí průnik slunečních paprsků, potřebných pro růst a zachování kvality trávy.

Generálním projektantem stadionu je ruská projekční kancelář Mostprojekt-4. Projekt výsuvné střechy byl vypracován ve spolupráci s firmou TDM se sídlem v Petrohradu a její dceřinou firmou EST Stage, která měla na starosti technologickou část konstrukce, zajišťující pohyb střechy (vozíky, pohony, systém napájení, kolejové dráhy). Společnost Stráský, Hustý a partneři s. r. o. byla zodpovědná za zpracování alternativního návrhu a realizační dokumentace výsuvné části zastřešení. Výkresová část dokumentace byla zpracována ve spolupráci se společnosti OKF s. r. o.

HISTORIE STADIONU

Stavba se nachází na západní části ostrova Krestovsky, na břehu Finského zálivu, na místě, kde od roku 1950 stál stadion Kirov. Tento stadion, kde hrál své domácí zápasy klub Zenit Petrohrad, byl s kapacitou přes 100 000 diváků (rekordní návštěva 110 000 diváků v roce 1959) jedním z největších na světě. Časem ovšem stadion přestával vyhovovat pravidlům mezinárodních asociací a tak se město rozhodlo jej zbourat a postavit stadion nový.

V soutěži na nový stánek, které město v roce 2006 vyhlásilo, zvítězil unikátní návrh ve tvaru létajícího talíře, pocházející z dílny architektonické kanceláře KISHO KUROKAWA architects & associates. Zpočátku byla cena na stavbu odhadnuta na 6,67 miliard rublů (250 milionů dolarů) a financovat jí měl ruský gigant Gazprom, sponzorující rovněž fotbalový klub Zenit Petrohrad. Ovšem v prvních fázích výstavby Gazprom od financování ustoupil, čehož se následně ujalo město.

Práce na stavbě začaly v roce 2006 s termínem dokončení v roce 2009. Avšak už v roce 2008 se odhadované náklady na stavbu vyšplhaly na 23,7 miliard rublů, 3,5krát překonávající původní odhad. Další změny v projektu vznikly kvůli vítězství Ruska v klání o uspořádání Mistrovství světa ve fotbale v roce 2018, kdy vznikla nutnost vybudovat stadion v souladu s nejpřísnějšími předpisy. Díky změnám v projektu a požadavkům FIFA a UEFA, včetně změny kapacity stadionu z 62 000 na 68 000 diváků a vypracování nové střešní konstrukce se cena stavby vyšplhala na 43,8 miliard rublů (1,4 miliard rublů), což z ní činí jeden z nejdražších stadionů na světě. Poslední termín dokončení je stanoven na konec roku 2016.

Během těchto let se postupně měnili i zhotovitelé stavby. Jako první jim byla firma Avant, s kterým městská správa přerušila spolupráci v roce 2008. Následně se stavby konstrukce chopila firma Transstroy, kterou potkal stejný osud v polovině roku 2016. Na dokončovací práce stadionu byla vybrána společnost Metrostroy.

ZÁKLADNÍ POPIS KONSTRUKCE STŘECHY

Konstrukce střechy má kruhový půdorys o průměru 286,6 metrů. Je tvořená stacionární částí a samostatnou výsuvnou částí nad hřištěm stadionu. Výsuvná část má rozměry 150,0 × 90,0 m. Výška konstrukce se zahrnutím pylonů dosahuje bezmála 100,0 m. 

Nosnou konstrukci tvoří prostorový ocelový příhradový systém radiálních a tangenciálních nosníků, nesený dvěma hlavními nosníky. Celá konstrukce je dále pomocí závěsů zavěšena na celkem osmi skloněných pylonů proměnného průřezu. Celý nosný systém střešní konstrukce spočívá na 56 trubkových podpěrách obvodového prstence stadionu, který je vyztužený ocelovým příhradovým věncem. Příhradový věnec je částečně zabetonovaný (dolní pás, horní pás, svislice), přičemž horní pás je součástí průřezu obvodového prstence podepírajícího střešní konstrukci.

Hlavní (pojezdové) nosníky jsou tvořeny dvojicí příhradových nosníků proměnné výšky. Průřezy horního a spodního pásu tvoří uzavřené krabicové průřezy proměnných charakteristik po délce nosníků. Horní pásy nosníků slouží zároveň jako podpora pro dráhu pohonných mechanismů výsuvné části střechy. Svislice a diagonály příhradových nosníků tvoří otevřené I-profily různých tuhostí. V rámci konstrukce jsou zavázány do systému radiálních a tangenciálních nosníků, které zajišťují přenos zatížení ze střední části do obvodového prstence.

VÝSUVNÁ ČÁST STŘECHY

Nosnou konstrukci posuvné části střechy tvoří ortogonální systém podélníků a příčníku. Podélníky neboli podélné příhradové nosníky proměnné výšky, jsou tvořeny z trubkovitých průřezů různých parametrů. K podélníkům jsou připojeny příčné nosníky, které vynášejí zatížení do krajních podélníků, pod kterými se nacházejí hnací pohony výsuvné části střechy. Pro omezení hmotnosti konstrukce byla zvolena kombinace spojů svarových (spoje příčných nosníků) a šroubových (spoje podélných nosníků k příčným). Výsuvná část střechy bude pomocí automatizovaného systému řízení vysouvána a zasouvána po kruhové dráze horních pásů pojezdových nosníků stacionární části střechy.

Nosná konstrukce střechy má jasně definované schéma dilatace, které předurčuje technické řešení detailů dilatací – princip uložení konstrukce na pohony a princip zachycení silových účinků od dilatací.

Konstrukce je na pohyblivé vozíky uložena prostřednictvím elastomerových ložisek. Pro omezení vodorovných příčných reakcí a tím i účinků na dvojici pojezdových příhradových nosníků, byly ložiska navržena posuvná v příčném směru. Následně pro rovnoměrné rozdělení podélných účinků na vozíky (ve směru pohybu střechy) při
pohybu a při brždění konstrukce, byly ložiska i v podélném směru navržena pohyblivá. Tím pádem celá konstrukce pohyblivé střechy leží na všesměrných elastomerových ložiscích a je tzv. plovoucí.

Posuv konstrukce střechy je realizován odvalováním pastorku po pevně uchyceném řetězu. Náhon pastorku je realizován motorem o výkonu 5,5 kW přes planetovou převodovku. Celkový počet tažných vozíků je 28 ks. Rychlost posuvu střechy je 4 m/min. Čas otvírání a zavírání střechy je do 15 minut. Pojezdová vzdálenost jednoho křídla střechy je 57,5 m. Každý motor je opatřen brzdou, aby nedošlo k samovolnému posuvu výsuvné části.

Střešní krytina byla navržena z průsvitných membránových prvků čočkovitého tvaru z ETFE folii. Tato speciální fólie je průhledná a odolná proti UV záření. Tloušťka membrán je 100 – 250 μm. Všechny  prvky střešní krytiny se montují na ocelovou konstrukci. Prvkystřešní konstrukce se skládají z ocelového profilu, který vytváří obvod „polštáře“.

Tento polštář je tvořen třemi membránovými, po obvodu hermeticky svařenými fóliemi. Polštáře jsou stabilizovány suchým vzduchem, který je dodáván pomocí kompresorů pod tlakem cca 200 – 300 Pa. Každý kompresor má záložní baterii pro případ výpadku proudu.

VÝPOČETNÍ MODEL KONSTRUKCE

Pro analýzu nosné konstrukce střechy byl sestaven náhradní matematický model v programu MIDAS Civil 2013 (v2.1) Model sestával z prutových prvků příhradové konstrukce, pomocných tuhých prutů a nehmotných ploch pro roznos zatížení do jednotlivých uzlů.

Návrh konstrukce včetně posouzení byla provedena dle ruských norem. Jako podklad pro zadání zatížení větrem a sněhem sloužila zatěžovací schémata od vědeckovýzkumného ústavu „ЦНИИСК“, na základě zkoušek ve větrném tunelu. Ocel konstrukce je třídy C345 (S345). Norma, dle které se prvky konstrukce posoudily je СП 16.13330.2011. Konstrukce byla posouzena s geometrickou linearitou se zadáním součinitelů imperfekcí při pružném posudku. Rovněž byla provedena nelineární analýza se zadanými počátečními imperfekcemi (se zakřivením prutů).

Při návrhu konstrukce, ve spolupráci s ruským projektantem stacionární části střechy, byl uvažován celkový pokles pojezdových nosníků a rovněž i nerovnoměrný pokles podpor (vozíků) 5 a 10 mm ve svislém směru. Těmito poklesy se vyjádřily možné či náhodné lokální deformace mezi dvěma vozíky nezávisle na celkové deformaci pojezdových nosníků. Výsledná tuhost podpor závisela jak na tuhosti pojezdových nosníků, tak i na tuhosti jednotlivých elastomerových ložisek.

Aby účinky od deformací pojezdových nosníků na pohyblivou střechu byly co nejmenší, a neměly negativní vliv na pohyblivou konstrukci, bylo rozhodnuto, že se střecha bude montovat až po odskružení stacionární střechy, kdy pojezdové nosníky už budou zdeformované od vlastní tíhy.

MONTÁŽ KONSTRUKCE

Pro bezproblémovou přepravu jednotlivých dílců z výrobny na stavbu, byly tyto celky navrženy tak, aby nepřekročily 20 m. Stadion se sice nachází na ostrově, ale obklopují jej mělčiny a tím pádem převoz dílců po lodi by nebylo možné. Bylo předpokládáno, že montáž bude probíhat pomocí jeřábu celkové nosnosti 700 tun, která se po smontování stacionární částí střechy a jejím odskružení využije na montáž pohyblivé části. Dle návrhu se v první fázi na zemi smontují dvojice příčných příhrad, které se navzájem propojí pruty podélných příhrad. Celý takto smontovaný blok s maximální hmotností 232 tun se osadil na vozíky, zvednul jeřábem, položil se na pojezdové nosníky a pomocí vozíků se přemístil do finální polohy. Montovaly se obě poloviny symetricky.

TECHNICKÁ SPECIFIKACE
Stadion

• Kapacita stadionu: 67 800
• Výška budovy (bez pylonů / včetně pylonů): 79/110 m
• Plocha fotbalové hřiště: 9 850 m²
• Hmotnost fotbalového hřiště: 8 400 tun

Výsuvná střecha

• Čas otevíraní/zavíraní: 16 min
• Rychlost uzavírání: 4 m/min
• Pojezdová vzdálenost jedné poloviny střechy: 57,5 m
• Celková životnost: 1 500 cyklů
• Počet pohybů za rok: 50 cyklů
• Dráha pro pohyb je rádiusového tvaru: R = 725 m
• Maximální úhel sklonu střešního vedení: 10 °
• Rozdíly teploty okolního ovzduší: –35 °C až +50 °C
• Provozní teplota: –10 °C až +30 °C
• Počet motorů: 24 ks
• Výkon motorů: 15 kW × 24 = 360 kW
• Počet vozíků: 28 ks

Celková tíha konstrukce výsuvné střechy

• Výsuvná část 1 + 2 920 tun
• Střešní krytina 36 tun
• Pomocné technologie 2 tun
• Hmotnost celkem 958 × 2 = 1 916 tun

Materiál byl prezentován na 7. odborné konferenci KONSTRUKCE 2016.

Structure of a Sliding Roof
of the Krestovsky Stadium in Saint Petersburg The structure of a sliding roof is a part of a new stadium that is being built for the following 2018 FIFA World Cup in Russian Petersburg. At the same time, the building will be a home stadium of Zenit Petrohrad, a football club. The stadium known as the Gazprom Arena, the Zenit Arena or for the locals as the Piter Arena is the only one in Russia equipped with a sliding roof and a sliding (grass) pitch. Having a height of 75 m without pylons, it is the largest stadium in the country as well.

Autoři

• Ing. Svoboda Pavel Ph.D.
• Ing. Sliwka Pavel
• Ing. Kirishchyan Gabriel
• Ing. Bartoň Jaroslav