Návrh 28 m vysokého reklamního totemu Centra Černý Most

• Foto

KONCEPCE KONSTRUKCE
První úvaha předpokládala, že nosná konstrukce dříku bude příhradová a zkroucený bude pouze vnější plášť. Ten měl být podle původního návrhu z tenkého nerezového plechu. Po prvních předběžných výpočtech se ukázalo, že při daných vnějších rozměrech je tento koncept problematický jak z pohledu návrhu vlastní nosné ocelové konstrukce, tak z pohledu provedení obvodového pláště. Nutné dilatace odporující představě architekta a pochybnosti o zajištění hladkosti povrchu vedly k opuštění požadavku na nerezový plášť. Dřík je tedy navržen jako svařenec z plechů s vnitřními výztuhami. Logo je tvořeno podsvětleným mezikružím a střední částí z tahokovu. Nosná konstrukce loga byla navržena ze zakružených hranatých trubek. Provedena však byla svařením z plechů vypálených do požadovaného tvaru. Tahokov a písmena jsou také nesena pomocnou konstrukcí z hranatých trubek. Protikorozní ochrana je zajišťována nátěrem.

Pro návrh tohoto typu konstrukce je rozhodující zatížení větrem. Konstrukce loga byla pro výpočet uvažována jako nepropustná. Působiště zatížení od větru na logo bylo umístěno excentricky o 0,25násobek šířky loga. Pro konstrukci byl vypočten součinitel konstrukce cscd. Dále byly vypočítány součinitelé vnějšího tlaku zvlášť pro logo a pro dřík.

Pro zpřesnění výpočtu kvůli možnosti úspor byla pro průřez dříku experimentálně stanovena hodnota kritické rychlosti větru, při které dojde k odtrhávání vírů. Na této hodnotě závisí Strouhalovo číslo, které je potřebné pro výpočet zatížení od příčného kmitání podle ČSN EN 1991-1-4 přílohy E. Toto měření provedl ve svém aerodynamickém tunelu Výzkumný a zkušební letecký ústav. Měření probíhalo na dvou zkušebních průřezech o různých rozměrech pro směry větru v rozmezí 0 – 45 ° v kroku po 5 °. Měření prokázala, že kritická rychlost větru a s ní související Strouhalovo číslo nezávisí na rozměru průřezu. Ale podle očekávání závisí na úhlu nabíhajícího proudu větru. Přičemž maximální hodnota Strouhalova čísla pro čtvercový průřez byla naměřena 0,144 při úhlu větru 18 °, norma ČSN EN 1991-1-4 přitom udává pro čtvercový průřez hodnotu Strouhalova čísla 0,12. Hodnoty Strouhalova čísla pro většinu ostatních směrů větru byly naopak nižší než hodnota udávaná v normě.
Pro výpočet účinků odtrhávání vírů byla konstrukce rozdělena po výšce na 1 m dlouhé části na kterých byl vždy lokálně počítán účinek odtrhávání vírů. Z toho bylo spočteno zatížení od příčného kmitání, které mělo kromě vlivu na ocelovou konstrukci dopad i na návrh základů.

Dále bylo prověřeno, že konstrukce není náchylná ke vzniku gallopingu, divergence a flutteru. Tyto jevy tedy nebyly dále uvažovány.

Jelikož jde o konstrukci dynamicky namáhanou, byla konstrukce posuzována na únavu. Počet cyklů byl vypočten dle ČSN EN 1991-1-4 přílohy E. Posudek na únavu byl pro návrh konstrukce dříku rozhodující. Posuzovány byly jednotlivé svary i základní materiál plechů.

Spojení totemu se základem je zajištěno pomocí kotevního přípravku. Ten je tvořen 20 závitovými tyčemi M64 přivařenými k plechu, který brání vytržení šroubů z betonu.
Pro zajištění roztečí jsou k závitovým tyčím přivařeny v jejich horní části distanční plechy. Tento přípravek byl zabetonován do základu. Spoj byl po usazení totemu zabetonován, čímž je zároveň zajištěna protikorozní ochrana.

VÝROBA
Výroba totemu byla z technologického hlediska poměrně náročná. Plechy ve zkroucené části dříku byly za tepla tvarovány, následně přichyceny k přípravku, který zajistil jejich tvar v průběhu přivařování vnitřních výztuh (viz obr. 5). Poté byly jednotlivé stěny dříku přivařeny k sobě přes vnitřní přepážky. Jednotlivé díly dříku se k sobě přivařily a nakonec byly provedeny svary v rozích dříku. Po zabroušení všech svarů byla konstrukce opatřena základním nátěrem a převezena na stavbu, kde byla jako jeden celek vztyčena a usazena na základovou konstrukci.

ZALOŽENÍ
Základové poměry je možné charakterizovat jako velmi složité. Je zde kombinace nekvalitního podloží, které je tvořeno jíly přecházejícími do silně zvětralé břidlice, a vlastní náročné a netypicky zatížené konstrukce.

Totem je založen na základové desce s půdorysnými rozměry 5,0 × 5,0 m podepřené čtveřicí velkoprůměrových pilot. Tloušťka základové desky je 1,5 m. Půdorysný rozměr základové desky je velmi omezený z důvodu prostorové kolize s vedením sítí.

Piloty délky 12,0 m s průměrem 1,2 m mají osovou rozteč 3,0 m v obou směrech. Piloty i základová deska jsou provedeny z betonu C30/37 – XC4, XF2, XA1, XD2. Z důvodu malého půdorysného rozměru základové desky a velkého vodorovného zatížení a ohybových momentů od větru dochází ke vzniku tahových sil ve dvojici pilot dle směru působícího zatížení od větru. Proto jsou piloty navrženy jako tažené. Maximální sedání pilot a plošného základu bylo zvoleno 4 mm z důvodu zabránění nadměrnému natočení vysoké ocelové konstrukce totemu a jejích vodorovných deformací.

ZÁVĚR
Při návrhu tohoto typu konstrukcí hraje velkou roli zatížení větrem. V tomto případě rozhodovalo o dimenzích konstrukce únavové zatížení od příčného kmitání. Přičemž podle ČSN EN 1991-1-4 přílohy E vychází počet cyklů za 50 let na 3e13, takže bylo nutné navrhnout průřez tak, aby byl rozkmit napětí menší než mez únavy.

A Design of a 28 Metre-Long Advertising Totem
An objective was to design a steel structure of advertising totem for Cerny Most Centre according to the architect´s idea (fig.1). From the structural point of view, it is a steel welded structure. A total height of the totem is 28 m. The logo has a circular shape with a diameter of 6 m. A totem´s shank has a square ground plan with the length of a side of 1.5 m in its butt end This crosssection tapers linearly with the height, so the cross-section of the shank in the height of 15 has a shape of a square with a side of 1 m. This cross-section is turned in 45 ° against the one in the butt end. A lower part of the shank is then spiral-shaped. The shank is modified into a shape of Y in a height of 17.5 m and these arms taper from 750 mm to 500 mm. In a height of 22.6 m the waist arms become a part of a structure of the logo.

Autoři

• Ing. Dvořák Pavel
• Ing. Kovář Martin