Ocelové konstrukce Galerie Harfa – Zastřešení foodcourtu a Elipsa č. II

• Foto

Tento konstrukční celek je nejrozsáhlejší a nejzajímavější. Jde o střechu sestávající z podlouhlé části a elipsy. Její celková délka je 160 metrů a hmotnost 310 tun. Z toho 92 tun je soustředěno v elipse. Zajímavá je  tato konstrukce především z hlediska dilatačního chování. Samotná ocelová konstrukce je rozdělena do čtyř dilatačních celků, přičemž je osazena na celkem osm dilatačních celků konstrukce železobetonové. V různých částech proto najdeme různé varianty řešení právě z pohledu návrhu opatření pro eliminaci projevů dilatačního chování. Vzhledem k tomu, že ocelové prvky jsou přiznané, tedy součástí interieru, bylo technické řešení navíc ovlivněno architektonickými požadavky a z toho plynoucími omezeními. Například omezení ve výběru typů profilů při snaze o minimalizaci jejich viditelných dimenzí.

ZASTŘEŠENÍ FOODCOURTU
Popis konstrukce
Zastřešení foodcourtu je podélně orientovaná, 160 metrů dlouhá střecha. Rozpětí příčné vazby rozmístěné po 8,1 metru je 17 metrů. Příčnou vazbu tvoří sloup a nosník s převislým koncem. Nosník z válcovaného profilu IPE je ve spádu pro zajištění odvodnění střechy. Převislý konec je ze svařovaného profilu, který se směrem ke konci sbíhá téměř do špičky. Osazení na železobeton je ve dvou úrovních. Krajní podpora střešního nosníku je tvořena přímo betonem v úrovni ~16,5 m. Podporu vnitřní tvoří tzv. „triple“ sloup tvořený třemi stébly.  Řada sloupů tvoří stěnu, před níž je předsazen prosklený obvodový plášť, který je v části „A“ půdorysně zvlněný. Typickou podélně orientovanou střechu nahrazuje v části půdorysu elipsa. Její tvar je dán dispozičním řešením centra. V tomto místě se potkávají dvě pasáže, které vytvářejí náměstí tvaru elipsy. Tento celek má stěny také opláštěny sklem. Vzhledem k dilatačnímu členění železobetonové konstrukce a k podmínkám vlastní konstrukce ocelové je zastřešení rozděleno do několika dilatačních částí. Každá z nich má vlastní statické řešení.

Problematika
Ocelová konstrukce a její návrh je závislý na daných podmínkách. Jak je zmíněno výše, je to zejména nutnost eliminace destruktivních projevů dilatačních pohybů. A to jak na vlastní nosnou konstrukci, tak na další související stavební prvky, zejména opláštění a podhledy. Příčiny vzájemných posunů jednotlivých celků jsou jednak technologické, hlavně smršťování a dotvarování betonu a pak fyzikální, které představují především teplotní objemové změny. Vlastní rozdělení na samostatné dilatační úseky a uvolnění podepření v potřebném směru na potřebném místě ne vždy řeší také problematiku celistvosti a funkce návazných konstrukcí. A proto je třeba přijímat další opatření. Například v případě na deformace citlivých prosklených plášťů.

V části „A“ kde je prosklená zvlněná stěna, která navíc zahrnuje dveře, byly kladeny vysoké nároky na deformace ocelové konstrukce. A to zejména na její náklon z vlastní roviny. K naklánění by v případě řešení triple sloupu jako kyvné stojky docházelo vlivem protisměrného pohybu železobetonových dilatací. K tomu by určitě došlo vlivem jejich smršťování. Pohyb bude ještě větší, pokud současně dojde k ochlazení. Oba jevy mají za následek zmenšení objemu, sčítají se a jejich směr je víceméně směrem k těžišti celku. Proto lze vždy předpokládat spíše vyšší hodnoty posunů ŽB-dilatací směrem od sebe nežli naopak. Pro eliminaci náklonu stěny, potažmo vodorovné deformace na sloupu, bylo zvoleno poněkud netypické statické schema. Triple sloupy jsou vetknuty v patě a na horní konec bylo umístěno elastomerové ložisko s kluznou teflonovou vrstvou a nerezovým plechem na protikusu. Vetknutí je pro nedostatek místa v podlaze realizováno pomocí plechů tloušťky 50 mm. Střešní rovina klouže po vrcholech sloupů. Do výpočtu byla zahrnuta i šikmá stébla. Analýza byla provedena nikoli na prutovém, ale na deskostěnovém modelu pro přesnější výsledky. Vodorovná deformace sloupu byla minimalizována a fasáda téměř dokonale podepřena.

Část “C” má obdobný vzhled jako část „A“ i podobné řešení. Jsou zde však navíc uplatněny i kyvné stojky.

V části „B“, která tvoří další samostatný dilatační celek, je situace odlišná. V železobetonové desce stropu je pro velká rozpětí daná vnitřní dispozicí vynechána poměrně rozsáhlá část. Triple sloupy tak zde nemají oporu. Jsou proto zakomponovány do příhradového nosníku, který je proveden na celou výšku stěny doplněním sloupů o dolní a horní pás s diagonálami. Horní pás nese příslušnou část střechy a na dolním pase ja zavěšena betonová stropní deska do trapézového plechu na ocelových nosnících, která nahrazuje chybějící desku monolitickou. V této části je již fasáda přímá a bez dveřních otvorů. Zde lze připustit větší naklonění. Příhradový nosník je osazen na obou koncích na různé dilatační celky ŽB-konstrukce pomocí kyvných stojek. Jeho stabilita je zajištěna pomocí tuhé střešní roviny, se kterou je pevně spojen kloubem, a která je připnuta k dalšímu dilatačnímu celku ŽB-konstrukce. Dilatační změny jsou tak řešeny nakláněním vazníku v příčném řezu, tedy z roviny a zároveň natáčením kyvných stojek v podporách ve směru podélném, tedy v rovině vazníku.

Vazník má ještě jedno specifikum. Posunem obvodového pláště za rovinu sloupů se příhradová konstrukce dostává do vnějšího prostředí. Je tedy namáhán větším teplotním rozpětím.
Díky množství uvolnění se však teplota téměř neprojevuje na napětí. Vazník se může libovolně zkracovat a prodlužovat ve své rovině.

Všechna dilatační rozhraní jsou samozřejmě propsána prostřednictvím dilatujících detailů do obvodových plášťů, případně dalších stavebních konstrukcí. Dlužno poznamenat, že tyto detaily musí být navrženy tak, aby řešily nejen posuny na dilatační spáře, ale i natočení tam, kde je to potřeba. Vzhledem k vnější expozici je také množství detailů řešeno s přerušením tepelných mostů pomocí termoizolačních vložek. Ideální je kombinace se šrouby z nerezové oceli. Termoizolační vložky je výhodnější vkládat do spojů namáhaných na střih. Ohybově tuhé spoje kladou vyšší požadavky na tuhost vložky a její pevnost.

Montáž
Montáž byla zahájena osazením příhradového vazníku. Ten byl provizorně podepřen do zkompletování části střechy na něj uložené. V tomto okamžiku byla již stabilita vazníku zajištěna a další montáž proběhla standardním způsobem. Následovalo vztyčení běžných sloupů a kompletace střešní roviny. Ve střeše je příhradové ztužení. V prosklených částech, kde leží sklo na nosníku architektem zvoleného průřezu T, jsou ztužení provedena z nerezových dodatečně předpjatých lan.

ELIPSA Č. II
Popis konstrukce
Elipsa č. II je velice výjimečná sestava. A to především svým prostorovým uspořádáním a také statickým působením. Samotný půdorys elipsy o rozměrech hlavních os 44 a 29 metrů není to hlavní. Výjimečnost tohoto celku tkví opět v řešení dilatačního chování konstrukce a v netypickém uspořádání prvků. Střešní plášť nesou běžné příhradové vazníky se skloněným dolním pasem z trubek. Horní pás je přímý z profilu HEB. Geometrie vazníku není příliš efektivní, ale trojúhelník byl zvolen architektem coby hlavní motiv v této části objektu. Střecha je ve své rovině ztužena horizontálními příhradovými ztužidly. Po jejím obvodě probíhá v ohybu a kroucení tuhý truhlík svařený z plechů vypálených a ohýbaných do požadované křivky. Tato obruč je s celou střechou podepřena sloupy. Sloupy mají průřez kruhové trubky. Tvoří stěnu, která je opláštěna sklem. Součástí zadání bylo provedení bez viditelných ztužujících prvků ve stěnách. Potřebná tuhost v ploše stěny je tedy zajištěna rámovým účinkem pomocí vetknutí do lemujícího truhlíku na horním konci sloupů a také pomocí průběžného masivního Z-profilu probíhajícího mezi patami sloupů.

Problematika
Konstrukce tvoří opět samostatný dilatační celek. Stejně jako střecha foodcourtu je uložena na železobetonové konstrukce ve dvou úrovních. Část je kotvena na úrovni ~16,5 m a část na úrovni ~11,5 metru. V horní úrovni je pevně připnuta k betonu. V úrovni ~11,5 metru dosedá na dva další dilatačně oddělené železobetonové celky, po kterých volně klouže. Prokluz je zajištěn opět pomocí elastomerového ložiska s kluznou vrstvou a nerezovým plechem. Statické schema je v důsledku podmínek daného uspořádání netypické, neboť kluzná ložiska jsou osazena v patách sloupů. Tuhost a vzájemné spolupůsobení v rovině stěny je zajištěno tuhými na montáži svařovanými styky v patách sloupů na lemující Z-profil, po nímž jsou vsazena ložiska. V části, kde sloupy dobíhají pouze do úrovně navazující střechy, jsou osazeny na mohutné svařované nosníky, které jsou v místě kotvení vetknuty do železobetonové konstrukce přivařením na masivní plech zabetonovaný v líci betonové konstrukce. Druhý konec je kluzně uložen na navazující ocelovou střechu. Posun ve spoji je zajištěn pomocí čepu v oválné díře. Vyšší tření v tomto přípoji je respektováno ve výpočtech. Veškeré deformace, posuny, zkosení a natočení jsou podřízeny požadavkům obvodového pláště. Tyto požadavky jsou splněny za cenu vyšší spotřeby oceli, která je cca 90 kg/m² půdorysné plochy.

Montáž
Montáž nebyla snadná. Pro zajištění správné geometrie a rektifikace vůči železobetonové konstrukci, navíc při omezeném prostoru byly navrženy detaily kotvení montážně svařované. Rovněž montážní styky byly svařovány na montáži. Pro konstrukci tvořenou z velké části svařovanými a zkružovanými prvky to znamenalo donekonečna opakované kontroly a korekce polohy a tvaru montážně vařených prvků. Nakonec bylo požadované přesnosti dosaženo a finální rektifikace polohy obvodového pláště byla provedena v systému obvodového pláště.

ZÁVĚR
Ačkoli jsou známy realizace velkých objektů bez dělení konstrukce na dilatační celky, není tento přístup vždy vhodný. V případech návrhu a realizace rozsáhlých objektů je a bude  rozdělení nosné konstrukce do samostatných dilatačních celků běžný postup. V dnešní době jsou konstrukce budov ne vždy pravidelné a přehledné. Ať už je to dáno požadavky architektury či jinými podmínkami. Ve složitě prostorově uspořádaných celcích je pak řešení složitější. Velkým pomocníkem při analýze, výpočtu a návrhu nosných konstrukcí je dnes moderní software, bez nějž by takřka nebylo možné konstrukce navrhnout. Rozhodně ne ekonomicky. Možnosti použití moderních metod a technologií však rozhodně neznamenají, že máme neomezené možnosti. Udržet určitý řád je vždy vhodné, ne-li nezbytné.

Steel Structures of Gallery Harfa – Roofing of Food Court and Ellipse No. II
In this article, we are going to conclude our articles on steel structures implemented within the object of business and entertainment centre of Gallery Harfa. At the end of this miniseries we are going to focus on the roofing of food court with Ellipse No. II. Today, structures of the buildings are not always regular and transparent, whether this is due to architectural requirements or other conditions. In complex, spatially arranged units the solution is much more difficult. Great help in the analysis, calculation and design of supporting structures is now modern software, without which it would be almost impossible to design structures. Definitely not economically. However, possible applications of modern methods and technologies do not mean that we have unlimited possibilities. Observing certain regulations is always advisable, if not necessary.

Autor

• Ing. Pražák Aleš