Ocelové konstrukce obchodního Centra Černý Most

• Foto

Rozšíření navyšuje obchodní, provozní a další plochy stávajícího centra, které bylo postaveno koncem devadesátých let minulého století jako jedna z prvních staveb tohoto druhu u nás. Dosavadní objekt zároveň prošel dílčí rekonstrukcí, neboť původní, z dnešního pohledu nemoderní vzhled a technické vybavení, přestaly vyhovovat současným požadavkům na daný typ staveb.

STAVBA A STATIKA
Projektování objektů tohoto typu zahrnuje mnoho vysoce kvalifikovaných činností. Objekty obchodních center nejsou jen obchody a pasáže, ale také prostory skladovací, zábavní, stravovací atd. Neobejdou se samozřejmě bez parkoviště, odpadového hospodářství a dalších účelových ploch. Různorodost provozů klade množství
často i protichůdných požadavků na prostory a jejich vybavenost. V optimálním případě projdou centrem denně desítky tisíc návštěvníků. To klade vysoké nároky na dopravní řešení, hygienická zařízení, vzduchotechniku, klimatizaci apod. Velmi důležitou roli hraje požárně-bezpečnostní řešení. Projektování takovéto stavby přirozeně zahrnuje množství specializovaných činností v jednotlivých oblastech, přičemž samotné profesní díly se člení na další dílčí části. To vše klade vysoké nároky jak na jednotlivé zpracovetele, tak na celkovou koordinaci projektu, o vlastní stavbě nemluvě.

Důležitou částí projektu je statika. A stejně tak, jako je celý objekt je i konstrukční řešení komplexem různých stavebních celků, materiálů a zařízení. Nosnou konstrukci lze dělit do několika částí podle různých kritérií. Nejjednodušším dělením v případě horní stavby Centra Černý Most je dělení na železobetonovou konstrukci a konstrukce ocelové. U těchto typů staveb je nezřídka používán koncept hlavní nosné konstrukce ze železobetonu, která je ve vhodných částech, doplněna konstrukčními celky z oceli. Použití oceli má různé důvody závislé zejména na podmínkách umístění v objektu stavby a účelu. Důležitým kritériem, je ekonomické hledisko. V určitých případech, např. lehké střechy, může být ocelová konstrukce cenově výhodnější než konstrukce železobetonová sama o sobě. Často je však použití oceli odůvodněno více aspekty. Ekonomická efektivita se může, například v důsledku vlivu nižší vlastní hmotnosti ocelové konstrukce, projevit i v návazných, zejména železobetonových konstrukcích, případně v konstrukcích základových. Známým důvodem použití oceli jsou velká rozpětí či vícepatrové budovy. Implementace oceli může být výhodná také při určitých omezeních na staveništi či požadavky na co nejkratší dobu výstavby. Za výhodu lze považovat i vyšší kvalitu dílenské výroby ve srovnání s materiály zhotovenými na stavbě. V neposlední řadě jsou tu požadavky architektonicko-estetické. K tomu v posledních letech přibývají ekologicko-společenské aspekty promítající se do požadavků standardů Breeam či Leed. Tj. například nižší spotřeba energií, menší objem přepravovaných hmot, variabilita a samozřejmě neopominutelná, možnost mnohonásobné recyklace.

V případě Centra Černý Most je hlavní konstrukce železobetonová. A to, pro tento typ staveb netypická, prefabrikovaná. Ta je doplněna několika konstrukčními celky z oceli. Jsou to zejména:

• nová střecha na části stávajícího objektu,
• hlavní vstup,
• přístřešky na rampách a na střešním parkingu,
• střešní nástavby se světlíky,
• multikino,
• zastřešení foodcourtu.

Důvody použití oceli byly všechny výše uvedeny. Ekonomické, technické i estetické. Modely ocelových konstrukcí pro potřeby analýzy vnitřních sil a návrhu dimenzí byly vypracovány pomocí statických softwareů RFEM, případně SCIA. Tradiční výkresová dokumentace byla tvořena v AutoCADu. Konstrukce západního vstupu byla modelována v úrovni projektu systémem TEKLA. Systém TEKLA byl také využit pro tvorbu kompletní dílenské dokumentace.

Pokud jde o statické výpočty a analýzy chování konstrukce, je třeba správným způsobem přistupovat k interakci ocel-železobeton. Jednotlivé části konstrukce zpracovávají běžně různí zpracovatelé. Je tedy nutné, aby spolupracovali a zohlednili vzájemnou interakci ovlivňujících se konstrukčních celků. V daném případě bylo toto řešeno dvěma způsoby. V případě, že podpůrné železobetonové prvky měly nebo byly navrženy s dostatečnou tuhostí, byly zatěžovány reakcemi ocelové konstrukce modelované s tuhými podporami. Nebylo-li možné zajistit dostatečnou tuhost podpůrné konstrukce, například pokud byly sloupy OK vynášeny na průvlacích či jejich konzolách, byly ocelové nástavby vyšetřovány na několika variantách výpočetního modelu. Ty zohledňovaly příslušnou tuhost podpor při uvažovaných variantách rozložení, zejména užitného zatížení. Při těchto analýzách je třeba uvážit postup výstavby a předpokládaná přetvoření v době montáže OK stejně jako stavy v průběhu užívání stavby. Vliv má krátkodobý či dlouhodobý charakter proměnlivých zatížení, dotvarování železobetonu a samozřejmě i dilatační dělení.

REKONSTRUKCE BUDOVY STÁVAJÍCÍHO CENTRA
Požadavky na nové technické vybavení, zejména na modernizaci klimatizace a vzduchotechniky obsluhující stávající prodejní prostory, vedly k realizaci dílčí rekonstrukce stávající budovy. Její nosnou konstrukci tvoří železobetonový skelet. Z důvodu navýšení zatížení střechy vlivem osazení nové technologie byly stávající železobetonové vazníky nahrazeny ocelovou střechou. Tím se zvýšila nosnost samotné střešní konstrukce a zároveň byla získána potřebná rezerva v nosnosti sloupů a základů. Příhradové vazníky zároveň poskytly širší možnosti pro umístění tras pro vedení technologických médií v daném střešním prostoru.

Tyto vazníky byly osazeny na stávající sloupy podle podmínek v daném místě. Někde bylo využito stávajícího zakončení sloupu, ozuby, vidličky – někde bylo kotveno dodatečně pomocí čepů či závitových tyčí provlečených nově vrtanými otvory (obr. 3, 4). Výšková rektifikace byla řešena klasicky pomocí podlití či podložek z plechů.

Prostorová tuhost konstrukce po úpravách je vyšší než ve stavu před rekonstrukcí. Původní statické schema je typické pro nízkopodlažní železobetonové skelety. Sloupy jsou vetknuty v patě do základu a střešní vazníky jsou na ně kloubově uloženy. Střešní plášť tvoří oproti mohutným betonovým vazníkům relativně měkký trapézový plech. Vzájemné spolupůsobení sloupů je zajištěno v příčném a podélném směru ztužujícími prvky. Ty jsou však uloženy pouze ve dvou hlavních, kolmo k sobě orientovaných směrech. V porovnání s tímto uspořádáním zahrnuje ocelová střecha ve své rovině navíc příhradové ztužidlo. To zajišťuje vysokou tuhost roviny střechy ve všech směrech, přičemž zároveň propujuje navzájem všechny sloupy. Vetknutí stávajících sloupů v patě zůstalo samozřejmě zachováno.

HLAVNÍ VSTUP
Návrh hlavního vstupu se vyvíjel ještě v průběhu výstavby. Nejtěžším úkolem tedy bylo vyřešit ve statickém návrhu ambiciózní architektonickou představu ve vazbě na již zhotovenou železobetonovou prefabrikovanou konstrukci. Ta již měla svá omezení z hlediska možností přenosu reakcí. A to zejména ve vodorovném směru. Zároveň bylo nutné zajistit požadované deformace nosné ocelové konstrukce ve vztahu ke skleněnému plášti, které byly postupně definovány. Střešní rovina je tvořena příhradovými nosníky, na které je položen trapézový plech a další vrstvy. Střecha je podepřena sloupy kruhového průřezu, z nichž tři nejsou svislé. Některé podpory jsou samostatné na základech mimo železobetonovou konstrukci. Ostatní podpory jsou na prefabrikované konstrukci. Vzhledem k již nemožnému zajištění přenosu větších vodorovných sil jsou v potřebných směrech uvolněny posuny a vodorovné síly se tak přenášejí pouze tam, kde je to možné. Průběh objektové dilatace v místě rovněž nenahrával potřebám samostatného dilatačního celku z oceli. Rozmanité parametry a chování jednotlivých typů podpor a prvků horní stavby tak vytváří poměrně složité zadání pro vlastní návrh.

PŘÍSTŘEŠKY NA RAMPÁCH A STŘEŠNÍM PARKINGU
Na střeše nové části je vybudován parking na nějž je zajištěn přístup pomocí dvou nájezdových ramp. Rampy jsou částečně zakryty přístřešky, které se opakují na několika místech střechy. Konstrukce přístřešků je tvořena ortogonálně uspořádaným roštem z příhradových nosníků, které jsou osazeny na sloupy. Rozpětí příhradových nosníků se pohybují mezi deseti až čtyřiadvaceti metry. Statická výška příhrad je 600 – 800 mm. V některých případech byly záměrně vypuštěny sloupy uvnitř půdorysu přístřešku. To proto, aby vznikla dobrá protiváha pro realizaci až sedm metrů dlouhých konzol. Jejich návrh byl podmíněn architekturou, požadavky dopravy a uspořádáním nosných prvků železobetonového skeletu. Prostorová tuhost konstrukcí je zajištěna pomocí rámového účinku systému stojka-příhradová příčel. A to v obou hlavních, resp. ve všech směrech přístřešku.

Příhradová konstrukce, je-li prostor pro dostatečnou statickou výšku, přináší za cenu pracnosti několik výhod. Zřejmá je nižší tonáž, slušná tuhost a v neposlední řadě i možnost vytvoření tuhého rámového rohu příčel-sloup za pomoci jednoduchých kloubových přípojů horního a dolního pasu příhradové příčle.

Dodavatel ocelových konstrukcí RUUKKI CZ dodal konstrukce vyrobené za použití oceli s vyšší mezí kluzu, S420. To přináší další snížení hmotnosti jednotlivých prvků.

Stojky jsou na železobetonovou konstrukci osazeny kloubově. V případě potřeby omezení nežádoucích hodnot deformací jsou vetknuty. V obou případech byly v železobetonu připraveny ocelové plechy, na něž byly stojky či styčné plechy montážně vařeny. Rektifikace byla řešena doměřením na stavbě.

STŘEŠNÍ NÁSTAVBY SE SVĚTLÍKY
Z roviny střechy vystupují nástavby s částečně prosklennými střechami. Tyto nástavby jsou vpodstatě halové objekty s rozpětím příčné vazby okolo 17,5 metru. Půdorys nástaveb sleduje směr pasáže, kterou zastřešují. Dvě z nich jsou proto zahnuty do oblouku. Hlavní nosný prvek střechy je příhradový vazník tvarovaný podle příčného řezu (obr. 13). Z roviny střechy vystupují jednotlivé prosklenné části. Tuhost konstrukce je zajištěna příhradovými ztužidly. Kde jsou ztužující prvky viditelné pod skly, tam byly použity systémové tyče.

Uspořádání konstrukcí v kombinaci s omezujícími podmínkami nedovolily osazovat vazníky vždy přímo na sloupy. Sloupy jsou tedy propojeny obvodovým příhradovým průvlakem, který vynáší jednotlivé vazníky. Tento vynášecí průvlak je zároveň využit jako jeden z prvků komplexního systému ztužení. To je řešeno navázáním na železobetonová monolitická ztužující jádra v kombinaci s dalšími prvky. Nevyužít tuhou konstrukci jader by byla škoda. Jsou však bohužel umístěna nesymetricky vůči ocelové konstrukci, proto byla navržena doplňující příhradová ztužidla. Možnosti jejich umístění však byly omezené, a proto celý systém zahrnuje také rámové účinky v místech napojení vodorovných příhradových vazníků či nosníků na sloupy. Při umisťování stěnových ztužidel je třeba být obezřetný. Ocelová nástavba bývá vlivem dispozičních omezení nezřídka osazena na železobetonový skelet tak, že některé sloupy nástavby jsou podporovány přímo sloupy a některé stojí na průvlacích. Průvlaky pak představují pružné podepření a v závislosti na tuhosti této podpory pak ztužidlo v takovémto poli může částečně působit jako stěnový nosník s výrazným a většinou nežádoucím dopadem na přerozdělení vnitřních sil v obou konstrukcích. Příhradové ztužidlo ve stěně lze naopak v jiných případech využít právě jako stěnový nosník pro překonání většího rozpětí, viz obr. 14 stěna na sestavě vlevo. Kotvení sloupů nástaveb i dalších konstrukcí na železobeton je navrženo a provedeno pomocí zabetonovaných ocelových desek na které jsou přivařeny závitové kotevní tyče. Na ně jsou pak navlečeny patní plechy sloupů. Výšková rektifikace je realizována typickým způsobem pomocí podlití. V případě potřeby zajištění přenosu vodorovné reakce jsou na plech v betonu montážně vařeny smykové zarážky (viz obr. 17).

MULTIKINO
Největším celkem centra s nosnou ocelovou konstrukcí je multikino. Jde o jednopodlažní halu o výšce cca 11,5 metru s vloženými stropy a galeriemi pro technickou obsluhu. Nosná konstrukce je navržena jako typický skelet s příhradovými vazníky ve střeše, na něž jsou uloženy plnostěnné vaznice a střešní plášť. Rozpětí vazníků se pohybuje od dvanácti do pětadvaceti metrů. Střecha je podepřena ocelovými sloupy, jejichž rozmístění je podřízeno rastru sloupů železobetonové konstrukce v kombinaci s požadavky vnitřní dispozice kinosálů. Střecha je poměrně hodně zatížena. Jsou na ni osazeny vzduchotechnická a klimatizační zařízení. K tomu je pro zajištění požadavků akustiky ve skladbě střešního pláště použit kačírek o hmotnosti cca 200 kg/m². Prostorová tuhost konstrukce je zajištěna dílem pomocí ocelových příhradových ztužidel a dílem navázáním na železobetonové monolitické jádro. Kuriozitou je několik prolomených sloupů, které se již v pokročilé fázi stavby musely svým tvarem podřídit a ustoupit poloze digitální promítačky (viz obr. 20).

Požadavky na na výsledný čistý dojem interieru mají také vliv na provedení. Není žádoucí aby šrouby styků vykukovaly z podhledů, podlah a jiných finálních povrchů. Tomu je třeba někdy přizpůsobit konstrukční detaily. Na obr. 21 je vidět provedení patky sloupu, která je navržena tak, aby kotevní šrouby s patním plechem zůstaly skryty pod obkladem kruhového sloupu. Na obr. 22 jsou tuhé čelní desky a zárodky pro příčle rámového rohu osazeny na sloupu společném pro rámy orientované ve dvou různých na sebe kolmých rovinách.

ZASTŘEŠENÍ FOODCOUTRU
Bezesporu nejefektnější konstrukční celek centra je zastřešení foodcourtu. Střecha je částečně prosklená a právě zde se prosadil návrh přiznané ocelové konstrukce. Díky dobré spolupráci koncepčního architekta se statiky se prosadil návrh vzrušující konstrukce s geometrií, která na první pohled vytváří dojem nepravidelnosti. Při bližším zkoumání lze však vysledovat přirozené linie hlavních nosníků, které jsou sice zvlněny to tvaru tzv. „hadů“, ale rozmístěny jsou v pravidelném rytmu po osmi metrech v rastru základního modulu celého objektu. Hlavní nosníky jsou vysokého komorového průřezu svařeného z plechů, viz obr. 24. Hadi jsou v půdoryse zvlněni a to vždy poloměrem jeden metr. Na pohled se zdají být každý jiný. Jejich geometrie je ale stejná. Půdorys střechy v typické části byl vytvořen pomocí jednoho nosníku se dvěma vlnami, který byl střídavě zrcadlen okolo svislé roviny v příčném a pak v podélném směru střechy. Stabilita hlavních nosníků je zajištěna vedlejšími nosníky obdobného ale subtilnějšího průřezu, které se samy v každém poli navzájem proplétají a podporují se. Výroba a montáž byly náročné. Jednotlivé části hadů byly svařovány na montáži. Svary defektoskopicky kontrolovány. Do úplné kompletace byly podepřeny dočasnou podpěrnou prostorovou konstrukcí. Rovina střechy je osazena na vnější straně na kyvné stojky a na straně u multikina je uložena na jeho skelet. Stabilita je zajištěna rovněž s využitím konstrukce multikina navázáním na její ztužující systém. Po kompletaci prakticky všech prvků konstrukce byly demontovány provizorní podpěry. Přitom byly měřeny svislé deformace zvolených bodů střechy pro kontrolu správného chování při aktivaci konstrukce. Měření bylo po časové prodlevě opakováno. Svařence byly nakonec finálně dozdobeny interierovými prvky. A to zejména efektními LED pásky na dolní ploše mezi přesahy bočních stěn, viz obr. 26.

foto: Aleš Pražák & Tomáš Fibír

Steel Structures of the Cerny Most Shopping Centre
An extension of construction of the shopping centre in Černý Most in Prague 9 was finished and opened in March 2013. Its construction took 21 months. Launching of construction was preceded by a several-year period determined for preparation of a plan, designing and other related activities. The extension enlarges commercial, operating and other premises of the existing centre which was built at the end of 1990s as one of the first buildings of this type in our country. The existing object has undergone partial reconstruction because the original, and from our perspective unfashionable, look and technical equipment ceased to meet current requirements for such a type of buildings.

Autor

• Ing. Pražák Aleš