Předepnutá ocelová konstrukce pro zastřešení dvora Nosticova paláce přetlakovou ETFE folií

• Foto

Nad obdélníkovým půdorysem dvora Nosticova paláce je umístěno celkem sedm obloukových nosníků, jejichž vzepětí se zvyšuje od nejnižšího oblouku konstantním přírůstkem. Krajní obloukové nosníky jsou fixovány do přilehlých stěn ve vodorovném směru. Obloukové nosníky jsou ze svařovaných H profilů výšky 80 mm a šířky 130 mm, z plechu tloušťky 10 mm. Tyto nosníky jsou uloženy na pozednicové obdélníkové profily 200 × 150 mm z plechu tloušťky 10 mm, které jsou kotveny do zdiva vždy ve třech místech. Na krajích jsou profily zataženy do příčných stěn a uprostřed jsou kotveny v místě vnitřní příčné stěny.

Kotvení je realizováno smykovou zarážkou z plechu a vlepenými kotevními šrouby. Kotevní prvek je zabetonován do vybourané kapsy po úroveň vodorovné desky. Obloukové nosníky jsou vyvěšeny každý v pěti místech ze dvou podélných nosných lanek, které jsou kotveny do příčných stěn svorníky. Vyvěšení v místech svisle pod hlavními lanky je provedeno z trubek. Šikmé vyvěšení vně hlavních lanek a uvnitř uprostřed nosníků, kde se závěsy z obou hlavních lanek stýkají, je provedeno také lanky. Připojení všech závěsů na obloukové nosné profily je provedeno svislými styčníkovými plechy, umístěnými podélně na obloukové profily. Pro montáž nosné ocelové konstrukce byly využity pásové mini jeřáby UNIC URW 295 a UNIC URW 506, které byly vhodné pro omezený manipulační prostor dvora.

Použité materiály:

• Ocelové plechy třídy S235(11373) atest 3.1,
• lepené kotvy Fischer,
• nerezová lana Macalloy a CarlStahl.

Provedené zkoušky:

• 100% vizuální kontrola svárů ocelové konstrukce,
• ultrazvuková zkouška materiálu a sváru styčníkových plechů lan Macalloy a CarlStahl,
• měření výtažných výpočtových sil chemických kotev Fischer FIS 390S,
• tenzometrické měření při předepínání ocelové konstrukce nerezovými lany Macalloy

Konstrukce zastřešení byla zejména zajímavou zkušeností v oblasti navrhování a realizace přetlakových foliových polštářů a předepnutí a měření předpětí jemného systému lanového zavěšení.

NÁVRH KONSTRUKCE ZASTŘEŠENÍ
Princip subtilních ocelových obloukových nosníků umístěných pod hliníkovými profily střešního pláště a zavěšených na systému lanek vyplynul z architektonického požadavku minimalizace viditelnosti ocelové konstrukce uvnitř i vně zastřešeného prostoru a z konstrukčního uspořádání systému střešního pláště. Rozteč vazeb oblouků byla dána maximálním příčným rozponem ETFE polštářů (bez svařování fólie) 1.600 mm. Rozměr průřezu ocelových oblouků tvaru H byl dán šířkou hliníkových profilů střešního pláště. Tyto profily byly do průřezů oblouků vsazeny s minimální tolerancí tak, aby byl zajištěn přenos vodorovných sil.

Dvojice hlavních lan ve směru kolmém na oblouky je optimální pro podepření oblouků v dostatečném počtu bodů. Jejich půdorysné prohnutí směrem k sobě uprostřed rozpětí je pak vhodné pro zajištění příčné stability konstrukce. Díky lanovému vyvěšení byly optimalizovány síly od oblouků do zděných konstrukcí. Zdivo má pouze omezenou schopnost tyto síly přenést, takže předpětí lanového systému bylo vnášeno kontrolovaně, se současným měřením sil na tenzometrech nalepených na konstrukčních prvcích ukotvení hlavních lan do zdiva. Únosnost prvků ukotvení byla ověřena zatěžovací zkouškou. Obloukové nosníky jsou uloženy na pozednicové obdélníkové profily, které jsou kotveny do zdiva vždy ve třech místech. Na krajích jsou profily zataženy do příčných stěn, uprostřed jsou kotveny v místě vnitřní příčné stěny. Kotvení tvoří smyková zarážka z plechu a vlepené kotevní šrouby. Krajní oblouky jsou kotveny v pěti místech ve vodorovném směru do přilehlých stěn prostřednictvím detailu z nerezového plechu, umožňujícího pohyb v obou zbývajících osách v rovině stěny. Tato kotvení přenášejí vodorovnou reakci směrem od budovy, vzniklou přetlakem vzduchu v krajních polštářích.

MĚŘENÍ VNITŘNÍCH SIL V LANECH
Tenzometrické měření na tyčových táhlech pomocí plného můstku, kdy tenzometry na horním a dolním povrchu ve svislém směru eliminují ohybový moment, a další dva tenzometry jsou kompenzační, vystavené pouze vlivu okolní teploty, je spolehlivou prověřenou metodou, díky které je možné při procesu předpínání kontrolovat vnesené vnitřní síly.

U lanových prvků je však umístění tenzometrů problémem. Jedinou možností je část kruhového průřezu těsně za lanovou koncovkou, resp. lanovým napínákem. V tomto místě však z důvodu přechodu síly z nalisované lanové objímky není napětí rovnoměrně rozloženo po celém kruhovém průřezu a dochází k jeho koncentraci na povrchu. V daném případě bylo tedy nutné tenzometry kalibrovat. Ručně vnesená síla pomocí napínací matice byla měřena digitálním dynamometrem a tenzometry, nalepenými na místě za napínací maticí lana.

Získaný poměr skutečné a měřené síly byl použit jako opravný koeficient, jenž byl nastaven přímo do měřicí ústředny. Při samotném předpínání lanového systému byly měřeny již opravené, reálné síly. Kalibrace byla provedena v laboratoři Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR. Byly použity foliové odporové tenzometry firmy Hottinger-Baldwin, typ XY2x 6/120, zapojené do plného můstku, přímo napájené kabely. V každém předpínacím stupni byla ověřována změna geometrie jednak geodeticky a jednak odečítáním posunů olovnic, spuštěných ve vybraných bodech konstrukce vůči fixovaným měřítkům.

Při porovnávání hodnoty předpětí a změny geometrie s teoretickými hodnotami bylo dosaženo shody. Při realizaci konstrukce zastřešení bylo nutné dodržet maximálně citlivý přístup ke stávajícím konstrukcím nejen ze statického hlediska, ale zejména s ohledem na historickou hodnotu památkově chráněné stavby.

ZÁKLADNÍ ÚDAJE O STAVBĚ
Stavba: Zastřešení hospodářského dvora Nosticova paláce
Investor: Ministerstvo kultury ČR
Architektonické řešení stavby: AP atelier, Ing. arch. Josef Pleskot
Statické řešení: Excon a. s. Ing. David Jermoljev, Ing. Vladimír Janata, CSc.
Generální dodavatel: Unistav a. s.
Realizace: OK UNIVARS, s. r. o.
Dodávka a montáž předpětí: Tension Systems, s. r. o.

Pre-stressed steel structure for roofing of the Nostic Palace yard by pressurized ETFE foil
UNIVARS Company, Ltd. has produced and assembled a load-bearing steel structure for roofing of the Nostic Palace yard of dimensions 10 × 14 m. The load-bearing steel structure is pre-stressed by means of tension cables system Macalloy. Onto the steel structure, the roofing system, using the pressurized membrane of ETFE foil in frames made of aluminium profiles, has been installed.

Autoři

• Ing. Janata Vladimír CSc.
• Ing. Jermoljev David
• Bc. Fejfar Vítězslav