WTC zůstane nezapomenutelným reprezentantem vrcholné inženýrské tvorby dvacátého století

Draze zaplaceným zkušenostem bude jistě se zřetelem k dalšímu rozvoji a výstavbě vysokých budov věnována zvýšená pozornost z hlediska přehodnocení kriterií spolehlivosti nosných konstrukcí, protipožární ochrany a zajištění bezpečnosti osob i objektů proti útokům teroristů. Následující stručný přehled hlavních dat a rozmanitých informací má připomenout projekt dvojčat WTC a zdůraznit podstatné charakteristiky ocelové nosné konstrukce. O objektech WTC je v dalších odstavcích psáno v minulém čase. I když lze oprávněně očekávat, že v budoucnosti bude celý komplex WTC obnoven, nesporně bude realizován ve zdokonalené formě v souladu s vývojem architektury, s rozvojem konstrukčních systémů a s novými možnostmi moderních technologií.

Urbanistické a provozně-architektonické řešení
Na obr. 2 jsou naznačeny budovy WTC umístěné na jižním cípu Manhattanu. Komplex WTC se skládal z dvojice vysokých budov o sto deseti patrech a z další čtveřice osmi, respektive desetipodlažních objektů. Pracovní prostory pro cca 50.000 zaměstnanců o rozloze cca 2.900 m² v každém z kancelářských podlaží) byly navrženy a vybaveny tak, aby umožnily jednání a jiný pracovní kontakt s cca 80.000 návštěvníky vstupujícími do objektů denně. Z šesti podzemních podlaží sloužilo pět k parkování až dvou tisíc vozů, ke komunikačnímu spojení s městskou dopravní sítí apod. V jednom podzemním a dále v několika nadzemních patrech byla umístěna technologická zařízení.
Svislou dopravu do kancelářských podlaží v každém z obou výškových objektů zajišťovalo celkem 100 osobních a 4 nákladní výtahy. Jejich zajímavé uspořádání, dovolující velice rychlou dopravu osob do jednotlivých podlaží, je zjednodušeně naznačeno na obr. 3a, b. Pět expresních výtahů sloužilo k dopravě osob do podlaží č. 107 a 110. Výtahové šachty zabíraly cca 13 % půdorysné plochy podlaží. Svislá doprava osob byla navržena tak, aby kterékoliv podlaží bylo dosažitelné za obvyklého provozu v objektu do 2 minut. V případě nouze mělo podle předpokladů projektu být možné vyklidit celý objekt za 5 minut (!).
Náročné technické zařízení dvojčat WTC (klimatizace, energie, sanita, ad.) by zasloužilo samostatné pojednání. K nejzávažnějším součástem vysokých budov patřil klimatizační systém (chlazení či vytápění objektu). Do hlavního klimatizačního zařízení v podzemní části budovy byla čerpána chladící voda z řeky Hudson (330.000 l/min). Součástmi klimatizační soustavy bylo dále zařízení umístěné v technologických podlažích. K zajímavostem technického vybavení patřila kabina se zařízením pro mytí oken. Tato dálkově řízená kabina pojížděla svisle po kolejničkách skrytých ve fasádním plášti ("zubačka") a nebylo proto třeba zavěšovat kabinu na lana. Po dokončení mytí v jednom sloupci oken byla kabina přemístěna do sousedního sloupce a tak proces mytí oken trvale pokračoval.
Ke schématům na obr. 3 lze dodat, že celková výška každé z dvojice budov byla 411 m, půdorysný rozměr byl 63,5 x 63,5 m, jádro mělo rozměry 24 x 42 m, a skladebná výška podlaží byla 3,66 m (při světlé výšce 2,62 m) a výška vstupní haly 22,3 m. Celková podlahová plocha jedné budovy byla 418.000 m2 při půdorysné ploše budovy 4.032 m² (užitková plocha celkem 319.000 m²) a objem budovy byl 1,754.000 m³.

Ocelová nosná konstrukce vysokých budov WTC
Obr. 4a má přiblížit uspořádání ocelového nosného systému skládajícího se z těchto hlavních částí:

• z "komůrky" o rozměrech cca 63,5 x 63,5 m, jejíž stěny byly tvořeny hustým patrovým sdruženým rámem. Rozteč padesáti devíti sloupů uzavřeného profilu (viz obr. 4e) v každé stěně komůrky byla 1.020 mm. Úroveň vodorovných trámů rámu odpovídala úrovni stropních konstrukcí. V rozích byly rámové stěny komůrky spojeny tak, aby byl zajištěn přenos smykových sil mezi stěnami komůrky.
• z vodorovných "diafragmat" ztužujících komůrku. Diafragmata byla tvořena stropní konstrukcí (viz obr. 4b), svisle podepřenou na vnějším straně budovy ocelovou konstrukcí komůrky (viz obr. 4c) a uvnitř půdorysu ocelovým "jádrem" (viz obr.4a).
• z vnitřního ocelového "jádra", přenášejícího pouze svislé účinky zatížení do základů (viz. obr. 4a).

Interakcí tří hlavních součástí uvedených výše vznikla ocelová prostorová (torzně a ohybově tuhá) konstrukce, přenášející účinky všech svislých zatížení, jakož i účinky vodorovného zatížení (především větru) do betonové spodní stavby, uložené na skalním podkladu. Montáž hlavní nosné ocelové konstrukce je naznačena na obr. 4f. Netřeba zdůrazňovat náročnost montáže ocelové konstrukce ve stísněných poměrech jižní části Manhattanu. Bylo např. nutno přiblížit k dosahu montážních jeřábů celkem 78.000 t ocelových konstrukcí pro každou z obou budov (44,5 kg/m³, tj. 186,6 kg/m² půdorysné plochy podlaží či 244,5 kg/m² užitné plochy podlaží). Montážní díly komůrky o výšce tří podlaží (viz obr. 4d) byly spojovány VP šrouby.

Doplňující informace o ocelové konstrukci
Sloupy ocelové rámové komůrky měly konstantní vnější rozměry 450 x 450 mm, výška vodorovných trámů rámových stěn komůrky byla 1,32 m. V závislosti na účincích zatížení byla zvětšována tloušťka profilu (od 7,5 do 12,5 mm) a volena kvalita oceli o mezi kluzu 295,0 do 700,0 N/mm². V nejnižší části budovy (vstupní hala) byly vždy tři sloupy komůrky spojeny v sloup jediný o vnějším rozměru 800 x 800 mm. Hlavní částí stropních konstrukcí byly příhradové nosníky (o výšce 900 mm a o rozpětí až 18,3 m) uložené na každý druhý sloup komůrky, tedy jejich rozteč byla 2.040 mm. Deska z lehkého betonu (tloušťka 100 mm), uložená na ztraceném bednění (z tenkostěnného za studena tvarovaného plechu), byla spřažena s ocelovým příhradovým nosníkem. Uvedený systém byl doplněn podružným ztužením. Stropní konstrukce byla dimenzována na zatížení stálé 500 N/m² a na nahodilé zatížení 4.880 N/m². Opláštění budovy bylo provedeno z hliníkových plechů (viz obr. 4e). Zatížení větrem bylo po celé výšce budovy uvažováno hodnotou 2.200 N/m². Největší vodorovná výchylka vrcholu budovy bylo 280 mm.
K protipožární ochraně ocelové konstrukce měl posloužit vermiculitový nástřik o tlouštce 3 mm. Zvýšená odolnost proti požáru byla navržena pro vnitřní jádro (včetně únikových schodišť), kde byly též rozmístěny hydranty. V technologických podlažích byly protipožární nádrže naplněné 18 500 litry vody (poznámka: lze odhadnout, že v nádržích letadla Boing bylo v okamžiku nárazu na budovu nejméně třikrát tolik litrů leteckého benzinu).

Závěrem
Vysoká míra lidského umu, tvořivosti a technických schopností ve své době patrně nejvyšší úrovně přesto v přímé konfrontaci s bestiální chutí za každou cenu zabíjet zcela prohrála. Architekti a projektanti měli snahu počítat s téměř vším, hurikánem počínaje a nárazem letadla konče. Ale že půjde o letadla dopravní, patřící na světě k největším, která budou navíc zcela plná vysoce výbušného leteckého benzínu, s tím však skutečně nepočítali. Je vůbec možné zajistit pro podobné objekty ještě vyšší míru bezpečnosti? Po třiceti letech od výstavby WTC to dozajista možné je, protože technických možností při zajišťování bezpečnosti přibyla velká škála. Bezpečnější řešení má však své ale - především ekonomické. Podobně stavěné výškové budovy by musely být stavěny s buďto podstatně mohutnějšími průřezy nosných konstrukcí nebo z pevnějších materiálů, užívaných například při kosmickém výzkumu. Soudný názor pak v tomto případě říká raději stavět na jiném místě a budovy nižší, byť efektivnost investice a jejího následného provozu, propočtená zejména přes pořizovací cenu pozemku, bude nepochybně nižší též. Ovšem bráno v souvislostech práce a života v konfrontaci s možností, že kterýkoliv den přijdou opět o život tisíce nevinných lidí, pak je výběr jednoznačný.

Prof. Ing. Pavel Marek, DrSc. (ÚTAM AV ČR Praha a FAST VŠB TU Ostrava),
Ing. Tomáš Měřínský (ČAOK a OK - ocelové konstrukce, Ostrava),
Jaromír Složil (OK - ocelové konstrukce, Ostrava)

A literatura
Acier-Stahl-Steel (1970/6), Bauwelt (1966/32), Der Stahlbau (1970/4), Engineering News Record (1971/11), Architectural Forum (1964/4), Multi-Story Buildings in Steel (Hart, Henn and Sontag, A Halsted Press Book, 1978), Kovové konstrukce pozemních staveb (Marek a kol., SNTL/ALFA, 1985).

1) Dvojice vysokých budov na Manhattanu

2) Umístění výškových budov v rámci komplexu WTC (výškové budovy jsou tmavé)

3b) Půdorys typického podlaží s výtahovými šachtami a únikovými schodišti

4a) Průřez nosnou konstrukcí vysokých budov WTC

4b) Stropní konstrukce budov WTC

4c) Napojení stropní konstrukce a komůrky

4e) Průřez ocelového sloupu komůrkového nosného systému

4f) Montáž ocelové konstrukce WTC

Zdroj: časopis Ocelové konstrukce

Autor

• Prof. Ing. Marek Pavel DrSc.