Zastřešení tribun fotbalového stadionu Eden v Praze – možnosti vytváření výrobních výkresů pomocí 3D modelů

Tvar střechy vytvářejí vazníky. Ty jsou ocelové příhradové s horním i spodním pásem zakruženým podle třech různých poloměrů. Tvarem připomínají vazníky oko, jemuž směrem do středu stadionu ubíhají hrany do jednoho bodu, ovšem směrem ven přechází do oblouku proměnlivé výšky. Dvě třetiny délky vazníku jsou ve všech vazbách identické. Zbývající vnější třetina se mění v závislosti na požadované délce prvku, který vychází z půdorysu stavby. Poloměr koncového zaoblení vazníku je totiž matematicky závislý na vzdálenosti od pomyslného středu hrací plochy. Horní a dolní pás vazníku tvoří svařované T-profily doplněné v pravidelných vzdálenostech plechovými výztuhami. Na 28 vaznících se vyskytovaly dvě desítky různých T-profilů, proto jsme vzali zavděk možnosti vytváření vlastních parametrických přípojů. Pro jednotlivé varianty profilů jsme naprogramovali generování výztuh optimálního tvaru a natočení v prostoru. Parametrizovali jsme si také přípoje vaznic a přípoje montážního styku uvnitř vazníku. Nepodařilo se nám sice naprogramovat zcela univerzální přípoje, ale přesto jsme takto dosáhli značných časových úspor. Nadrozměrné dílce jsme modelovali metodou dílců a poddílců, což nám umožnilo rozkreslit vazníky v několika samostatných celcích.

Kotvení vazníků v reálu

Konce vazníků propojuje dutý prstenec, který sleduje určenou vnější hranu. Jedná se o plechový svařenec tvaru půlměsíce. V půdoryse je zakřiven podle obecné křivky a po délce se mění jak jeho výška, tak zakřivení vyduté části. Vnitřní konce vazníků jsou po vnitřním obvodu také propojeny obdobným dutým profilem. Ten má však po celé své délce stejný průřez.

Celkový pohled na 3D model

Zpracovat dílensky tvar těchto dutých dílců byl pro náš konstrukční tým a následně výrobní organizaci vůbec nejtvrdší oříšek. Byli jsme nuceni nahradit hladké křivky určující půdorys vepsanými polygony o délce hrany jeden až dva metry, zvolený s ohledem na výrobní rozměry materiálů. Každý úsek prstence pak byl určen počátečním a koncovým poloměrem zaoblení dutiny a počáteční a koncovou výškou sečny. Tyto veličiny jsou v každém vrcholu polygonu rozdílné a získávali jsme je za pomocí softwarových nástrojů programu Tekla Structures a poznatků deskriptivní geometrie. Zakřivený plech tvořící obal dutiny je pro každý segment jiný, ale vždy se jednalo o výseč z kuželové plochy určené dvěma vodícími elipsami. Při dílenském zpracování tohoto prvku jsme vycházeli z principu, že každou přímkovou plochu je možné vyskládat z trojúhelníků. Jedná se o princip používaný při konstruování papírových modelů, který zvládá program Tekla Structures v rámci Construsoft maker. CS makra umožňují ze zadaných hraničních bodů trojúhelníkové plochy generovat a následně rozvinout do roviny. Naším úkolem bylo vynést v prostoru v každém zlomu polygonu alespoň deset hraničních bodů. Mezi těmito body jsme pak vynesli zmiňované plechové trojúhelníky. Ve výsledku jsme tedy nedělali rozvin kuželové plochy, ale rozvin lomenice z rovinných ploch. Ovšem lomenice určená malým počtem hraničních bodů by byla oproti ideální kuželové ploše značně nepřesná. Program Tekla Structures naštěstí zvládá mezilehlé body mezi body námi zadanými dopočítat a byl tedy schopen dosáhnout potřebných přesností při vytváření plechových šablon.

3D model kotvení vazníků

Mezi jednotlivými vazníky jsou umístěny příhradové vaznice z válcovaných profilů. Jedná se o rovinné konstrukce, které ovšem v rohových částech mají mimoběžné osy horního a dolního pásu. K vazníkům jsou uchyceny přes čelní desky pomocí momentových styků. Jako vaznice fungují i vnitřní a vnější duté profily, které jsou popsány v předchozím odstavci.
Střešní plášť a podbití podhledu kopírují tvar vazníku. V rohových polích podbití vytváří zborcenou plochu. Je podporováno tenkostěnnými prvky Metsec, které vyžadují standardizované umístění děr v prvcích. Pro přípoje prvků Metsec na nosné konstrukce jsme si opět pomohli naprogramováním vlastních přípojů. Díky nim nám nevadilo, že v rohových polích je každý nosník chytán k vaznicím a vnějším dutinám originálním nikde se neopakujícím přípojem. Také nám pomohlo, že systém prvků Metsec je zakomponován v programu Tekla Structures.

Detail modelu rohu tribuny

Konstrukce zastřešení tribun váží více než 1 100 kg a vyskytuje se na ní celá řada konstrukčně zajímavých detailů. Nutno ovšem také dodat, že takto náročné konstrukce by bez použití nejkvalitnějších 3D modelovacích programů byly velmi obtížně řešitelné. A bez zvládnutí dovednosti vytváření vlastních parametrických přípojů a prvků by se jednalo o práci nesmírně časově náročnou. Bez nadsázky je možné konstatovat, žes použitým softwarem jsme dosáhli na hranice geometrických možností tvorby výrobní dokumentace ocelových stavebních konstrukcí. Navíc způsob vytváření 3D modelu umožňuje interaktivní přístup pro reálný tvar prostorových složitých detailů, na kterých závisí architektonicko-konstrukční hodnota díla.

Autor

• Ing. Protivínský Jiří