Použitie oceľových konštrukcií pri rekonštrukcii historického objektu sladovne v Písku

Použitie oceľových konštrukcií pri rekonštrukcii historického objektu sladovne v Písku

Historický objekt sladovne sa nachádza v centre starobylého mesta Písek. Je umiestnený vo dvore areálu mestskej radnice a prilieha k historickému objektu píseckého hradu na brehu rieky Otavy. Objekt bol vybudovaný v rokoch 1861 až 1866 a svojmu účelu slúžil viac ako 100 rokov. Od premiestnenia sladovníckej výroby do iných objektov v polovici 70. rokov minulého storočia už objekt prakticky neslúžil žiadnemu zmysluplnému účelu. Stav dlhodobého nevyužívania a absencia akejkoľvek údržby sa podpísali na jeho havarijnom stave. V súčasnosti už niekoľko rokov prebieha po etapách rekonštrukcia, ktorá má umožniť nové využitie sladovne ako reprezentatívnych, výstavných a administratívnych priestorov MÚ Písek. V rámci tejto rekonštrukcie bolo nevyhnutné použiť asi 40 ton oceľových konštrukcií, ktorých návrh a realizácia boli vzhľadom na špecifické podmienky historického objektu technicky náročné.

Opis stavu objektu pred rekonštrukciou

Objekt sladovne sa skladá z niekoľkých častí. Členenie zodpovedá potrebám pôvodného účelu – spracúvaniu a skladovaniu sladovníckeho jačmeňa. Pravá i ľavá časť majú podobné dispozičné usporiadanie, zhodný priečny rez a využívali sa na rovnaký účel. Stredná časť slúžila ako komunikačné jadro pre personál aj ako dopravný uzol na presun materiálu. Jej usporiadanie je preto odlišné.

Obvodové steny objektu sú zo zmiešaného muriva (tehla + kameň) hrubého asi 1 m. Strecha je valbová, krytá škridlami. Vnútri objektu je niekoľko podlaží s rozdielnym konštrukčným riešením. Spodné dve podlažia sú zastropené tehlovými klenbami. Nad prvým podlažím je masívna valcová klenba so zásypom hrubým až 2 m v rozpätí asi 8 m.

Subtílnejšia krížová klenba sa nachádza nad druhým podlažím (nad pôdorysom jednotlivého poľa približne 4,7 × 8,0 m). Nad týmito dvoma klenbovými stropmi sú ďalšie dve vstavané podlažia s drevenou nosnou konštrukciou, ktorá sa skladá zo sústavy stĺpov (so šikmými vzperami), stropníc a prievlakov. Niektoré drevené vodorovné nosné prvky sú riešené ako prosté alebo ako spojité nosníky s dvoma či viacerými poľami.

Pôvodne boli drevené trámy uložené v rozpätí 8 m rovnako ako klenby pod nimi. Toto rozpätie sa však pre prevádzku sladovne ukázalo ako príliš veľké, a preto sa konštrukcia stropov dodatočne podoprela ďalšími radmi stĺpov. Pôvodné rozpätie hlavných trámov sa tak zmenšilo na polovicu. Dodatočné stĺpy však pôsobili nepriaznivo priamo na stred klenieb nad druhým podlažím a v niekoľkých prípadoch spôsobili ich prelomenie. Tento problém sa vyriešil pridaním ďalších stĺpov, ktoré klenby podopierali uprostred ich rozpätia. Tieto úpravy sa realizovali pravdepodobne koncom 19. alebo začiatkom 20. storočia. Išlo o neodborný a remeselne nedbanlivý zásah.

Pôvodné drevené konštrukcie boli tesársky spracované s vysokou zručnosťou (vrátane tesárskych spojov jednotlivých prvkov). Dodatočne zrealizované konštrukcie majú výrazne horšiu kvalitu spracovania dreva. Spoje nie sú vyhotovené tesársky, ale len skobami a klincami. Okrem porušenia klenieb dodatočným podopretím drevených podlaží vykazoval objekt ešte niekoľko porúch, ktoré ovplyvňovali jeho statiku. V obvodovom murive sa objavili trhliny (na šírku muriva alebo na výšku celého objektu). Priestorová stabilita sa pôvodne zabezpečovala systémom oceľových ťahadiel v úrovniach jednotlivých podlaží.

Počas prevádzky objektu však väčšina ťahadiel z rôznych dôvodov prestala plniť svoju funkciu. Práve táto skutočnosť spolu s dlhodobým zatekaním do objektu a vystavením aj vnútorných priestorov striedaniu mrazu a tepla sa podpísala pod vznik a šírenie trhlín v murive. Zároveň stredné murované piliere na úrovni druhého podlažia vykazovali nedostatočnú únosnosť najmä vzhľadom na nízku kvalitu malty, ktorá sa použila pri ich murovaní. Rekonštrukcia objektu prebieha postupne už niekoľko rokov. Jej rozdelenie na jednotlivé etapy je dané predovšetkým objektívnymi finančnými možnosťami investora.

Z tohto dôvodu sa jednotlivé statické problémy riešia postupne (hoci z technického hľadiska by bolo vhodnejšie riešiť statiku objektu ako celku). Za pomoci nových oceľových konštrukcií sa riešilo podopretie stĺpov drevených podlaží mimo klenby s ich následnou sanáciou a osadenie nových vystužujúcich ťahadiel v úrovni jednotlivých podlaží.

Nové podopretie drevených stĺpov

Pri sanácii porušených klenieb nad druhým podlažím bolo treba zabrániť ich ďalšiemu nevhodnému zaťažovaniu uprostred ich rozpätia. Pri riešení tohto problému sa skúmalo niekoľko rôznych spôsobov. Ako vhodné riešenie sa ukázalo podopretie stĺpov novými oceľovými nosníkmi. Reakcie stĺpov sa tak prenášali priamo do obvodových múrov a stredných pilierov.

Samotný návrh nosníkov ovplyvňovali dva zásadné obmedzujúce faktory. Prvým bola obmedzená stavebná výška pre nosnú konštrukciu medzi rekonštruovanou klenbou a novou drevenou podlahou. Po osadení nosníkov je priestor okolo novej konštrukcie znovu zasypaný pôvodným materiálom. Staticky pôsobia nosníky samostatne a nesmú byť v kontakte s klenbami ani pri maximálnej možnej deformácii (maximálna vypočítaná deformácia je asi 30 mm). Preto sú nosníky obalené polystyrénom hrubým 40 mm. Ten zabráni prenosu síl medzi nosníkom a klenbou uprostred rozpätia.

Druhým obmedzujúcim faktorom návrhu konštrukcie bola možnosť manipulácie s dielcami. Jednotlivé časti nosníkov sa mohli presúvať len ručne po nerovných plochách klenieb v priebehu ich sanácie. Každý nosník sa kvôli montáži rozdelil na tri kusy, montážne spoje boli skrutkované. Vzhľadom na interiér s drevenými konštrukciami nebolo možné dielce nosníkov spájať montážnymi zvarmi. Hmotnosť jednotlivých dielcov bola až 420 kg. Vodorovná manipulácia prebiehala po montážnych drevených podlahách. Na zabezpečenie presunu dielcov dovnútra objektu sa v obvodovej stene prerazili montážne prestupy a k nim sa z vonkajšej strany objektu postavili manipulačné plošiny. Celá manipulácia vnútri objektu vrátane umiestnenia nosníkov do správnej polohy prebiehala bez možnosti použitia akýchkoľvek zdvíhacích mechanizmov. Nosníky sa ukladali do káps v obvodovom murive, resp. na stredový pozdĺžny klenbový pás. Aktivácia sa vykonala nadvýšením drevenej konštrukcie na mieste podopieraných stĺpov pomocou drevených trámov a hydraulických zdvíhadiel. Všetky práce spojené s podopieraním a nadvyšovaním konštrukcie sa realizovali pod priamym dozorom statika.

Statická analýza konštrukcie

Z dôvodu obmedzenej stavebnej výšky sa podopretie každého stĺpa riešilo dvojicou zvarených profilov v tvare I, ktorých výška je 300 až 380 mm. Zvárané profily majú stojiny z plechov hrubých 16 a 20 mm a pásnice až 200 × 30, resp. 150 × 35 mm. Podopretie sa staticky rieši ako sústava prostých nosníkov. Z hľadiska deformácie sú vhodnejšie spojité nosníky, tie by však pôsobili väčšou reakciou na stredné murované piliere.

Pri navrhovaní nových oceľových nosníkov sa vytvoril priestorový model konštrukcie. Vzhľadom na obmedzenú výšku oceľových nosníkov bolo treba stanoviť reakcie stĺpov čo najpresnejšie. Preto sa neuvažovalo o výpočtovo najjednoduchšom tuhom podopretí drevených stĺpov v mieste oceľových nosníkov, ale naopak, vytvoril sa zložitý model celej drevenej konštrukcie s podopieranými nosníkmi. Drevená konštrukcia podlaží nad opravovanými klenbami je staticky mnohonásobne neurčitá. Vodorovné prvky sa riešia ako prosté, spojité s dvoma alebo aj viacerými poľami. Niektoré spoje sú kĺbové, niektoré možno charakterizovať ako polotuhé. Konštrukcia dvoch drevených podlaží a krovov je priestorovo zložitá vzhľadom na zalomený pôdorys krovov, ktorý je konštrukčne riešený inak ako pôdorys na úrovni nových oceľových nosníkov. Skutočné pôsobenie oceľových nosníkov možno charakterizovať ako pružné podopretie drevenej konštrukcie, ktorá s nimi vzhľadom na svoju statickú neurčitosť spolupôsobí. Pre vek dreva a nedokonalosť vyhotovenia stykov sa modul pružnosti dreva znížil na 75 % normových hodnôt (tým sa znížil aj vplyv spolupôsobenia jednotlivých častí konštrukcie).

Náročný statický model sa vytvoril na základe výsledkov premerania skutočných drevených profilov a ich statického pôsobenia. Spoje jednotlivých, najmä vodorovných prvkov (napr. styk priečneho trámu a na ňom uloženej stropnice) sa modelovali pomocou krátkej kyvnej alebo jednostranne votknutej stojky. Podopretie konštrukcie do murovaných konštrukcií sa modelovalo ako nepoddajné.

Použitie zložitého priestorového statického modelu konštrukcie (viac ako 1 800 uzlov a 2 700 prútov) umožnilo opísať vzájomné spolupôsobenie prvkov konštrukcie tak, aby nové oceľové nosníky bolo možné optimálne navrhnúť aj vo veľmi stiesnených podmienkach. Po dokončení rekonštrukcie objektu bude táto náročne realizovaná oceľová konštrukcia skrytá pod drevenou podlahou budúcich výstavných sál.
Výsledkom statickej analýzy zložitého a rozsiahleho modelu bol posudok nových oceľových nosníkov. Tento náročný priestorový model, ktorý rešpektuje spolupôsobenie oceľových a drevených konštrukcií, sa musí použiť nielen pri návrhu oceľových nosníkov, ale aj pri výpočte vnútorných síl existujúcich drevených konštrukcií.

Úskalia rekonštrukcií pamiatkových objektov

Skúsenosti z realizácie tejto čiastkovej etapy rekonštrukcie pamiatkovo chráneného objektu možno zhrnúť do niekoľkých bodov. Pamiatkovo chránené objekty si vyžadujú predovšetkým špecifický prístup k riešeniu problémov rekonštrukcií a sanácií od všetkých zúčastnených. Potreba mnohých stavebných činností vrátane statických zabezpečení sa zistí až v priebehu prác. Súvisí to s neexistujúcou pôvodnou dokumentáciou, ale aj s niektorými neštandardnými spôsobmi riešenia čiastkových problémov v práci našich predkov. Na rozdiel od výstavby nových objektov je preto takmer nemožné pri rekonštrukciách pamiatkovo chránených objektov uzavrieť už na začiatku prác konečný rozpočet. Každý nový problém, ktorý sa pri rekonštrukcii vyskytne, treba vyriešiť aj vzhľadom na prísne kritériá pamiatkarov na zachovanie historického výrazu stavby. Riešenie jednotlivých technických problémov môže byť v prípade rekonštrukcií aj niekoľkonásobne drahšie než v prípade nových stavieb. Táto začiatočná nevedomosť pri určovaní fixného stropu nákladov môže pri výstavbe spôsobovať problémy s priebežným financovaním. Napriek všetkým problémom, ktoré rekonštrukcie historických objektov prinášajú, by mal byť citlivý prístup k zachovaniu výsledkov práce našich predkov pre vyspelú spoločnosť samozrejmosťou.

Ing. Jaroslav Vácha
Foto: Excon, a. s.

Autor je autorizovaným inžinierom pre statiku a dynamiku stavieb. Špecializuje sa na atypické nosné konštrukcie, tenkostenné prvky a riešenie havarijných stavov konštrukcií. Vo firme Excon, a. s., pracuje ako vedúci projektant oceľových konštrukcií.