Partneri sekcie:

Použitie oceľových nosných prvkov v železobetónovóm skelete polyfunčného objektu

Použitie oceľových nosných prvkov v železobetónovóm skelete polyfunčného objektu

Architektúra objektov, ich dispozičné riešenia  a prevádzková funkčnosť veľmi často, diktujú statikovi náročné podmienky, v ktorých sa len ťažko dá zabezpečiť statická bezpečnosť a použiteľnosť nosných prvkov a konštrukcií objektu bežným spôsobom. V takýchto prípadoch je potrebné hľadať netradičné riešenia.

Opis polyfunkčného objektu

Polyfunkčný objekt má štyri podzemné podlažia, v ktorých sú umiestnené hromadné garáže. Nadzemná časť objektu sa z hľadiska účelu delí na dve časti: na osempodlažnú časť, v ktorej sú navrhnuté bytové jednotky a na štrnásťpodlažnú časť, ktorá bude slúžiť na administratívne účely. Objekt je založený plošne na základovej doske hrúbky 1600 mm vo vrstve stredne uľahlého štrku nad hladinou podzemnej vody.

Konštrukčná výška podzemných garáží je 2,600 m. Nosný systém podzemných garáží pod administratívnou časťou objektu tvorí sústava pilierov prierezu 375/1500 mm v modulovej osnove 5000 x 7500  mm a 7500 x 7500 mm, na ktoré sú uložené železobetónové stropné dosky hrúbky 250 mm so skrytými oceľovými hlavicami. Železobetónové stropné dosky sú v spáde, lebo plnia  zároveň aj úlohu nájazdových rámp.

Konštrukčná výška nadzemných podlaží v administratívnej časti je 3,600 m na 1. np a 3,300 m v ostatných np. V nadzemných podlažiach administratívnej časti polyfunkčného objektu architektúra požadovala kruhové stĺpy. Priemer stĺpov 850 mm bol navrhnutý s ohľadom na mimoriadnu kombináciu pri horizontálnom pôsobení seizmických síl. Vo vyšších podlažiach bol priemer kruhových stĺpov zmenšený na hodnotu 700 mm.

Nosnú konštrukciu stropov nadzemných podlaží v bytovej časti objektu tvoria spojité železobetónové monolitické dosky hrúbky 220 mm uložené na nosných stenách a prievlakoch.

Nosnú konštrukciu stropov nadzemných podlaží v administratívnej časti objektu tvoria železobetónové dosky hrúbky 250 mm, uložené na stĺpoch cez železobetónové nízke hlavice, ktoré sú vystužené proti pretlačeniu. Pri návrhu dispozície objektu uvažovali autori architektúry, že stuženie objektu bytovej   časti   objektu bude zabezpečené nosnými železobetónovými  stenami, v administratívnej časti stužujúcim jadrom, v ktorom je umiestnený výťah, schodište a šachta pre vzduchotechniku. Ukázalo sa,  že takto navrhnuté stuženie administratívnej časti je nedostatočné. Preto bolo nevyhnutné zabezpečiť bezpečné horizontálne stuženie objektu takým spôsobom, aby boli do daného dispozičného riešenia nutné minimálne zásahy. Trieda betónu stropných konštrukcií je B30, nosných stien a pilierov B45, v exponovaných miestach B50 v zmysle STN 73 1201. Výstuž je triedy 10505.

Prechod obdĺžnikového tvaru stĺpu na kruhový tvar pomocou prechodovej hlavice

Dispozičné usporiadanie podzemných podlaží predpokladaného polyfunkčného objektu, v ktorých boli umiestnené garáže, vyžadovalo, aby stĺpy mali čo najmenšiu šírku. Z tohto dôvodu boli v podzemných podlažiach navrhnuté obdĺžnikové stĺpy s rozmerom 1500 x 375 mm. V nadzemných podlažiach architektúra požadovala použitie kruhových stĺpov. Prechod tvaru z obdĺžnika na kruh bol limitovaný dĺžkou 600 mm. Ukázalo sa, že v rozsahu takej krátkej prechodovej dĺžky nie je možné prechod uskutočniť bez lokálneho oslabenia prierezu. Veľmi problematické  bolo v mieste prechodu vystužiť prierez bez toho, aby bola výstuž koncentrovaná v malej prierezovej ploche. Najvhodnejším riešením problému bolo použitie oceľovej prechodovej hlavice (obr. 1).

Obr. 1 – Tvar plechovej hlavice – pohľad čelný, bočný, pôdorys

Hlavica je zvarená z plechu hrúbky 60 mm. Na spodu má pätku s rozmerom 1500/375 mm, v ktorej sú otvory pre prevlečenie výstuže spodného stĺpu. Táto výstuž sa po prevlečení cez otvory privarí o výstuhy pätky, čím sa zabezpečí prenos síl z výstuže do prechodovej hlavice. V hornej časti je kruhová platňa s priemerom 850 mm, na ktorú je privarený oceľový prstenec, slúžiaci na privarenie výstuže horného kruhového stĺpu. Medzi spodnou obdĺžnikovou pätkou a hornou kruhovou platňou sú mohutné pozdĺžne a priečne výstuhy. Spoľahlivý kontakt prechodovej hlavice s betónom spodného obdĺžnikového stĺpu bol zabezpečený pomocou lôžka z expanznej hmoty VUSOKRET.

Doplnkové stuženie železobetónového skeletu pomocou oceľových stužidiel

Pri spracúvaní projektovej dokumentácie pre stavebné povolenie sa ukázalo, že stuženie tých nadzemných podlaží v administratívnej časti objektu, ktoré prevyšujú obytnú časť objektu, tak, ako ho predpokladal architektonický návrh v odsúhlasenej dispozícii, nie je dostatočne tuhé proti torzným účinkom vonkajších zaťažení od vetra a seizmických síl. Z tohto dôvodu bolo nutné vytvoriť ďalšie stuženie objektu, ktoré by vytváralo  dvojicu síl spolu s jestvujúcou stužujúcou stenou. S ohľadom na skutočnosť, že investor nebol ochotný akceptovať zmenu dispozície, ktorá by vyplývala s osadenia ďalšej stužujúcej steny, spomenutý postup pomocou ďalšej stužujúcej steny neprichádzal do úvahy. Najvýhodnejšie riešenie problému sa ukázalo vytvorením stuženia pomocou oceľových ondrejských krížov, ktoré prechádzali cez niekoľko podlaží. Celkové usporiadanie  stužidiel je na obr. 2.

Obr. 2 – Úpravy stužidiel v mieste zabetónovania do stĺpov skeletu

Diagonály oceľových ondrejských krížov tvorili tiahla z  pásovej ocele dvakrát 300/30 mm, na horných podlažiach jedenkrát 300/30 mm. V uzloch, kde boli tiahla zabetónované do stĺpov, boli tiahla upravené výstuhami tak, aby sa zabezpečilo ich spolupôsobenie s betónom skeletu.

Stuženie pomocou ondrejských krížov prechádzajúcich cez niekoľko podlaží vyžadovalo, aby železobetónové stĺpy boli mohutnejšie. Tento nárok vyplýval zo zvýšených normálových síl v stĺpoch od účinkov horizontálnych síl pôsobiacich na objekt, a tiež vyplýval z veľkej vzpernej dĺžky stĺpov, ktorá dosahovala hodnotu až 9,900 m. Horizontálny účinok voľných podlaží na stĺpy, t. j. podlaží, nachádzajúcich sa mimo uzlov ondrejských krížov, bol takmer eliminovaný pôvodne navrhovaným stužujúcim jadrom. Stužujúce jadro tvorila výťahová šachta, šachta pre vzduchotechniku a schodisko.

Záver

Predchádzajúce riešenia prechodu obdĺžnikového tvaru stĺpu na kruhový tvar a doplnkové stuženie objektu pomocou oceľových ondrejských krížov ukázali, že niektoré náročné problémy železobetónových konštrukcií, ktoré sa javia neriešiteľné, je možné vyriešiť pomocou oceľových prvkov osadených v železobetónovom skelete.

S ohľadom na zvýšené finančné a technické  nároky pri realizácii je však namieste otázka, či možno takéto riešenia používať bežne, alebo iba ako núdzové východisko z neriešiteľnej situácie.

Bohumil Bohunický, Marta Blehová, Tatjana Pevná
FOTO: autori

Ing. Bohumil Bohunický, autorizovaný stavebný inžinier SKSI – statika stavieb, zodpovedný projektant statiky. Absolvent stavebnej fakulty SVŠT v Bratislave, odbor Pozemné stavby. Pôsobil vo viacerých projektových ústavoch a organizáciách ako projektant statiky. Od roku 1993 pôsobí ako samostatný subjekt. Počas svojho profesionálneho pôsobenia vypracoval buď v spolupráci, alebo samostatne mnoho projektov nosných konštrukcií stavieb, alebo ich častí. Najvýznamnejšie z nich sú: Dom kultúry Tranava časti A, C, Dom kultúry v Prievidzi (nedostavaný), Zábavné stredisko Ozerky v Sankt Peterburku, Supermarket a Tržnica v Sankt Peterburku, Polyfunkčné objekty II. a III.stavba na Gerncenovej ul. v Bratislave, Polyfunkčné objety blok G+H na Žabotovej a Šancovej ulici v Bratislave. Spolupracoval na projektoch pomocnej plavenej komory a areálu pre športovú plavbu v Čuňove.

Zaoberá sa problémami funkcionálnej analýzy a optimalizačnými metódami, ktoré uplatnil najmä pri úlohách súvisiacich s návrhom plachtových konštrukcií. Odvodil a numericky vyriešil diferenciálne  rovnice pre výpočet tvaru  plachty napnutej cez voľné laná.