Atypické prefabrikované haly pro průmysl

22. dubna 2010

Ing. Pavel Čížek

Stavby průmyslové Vyšlo v čísle 04/2010

V příspěvku záměrně vybrané příklady z výstavby průmyslových hal ukazují jejich rozmanitost, vyplývající z odlišných provozních podmínek, firemní kultury a z přizpůsobení se lokalitě výstavby. Je zřejmé, že příznivým seskupením stavebníka, dodavatele a projektanta mohou vzniknout zajímavé a esteticky působivé konstrukce, aniž by byly potlačeny aspekty účelovosti a hospodárnosti. To, že se v procesu od návrhu až po realizaci vyskytnou i uvedené problémy či závady, lze přičíst pouze lidskému faktoru.

Autor:

Ing. Pavel Čížek

Absolvoval Fakultu inženýrského stavitelství ČVUT v Praze, směr konstruktivně dopravní. Zabývá se navrhováním betonových konstrukcí. Je autorem konstrukčních soustav INTEGRO a PREMO. Je spolumajitelem a jednatelem projektové kanceláře STATIKA Čížek, s.r.o., v Pardubicích. Spoluzakladatel ČBS, ČSSI.

Dvě haly pro japonské investory
Prudký rozvoj nových výrobních technologií, zvlášť u automobilového a přidruženého průmyslu včetně elektroniky, s enormním zrychlováním inovace výrobních cyklů, si vynutily nové nároky na organizační strukturu strojního vybavení a následně na nový způsob vedení technologických rozvodů. Průmyslové betonové podlahy jsou spolu s nutnými úpravami jejich podloží navrhovány na hodnoty plošného zatížení obvykle v rozmezí 20 až 50 kNm-2, výjimečně i více. Podlahy jsou určeny pouze pro dopravu a rozmístění strojového parku s možnostmi výměny či přestavby v libovolném časovém údobí. Z těchto důvodů je vedení technologických rozvodů a médií situováno výhradně do prostoru vymezeného nosnou střešní konstrukcí s přiměřenými nároky na její uspořádání. Zejména vzduchotechnické jednotky, dosahující vyšší hmotnosti, jsou umísťovány na střechu. Dochází proto k značnému nárůstu zatížení střešních konstrukcí a zvýšeným nárokům na horizontální propustnost technologických a jiných rozvodů.
Montované železobetonové vazníkové haly v klasickém provedení těmto nárokům nevyhovují. Vazníky je nutné tvarově upravit zejména v úložných partiích, kde se nejen koncentrují, ale také kříží páteřní technologické rozvody.

Tovární objekt v průmyslové zóně Čivice v Pardubicích
Z více vazníkových hal vybírám jako ukázku tovární objekt postavený v roce 2004 v průmyslové zóně Čivice v Pardubicích (obr. 1).

Na konstrukci byly vzneseny následující požadavky:

Možnost průběžného vedení rozvodů mezi vazníky v prostoru s výškou 0,6 m vymezeném shora trapézovými plechy a zespoda vrchní úrovní hlavních nosníků.
V pásech podél hlavních nosníků možnost vedení páteřních liniových rozvodů s možností vybudování zavěšené obslužné lávky (obr. 2).
Možnost umístit nad střechou vzduchotechnické jednotky s hmotností až 20 t s přenesením zatížení vynášecím ocelovým roštem do střešních prefabrikovaných dílců (obr. 3).

¤ Obr. 2. Požadované prostory na vedení rozvodů a pro obslužné lávky zakomponované do realizované střešní konstrukce: A ? podél vazníků, B ? podél nosníků, C ? obslužná lávka; 1 ? sloup, 2 ? nosník, 3 ? vazník

¤ Obr. 3. Maximální zatížení střešní konstrukce: A ? vzduchotechnická jednotka s celkovou hmotností 50 t, B ? liniové zatížení od rozvodů a lávky, C ? užitné plošné zatížení; 1 ? sloupy, 2 ? hlavní nosníky, 3 ? vazníky

Pro střešní konstrukci se ukázal jako nejvýhodnější návrh dvoustupňové soustavy, pozůstávající z hlavních nosníků a na ně kolmo orientovaných vazníků, s patřičnou úpravou tvaru dílců. Střešní konstrukce je podporována sítí vnitřních sloupů v rastru 8x18/5x48 m a obvodovými sloupy v 6 m odstupech. Vazníky s roztečí 6 m jsou ukládané jednak přímo na zhlaví sloupů a střídavě po dvojicích na hlavní nosníky. Vazníky i nosníky jsou přímopasé s průřezy tvaru T a výškami 1,2 m, resp. 1,4 m. Zvláštní pozornost byla věnována tvarování úložných oblastí jak nosníků, tak zejména vazníků. Důvodem bylo naplnění již zmíněných požadavků.
Polozapuštěné uložení vazníků pozůstává z výrazně prodloužené části s konstantním průřezem 0,4/0,59 m. Následuje pozvolný přechod do průřezu T s dvěma náběhy: sestupným do stojiny a vzestupným do horní příruby (obr. 5, 6). Toto uspořádání je výhodné z konstrukčního i statického hlediska. Spodní výztuž stojiny vazníku je podél spodního náběhu dovedena až k čelu a tam bezpečně zakotvena. Spodní výztuž prizmatické úložné části je ve tvaru smyček dovedena do tlačené oblasti příruby vazníku (obr. 4).
Současné uživatelské požadavky na konstrukce, v tomto případě na střešní konstrukce vazníkových hal, vedou k navrhování netradičních skladeb, tvarů a detailů prefabrikovaných konstrukcí. V případě uvedené tovární haly tvary a design dílců i styků přispěly k výraznému uplatnění betonu v interiéru haly s příznivým estetickým dopadem (obr. 7, 8).

¤ Obr. 4. Uspořádání výztuže v koncové oblasti vazníku: 1 ? hlavní spodní výztuž, 2 ? výztužné smyčky úložného dříku, 3 ? podpora, 4 ? gumové ložisko 300x130x10 mm

¤ Obr. 5. Detail uložení nosníků a vazníků na vnitřní sloup

¤ Obr. 6. Detail uložení v místě změny výšky haly

¤ Obr. 7. Diagonální pohled na konstrukci výrobní haly

¤ Obr. 8. Loď s jeřábovou dráhou

Stavba závodu KOYO SEIKO v Plzni
Pro výrobní závod KOYO SEIKO, postavený v Plzni na Borských Polích byla požadována modulová osnova sloupů 12x24 m (obr. 9). Na vedení technologických rozvodů bylo ve vaznících s rozponem 24,0 m požadováno provedení kruhových otvorů ve stojinách. Existují doporučení pro jejich velikost v závislosti na situování po délce vazníku ve vztahu k výšce vazníku a také variantní modely replique rolex vyztužování metodou strut-and-tie model. Potíže vznikají při nárocích na extrémní průměry nevhodně situovaných otvorů. Na této hale u některých vazníků délky 24 m a výšky 1,5 m s otvory průměru 0,7 m, situovaných v třetinách rozponu, byly asi dva měsíce před kolaudací zjištěny trhlinky znázorněné na obr. 11. Trhlinky představují běžný fenomén u železobetonových dílců namáhaných kombinací ohybu a smyku. V případech, kdy se dílce dodatečně opatří bílým nástřikem, stávají se zřetelně viditelnými, nepůsobí esteticky a mohou vyvolat nedůvěru. Vliv na rozvoj a velikost trhlinek mají stadia výroby, dopravy, skladování a manipulace, až po konečné uložení při montáži. Následuje historie způsobu a velikosti zatížení. Nemalý vliv má i způsob vyztužení. Z uvedeného je zřejmé, že i shodné dílce mohou mít trhlinky s rozdílnými průběhy i šířkami, jak tomu bylo i v daném případě.
Provedli jsme vlastní přepočet se zjištěním, že vazníky mají dostatečnou rezervu ohybové a smykové únosnosti. Pro jistotu jsme objednali výpočet programem ATENA u firmy Červenka Consulting. Dosažený globální součinitel bezpečnosti ? = 2,29 > 1,79 splňuje podmínku bezpečnosti odpovídající metodě parciálních součinitelů podle ČSN ENV 1992-1-1-731201 a současně prokazuje i rezervy v únosnosti.
Zjištění, že u méně zatížených vazníků byly trhlinky širší než u některých více zatížených vazníků, nás podnítilo k hledání příčin tohoto jevu. Doba výstavby byla enormně krátká a na výrobu 70 ks vazníků nebylo mnoho času. Výroba byla zahájena v předstihu a vazníky byly dopravovány na dvě meziskládky v blízkosti staveniště. Některé vazníky byly převáženy brzy po vyjmutí z formy (obr. 10), některé nebyly správně skladovány. Rok po kolaudaci nedošlo u namontovaných vazníků k žádným změnám. Po dvou letech při rozšiřování haly se stejnými prvky investor souhlasil s velikostí otvorů průměru 0,4 m. Původní otvory průměru 0,7 m nebyly plně využity (obr. 12).

¤ Obr. 9. Konstrukce výrobní haly s modulem 12x24 m a vazníky opatřenými kruhovými otvory

¤ Obr. 10. Transport vazníku délky 24 m

¤ Obr. 11. Charakteristické polohy trhlin a jejich pokrytí výztuží (z měření na stavbě)

¤ Obr. 12. Technologické rozvody v hale s rozponem 12x24 m

Dostavba areálu firmy Kiekert-CS v Přelouči
Návrh a dostavba areálu firmy Kiekert-CS, s.r.o. v Přelouči nebyly jednoduché. Halové objekty skladu a expedice s přímou návazností na dvoupodlažní výrobní objekt leží na ploše 112x101,5 m a spolu s přilehlou třípodlažní provozní budovou lichoběžníkového půdorysu 18 ÷ 33/58,5 m (obr. 13) se nacházejí na svažitém pozemku s převýšením 8,7 m (obr. 14). Z jedné boční strany, sousedící s cizím pozemkem, se ukázalo potřebné v předstihu vybudovat ochrannou kotvenou pilotovou stěnu (obr. 15, 16). Příprava staveniště si vynutila odvoz enormního množství částečně kontaminované zeminy.
Překryv halového komplexu má společnou střešní konstrukci sestavenou z železobetonových sedlových vazníků délky 24 m a vaznic s rozpony 14 m a roztečí 6 m (obr. 17). Ve skladové hale bylo nutné, z důvodů situování zakladačových skladů v části půdorysu, vnitřní sloup nahradit dvojicí sloupů s rozestupem 6,5 m (obr. 18). Tato anomálie neovlivnila tvar vazníků, které mají z výrobních důvodů shodný tvar. Liší se pouze detaily uložení, styků a vyztužením.
Zatímco skladová hala spolu s expediční halou mají celkovou výšku 15,4 m, výrobní hala i s vloženým podlažím má výšku 12,4 m se zvýšenou úrovní podlahy oproti spodním halám o 3 m. Toto výškové uspořádání má svou logiku a odpovídá požadavkům od zásobování přes výrobní proces až po expedici. Sleduje minimalizaci zemních replique montre prací v silně svažitém terénu a umožňuje úsporný staticko-konstrukční návrh obvodových suterénních stěn halového komplexu. Vložená stropní konstrukce výrobní haly s celkovou plochou 112/55 m a rozpony 14,4/12,0 m je navržena na užitné zatížení 10 kNm-2. Stropní konstrukce má ztužující funkci ve vodorovném směru pro roznos jednostranně působícího zemního tlaku do všech svislých nosných prvků výrobní haly. Dvoustupňový nosný systém stropní konstrukce tvoří spojitý průvlak a stropní panely dodatečně spřažené s monolitickou podlahovou membránou. Železobetonové žebrové stropní panely pro modul 12 m jsou uložené prostřednictvím gumových ložisek na průběžné konzolky průvlaků. Pro jejich výrobu jsme s úspěchem využili stávající ocelové formy, původně vyvinuté na konci osmdesátých let minulého století v rámci konstrukční soustavy PREMO v Průmstavu Pardubice. Spojité průvlaky s rozpony 14 m jsou sestaveny z dvojic prefabrikovaných dílců průřezu tvaru Z, v podélné spáře stykovaných provařením spojek v místech zabudovaných ocelových desek. Návrh zdvojených nosníků vyplynul z nutnosti použít průběžné sloupy pro uložení střešní konstrukce v rozteči 14 m. Nosníky jsou uložené na dvojice konzol prostřednictvím gumových ložisek. Vrchní výztuž průvlaků nad podporami má dvě výškové úrovně. V montážním stadiu se ihned po uložení dílců pomocí svařovaných příložek propojí výztuž vyčnívající z jejich čel. Volně přivázaná podélná výztuž vrchní vrstvy, dodávaná spolu s nosníky, se po jejich osazení zasune do předepsané polohy nad podporami (obr. 19). Prostor nad průvlaky v tloušťce 120 mm se vybetonoval současně s membránou nad žebrovými panely. Celková výška žebrového stropu je 0,64 m a průvlaků 1,2 m.
Stropní konstrukce je dilatací rozdělena na dvě části. V 12 m polích s žebrovými panely byla dilatační spára provedena důsledně mezi panely, u nosníků a v membráně. V krajním poli délky 7 m byly namísto žebrových panelů z ekonomických důvodů navrženy panely SPIROLL tloušťky 250 mm. Zatímco dilatační spára byla provedena v membráně, u panelů SPIROLL byla opomenuta. Průřez panelu s šířkou 1,2 m přesahuje dilataci asi o 0,4 m. Vlivem dotvarování, smršťování a kolísání teplot došlo v nejslabším místě průřezu panelu, ve vrcholech podélné dutiny s minimálními tloušťkami 32 mm v horní a dolní části, k překročení únosnosti v tahu. Vzhledem k této skutečnosti se vytvořila dilatační spára v panelu zcela přirozeně s návazností na již provedenou spáru v membráně (obr. 20).

¤ Obr. 13. Půdorysné uspořádání dostavby

¤ Obr. 14. Výsek půdorysné skladby hal s vloženou stropní konstrukcí, doplněný příčnými řezy: A ? se skladovou halou, B ? s expediční halou

¤ Obr. 15. Pohled na skladovou a výrobní halu ve svažitém terénu

¤ Obr. 16. Pohled z rozestavěné haly na ochrannou kotvenou pilotovou stěnu

¤ Obr. 17. Společná střešní konstrukce pro expediční a výrobní halu

¤ Obr. 18. Dvojice sloupů v rozteči 6,0 m ve skladové hale

¤ Obr. 19. Detail styku spojitého zdvojeného nosníku před betonáží

¤ Obr. 20. Dilatační spára v panelu PARTEK vytvořená přirozenou cestou

Výstavba závodu TRUMPF CZ v Liberci
Objekt závodu TRUMPF Strojírenská výroba CZ s.r.o. představuje první etapu plánované výstavby vlastního areálu v průmyslové zóně Liberce. Halový prostor replique hublot s čtvercovým půdorysem 72x72 m má dvě části: výrobní a expediční. Přilehlá administrativní budova se třemi podlažími má obdélníkový půdorys 48x11,95 m (obr. 21). Dle firemních zvyklostí společnosti TRUMPF je konstrukce výrobní haly hybridní v kombinaci ocelových střešních vazníků a podpůrné železobetonové prefabrikované konstrukce (obr. 22).
Trojlodní výrobní hala s rozpony 3x24 m má vnitřní sloupy v rozestupu 12 m. Ocelové sedlové příhradové vazníky s roztečí 6 m jsou na obvodu ukládané přímo na sloupy, uvnitř na speciálně tvarované prefabrikované nosníky dlouhé 12 m. Nosníky mají v uložení na dvojkonzoly vnitřních sloupů snížený průřez. S celkovou šířkou 1,2 m pozůstávají ze dvou kónických žeber s šířkami 0,2 až 0,25 m, které jsou v místech uložení a uprostřed pole propojené příčníky (obr. 23). Volný prostor je využit pro rozvody a odvodnění střechy. Vnitřní sloupy mají další dvojice konzol určené na uložení ocelových nosníků mostových jeřábů s nosností 25 t. Spodní dřík sloupů má průřez 0,5/1,0 m u vnitřních a 0,5/0,75 m u obvodových sloupů. Nad konzolami pro uložení jeřábových drah mají sloupy průřez 0,5/0,5 m (obr. 25). Rozměry průřezů sloupů odpovídají statickému působení hybridní konstrukce s kloubově uloženými příhradovými ocelovými vazníky. V čistě prefabrikované konstrukci se železobetonovými vazníky by mohly být průřezy sloupů zmenšené. Z estetického hlediska působí kombinace tvarovaných prefabrikovaných dílců v kombinaci s ocelovými vazníky příznivě. Na straně předpokládaného budoucího rozšíření haly jsou navrženy sloupy se styky umožňujícími jejich demontáž a znovupoužití (obr. 26). Za tímto účelem se použily speciální prvky Halfen HCC. Pro obvodovou stěnu haly v sousedství s administrativní budovou jsou použity prefabrikované dílce tloušťky 0,2 m.
Konstrukci administrativní budovy tvoří devět třípatrových jednopólových rámů s roztečí 6 m (obr. 24). Z 9,3 m pole jsou jednostranně vyložené konzoly délky 2,7 m do chodbového traktu. Stropní spojité desky mají tloušťku 200 (250) mm a tvoří je filigránové panely spřažené s monolitickou betonovou vrstvou. Filigránové panely jsou v pohledech přiznané. V chodbovém traktu je umístěno neobvykle koncipované schodiště. Je to dvojice prefabrikovaných železobetonových třikrát resp. čtyřikrát zalomených schodnic s délkou 10,175 m, přesněji 12 m. Shora mají pilovité zářezy na uložení prostých desek kamenných stupňů a podest. Boční prefabrikovaná souvislá stěna montovaná ze stěnových dílců na výšku tří podlaží má spolu se schodištěm dominantní postavení celého komunikačního traktu (obr. 27). Pole požadavků investora viditelné části prefabrikované konstrukce mají vzhled odpovídající architektonickému záměru přiznání dílců prefabrikované konstrukce v interiéru.

¤ Obr. 21. Příčný řez administrativní budovou a výrobní halou