Cerit Science Park II v Brně, I – návrh nosné ocelové konstrukce ve stupni DPS

Úvod

Stávající budova se železobetonovým skeletem z roku 1915 patří do období tzv. moravského Manchesteru. Jejím autorem byl významný rakouský architekt, inženýr a průmyslový stavitel Bruno Bauer. V době svého vzniku sloužila jako vojenské konfekční dílny. Expedici zjednodušovala železniční vlečka zavedená do atria objektu. Také během dalšího života budova často sloužila vojenské výrobě. V současnosti plní funkci především administrativní. Půdorysný rozměr budovy je 85 × 75 m, vnitřní atrium má rozměr 67 × 22 m. Budova má čtyři nadzemní a jedno podzemní podlaží. Výška atiky je +19,270 m, úroveň 1.PP –5,460 m.

Vývoj konceptu

Původním návrhem architekta bylo vytvořit konstrukci postavenou na stávající budovu (obr. 2, šedá kresba). To však zcela vyloučily výsledky stavebnětechnického průzkumu, především změřené hodnoty pevnosti ŽB konstrukce sloupů ve 4.NP. Následně tedy architekt navrhl konstrukci samonosnou, vyvěšenou ze sloupů umístěných v atriu (obr. 2, oranžový náčrt). První výpočty ocelové konstrukce i jejího založení potvrdily reálnost tohoto návrhu.

Od prvních úvah bylo sledována prostorová tuhost konstrukce a přenos vodorovných sil do ŽB konstrukcí suterénu a následně do základu. Jako staticky výhodné se jevilo zbourat stávající ŽB suterén atria a vybudovat novou tuhou ŽB konstrukci tvořenou dolní deskou, stropem a podélnými i příčnými stěnami. Do ní by pak bylo jednoduché nové sloupy na úrovni +0,000 vetknout (obr. 3), nebo sloupy protáhnout až na úroveň –6,000 a vetknutí zrealizovat pomocí dvojice vodorovných kotvení na úrovni dolní desky a stropu.

Souběžně s výše popsanou variantou se zkoumalo i řešení s jedním tuhým centrálním jádrem, které by bylo schopné přenést jak vodorovné síly, tak i kroucení (obr. 4). Analyzovány byly čtyři podvarianty. Jedna s ocelovým příhradovým jádrem a tři varianty železobetonového jádra s různou výškou jeho horního líce. Kromě vlivu na příčnou a podélnou tuhost celé konstrukce byly také řešeny napojovací detaily mezi jádrem a zakotvenou ocelovou konstrukcí. Veškeré výše uvedené úvahy byly cca tři měsíce před dokončením projektu ukončeny, protože majitel budovy nakonec odmítl tak zásadní zásahy do stávajících konstrukcí atria. Bylo tedy nutné nalézt nový koncept a ten následně rozpracovat.

Výsledné statické řešení

Hlavní nosná konstrukce budovy je navržena jako prostorová rámová konstrukce o maximální šířce 71,2 m, délce 81,6 m a výšce 41,3 m (obr. 5). Konstrukce se skládá ze čtrnácti příčných rámů v osách 1 až 14, dvou podélných rámů v osách D a F, stropnic, plošin jádra, technologické nadstavby, vodorovných a svislých ztužidel a schodišť (obr. 6).

Hlavní nosná konstrukce

Běžné příčné rámy v osách 3, 5, 6, 9, 10 a 12 jsou tvořeny dvojicí sloupů o osové rozteči 20,5 m, dvěma příhradovými konzolami délky 25,2 m a centrálním ztužením. Vzdálenost rámů je proměnná, od 5,22 m po 6,9 m. Sloupy v osách D a F jsou trubkové, průměru 1 016 mm, tl. 25 až 36 mm. Kotvení na úrovni –5,460 je kloubové. Horní úroveň sloupů je +30,210 m. Konzoly jsou tvořeny čtyřmi průvlaky v úrovních podlaží a střechy, třemi sloupy a třemi závěsy. Sloupy rozdělují konzolu na třetiny, v rozteči 8,4 m. Závěsy propojují jednotlivé sloupy a průvlaky. Profily konzol jsou běžné válcované profily HE-A 300 až HE-B 400, v nejvíce namáhaných částech jsou použity svařované I profily. Centrální ztužení propojuje sloupy v místě horního a dolního pásu konzol a je z trubek průměru 508 × 28 a 406 × 25 mm.

Nad stávající budovou, v osách 1, 2, 13 a 14, nebylo možné umístit sloupy. Příčné rámy jsou vynášeny z konzol podélných rámů v osách D a F – viz dále. Jejich konstrukční řešení je totožné jako u běžných rámů.V osách 4 a 11 i v ose 8 jsou umístěny ztužidlové rámy (obr. 7). Konstrukce je opět obdobná, pouze je doplněno křížové ztužidlo mezi 5.NP a přízemím a na úrovni –1,000 m je doplněno táhlo. Ztužidlo je z trubek 610 × 25 mm, táhlo je z profilu HE-B 400. Na úrovni –1,810 m je rám vodorovně zakotven do tuhé příčné ŽB stěny.Konstrukce jádrového rámu v ose 7 opět vychází z běžných rámů. Navíc jsou zde průvlaky plošin 2.NP až 7.NP a střechy, závěsy průvlaků a centrální sloupek mezi 5.NP a střechou – vše z válcovaných profilů HE-A 300 až HEM 550.

Rám v ose 8 je kombinací ztužidlového rámu a jádrového rámu. Průvlaky plošin 2.NP až střechy jsou z válcovaných profilů, běžně HE-A 400, táhlo ve střeše je z HE-B 550, vzpěra v 5.NP pak z HE-M 550. Křížové ztužení mezi přízemím a 5.NP je z HE-B 400, táhlo z HE-A 400 a centrální sloupek z HE-A 300. Na úrovni –1,810 m je rám vodorovně zakotven do tuhé ŽB stěny, na úrovni –1,000 m je táhlo z profilu HE-B 400.Podélné rámy v osách D a F zajišťují přenos podélných sil do základů v osách 6 až 9 a v osách 1, 2, 13 a 14 vynášejí příčné rámy. Sloupy (již popsané výše) jsou mezi osami 6 až 8 a v suterénu mezi osami 6 až 9 doplněny vodorovnými průvlaky a křížovými ztužidly v úrovních všech pater skeletu. Tvar ztužidel určují požadavky na průchody z jednotlivých chodeb (obr. 8). Průvlaky jsou z profilů HE-A 280, HE-B 450 a RHS 500 × 300 × 20. Mezi osami 1–3 a 12–14 jsou průvlaky z profilů HE-B 300 a Isv 300/300/20/15 a vzpěry z profilu SHS 300 × 12,5 až SHS 300 × 35. Mezi osami 7–8 je svislé ztužidlo převážně z profilů CHS 245 × 8. Stropnice plošin jsou z běžných válcovaných profilů IPE 180 až IPE 300. Stabilitu stropnic na klopení zajišťuje při betonáži řádné zakotvení trapézových plechů, v definitivním stavu ŽB stropní deska.

Další ztužidla

Výše popsaný základní systém tří příčných a dvou podélných svislých ztužidel doplňuje několik dalších ztužidel. Vodorovná ztužidla mezi osami B–B, G–H, 6–8 jsou z profilu CHS 114 × 6,3. Zajišťují stabilitu konstrukce při montáži a jsou navržena ve všech podlažích, včetně plošin jádra (obr. 5 a 6). Vzpěrnou délku dolního tlačeného pásu hlavního ztužidla mezi osami D–F zajišťují vzpěrky z profilu TR 219 × 10, umístěné v ose E. Stabilitní síly jsou přeneseny mezi osami 1–3 a 12–14 diagonálami z profilu TR 273 × 12,5. Geometrie je mírně nepravidelná, protože v těchto místech jsou situovány střešní nadstavby.V úrovni střechy, mezi osami D1–F3 a D12–F14, jsou umístěny obdobné diagonály z profilu CHS 273 × 12,5, zajišťující zrovnoměrnění vodorovných deformací střechy.V osách A a I, v 6. a 7.NP, jsou příčné rámy v místě parapetu propojeny spojitým příhradovým ztužidlem, které redukuje rozdílné deformace rámů od nerovnoměrných nahodilých zatížení a zmenšuje tak možné pootáčení skel pod přítlačnými lištami. Pásy ztužidla jsou z profilu RHS 180 × 120 × 6, diagonály z profilů 120 × 80 × 4 a 100 × 80 × 4.

Nadstavba

V centrální části budovy, mezi osami B5 až H9, je nad střešní rovinou skeletu kloubově uchycena ocelová konstrukce nadstavby pro technologická zařízení (obr. 9). Jedná se o prostorovou rámovou konstrukci z profilů HEA a IPE doplněnou příhradovými ztužidly. Délka nadstavby je 54,3 m, šířka 25,6 a maximální výška 5,7 m. Střední část nadstavby je zastřešená a opláštěná, boční části mají pouze stěny z žaluziových lamel.

Výtahová šachta

Konstrukce výtahové šachty mezi osami 6 a 6.1 doplňuje konstrukci rámu na ose 6.1 a střešní nadstavby. Tři vnitřní komory slouží pro uchycení vodítek výtahů, dvě boční komory pro VZT a elektrorozvody. Samotnou konstrukci tvoří vodorovné rámy z profilu UPE 140 a svislé sloupky převážně z profilu SHS 140 × 5 mm.

Schodiště

Celkem se jedná o šest schodišť mezi osami C–D a F–G / 1–2, 7–8 a 13–14. Schodiště jsou převážně dvouramenná, šířky 1,7 m nebo 1,0 m. Schodnice je z profilu UPE 220, stupně a podstupnice jsou svařeny z plechu P6.

Nový strop nad nádvořím a atrium

Mezi osami D–F / 2–12 se nachází ocelová konstrukce nového stropu nad stávajícím nádvořím. Mezi osami D.1–E.2 / 2–6 se nachází konstrukce střechy atria (obr. 10). Výšková úroveň podlahy atria je +0,000, vrchol ocelové konstrukce nové střechy +7,705 m.Konstrukce stropu je rozdělena do dvou hlavních částí – pochozího stropu pod novým atriem mezi osami 2–8 a pojížděného stropu mezi osami 8–12. Strop pod atriem je vodorovný, horní hrana průvlaků je konstantně na úrovni –0,100 m. Zbylá část stropu je ve sklonu, vozovka mezi osami 8–11 klesá 2,2 %, mezi osou 11–12 klesá 6,5 % až na úroveň –1,040 m. Hlavní průvlaky jsou navrženy ve směru číselných os budovy jako spojité nosníky. Při rozpětí do 5,4 m je použit profil IPE 330, v ostatních případech IPE 500. Stropnice jsou navrženy podle možností rovnoměrně v rastru 1 450, 1 500, 1 767 a 1 800 mm, zapuštěny jsou o 135 mm pod horní líc průvlaků a jsou převážně z profilu IPE 180. Umístění celkem 93 sloupků plošiny vychází z nepravidelného půdorysu stávajících ŽB stěn v suterénu.Konstrukci nového atria tvoří pět hlavních rámů z profilu HE-B 200 s kleštinou (táhlem) ze stejného profilu a vaznice z profilu RHS 160 × 160 × 5 mm. Kleština je na úrovni +4,050 m, vrchol rámu na +7,705 m. Vaznice jsou navrženy maximálně à 2 900 mm ve sklonu rámu.

Celý článek naleznete v archivu čísel 04/2023.