Dřevěná konstrukce vzducholodi Gulliver

Úvod

Stavba obří dřevěné vzducholodi je dalším dokladem osobního přesvědčení ředitele centra DOX Leoše Války, které se odráží i v celkovém přístupu centra, že dokonce i v dnešním rychle se měnícím globalizovaném světě, kde platí, že nic, co nelze vypočítat, vyhodnotit nebo předvídat, nemá cenu riskovat, se věci dají dělat jinak. Jak říká, myšlenkou vytvořit nad moderní sklo-betonovou budovou centra DOX jakousi „parazitní“ strukturu se zabýval několik let. Zpočátku snil o absurdně fascinujícím organickém tvaru, který by byl v kontrastu s existující architekturou DOXu. V roce 2013 Leoš Válka oslovil mezinárodně uznávaného architekta Martina Rajniše, držitele Ceny za přínos architektuře v oblasti udržitelného rozvoje za rok 2014 (Global Prize for Sustainable Architecture, 2014), aby se s ním podílel na realizaci toho, co sám nazývá „snem dvanáctiletých kluků“. Více než dva roky pak společně s odborníky na dřevěné a ocelové konstrukce pracovali na návrhu 42 m dlouhé a 10 m široké konstrukce inspirované tvary obřích vzducholodí, které začaly křižovat oblohu na počátku 20. století. Tvar vzducholodi je symbolický. První vzducholodě představovaly optimistické ideály nového bezprecedentního technologického pokroku. Svou pozoruhodnou monumentalitou a hypnotizující důstojností nepřestávaly fascinovat generace i dlouho poté, co zmizely z oblohy. Vzducholodě vždy ztělesňovaly věčnou lidskou touhu létat a zároveň určitý utopický ideál. Vzducholoď nad Centrem DOX nese jméno jedné z nejznámějších postav fantastické literatury.

Konstrukční řešení

Vzducholoď se vznáší nad budovami galerie DOX a je orientována úhlopříčně přes vnitřní dvůr. Uvnitř těla vzducholodi je vytvořen prostor pro návštěvníky galerie s omezenou kapacitou 120 lidí. Konstrukční aktivity započaly ihned po vypracování základní studie architekty Martinem Rajnišem a Davidem Kubíkem. Od počátku byl pro konstrukci samotné vzducholodi zvoleno jako základní materiál dřevo. Takto hozená rukavice se stala pro stavební odborníky na dřevěné konstrukce velkou výzvou poprat se s tímto zadáním a mít možnost posunout hranice použití dřeva opět o kousek dále. Současně s řešením nosné dřevěné konstrukce se hledal způsob, jak vzducholoď udržet ve volném prostoru a zároveň nenarušit iluzi letu. Tento požadavek se ukázal jako nejnáročnější fáze projektu, kdy se po mnoha variantních návrzích, jak ukrýt podpůrnou konstrukci dovnitř stávajících budov, nakonec přistoupilo k opačnému řešení, tj. k jejímu přiznání, mj. především z ekonomických důvodů, ale s maximálním důrazem tuto konstrukci co nejvíce „zneviditelnit“.

Základní podpůrný systém nosné konstrukce vzducholodi je sestaven z dvojice ocelových bárek vedených podél dvorních fasád galerie, které podepírají ocelovou mostovku. Hlavním nosným prvkem mostovky jsou dva podélné příhradové nosníky, umístěné ve sklonu a kloubově osazeny na bárky, a nad nižší budovu galerie jsou přes bárku překonzolovány. Sloupy bárek jsou v obou směrech vetknuty do nově vybudovaných železobetonových základových bloků s navazujícím pilotovým založením. Základová a podpůrná konstrukce bárek je tedy plně autonomní a nedochází tak k interakci s okolními budovami. Tuhost ocelové konstrukce ve vodorovném směru v úrovni vzducholodi je zajištěna několika vzájemně sladěnými systémy. V rovině kolmé na podélnou osu vodorovnou tuhost zajišťují především příhradové bárky a na vykonzolovaném konci mostovky předepnutá lana kotvená k sousedním objektům. Ve směru podélné osy přebírá vodorovné síly ocelové ráhno horizontálně vložené mezi špici mostovky a železobetonový objekt. Ráhno je s mostovkou spojeno přes sadu talířových pružin, které redukují normálovou sílu v ráhnu, tak aby nebylo překročeno maximální povolené zatížení do železobetonové konstrukce stávajícího objektu. Tímto pružným uložením bylo zároveň umožněno zaktivovat vetknuté, předepnutými lany vzájemně křížem propojené bárky pro přenesení potřebné části vodorovného zatížení ve směru podélné osy vzducholodi.

Hlavní příhradové nosníky mostovky jsou doplněny dalšími ocelovými prvky, jež společně tvoří prostorovou příhradovou konstrukci. Jsou základním kotevním bodem pro dřevěnou nosnou konstrukci vzducholodi a současně zajišťují podporu pro podlahu uvnitř vzducholodi, která je z dřevěných modřínových hranolů 50 × 60 mm splňujících požární odolnost R15, kterou mají i ostatní nosné ocelové prvky mostovky.

Dřevěnou nosnou kostru vzducholodi můžeme rozdělit na dva základní směry. Kolmo na podélnou osu vzducholodi (radiální směr) je osazeno čtrnáct prstenců v roztečích 2,2–3 m. Kruhové příhradové nosné obruče, jsou složeny ze dvou dřevěných dílčích obručí z lepeného lamelového modřínového dřeva 75 × 120 mm třídy GL28h SI vyrobených pro třídu provozu 3, které tvoří vnější a vnitřní pás příhrady. Pasy jsou vzájemně propojeny dostředně orientovanými dřevěnými sloupkovými rozpěrami 40 × 120 mm vymezujícími statickou výšku obruče. Dřevěné prvky jsou vzájemně přes sloupek staženy nerezovou závitovou tyčí M12 a doplněny dvojicemi diagonál z nerezových táhel M8. Táhla jsou s dřevěnou kostrou propojena přes ocelové žárově zinkované kotevní prvky. Základní konstrukce obruče je doplněna o systém vnitřních lanových táhel, která zajišťují tuhost konstrukce. Výplet táhel se liší podle požadavku na využití vnitřního prostoru vzducholodi. Obruče jsou kotveny v dolní polovině k ocelové mostovce přes ocelové svařence vysokopevnostními šrouby (čtyři kusy/obruč). Každá obruč je z výrobního a montážního důvodu rozdělena na třetiny. Spojení jednotlivých dílů je navrženo ocelovými příložkami sepnutými svorníky.

V druhém směru jsou navrženy podélné ztužující prvky, které probíhají po celé délce vzducholodi. Podílejí se na přenosu zatížení v tomto směru a současně stabilizují kruhové obruče v úrovni vnějšího a vnitřního pasu. Ztužující prvky jsou navrženy stejným principem jako kruhové obruče, tj. dřevěná kostra tvořená vnějšího a vnitřního pasu. ze sušeného modřínového dřeva třídy C30 SI (T profil 40 × 120 + 40 × 120 mm). Pasy jsou propojeny dřevěnými sloupky, stažené nerezovou závitovou tyčí M12 a ztužené dvojicemi diagonálně orientovaných nerezových táhel M8. Rovina podélných ztužujících prvků směřuje do osy vzducholodi s úhlem pootočení 30° (tj. dvanáct podélných ztužujících pasů). Hlavní podélné ztužující příhradové prvky jsou kloubově připojeny přes ocelové spojky s obručemi pomocí vysokopevnostních šroubů a tvoří tak základní „ortogonální“ kostru vzducholodi, která je doplněna v každém poli při vnější straně příhradových prvků diagonálním křížným ocelovým lanovým ztužením.

Doplňkové podélné ztužující prvky jsou navrženy z dřevěných sušených modřínových fošen 40 × 160 mm třídy C30 SI, které jsou radiálně umístěny mezi hlavní podélné ztužující příhradové prvky s úhlem pootočení 10° (tj. 24 doplňkových ztužujících dílů). Prvky jsou přisazeny k vnějšímu povrchu vzducholodi a podílejí se na stabilizaci horních pasů hlavních podélných ztužujících prvků a kruhových obručí. Současně tvoří podklad pro připevnění pláště vzducholodi, který je také nedílnou součástí zajišťující stabilitu celého systému. Ukončení na špičkách vzducholodi je navrženo z dřevěných zakřivených modřínových prvků z lepeného lamelového dřeva, jež se radiálně sbíhají ve vrcholu vzducholodi s úhlem pootočení 10°. Ve dvanácti paprscích navazujících na hlavní podélné ztužující příhradové prvky jsou zakřivené prvky doplněny o další díly, které vytvářejí příhradový ztužující prvek (T průřez a sloupky). Všechny prvky ve vrcholu jsou připojeny na ocelový kruhový svařenec, do kterého bude umístěn ventilátor.

Opláštění vzducholodi podpírají v radiálním směru zakřivené modřínové lamely 26 × 80 mm, slepenými ze dvou lamel a vzájemně propojenými v místech hlavních podélných příhradových prvků na půlplát. Rozteč zakřivených lamel je 500 mm. Na tuto základní kostru, která tvoří stahující obruče okolo celého těla vzducholodi (podílí se na stabilitě základní kostry), jsou v podélném směru umístěny obkladové hoblované modřínové lamely tloušťky 20 mm a šířky 65–47 mm (288 linií lamel na obvodu vzducholodi). Připojení pláště k základní kostře je realizováno pomocí dvouzávitových vrutů. špičky vzducholodi jsou opláštěny vodovzdornou překližkou s lamelovým zalištováním stykových spár v ose nosných paprsků.

V rámci projektových příprav byla současně řešena životnost celé konstrukce. Z toho důvodu byl vybrán pro dřevěnou část konstrukce modřín, který nabízí v tuzemských podmínkách nejlepší přirozenou trvanlivost z jehličnatých dřevin. Investor už od počátku pracoval s faktem, že pokud dřevo nebude pravidelně ošetřováno ochrannými nátěry, bude u něho docházet přirozeně k změně barvy z krásné medové na stříbrnou. Systém pro zastřešení musel zajistit především celoroční provoz uvnitř vzducholodi, vizuálně co nejméně narušit její celkový koncept a zároveň co nejlépe ochránit konstrukci jako celek před působením atmosférických srážek, jejichž dlouhodobé působení se zásadně podílí na snížení životnosti dřevní hmoty, a v neposlední řadě splnit přísné požadavky požárních norem. Z toho důvodu byl jako vhodný systém nakonec navržen systém mechanicky napínané jednovrstvé transparentní membránové fólie ETFE. Tato fólie vytváří nad horní polovinou vzducholodi velký deštník, který levituje nad tělem vzducholodi a umožňuje tak nerušené proudění vzduchu kolem všech dřevěných částí kostry, čímž je zajištěn základní předpoklad pro dlouhodobou životnost celé konstrukce.

Vzducholoď má samozřejmě i gondolu, která je přístupná z vnitřní paluby po žebříku a je zavěšena na základní kostru vzducholodi. Přístup do samotné vzducholodi zajišťuje dvojice bočních visutých schodišť, která jsou vedena ze střech protilehlých budov galerie. Ocelová schodiště jsou oddilatována od těla vzducholodi. Vzducholoď je vybavena audiovizuální a světelnou technikou s možností celoročního provozu díky instalovaným infrapanelům a je přístupná veřejnosti v rámci návštěvy galerie DOX. Komplexní statický návrh na 3D modelu vzducholodi byl realizován pomocí softwaru RFEM a jeho přídavných modulů. Zatížení byla generována v souladu s normovými požadavky. Vzhledem ke složitosti tvaru a exponované poloze vzducholodi byl pro zatížení větrem vypracován pod vedením Ing. Jaroslava Váchy v ÚTAM AV ČR analytický model působení větru na konstrukci vzducholodi, který zohledňuje okolní zástavbu, tvar vzducholodi a propustnost pláště. Hodnoty z této analýzy byla převzaty pro výpočet konstrukce vzducholodi. Celý proces výstavby byl založen na principu, že celá konstrukce vzducholodi byla rozdělena do dílčích částí, které byly vyrobeny a na stavbu dovezeny jako zkompletované prefabrikáty, které na stavbě byly osazeny a vzájemně propojeny bez dodatečných úprav. Výjimečný projekt vyžadoval výjimečný přístup k práci, při které se využívaly jednak moderní CNC technologie, ale současně se na vzducholodi nachází významné množství prvků a sestav kompletně vyrobených ručně. Všem, kteří se na výrobě dílčích komponentů, prefabrikátů a montáži konstrukce vzducholodi podíleli, patří velké poděkování. Náročná práce jistě všem přinesla vnitřní uspokojení z výjimečného počinu, který by nevznikl bez nejdůležitější osoby v celém procesu, tj. Leoše Války, duchovního otce celého projektu. Projekt Gulliver může hrdě nést označení Made in Czech Republic ve všech svých úrovních od návrhu až po montáž.