Konverze původního věžového vodojemu v areálu VKM a.s.

Z historie

Historie původního vodojemu sahá do dob první republiky. Návrh na realizaci stavby o objemu 800 m³ zadalo Kladno v roce 1932. Sám vodojem pak byl postaven roku 1933. Projektovou dokumentaci stavby vypracovala Českomoravská – Kolben – Daněk, a.s., Libeň (J. Hlaváč), montáž realizovala rovněž ČKD Libeň, závod Slaný. Jedná se o první stavbu svého druhu v republice. Ocelová nosná konstrukce je ve spodní části (dříku) opláštěna cihelným zdivem, které ovšem nemá nosnou funkci, jde o architektonický prvek s tepelně­izolační funkcí. Obezdění nosné konstrukce provedla firma Hrabě a Lozovský (obr. 2 a 3).

Vodojem původně sloužil jako zásobárna vody pro kladenskou čtvrť Rozdělov. Avšak poté, co v ní bylo v padesátých letech postaveno sídliště prvních výškových budov v Československu, již vodojem přestával z toho plynoucím požadavkům vyhovovat a byl postaven vodojem nový. Původní stavba sloužila ještě do osmdesátých let jako posílení akumulace vody. Když byl uveden do provozu zemní vodojem Kožová Hora, stal se původní rozdělovský vodojem nadbytečným a byl vyřazen z provozu.

Původní konstrukce vodojemu

Nosná konstrukce byla navržena z uhlíkové oceli C38 (R_m = 380 MPa). Hlavními nosnými prvky je osm sloupů průřezu 2 × U č. 300 půdorysně uspořádaných do pravidelného osmiúhelníku vepsaného do kruhu o průměru 10,35 m. Sloupy jsou stabilizovány příhradovými ztužidly rombické soustavy sestávající z vodorovných tuhých prvků a diagonál (obr. 4). Prvky jsou stykovány šroubovými spoji. Uvnitř nosné konstrukce je ocelové schodiště a potrubní vedení. Ve výšce cca 25 m byla betonová podlaha (obr. 5), na které je umístěna vlastní nádrž vodojemu, po jejímž obvodu byla provedena vyzdívka a ocelová konstrukce vrchní stavby. V tomto prostoru také dochází k vyklonění sloupů, které následně opisují kruh o průměru 11,84 m. Vlastní nádrž tvaru koule byla sestavena z ocelových plechů (obr. 6), které jsou propojeny nýtováním. Zajímavostí je, že nýty byly nahřívány na úrovni terénu a montážní dělníci si je horké přehazovali na lešení až do výškové úrovně nádrže. Teplota nýtů se pohybovala kolem 1 000 °C. V úrovni koruny nádrže je proveden ochoz, na kterém je již jen samonosná konstrukce stanové střechy s lucernou.

Technické údaje
■ Celková výška: 40,6 m
■ Výška nádrže: 9,5 m
■ Vnitřní průměr nádrže: 11,0 m
■ Vnější průměr hlavy vodojemu: 14,9 m
■ Výška dříku: 25,0 m
■ Průměr dříku (vnější): 11,95 m

Vize stavebníka

Aby stavba původního vodojemu opět získala uplatnění, začaly se hledat různé možnosti, jak tento ojedinělý objekt znovu využít a navrátit tak Kladnu jeho bývalou dominantu. Nakonec bylo rozhodnuto, že vodojem bude s odkazem na své původní využití sloužit pro vodohospodářské účely, a to spíše administrativního charakteru. Zároveň se zrodila myšlenka částečně (s ohledem na soukromý režim v areálu) zpřístupnit stavbu veřejnosti a obeznámit ji s procesy koloběhu vody v přírodě a s činností vodohospodářské společnosti.
Vodohospodářům slouží věž ke děma účelům. Jednak jako hi-tech dispečink pro infrastrukturu, která zásobuje vodou přes 290 tisíc lidí z okresů Kladno, Mělník, Praha-východ, Praha-západ a Rakovník – kdy kromě běžného ovládání infrastruktury je dispečink uzpůsoben i na zvládání krizových situací, například déletrvající sucha či naopak povodně. Druhým způsobem využití je pak naprosto unikátní centrum kybernetické bezpečnosti, které ochrání vodohospodářskou infrastrukturu před hackerskými a sabotážními kyberútoky zvenčí. Podobné útoky se totiž nevyskytují jen v zahraničí; i v České republice bylo zaznamenáno napadení vodohospodářského dispečinku jedné malé provozní společnosti, nespadající do koncernu Veolia, a za zašifrovaná data musel daný provozovatel zaplatit výkupné. Centrum kybernetické bezpečnosti nabídne své služby také subjektům mimo region i Českou republiku.

Pro veřejnost slouží dvě interaktivní expozice, řízené Oliveou (chytrý systém řízení objektu, vyvinutý firmou Veolia). Expozice se nacházejí v nově vloženém, 22,5 m vysokém vertikálním jádru věže. První expozice je věnována procesu získávání a dodávky pitné vody, jejímu využití a následnému zpracování odpadní vody před jejím vrácením do přírodního koloběhu. Druhá expozice návštěvníkům nabídne nahlédnutí do složitostí i krásy vodních ekosystémů a ochrany vodní flóry a fauny. V nejvyšším patře vodojemu vznikla pod ocelovým krovem panoramatická zasedací místnost s nebývalou vyhlídkou. Pro komfort návštěvníků v ní budou instalovány informační panely. Mimo jiné je z ní unikátní pohled na celé České středohoří a při troše štěstí i na Ještěd, Ralsko, Bezděz nebo Krkonoše.

Zjištěné poruchy ocelové konstrukce

Ocelová konstrukce byla podrobena diagnostice, kterou zpracoval Kloknerův ústav ČVUT v Praze, jejímž hlavním cílem bylo seznámit se s fyzikálními vlastnostmi použité oceli a stupněm její degradace. Z dostupných podkladů bylo zjištěno, že konstrukce je provedena z oceli třídy C38. Na základě odběru a vyhodnocení vzorků byla pro statické posouzení konstrukce stanovena třída oceli C275. Dále bylo nedestruktivními metodami měření tvrdosti oceli stanoveno, že celá konstrukce byla realizována z oceli jedné pevnostní třídy. Na odebraných vzorcích byla dále provedena chemická analýza oceli, která potvrdila, že se jedná o nízkouhlíkovou nelegovanou ocel se zaručenou svařitelností. V rámci diagnostických prací byla provedena vizuální prohlídka viditelných a dostupných prvků ocelové konstrukce v kombinaci s destruktivními sondami a měřením korozních úbytků ocelových prvků. Na základě tohoto průzkumu bylo stanoveno, že konstrukce je kompletní, nevykazuje zjevné deformace, boulení, poškození spojů, styčníků apod. a je z hlediska koroze v dobrém stavu.

Výjimkou z výše uvedeného byly ovšem spodní části nosných sloupů (v úrovni terénu; obr. 7 a 8) a prvky konstrukce podlahové desky v úrovni +25,0 m. U pěti z osmi sloupů, které jsou tvořeny dvěma profily U 300 přeplátovanými přivařeným plechem tl. 12 mm, bylo zjištěno, že je plech od U 300 odtržen a vyboulen. Příčinou těchto deformací byl kondenzát, který se uvnitř sloupu tvořil za vhodných tepelně-vlhkostních podmínek. Kondenzát do sloupů zatékal i z povrchu železobetonové desky v úrovni +25,0 m, dále stékal po vnitřních stěnách sloupů a v patě sloupů se hromadil spolu s nečistotami, bez možnosti odtoku nebo odparu. V zimním období kondenzát zamrzal a svými expanzivními tlaky způsobil odtržení a vyboulení plechu. V případě jednoho ze sloupů dosahovaly zjištěné korozivní úbytky U 300 a plechu 2,0 mm ve výšce 0,3–0,6 m nad podlahou. Níže nebylo možné průzkum provést, ale s ohledem na zjištěné poznatky se daly korozivní úbytky v úrovni podlahy a paty sloupu očekávat ještě o 1–2 mm větší. V případě jiného sloupu byly zjištěny korozivní úbytky patních výztuh z plechu tl. 12 mm, které dosahovaly až 5,5 mm. V tomto případě byla koroze oproti předchozímu případu ještě podpořena netěsným okapním svodem, který vedl po celé délce sloupu.

Prvky konstrukce podlahové desky, konkrétně styčníky diagonál a výztuhy sloupů, taktéž vykazovaly korozi. Její příčinou byl kondenzát, tvořící se za vhodných podmínek na povrchu ocelové nádrže vodojemu, který stékal na podlahovou železobetonovou desku. Zjištěné korozní úbytky styčníkového plechu tl. 8 mm a diagonály profilu L70/70/8 dosahovaly až 1,8 mm a korozivní úbytky výztuh sloupů z plechu hm. tl. 12 mm až 4,3 mm. Korozí zeslabené prvky v úrovni desky +25,0 nebyly sanovány, protože bylo přistoupeno k odstranění celé ocelové konstrukce nádrže vodojemu od střechy až na tuto úroveň. Spodní části sloupů byly sanovány odříznutím přeplátovaných plechů, následně byl prostor ve sloupech vyčištěn a opatřen antikorozní úpravou. Nakonec byly plechy vráceny podle původního návrhu, tedy shodné geometrie a jmenovité tloušťky.

Realizace konverze

Projekt konverze vodojemu zahrnoval kromě prací na vlastním věžovém vodojemu i další práce v areálu. Jednalo se hlavně o zásahy do zpevněných ploch v parteru stavby, nové napojení na místní trafostanici včetně jejího posílení a rekonstrukce i napojení na areálové rozvody vody, kanalizace a vytápění (obr. 9). Příprava projektové dokumentace byla zahájena v červenci 2016. Do srpna 2017 bylo získáno územní rozhodnutí, stavební povolení a na základě DPS byl vybrán generální dodavatel stavby. Vlastní stavba byla odstartována 25. srpna 2017. Kolaudace úspěšně proběhla v listopadu 2019.

Architektonicko-stavební řešení

Architektonické řešení vycházelo z původního stavu a účelu objektu. Návrh dispečinku s reprezentativním prostorem firmy a expozicí vodárenství je založen na dvou základních principech. Prvním je koncepční úprava velkorysého výškového členění vodojemu do dvou hlavních prostorů – nesoucích (v „dříku“) a nesených (v „hlavě“). Vložené betonové desky podlah vymezují patra nových funkcí. Ve druhé rovině jde vzhledem k siluetě stavby o citlivou, současně však funkční náhradu zděného obvodového pláště vrchní části vodojemu transparentní fasádou. Ta umožňuje současně výhledy do okolí i dostatečné osvětlení nových dispozic. Horizontální lamelové stínění funguje jako clona proti přímému oslunění a pohledově modeluje hlavu vodojemu v jejím původním vnějším objemu. Nově je řešeno komunikační jádro s výtahem. Pro představu hmoty vodojemu jsou řezy objektem v původním a novém stavu patrny z obr. 10 a 11.

Dispoziční řešení

Dispoziční řešení vycházelo nejen z požadavku zadavatele, ale také z požadavků architekta stavby na co největší otevření prostoru dříku v úrovni vstupního podlaží. Přestože je výška objektu nadstandardní, bylo záměrem ve vstupním lobby docílit stejného pocitu, jaký měl návštěvník původní stavby – a to mít vysoko nad hlavou strop s nádrží. Z tohoto důvodu i vzhledem k poměrně náročnému technickému vybavení stavby bylo přistoupeno k přesunutí části technického zařízení do nově realizovaného suterénu v objektu (obr. 12).

V suterénu se nachází strojovna vzduchotechniky a dojezd výtahu. Ve vstupním podlaží (1.NP) je navrženo vstupní lobby, úniková chodba, strojovny chlazení i vytápění a komunikační jádro, které prochází až do 5.NP. Ve 2.NP, které se už nachází na úrovni +18,80 m, je datové centrum a elektrorozvodny. Ve 3.NP je druhá část datového centra a zázemí pro zaměstnance věže. Ve 4.NP jsou zrealizovány oba dispečinky (obr. 13). V 5.NP je hlavní plocha showroomu, kde je prostor pro prezentaci vodohospodářské společnosti Vodárny Kladno – Mělník, a.s., veřejnosti (obr. 14). V 6.NP je pak situována vyhlídková plošina, která má multifunkční využití, mj. jako exkluzivní zasedací místnost pro vedení společnosti (obr. 15).

Konstrukční řešení – ocelová konstrukce

Při návrhu konstrukčního řešení se první úvahy ubíraly takovým směrem, aby byla využita uvolněná kapacita původního zatížení po odstranění nádrže vodojemu o objemu 800 m³, tedy 8 000 kN. Návrh tak počítal, že bude v plné míře využita jen současná nosná konstrukce. To se však velmi rychle ukázalo jako neefektivní, neboť se projektant pohyboval na hraně únosnosti konstrukce, a tím eliminoval vlastníkovi možnosti využití (tedy zatížení) objektu do budoucna. Bylo tedy rozhodnuto, že uvnitř dispozice bude zbudován nový konstrukční systém. Stávající i nová nosná konstrukce byly navrženy tak, aby se nepřenášely účinky jednoho systému do druhého. Stávající nosná konstrukce nese převážně obvodový a střešní plášť, tedy přenáší účinky zatížení větrem a sněhem (jen částečně stálé a užitné zatížení) a nová nosná konstrukce pak přenáší ostatní zatížení.

Z původní svislé nosné ocelové konstrukce bylo zachováno osm hlavních sloupů včetně jejich mezilehlého příhradového ztužení v prostoru dříku. Na stávající sloupy navazují sloupy nové, které probíhají až pod střechu a jsou geometricky přizpůsobeny dispozici jednotlivých podlaží, jsou tedy v jednom podlaží vykloněny směrem ven. Stávající konstrukce v prostoru dříku je doplněna novou nosnou konstrukcí komunikačního jádra. Ta je tvořena osmi sloupy navzájem spojenými příčlemi a diagonálami ztužení. Toto jádro půdorysně tvoří obdélník o rozměrech 5,26 × 2,78 m, který začíná v suterénu a končí pod úrovní vyhlídkové plošiny v 6.NP (obr. 16, 17, 18). Na těchto hlavních nosných konstrukcích byly vybudovány vodorovné konstrukce nových podlaží, které tvoří systém obousměrně pnutých nosníků působících jako tuhý rošt, jenž je vykonzolován z jádra a z hlavních sloupů. V prostoru 6.NP je vytvořen ustupující parapet s panoramatickým oknem a prostor je zastřešen kuželovou střechou s lucernou. Nosnou konstrukci střechy a lucerny tvoří rotačně paprsčité krokve doplněné kruhovými obvodovými prstenci (obr. 19).

Konstrukční řešení – ostatní konstrukce

Výzvou, a to hlavně z pohledu dodatele stavby, bylo vytvoření nového podlaží pod úrovní původního vstupu, kde se dříve nacházela jen malá armaturní komora. Nové podlaží, suterén, je provedeno v maximálně dosažitelné míře a nachází se mezi základovými patkami původní nosné ocelové konstrukce. Patky jsou úctyhodných rozměrů 2,5 × 2,5 × 2,5 m,
pod nimi je plnoplošná základová ztužující deska a pod ní ještě jedna úroveň patek 2,5 × 2,5 × 2,5 m. Celková hloubka původních patek je tedy cca 5,0 m. Mezi patkami se tak otevřela možnost na realizaci podzemního podlaží osmiúhelníkového půdorysu s vnějším rozměrem 7,85 m. Tímto podlažím prochází nově navržená ocelová konstrukce komunikačního jádra. Suterén je železobetonová konstrukce, černá vana, která je v místech sloupů nového komunikačního jádra založena na novém trámovém roštu podpíraném mikropilotami. Zajímavostí je, že souprava na vrtání a provádění mikropilot, mechanizace pro zemní práce apod. byla do prostoru dopravována autojeřábem přes horní lem dříku ve výšce 25 m ve chvíli, kdy byla demontována původní střecha.

Požárněbezpečnostní řešení

Z pohledu požárněbezpečnostního řešení (PBŘ) je stavba vodojemu velmi zajímavý objekt. Při realizaci vzniklo hned několik potíží, se kterými se bylo třeba vypořádat. Hned prvním problémem bylo stanovení požární výšky. Ta v případě započítání 6.NP přesahovala 30 m a objekt se zdál být z pohledu PBŘ nedimenzovatelný (použití SHZ atd.). Přistoupilo se tedy k ústupku, kdy 6.NP bylo otevřeno vzhledem k 5.NP (obr. 20) a vznikl tak jeden prostor s vyhlídkovou plošinou na úrovni 6.NP, ale s požární výškou 29,75 m.

Dalším problémem bylo zajištění minimální doby evakuace osob po schodišti, která musela být kratší než 5 min. S ohledem na tento požadavek byla geometrie schodiště, a tím i úrovně podlaží v souvislosti s ocelovou konstrukcí a další několikrát přepočítávána, až se docílilo doby evakuace 4,56 min.

Posledním problémem bylo zajištění protipožární ochrany ocelové konstrukce. Ve většině případů je tato konstrukce opatřena protipožárním obkladem, který zajišťuje ochranu. Existovaly však i nezakryté části ocelové konstrukce, které byly navrženy tak, aby splňovaly požadovanou požární odolnost. Konkrétně se jednalo o vybrané prvky střechy s požární odolností 30 min. a nezakryté části konstrukce komunikačního jádra s požární odolností 15 min. Samostatnou kapitolou byla stávající ocelová konstrukce, která se nachází v prostoru vstupního lobby a požadavek na viditelnost ocelových prvků je v tomto případě samozřejmostí. U těchto prvků byl proveden výpočet teploty při požáru. Bylo uvažováno s tím, že nejvyšších teplot průřezy dosahují při požárním scénáři 2B, kdy požár trvá 128 min. a dosažené teploty všech prvků činí 408 °C. Při modelaci ostatních scénářů teplota prvků nepřesáhla 400 °C. Staticky byly tyto prvky vyhovující.

Technika prostředí stavby

Zdravotechnika
Zdravotechnické rozvody byly navrženy tak, aby bylo možné napojení na původní vedení v areálu. Objekt je zásobován vodou z přilehlého objektu čerpací stanice, kde je umístěna posilovací AT stanice. Teplá voda je připravována lokálně elektrickými ohřívači. Dešťové vody jsou likvidovány shodně s původním stavem, protože místní podmínky neumožňovaly jiný koncept. Splaškové vody jsou odváděny novou přípojkou objektu, stále však v rámci areálové kanalizace cca 20 m od objektu.

Vytápění
Jako zdroj vytápění je využita stávající výměníková stanice, která se nachází v administrativní budově v areálu. Rozvody z výměníkové stanice byly v době výstavby v rekonstrukci, ale obě akce se podařilo zkoordinovat a systémy kapacitně i hydraulicky vyvážit. Vytápění je zajištěno kombinací deskových těles, konvektorů a fancoilů.

Elektro
V projektu byly řešeny rozvody silnoproudu a slaboproudu, MaR a napojení na areálovou trafostanici. Součástí je i návrh hromosvodu. Objekt vodojemu byl zařazen do první třídy LPS (systém ochrany před bleskem). Na střeše je provedena hřebenová jímací soustava pomocí jímací tyče, jímacích hrotů a okružního vodiče. Veškeré vodivé konstrukce na střeše jsou vodivě spojeny s jímací soustavou (oplechování, kovové rámy oken atd.). Jímací soustava je propojena na ocelovou nosnou konstrukci vodojemu přes zkušební svorky. Ocelová nosná konstrukce slouží pro svedení bleskového proudu do zemniče objektu.

VZT a chlazení

Veškeré prostory jsou větrány nuceně. V suterénu je umístěna VZT jednotka pro zajištění větrání. Současně se tam nachází i jednotka pro větrání únikové cesty (schodiště). Chlazení prostor dispečinku, dále zasedací místnosti, kanceláře a místností showroomu v 5.NP a vyhlídkové plošiny v 6.NP je řešeno pomocí fancoilů umístěných v podhledu. Fancoily nasávají vzduch z podhledu a vydechují jej do místností přes čelo podhledu. Do podhledu se vzduch dostává přes mřížky v čele podhledu. Chlazení prostor datového centra bylo navrženo pro tepelné zisky od technologie ve výši 55 000 W. Pro chlazení byly navrženy dvě jednotky, které nasávají vzduch z prostor datového centra a vydechují ochlazený vzduch do zdvojené podlahy. V jednotce je ventilátor, filtr vzduchu a vodní chladič.

Zajímavosti z navrhování a realizace

Další zajímavostí, mimo již zmíněného provedení suterénu, bylo určitě i sejmutí původní nýtované nádrže. Pro tento účel byl povolán speciální čtyřsettunový jeřáb – jeden ze dvou svého druhu v České republice. Nádrž totiž vážila 60 t a její vyjmutí z vrcholu věže a doprava na zem musely kvůli přesnosti a bezpečnosti probíhat za úplného bezvětří. Stejné podmínky pak musely být i při sejmutí a opětovném nasazení střechy vodojemu (obr. 21, 22, 23).

Šesté NP bylo od začátku uvažováno jako „čistý“ klidný prostor s dominantním panoramatickým oknem. Současně je to však prostor s poměrně velkým objemem vzduchu (navíc propojený s 5.NP). Kam tedy umístit rozvody a distribuci vzduchotechniky, chlazení, dešťové svody a stoupací vedení elektro? Ocelové sloupy, které jsou v celém objektu provedeny z dvojice profilu U 300, byly v tomto případě změněny na otevřený svařenec tvaru U, do jehož dutiny (tak, aby bylo vše možno v případě potřeby demontovat) byly ve dvou případech osazeny dešťové svody a v ostatních šesti případech rozvody zbylých instalací.

Závěr

Je přínosné, že nevyužívaná stavba může po konverzi, rekonstrukci či adaptaci sloužit třeba i novým a vlastně i zcela odlišným účelům, než pro které byla zamýšlena a zrealizována. Kdo by si před čtyřiceti nebo osmdesáti lety pomyslel, že z věžového vodojemu bude centrum kybernetické bezpečnosti a současně si zachová svůj původní půvab? Tou zásadní podmínkou je snaha zachovat dědictví předchozích generací a k práci přistupovat citlivě a s pokorou. Pevně věříme, že to se v případě rozdělovského vodojemu podařilo.