Ocelová konstrukce zastřešení zimního stadionu v Chomutově

14. května 2010

Ing. Vladimír Janata, CSc.

Pozemní stavby Vyšlo v čísle 05/2010

Zimní stadion v Chomutově bude součástí centra sportu a volného času, které vzniká na místě bývalých kasáren poblíž Kamencového jezera. V současné době jsou již dokončeny zajímavé konstrukce zastřešení hlavní arény i tréninkové haly.

Autor:

Ing. Vladimír Janata, CSc.

Absolvent Fakulty stavební ČVUT, doktorskou práci na téma statika a dynamika kotvených stožárů obhájil na ÚTAM AV ČR. V roce 1990 založil s kolegy společnost EXCON. Ve své praxi se věnoval projektům kotvených stožárů v ČR i v zahraničí a stožárům pro mobilní operátory. V projektech nosných ocelových a ocelobetonových konstrukcí zpravidla využívá globálního předpínání konstrukce za účelem nadvýšení a příznivé redistribuce vnitřních sil.

Spoluautoři:
Ing. Jindřich Beran
Ing. Štěpán Bém

Zimní stadion disponuje dvěma ledovými plochami. Jedna je v hlavní aréně pro 5000 diváků a druhá je v tréninkové hale. Šatny a administrativní blok jsou umístěny mezi oběma objekty.

Konstrukční a dispoziční řešení stavby
Konstrukční řešení zvolil z uvažovaných variant architekt Jindřich Smetana i s ohledem na okolní zvlněný terén předhůří Krušných hor. Kromě tvarových a stavebně technických funkcí musí střecha nést multimediální kostku a třicetitunové excentrické zatížení divadelní technikou pro koncerty. Střešní konstrukce je nesena superkonstrukcí - hlavním nosným vnějším obloukem v podélné ose stadionu. Kruhový průřez oblouku má průměr 1000 mm, rozpětí 120 m a vzepětí 28 m. Je podepřen vně haly dvěma dvojicemi šikmých táhel, jež jsou kotveny k patkám. Na oblouk jsou zavěšeny na šikmých táhlech příhradové trubkové vazníky na rozpětí max. 71 m, při vzepětí 3,5 m. S ohledem na podepření táhly z oblouku je konstrukční výška vazníků pouze 2,0 m, což vytváří při pohledu z interiéru do střešní klenby dojem velmi subtilní konstrukce. Tvar střechy určují vazníky, umístěné od středu ve vzájemné vzdálenosti cca 6600 mm sestupně po kružnici, takže v podélném směru má střecha při rozpětí 82,5 m vzepětí cca 4,9 m. Vazníky jsou uloženy na dvě protilehlé podélné tribuny na ocelových sloupech. Vzájemně je propojují portálová svislá ztužidla, jež zajišťují stabilitu spodního pasu vazníku a zároveň doplňují celkové prostorové spolupůsobení konstrukce. Horizontální tuhost zajišťují dvě pásová křížová ztužidla v rovině horních pasů vazníků z tuhých trubkových prvků, vedená v podélné a příčné ose haly. V podélných stěnách je konstrukce ztužena sloupy ve tvaru obráceného V. Ve štítových stěnách ze sloupů uložených na krátkých tribunách jsou vždy dvě dvojice křížových ztužidel z táhel.

Virtuální prohlídka ocelové konstrukce stadionu v Chomutově

Výroba a montáž
Oblouk byl vyroben z přímých segmentů cca 6 m dlouhých, spojených tupými svary přes výztuhu ve tvaru mezikruží, na které konstrukčně navazují styčníkové plechy pro táhla Macalloy. Sestavoval se v dílně na předmontážní sestavě ve dvou etapách. V každé etapě se příslušná sestava opatřila přípravky pro geodetická měření a za stálého geodetického měření se srovnala do požadovaných tolerancí. Teprve takto předpřipravené dílce se uvolnily k postupnému dodání na stavbu a k vlastní montáži.
Oblouk byl zakotven do základového bloku přes čep o průměru 150 mm. Styčníkové plechy jsou do průřezu oblouku zašlicovány a přivařeny tupým svarem, na straně základu jsou plechy přivařeny na kotevní rošt zabetonovaný do vyztužené patky. Vodorovná síla od obloukové konstrukce se přenáší předpjatým zemním betonovým táhlem vedeným pod ledovou plochou mezi oběma základy oblouku. Po zabetonování kotevního roštu a částečné aktivaci zemního táhla byl na provizorních lešenářských podporách smontován oblouk. Tyto podpory sloužily jednak k vlastnímu přenesení montážního zatížení v průběhu prací a zároveň jako pracoviště pro provedení montážních svarů, jejich diagnostiky a oprav nátěrů. Jednotlivé díly se k výztuze ve tvaru mezikruží přivařovaly opět montážním tupým svarem s ultrazvukovou kontrolou na vnitřní kruhové podložce. Klenák (poslední díl) byl přivařen bez podložky.
Po kompletním svaření oblouku bylo nutno oblouk spustit z provizorních podpor, aby při nočním snížení teploty nedošlo k jejich přetížení. Krajní táhlové podpory oblouku se potom kontrolovaně předepnuly tak, aby bylo dosaženo příznivé redistribuce sil, projektovaného tvaru a zároveň byl oblouk srovnán do předepsané přímosti. V době zahájení montáže vlastní příhradové konstrukce střechy nedovolovala stavební připravenost betonových tribun montáž vazníků po celé své délce. Proto stavbu střechy zahájila montáž dílců střechy přímo zavěšených na hlavní oblouk a nenavazujících na betonové tribuny - střední části střechy.
Předmontážní činnost spočívala vždy v přípravě dvojice sousedních částí vazníků včetně kompletního výpletu v prostoru budoucí ledové plochy pod místem určení. Tyto ?bloky? byly poté zdviženy dvěma mobilními jeřáby do místa určení. Táhla Macalloy se namontovala třetím menším jeřábem za stálého držení břemena střechy dvěma většími jeřáby. Po jejich instalaci se tyto ?bloky? postupným popouštěním ze dvou větších jeřábů zavěsily na konstrukci hlavního oblouku. Montáž musela respektovat požadavek projektantů na symetrii montážního zatížení oblouku podle příčné osy oblouku a střechy. S ohledem na postup výstavby bylo potřeba krajní části vazníků namontovat vždy po dokončení příslušné betonové tribuny. Jejich termín dokončení měl však vzájemný několikatýdenní rozdíl, proto se v určité fázi výstavby střešní konstrukce zavěšovala na oblouk asymetricky podle podélné osy oblouku.
Teprve po dokončení obou podélných tribun se střešní vazníky propojily po celé své délce a podepřely na krajích ocelovými trubkovými sloupky. Konstrukce obou štítových stěn byla zkompletována až jako poslední. S ohledem na asymetrickou montáž se geometrie oblouku i konstrukce trvale geodeticky monitorovala a výsledky se porovnávaly s teoretickými předpoklady. Požadavky projektantů na přesnost geometrie konstrukce byly značné, nicméně se ukázalo, že oprávněné a uvedený postup montáže potenciální problémy minimalizoval.

¤ Oblouk, táhla a střešní konstrukce stavby

Aktivace a předpínání
Návrh konstrukce využil vnesením předpětí příznivou redistribuci vnitřních sil v oblouku a vaznících. Při vnášení předpětí do jednotlivých táhel dochází k výrazné interakci (změně) sil v ostatních táhlech. Pokud jsou táhla dostatečně naaktivována a nelinearita chování s ohledem na průhyb je v řádu několika procent, lze tento vztah vyjádřit lineární vztahovou maticí. Po dokončení fyzické montáže střechy byly změřeny vstupní síly v táhlech a geometrie konstrukce. Tyto síly se musely postupnými kroky převést na síly projektované. Předpínací postup byl optimalizován metodou lineárního programování s omezením okrajových podmínek (maximální vnášená síla, minimální měřená síla). Tento postup definoval i dosažitelnou přesnost vnesení sil za daných podmínek. Předpětí bylo měřeno tenzometricky on-line na všech táhlech najednou s možností kontroly frekvenční metodou. Použity byly měřicí pomůcky speciálně pro tyto účely vyvinuté na principu změření odezvy (zrychlení) a následné frekvenční analýzy. Zároveň proběhlo i finální dopnutí zemního táhla. Střešní panely DART, které jsou uloženy na ocelových páscích přivařených přes stojinu na horní trubkový pas vazníku, byly uloženy až po definitivní aktivaci konstrukce.

Závěr
Kompletní konstrukce zastřešení hlavní arény byla vyrobena a namontována v požadovaných termínech. Výsledný tvar (geometrie) konstrukce a rozptyl změřených sil v táhlech respektuje požadavky projektantů a příslušné normy. V současné době je tato konstrukce již zastřešena panely DART a nyní probíhají zahajovací práce na skladbě desky pod ledovou plochou a také nastupují profese TPS. Přestože je hala objemově úsporná, střední světlá výška je vyšší než u klasické konstrukce, což vytváří prostor pro alternativní využití arény. Navržené řešení je navíc úsporné z hlediska pořizovacích nákladů a s ohledem na minimalizaci vytápěného prostoru a fasádních ploch. Podstatně tak přispívá k snížení budoucích provozních nákladů. Konstrukce je odolná při působení asymetrických zatížení při zatížení koncertní technologií.

Autoři:
Ing. Vladimír Janata, CSc.
E-mail: janata@excon.cz
Ing. Jindřich Beran
E-mail: beran@excon.cz
Ing. Štěpán Bém
E-mail: bem@excon.cz

¤ Kotevní rošt oblouku a zemní táhlo