Porušení železobetonové konzoly

Prvotní prohlídka konstrukce

Za přítomnosti vedení Domu kultury byla v červenci 2004 uskutečněna prohlídka předmětné konstrukce jeviště, u které došlo při slavnostním vystoupení žáků základních škol k havárii. Tato havárie se projevila v závěru dětského vystoupení pomalým postupným propadáváním v místech shluku dětí. Rychlým opuštěním jeviště nedošlo k totální destrukci konstrukce, a tedy ani ke zranění či jiné újmě na zdraví či životech lidí. Konstrukce byla posléze podepřena (obr. 3).

¤ Obr. 3. Na konci konzoly je konstrukce zajišťující přenos zatížení ze zakrytí orchestřiště na tuto konzolu

Stavebně-technický stav budovy - zjištěné skutečnosti

Prohlídkou bylo zjištěno, že část jeviště, u které došlo k havárii, je složena ze dvou konstrukčních částí, přičemž obě dvě zakrývají bývalé orchestřiště. Tyto dvě části tvoří železobetonová konzola a dřevěné zakrytí orchestřiště. Podle sdělení pracovníků Domu kultury je železobetonová konzola původní konstrukcí z doby výstavby budovy, to je okolo roku 1960. Jedná se tedy o konstrukci zhruba 45 let starou.
Dřevěná konstrukce byla v rámci akce Rekonstrukce a modernizace Domu kultury Petra Bezruče v Havířově vyměněna za novou, čímž došlo ke změně sklonu jeviště z původního šikmého na vodorovné (obr. 4). Tato úprava souvisí s úpravou hlediště, kdy z důvodu dobré viditelnosti v důsledku zvednutí sedadel nebylo nutno přední část jeviště ponechat jako šikmou (obr. 2).

¤ Obr. 1. Půdorys orchestřiště s vyznačenou konzolou

Projektová dokumentace změnu sklonu jeviště nijak podrobně neřeší. Konkrétní řešení je předmětem dodavatelské dokumentace subdodavatelské stavební firmy, která dodávala vlastní konstrukci zakrytí orchestřiště. Staticky konstrukce působila tak, že zakrytí orchestřiště v minulosti bylo lomený nosník s asi 1m vodorovnou částí a zbytek byl ve sklonu, jak bylo popsáno. Metr dlouhá vodorovná část navazovala na metrové vyložení konzoly. Reakce lomeného nosníku byly přenášeny do ?vazného trámu? - jakési ?pozednice? kotvené do konce konzoly. Tento trám není průběžný, nýbrž z několika kusů. Trám spočívá na hácích z ploché oceli kotvených do konzolové desky vždy dvěma šrouby s maticí. Takto konstrukce fungovala od počátku její výstavby do doby, kdy byla nahrazena konstrukcí novou - rovnou.

Původní a nové zatížení konstrukce

¤ Obr. 4. Schéma působení zatížení na šikmou a rovnou část konstrukce jeviště
Pro stanovení zatížení konstrukcí platí [1] ČSN 73 0035 - Zatížení stavebních konstrukcí. Limitním zatížením (převažujícím) je rovnoměrné užitné zatížení. Podle tohoto předpisu je v tabulce 3, řádek 7 uvedeno: jedná se o vůbec nejvyšší zatížení, které naše norma předepisuje (spolu se zatížením nástupišť veřejné dopravy, tribun, skladů a prostor pojížděných autobusy a nákladní dopravou nebo prostor pro přistávání velkých letadel), že zatížení jeviště divadel je podle technologických údajů, nejméně však 5 kNm^-2.
Pro šikmou i vodorovnou část jeviště norma předepisuje zatížení 5 kNm^-2. Z této skutečnosti vyplývá, že není rozdílu mezi zatížením šikminy a vodorovné části. Lze samozřejmě dokázat (ze silové podmínky ve svislém směru), že jak šikmá, tak vodorovná část má stejnou svislou reakci, tedy působení zakrytí orchestřiště jak v šikmé, tak vodorovné podobě zatěžuje ?konzolu? stejně. Tedy nezávisle na skutečnosti, zda se jedná o vodorovnou konstrukci, či šikmou nebo kombinovanou jako v tomto případě.
Z dobových fotografií i ústního podání pracovníků DK vyplynula skutečnost, že v době, kdy jeviště bylo šikmé, se na této části účinkovalo jen sporadicky, prakticky vůbec. Po úpravě jeviště do vodorovné polohy bylo tak účinkujícím umožněno vystupovat na celé ploše jeviště a ?optická? zábrana, kterou byl lom jeviště z vodorovné do šikmé, tak padla. Na jevišti pak působilo zatížení, jak je zobrazeno na obr. 4. Staticky lze oba případy znázornit následně, viz opět obr. 4. Jednoduše matematicky lze vyjádřit reakci A_E a A_F, přičemž platí, že A_E < A_F.
V minulosti (od počátku existence konstrukce po dnešní dobu) ani v jediném případě nedošlo k takovému zatížení, které by vyvozovalo reakci ?A_F?. Tato reakce na konci konzoly pak vyvozuje moment, kterému konstrukce má odolávat a na kterou musí (s patřičnou rezervou) být dimenzována. Tato reakce se snaží konzolu ?zlomit?, jak se stalo. Vyrovnání jeviště umožnilo účinkujícím zatížit konstrukci ?na plno?, tak jak předpokládá norma [1] a tak, jak doposud po dobu cca 45 let životnosti nebyla zatížena.

Výpočet

Z pohledu předpisu pro rekonstrukce [2] je požadováno:
5.1. Výpočet konstrukcí při návrhu přestavby se provádí podle současně platných norem pro navrhování a zatížení stavebních konstrukcí, doplněných o ustanovení této normy. Dříve platné normy, popř. předpisy slouží pouze jako informativní podklad.
5.2. Výpočet stávající konstrukce (včetně základů), popř. jejich částí je nutno provést v těchto případech:

• při navrhování přestavby;
• při navrhování opravy tehdy, jestliže se při opravě změní uspořádání zatížení nebo uspořádání konstrukce;
• jestliže byly na stavebním objektu, popř. na konstrukci zjištěny poruchy nebo vady zmenšující spolehlivost;
• jestliže se mění způsob využití objektu tak, že se normové hodnoty zatížení (určené podle současně platných norem), odpovídající přepokládanému budoucímu využití, nepříznivě zvětšují nebo nepříznivě zmenšují ve srovnání s normovými hodnotami zatížení (určenými podle současně platných norem) odpovídajícími původnímu využití.

Výpočet se nemusí provádět u těch částí stávající konstrukce, které nejsou uvedenými změnami, přestavbou, opravou nebo poruchami ovlivněny.
5.3. Při změně využití objektu dovoluje se dimenzování omezit na porovnání silových účinků výpočtových zatížení (ohybových momentů, posouvajících sil apod.) působících v konstrukci nebo její části před změnou využití a po ní. U těch částí konstrukce, ve kterých vzniknou při změně využití silové účinky výpočtových zatížení větší než před touto změnou, je nutno provést úplný výpočet včetně dimenzování.
5.4. Při změně využití objektu, při kterém se mění pouze hodnoty zatížení, nikoliv jejich povaha (rovnoměrné zatížení, osamělá břemena apod.), dovoluje se dimenzování omezit na porovnání hodnot zatížení uvažovaných při realizaci objektu a hodnot zatížení požadovaných pro nové využití. Z uvedeného předpisu dovozuji logický fakt, že pokud se nezměnil charakter konstrukce (byla jeviště a bude jevištěm), a tím i zatížení (bylo 5 kNm^-2 a bude 5 kNm^-2), které na konstrukci působilo (mělo působit), a konstrukce bez poruchy sloužila 45 let, pak se jedná o konstrukci ověřenou a vyzkoušenou. V tomto případě je projektant oprávněn považovat konstrukci jako celek za vyhovující a není povinen provádět přepočet. Pokud by provedl takovýto přepočet (například podle 5.3. normy [2]) došel by k logickému závěru, že pⁿ_pův = 5 kNm^-2 = 5 kNm^-2 = pⁿ _new a konstatoval by, že konstrukce vyhovuje - obr. 4.

Další ovlivňující skutečnosti

Existují další skutečnosti, které mohou negativně ovlivnit maximální únosnost konstrukce:

• Existence otvoru pro nápovědu v místě, kde je konstrukce namáhána nejvíce a v jednom směru. V tom případě musí být konstrukce desky v blízkosti otvoru vyztužená tak, aby v lících otvoru byly nahrazena veškerá výztuž, která v důsledku jeho existence v prvku chybí. Pokud tomu tak není, jedná se o chybu v provedení betonové konzoly.
• Konstrukce trámu přenášející reakci zakrytí orchestřiště není průběžná (napojení). Různý způsob dělení trámu může do jisté míry ovlivnit přenos sil. Nicméně k prvnímu kolapsu by mělo pak dojít v ocelovém upevnění tohoto trámu. Konstrukce jeviště havířovského kulturního domu sloužila bezmála 45 let, a proto je možno tuto konstrukci prohlásit za léty prověřenou a vyzkoušenou, tedy vyhovující.
• Konstrukce byla různě vypodkládaná a tyto vyrovnávací podkladky občas vypadávaly nebo se uvolňovaly. Absencí některého z vypodložení by mohlo dojít k přenosu sil z jedné do sousední části konstrukce (například některý z ocelových háků nebyl zatížen a jeho zatížení by musel přenést hák sousední). Nicméně se jedná pouze o redistribuci sil a její vliv na únosnost konstrukce jako celku považuji osobně za zcela nepodstatnou.

Závěr

Závěrem konstatuji, že k porušení konstrukce došlo po cca 45 letech jejího provozu v době, kdy došlo pravděpodobně k historicky nejvyššímu (možná plnému - maximálnímu) zatížení konstrukce. Konstrukce toto zatížení bezpečně nepřenesla přesto, že na tento účinek měla být dimenzována od svého prvopočátku, tedy v době výstavby. K porušení konstrukce v předešlých letech provozu nedošlo z toho důvodu, že konstrukce nikdy nebyla zatížena tak, jak předepisuje norma - na své maximum, neboť tomu bránila šikmina jeviště. Projektant rekonstrukce a modernizace Domu kultury Petra Bezruče v Havířově ani dodavatel či subdodavatelé stavebních prací nenesou na poškození vinu, neboť logicky předpokládali, že konstrukce je v plném rozsahu způsobilá zatížení přenášet, neboť k tomuto účelu po dobu cca 45 let sloužila. Chyba se stala pravděpodobně v době původní realizace konstrukce, a to buď v procesu výstavby (konstrukce nebyla provedena správně - výztuž), anebo v procesu projektování (pochybení projektanta, který například nepočítal se zakrytím orchestřiště a podobně).

Použitá literatura
[1] ČSN 73 0035a Zatížení stavebních konstrukcí
[2] ČSN 73 0038 Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách
[3] Kubečka, K.: Znalecký posudek ZP-226/2004 - Stanovení příčin havárie jeviště Domu kultury Petra Bezruče v Havířově, 15. srpna 2004