ÎELEZOBETONOVÉ KONSTRUKCE

Transkript

1 P R E F A B R I K O V A N É T R I B U N Y H O K E J O V É H A L Y P R O M I S T R O V S T V Í S V ù T A V R O C E 2004 V P R A Z E P R E F A B R I C A T E D S T A N D S O F T H E I C E- H O C K E Y H A L L B U I L T F O R T H E W O R L D C H A M P I O N S H I P I N P R A G U E I N 2004 H ANA G ATTERMAYEROVÁ, P ETR EHÁK, MAREK S TRNAD Pfiíspûvek popisuje pouïité v poãetní metody a konstrukãní fie ení Ïelezobetonov ch montovan ch tribun na hokejovém stadionu pro divákû. This paper describes the computational methods and structural design of reinforced prefabricated assembled stands at the ice-hockey stadium for 17,000 spectators Bûhem roku 2003 probíhá v Praze v stavba hokejové haly urãené pro mistrovství svûta v ledním hokeji v roce Jedná se o soubor staveb, z nichï hlavní halu s kluzi tûm tvofií tzv. Velká aréna, sedmipodlaïní monolitick skelet nad kruhov m pûdorysem o prûmûru cca 170 m s prefabrikovan mi konstrukcemi tribun. Projektová pfiíprava nosné konstrukce stavby probíhala od ledna 2002 (koncepce nosné konstrukce, projekt ke stavebnímu povolení) do záfií 2002 (provádûcí projekt). Generálním projektantem je Atip Trutnov, hlavním kooperantem projektu byla spoleãnost Helika. Koncepce nosné Ïelezobetonové konstrukce byla vytvofiena pod vedením hlavního statika projektu Ing. M. MuÏíka z PPP Pardubice za úãasti autorizovan ch statikû z firem Helika (Ing. J. Langer, PhD, Ing. M. Trnka) a Atelier P. H. A. (Doc. Ing. H. Gattermayerová, CSc.). Po v bûru dodavatele stavby (Skanska CZ, a. s.) probûhlo zpracování dílenské dokumentace montovan ch konstrukcí tribun a schodi È ve vybran ch schodi Èov ch jádrech. Pro dodavatele montovan ch konstrukcí Skanska Prefa, a. s., vypracoval dílenskou dokumentaci Atelier P. H. A. dle zadaného harmonogramu v roby a montáïe montovan ch konstrukcí v období února a bfiezna N OSNÁ KONSTRUKCE HALY Kruhová budova Velké arény se skládá ze esti samostatn ch dilataãních celkû. Má dvû podzemní a pût nadzemních podlaïí, nejniï í úroveà je více neï 7 m pod úrovní upraveného terénu, nejvy í obvodov trám Ïelezobetonové konstrukce je více neï 22 m nad úrovní vstupu. Nosn systém haly je fie en jako Ïelezobetonov monolitick skelet s radiálnû uspofiádan mi prûvlaky, vyná ejícími spojitou Ïelezobetonovou desku. Po obvodû je ztuïující trám nesoucí fasádu a podpírající zároveà ãást konstrukce vnûj ího prstence. Nosnou konstrukci tribun tvofií Ïelezobetonové prefabrikované lomené radiální nosníky vyná ející prefabrikované Ïelezobetonové lavicové desky prûfiezu L. Tribuny jsou mezi v kov mi úrovnûmi 3 aï 4 a 6 aï 7 (obr. 1). Celá aréna je zastfie ena ocelovou stfie - ní konstrukcí s radiálnû uspofiádan mi pfiíhradov mi vazníky. V POâETNÍ MODELY ÎELEZOBETONOVÉ KONSTRUKCE Obr. 1 Schématick fiez halou s vyznaãením v kov ch úrovní Fig. 1 Schematic section of the hall with the marked elevation levels PouÏité metody v poãtu V poãet kaïdého z esti dilataãních celkû monolitické konstrukce provádûli jednotliví zpracovatelé samostatnû za pfiijetí spoleãn ch obecn ch zásad a jednotné koncepce nosné konstrukce. Montované konstrukce tribun byly fie eny pro v echny dilataãní úseky jedním zpracovatelem jak v úrovni projektu pro stavební povolení, tak v provádûcí a dílenské dokumentaci. Pro získání prûbûhû vnitfiních sil v konstrukci, potfiebn ch pro dimenzování jednotliv ch prvkû, byly pouïity následující v poãtové metody: numerické modely (MKP) cel ch dilataãních celkû, slouïící pfiedev ím pro získání reakcí do základové desky, namáhání v ztuïn ch jader a vnitfiních sil do sloupû modely patrov ch v sekû konstrukcí (MKP), slouïících pro anal zu stropních konstrukcí modely v sekû konstrukce pro dopoãty prûhybû a ífiek trhlin vybran ch prvkû nosníkové modely pro v poãty prefabrikovan ch prvkû samostatné prostorové v seky konstrukce montovan ch tribun pro dynamické v poãty. V poãty provádûné v Atelieru P. H. A. vyuïívaly software Nexis 32 se základním modulem Statika 3D 3D pruty + deska + stûna + skofiepina pro získání vnitfiních sil. Pro posouzení vlivu dynamick ch úãinkû na prefabrikovanou konstrukci tribun byl pouïit modul Dynamika A vlastní tvary a frekvence. Nosníkové a MKP modely pro v poãty prefabrikovan ch prvkû Nosné prvky tribun tvofiily lomené Ïelezobetonové prefabrikované nosníky délky aï 13 m. V projektu ke stavebnímu povolení mûly v ku 950 mm, v pfiíãném prûfiezu tvar písmene I. Po revizích tvarû vyvolan ch dispoziãními poïadavky v provádûcí dokumentaci bylo nutno nûkteré prûfiezy sníïit se zachováním ne pfiíli staticky vhodného tvaru lomeného nosníku. Pro v poãet vnitfiních sil byly v projektu ke stavebnímu povolení pouïity nosníkové modely prutov prvek se zalomenou stfiednicí s promûnn m prûfiezem po délce prvku. UloÏení koncû prutu bylo modelováno nejprve jako prost nosník (kloub x posuv). Po provedení dynamick ch v poãtû bylo nutno oba konce nosníkového prvku opatfiit pevn mi klouby s ohledem na pfiíãné posuny. V sledek dynamického v poãtu mûl i zásadní vliv na koncepci detailû kotvení. 16 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2003

2 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE Pfied zpracováním dílenské dokumentace byl po dohodû s architektem zmûnûn pfiíãn prûfiez nosníku z tvaru I na obdélníkov, kter je s ohledem na poïadavky jednotnosti povrchû pohledového betonu a uspofiádání v ztuïe v robnû jednodu í. V dílenské dokumentaci bylo pro zji tûní lokálních extrémû tribunového nosníku v místech lomû a náhl ch zmûn prûfiezû je tû pouïito v stiïnûj ího 2D modelu za pouïití koneãn ch prvkû. Tribunov nosník byl modelován jako stûnov plo n prvek sloïen z 2D maker. Takto získané vnitfiní síly byly podkladem pro dimenzování a rozvrïení v ztuïe. ZatíÏení nosníkû bylo kromû vlastní váhy pfiedev ím reakcemi z betonov ch lavic a z nahodilého zatíïení diváky. Lavicové nosníky tvaru obráceného L na rozpûtí aï 9 m jednotné tlou Èky stûny 150 mm byly v niï ích stupních projektové dokumentace modelovány jako prutové prvky pfiíslu ného prûfiezu kloubovû uloïené na tribunové nosníky. V dílenské dokumentaci byly pro vybrané prvky, pfiedev ím netypick ch tvarû (komûrkov nosník pfiecházející do L tvaru apod.) je tû vytvofieny i plo né 3D modely za pouïití metod MKP, kde ve vybran ch fiezech izolinií pfiíslu n ch veliãin (tahové síly, smykové síly) bylo moïno lépe rozli it extrémy a optimálnû rozmístit v ztuï. Obr. 2 V poãetní schéma horní tribuny jednoho dilataãního úseku pro dynamick v poãet prutov model konstrukce, rendrovan Fig. 2 Computational scheme of one expansion section in the upper stand for a dynamic calculation a reticulated model of the structure, rendered Model pro dynamick v poãet Pro posouzení vlivu dynamické odezvy konstrukce vyvozené diváky z hlediska pfiijatelnosti vibrací bylo nejprve nutno zjistit vlastní frekvence konstrukce tribun. Pro dynamick v poãet byl zvolen prutov model konstrukce, kaïd dilataãní úsek horní i dolní tribuny byl poãítán samostatnû. Hlavní tribunové nosníky byly zadány jako pruty se skuteãn mi prûfiezov mi charakteristikami (obr. 2 a 3). Hlavní nosníky mûly v místû podepfiení modelovány kloubové podpory. Lavicové nosníky byly modelovány jako pruty se skuteãn m tvarem prûfiezu L, na obou koncích byly kloubovû uloïeny na hlavních nosnících. K vytvofiení v poãetního modelu byl pouïit základní prostorov model celé konstrukce dilataãního úseku, do kterého byly postupnû vkládány ikmé pruty tribunové nosníky ZatíÏení bylo zadáno jednou skupinou hmot vlastní váhou konstrukce, vliv divákû v relativním klidu na vlastní frekvence konstrukce je zanedbateln. V sledné hodnoty horní i dolní tribuny pro první ãtyfii frekvence se pohybovaly od 6,5 do 11 Hz (obr. 4). Oblast tûchto frekvencí leïí zcela mimo kmitoãty, které Obr. 4 âtvrt tvar kmitání dilataãního úseku montovan ch tribun vlastní frekvence 11 Hz Fig. 4 The fourth form of an expansion section vibration of the assembled stands natural frequency of 11 Hz Obr. 3 Realizace ãásti tribun porovnání geometrického tvaru s v poãetním modelem Fig. 3 Construction of a part of the stands comparison of the geometrical form and the calculation model mohou b t vybuzeny pohyby divákû. Frekvence buzení 4 Hz je horní hranicí dosaïitelnou skupinou lidí, v literatufie je uvádûno, Ïe buzení ãlovûkem obvykle nepfiesahuje 3 Hz. Na pfiání investora byl v poãet vlastních tvarû kmitání doplnûn v poãtem vynuceného kmitání (skákání, mexické vlny, houpání), kter byl proveden v ÚTAM AV âr a kter zcela prokázal závûry dynamického v poãtu provedeného v Atelieru P. H. A. K ONSTRUKâNÍ E ENÍ PREFABRIKOVAN CH PRVKÒ TRIBUN, DETAILY Dolní tribuna úroveà 3 4 Tribunové nosníky byly navrïeny z betonu tfiídy B40 vyztuïeného betonáfiskou vázanou v ztuïí jako prefabrikované radiální zalomené nosníky uloïené jedním koncem na obvodov ch stropních prûvlacích v úrovni 3 (+0,000) a druh m koncem na obvodov ch prûvlacích v úrovni 4 (+5,500) (obr. 5 a 6). V niï í úrovni byly nosníky uloïeny na elastomerová pryïová loïiska tlou Èky 20 mm a kotveny pomocí HTA li t zabudovan ch v nosnících, pozinkovaného úhelníku B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/

3 Obr. 6 Osazené tribunové nosníky dolní tribuny, zaãátek osazování lavicov ch nosníkû Fig. 6 Set stand girders of the lower stand, start of placing the seat beams Obr. 7 Schématick detail kotvení paty tribunového nosníku do monolitického trámu a zubofiez lavic Fig. 7 Schematic detail of anchorage of a stand girder foot in the monolithic frame and dentil of the seats Obr. 5 Schématick pohled na typick tribunov nosník, vyznaãení zabudovan ch prvkû Fig. 5 Schematic view of a typical stand girder with the marked built-in elements a rozpûrné kotvy HILTI vrtané pfied osazováním nosníku do monolitické konstrukce. TypÛ kotvení na spodní úrovni bylo nûkolik dle vypracované knihy detailû a li ily se geometrick m uspofiádáním skladby konstrukce (obr. 7), z ãehoï vypl valy rozdílné tvary kotevních úhelníkû. Ve vy í úrovni byly nosníky uloïeny na ozub obvodového prûvlaku rovnûï na elastomerová pryïová loïiska tlou Èky 20 mm. Posuvné uloïení v radiálním smûru bylo zaji tûno pomocí boãních kotevních li t HTA a propojovacích ocelov ch pozinkovan ch úhelníkû, které zároveà bránily pfiíãn m posunûm nosníkû. Do ozubu prûvlaku byla pfii montáïi navrtaná rozpûrná kotva HILTI. Prefabrikované Ïelezobetonové lavicové nosníky byly ukládány na tribunové nosníky na vybrání v jejich horním líci. PrÛfiez tûchto nosníkû byl navrïen ve tvaru L nebo U. Lavicové nosníky byly rovnûï ukládány na elastomerová pryïová loïiska tlou Èky 10 mm a kotveny pomocí trnû do otvorû v horním líci tribunov ch nosníkû. Z dûvodu mal ch úloïn ch a dosedacích ploch nosníkû bylo kotvení doplnûno o kotevní li ty HTA a propojovací úhelníky. Tyto úhelníky byly v pfiím ch ãástech tribun pravoúhlé, v kos ch polích mûly tup nebo ostr úhel. Lavice s vût ím rozpûtím mûly z dûvodû zv ení tuhosti fie eno vzájemné spfiaïení je tû mimo styk nad nosníkem. Tento styk byl fie en pomocí vynechan ch otvorû v laviãkách, do kter ch byl po osazení celé fiady vsunut ocelov trn, kter byl zabetonován. Dále byla osazena horní fiada lavic a otvor s trnem byl zalit jemnozrnnou cementovou maltou. Lavice byly z dûvodû estetického vzhledu fiad osazovány s pfiesahem 10 mm nad spodní fiadou. Obr. 8 Schématick pohled na typick tribunov nosník, vyznaãení zabudovan ch prvkû Fig. 8 Schematic view of a typical stand girder with the marked built-in elements Horní tribuna úroveà 6 7 Tribunové nosníky byly navrïeny jako prefabrikované radiální zalomené nosníky uloïené jedním koncem na obvodov ch stropních prûvlacích v úrovni 6 (+12,500) a druh m koncem na obvodov ch prûvlacích v úrovni 7 (+18,000) (obr. 8 a 9). V úrovni 6 byly nosníky ulo- Ïeny na elastomerová pryïová loïiska tlou Èky 20 mm a kotveny pomocí trnû. Kotevní trny byly zasunuty do kruhov ch otvorû vytvofien ch v tribunovém nosníku. V obvodovém prûvlaku byl trn vsazen do pfiedvrtaného otvoru. V úrovni 7 byly nosníky uloïeny na ozub obvodového prûvlaku rovnûï na elastomerová pryïová loïiska tlou Èky 20 mm, av ak bez kotevních trnû, neboè uloïení musí b t posuvné, aby nedo lo k pfienosu vodorovn ch reakcí nosníkû do hlavní nosné konstrukce objektu. Posuvné uloïení bylo zaji tûno pomocí boãních kotevních li t HTA zabudovan ch v nosnících, pozinkovaného úhelníku a rozpûrné kotvy HILTI vrtané pfied osazováním nosníku. Lavicové nosníky byly ukládány dle obdobn ch koncepãních zásad jako na spodní tribunû. Skladebnû v ak nûkteré tribunové nosníky byly o 50 mm odsazeny od hlavní modulové osy (nutnost zachování prûchozích ífiek do únikov ch schodi È), a lavice z dûvodû men í druhovosti nebyly pro tyto pfiípady rozli ovány. V nosníku byl pouze vynechan ováln otvor pro osazení kotevního trnu laviãky. Pfied osazením pfiíslu né laviãky bylo nutno cel tento ováln otvor vyplnit z dûvodû krytí v ztuïe cementovou maltou a lavici osadit excentricky (obr. 10). U vstupû na tribuny byly kromû lavicov ch nosníkû prûfiezu L tvarovû sloïité komûrkové prvky, jejichï geometrie vyplynula z dispoziãního fie ení tribun u vstupû. Tyto prvky bylo nutno vyrábût ve dvou polohách formy s pracovní spárou v místû navrïeného komûrkového prûfiezu. P OSTUP MONTÁÎE Dolní tribuna úroveà 3 4 MontáÏ lavic byla navrïena zdola nahoru. Optimální postup montáïe byl v rámci dilataãního úseku vïdy po fiadách stejné v kové úrovnû, aby docházelo k postupnému zatûïování tribunov ch nosníkû. Po dohodû s dodavatelem byl postup upraven s ohledem na obtíïné pfiesuny zvedací techniky, a to po jednotliv ch polích zdola nahoru. LoÏná spára v ech laviãek mûla z dûvodû oddûlení poïárních úsekû vytvarovan 18 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2003

4 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE Obr. 9 Osazené tribunové nosníky horní tribuny, montáïní podepfiení jejich konzol pfied osazováním lavic Fig. 9 Set stand girders of the upper stand and assembly support of their cantilevers prior to placing the seats v horní hranû zámek. Zámek vãetnû loïné spáry byl zalit jemnozrnnou cementovou maltou. Styãná spára mezi laviãkami nad nosníkem byla ponechána volná. Spára bude o etfiena tûsnícím provazcem a tmelov m uzávûrem dle stavebního fie- ení poïárních úsekû aï v rámci stavebních úprav po skonãení montáïe. Ukonãení fiady lavic bylo deskov m prefabrikátem. Desky byly ukládány na pryïové podloïky uloïené na vyzdívce a stabilizovány ve finální poloze pomocí trnû zabetonovan ch pfii montáïi do horního líce tribunového nosníku. Horní tribuna úroveà 6 7 MontáÏ lavic byla rovnûï navrïena zdola nahoru (obr. 11). ProtoÏe první fiady lavic byly osazeny na konzolovém vyloïení tribunového nosníku o více neï 3 m, bylo nutné montáïní podepfiení konce konzoly. Po montáïi cel ch fiad bylo opût nutné dotaïení kotevních roubû v horním ulo- Ïení tribunového nosníku i lavic. Poslední fiady lavic byly ukládány na stûnové prefabrikované dílce. Tyto dílce mûly z dûvodû vedení instalací (jejichï poloha Obr. 11 Osazování tfiináctitunového tribunového nosníku horní tribuny Fig. 11 Setting a 13-ton stand girder of the upper stand Obr. 10 UloÏení lavice na tribunov nosník v místû modulového posunu osy nosníku Fig. 10 Placement of a seat on a stand girder at the place of module displacement of the girder axis nebyla profesemi do zpracování dílenské dokumentace závaznû potvrzena) jednotnû vynechan otvor, takïe stûnov dílec byl ve finální podobû navrïen jako trojúhelníkov rám (obr. 12). Tento prvek byl osazen na tribunovém nosníku na trnech zabetonovan ch v otvorech vyplnûn ch jemnozrnnou maltou, prûbûïné podloïení Obr. 12 Detail osazení horních lavicov ch nosníkû na tribunové nosníky a stûnové (rámové) prvky, v dílcích jsou zabudované HTA li ty pro kotevní úhelníky Fig. 12 Detail of placement of upper seat beams on stand girders and wall (frame) elements; HTA retaining strips for anchorage angles are built in the elements B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/

5 Obr. 13 Dokonãení montáïe horní tribuny, osazování schodi Èov ch stupàû Fig. 13 Completion of the assembly of the upper stand, setting staircase steps stûny bylo pryïov mi podloïkami. Stabilita stûny byla po smontování laviãek zaji tûna lavicemi, v dobû montáïe lavic byla dodateãnû zaji tûna ikm mi vzpûrami. MontáÏnû nejsloïitûj í byly úseky tribun v místech, kde na tribunov ch nosnících je filigránov strop pro vytvofiení plo iny Obr. 14 Pohled na spárofiez tribunov ch lavic ífika spár v povolen ch tolerancích Fig. 14 View of a cut through the joints of stand seats joint width in the admissible tolerances (kabiny reportérû) a kde byla nutná souãinnost prací s monolitem a dozdívkami. Po kompletaci tribun byly nakonec osazeny schodi Èové stupnû do cementového tmelu a pfiikotveny k podkladu prostfiednictvím dodateãnû navrtaného trnu (obr. 13). ífiky spár, tolerance Zpracovatelem stavebního fie ení nebyly vzneseny speciální poïadavky na rozmûrové tolerance dílcû a spár mezi nimi. Proto bylo souãástí technické zprávy k dílenské dokumentaci pouze konstatování, Ïe montáïní tolerance pro osazení budou vycházet z technick ch podmínek pro rozmûrové tolerance dílcû s pfiedpokladem poloviãní hodnoty pfiíslu né tolerance jmenovit ch rozmûrû v robkû. Vût í rozdíly bude nutno fie it individuálnû. Po montáïi dolní tribuny byly technick m dozorem nûkteré ífiky spár zpochybnûny. Dodavatel i projektant byli vyzváni k vyjádfiení o moïn ch odchylkách, pfiedev ím k ífikám spár mezi jednotliv mi lavicov mi nosníky. Dodavatel doloïil, Ïe v roba a montáï (osazení dílcû) probûhla dle âsn Pfiesnost osazení a pfiesnost v roby se fiídí TKP Z v e citovan ch podkladû vypl vá, Ïe pro dílce délky 6 aï 10 m je moïná ífika spáry mezi dvûma dílci (laviãkami) 30 mm (obr. 14). Kontrolním v poãtem dle âsn Úchylky a tolerance ve v stavbû byla pfiepoãtena nejvût í pfiípustná ífika spáry pro dílec délky 6,3 m a pro dílec délky vût í neï 6,3 m (tyto hranice délek dílcû vycházejí z tab. 1A pro hodnoty tolerancí pro jednotlivé rozsahy v robních rozmûrû). Ve v poãtu ífiky spáry jsou dle vzorcû normy zohlednûny tyto parametry: tolerance rozmûrû v závislosti na stupni pfiesnosti a velikosti v robních rozmûrû prvkû dolní mezní rozmûr spáry tolerance spáry vypl vající z pfiesnosti vytyãení konstrukce tolerance spáry vypl vající z pfiesnosti osazení rozmûrové úchylky dílcû vyvolané teplotními a objemov mi zmûnami (závisí na konkrétní délce dílce). Po dosazení do pfiíslu n ch vzorcû byla stanovena nejvût í pfiípustná ífika spáry takto: pro dílec 6,3 m je ífika spáry 28,07 mm pro dílec 8,5 m je ífika spáry 32,55 mm. Tento v poãet koresponduje s dokladem dodavatele o moïné ífice spár, jehoï podklad TKP vychází z normy DIN , kde jsou kritéria obecnû pfiísnûj í. Z ÁVùR Doba vymezená napjat m harmonogramem od zaãátku zpracování dílenské dokumentace aï po ukonãení montáïe byla necelé ãtyfii mûsíce. Tribuny obsahovaly více neï 350 druhû prvkû, z nichï pfiedev ím u lavic byla velmi nízká opakovatelnost tvarû. Z tohoto dûvodu nebylo moïno vyuïít plnû moïností v hod prefabrikace, spoãívající právû v opakovatelnosti prvkû. S individuálnû tvofien mi formami, v mnoha pfiípadech pouze pro jeden prvek, se zvy ovaly náklady na v robu jednotliv ch prefabrikátû. Pro montáï bylo nutno pouïít zvedacích prostfiedkû pro zvedání bfiemene s rozsahem nosnosti od 300 kg aï do 13, 5 t. Pfiesto byla volba pouïité technologie Ïelezobetonová prefabrikace jedinou moïností, jak ve velmi omezeném ãase a v poïadované kvalitû pohledov ch ploch tak rozsáhlou konstrukci realizovat. Doc. Ing. Hana Gattermayerová, CSc. Ing. Petr ehák Ing. Marek Strnad Atelier P.H.A., s. r. o. Gabãíkova 15, Praha 8 tel.: , fax: statika@p-h-a.cz, 20 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2003