Konštrukcie štadiónov s veľkými rozpätiami

Mnohé významné oceľové konštrukcie s veľkými rozpätiami sú v súčasnosti realizované najmä v súvislosti s konaním veľkých medzinárodných podujatí, ako sú napríklad olympijské hry alebo športové majstrovstvá európskeho či svetového významu. Ide zväčša o konštrukcie štadiónov a viacúčelových hál. Štadióny, ktoré ako konštrukcie hrali donedávna v športe i v oblasti architektúry len podradnú úlohu, sa teraz často stávajú stredobodom verejného aj odborného záujmu.

Trendy konštrukcií
Budúci vývoj konštrukcií štadiónov môže výrazne ovplyvniť rýchly rozvoj jednotlivých oblastí technických zariadení budov (požiarna ochrana, bezpečnostná technika, únikové cesty, vetranie, ozvučenie, osvetlenie). Ďalší vývoj ovplyvnia aj požiadavky návštevníkov štadiónov na pohodlie, zdokonaľovanie médií, nové trendy v športe, požiadavky zväzov a ekonomické požiadavky klubov a prevádzkovateľov. Na moderné štadióny sú dnes kladené aj vysoké estetické požiadavky, ich niektoré prvky, hlavne pylóny, často plnia aj funkciu pútačov.
V poslednom desaťročí sa v súvislosti s Majstrovstvami sveta vo futbale (2006 – Nemecko, 2010 – Južná Afrika) realizovala výstavba nových štadiónov, respektíve sa modernizovali už existujúce. V Nemecku tak vzniklo dvanásť jedinečných športových, futbalových chrámov alebo multifunkčných objektov.

Od čias realizácie unikátnej lanovej siete zastrešenia olympijského štadióna v Mníchove sa využívajú všetky vedomosti, skúsenosti a kreativita na to, aby sa strešné konštrukcie významných štadiónov stali doslova hviezdou celého objektu. Vidieť to na príklade Južnej Afriky, kde strechy štadiónov sú najdôležitejším prvkom pri celkovom stvárnení konštrukcie štadióna.

Pri rekonštrukciách a modernizácii existujúcich štadiónov je často diskutovaná otázka zachovania atletickej dráhy, ale najmä ekonomická životaschopnosť objektov z hľadiska efektívneho využitia ich kapacity v budúcnosti.

Pri väčších moderných štadiónoch sú základnými požiadavkami už pri ich návrhu videoobrazovky, eskalátory, pohyblivé dopravné pásy, presné akustické merania, možnosť rýchleho rozšírenia kapacity hľadiska, ako aj väčší priestor pre diváka pri sedení. Tieto štadióny sú už zvyčajne vybavené aj zdravotníckym zariadením, je v nich hotelové a kongresové centrum.

Nosné systémy
Tribúny sú celkom alebo čiastočne otvorené objekty. Zastrešenie tribún chráni divákov pred dažďom, snehom, vetrom, prípadne slnkom a zároveň jej konštrukcia musí umožniť nerušený výhľad na hraciu plochu.

Nosný systém tribún môže byť priečny (sústava rovinných väzieb vo vzájomných osových vzdialenostiach 6,0 až 12,0 m), kombinovaný, kde väzníky priečnych väzieb sú podopreté pozdĺžnym prievlakom na zmenšenie ohybového namáhania väzníka, alebo priestorový (napr. priehradové dosky).

Pri menších štadiónoch majú tribúny väčšinou obdĺžnikový pôdorys a sú prekryté plnostennými alebo priehradovými konzolovými nosníkmi. Pri starších typoch bývajú konzoly podopreté šikmými alebo zvislými stĺpmi, ktoré sú však umiestnené v hľadisku, takže bránia divákom vo výhľade (obr. 1).

Obr. 1 Priečna väzba so stĺpmi v hľadisku	Obr. 2 Priehradová konzola zastrešenia tribúny s vyložením 38,6 m

Na obr. 1 je znázornená priečna väzba s tribúnami na dvoch úrovniach. Podperné stĺpy zastrešenia a hornej tribúny sú v hľadisku – takéto riešenia dnes možno považovať za zastarané. Pri moderných riešeniach sa konzolové nosníky priečnych väzieb navrhujú bez podporných stĺpov v hľadisku (obr. 2).

Kapacita štadióna Westfalenstadion v Dortmunde (obr. 3) je 67 000 divákov a bol postavený v rokoch 2005 až 2006. Celkový vzhľad štadióna určuje osem pylónov, ktoré podopierajú celú strešnú konštrukciu. Pylóny sú situované na vonkajšom obvode štadióna a do hlavnej nosnej konštrukcie sú zapojené cez šikmé vzpery nesúce schodisko. Priehradové trojboké prievlaky vyčnievajúce nad strechu sú zavesené na pylóny pomocou tuhých šikmých závesov.

Východná tribúna s pôdorysnými rozmermi 241,20 ×154,11 m športového komplexu A. A. Kadyrova v meste Groznyj má tvar podkovy otvorenej zo západnej ­strany. Celková kapacita východnej a západnej tribúny je 30 000 divákov. Nosnú oceľovú konštrukciu zastrešenia východnej tribúny navrhli prof. h. c., Dr. Ing. Zoltán Agócs, PhD., Ing. Ivan Bezák, PhD., Ing. Marcel Vanko, na jej realizácii sa ­podieľala firma Ingsteel.

Obr. 4 Väzníky a väznice strešnej konštrukcie športového komplexu A. A. Kadyrova v Groznom	Obr. 5 Nízke zavesené priehradové väzníky s vyložením 32,068 m športového komplexu A. A. Kadyrova v meste Groznyj

Priečne väzby majú kombinovaný osový systém, pravouhlý a radiálny. Tribúna má deväť sektorov, jednotlivé sektory sú oddelené dilatačnými škárami. V každom dilatačnom celku sú navrhnuté dva typy väzníkov: tzv. nízky – zavesený a tzv. vysoký – medziľahlý, ktorý je skrátený a je bez závesov. Nízke rovinné väzníky sú priehradové s rozpätím podpier 15,0 m s previsnutými koncami v dĺžke 32,068, respektíve 2,83 m. Statická výška dlhej vyloženej časti je premenná, od 0,885 do 3,055 m. Vysoké priehradové väzníky (bez závesov) majú výšku od 2,4 do 4,050 m s vyložením 24,0 m. Oblúkové väznice z rúrok s maximálnym rozpätím 2 × 5,7 m sú v strede podopreté šikmými rozperkami, opretými o vysoké väzníky (obr. 4). Na koncoch sú kĺbovo uložené na horné pásy nízkych väzníkov. Ich vzájomná osová vzdialenosť je maximálne 12 m. Šikmé závesy väzníkov sú z hranatých rúr, k väzníkom a k hlavám pylónov sú pripojené čapovými spojmi. Pohľad na nízky zavesený väzník je na obr. 5. Tribúna je zastrešená membránovou krytinou (obr. 6) od firmy Ferrari, ktorú dodala a realizovala trenčianska firma Laugart.

Viacúčelové haly
V ostatných desaťročiach sa výstavba viacúčelových hál najmä na usporiadanie športových súťaží, koncertov a iných spoločenských podujatí stala vo vyspelých krajinách samozrejmosťou. Ide o rozsiahle architektonicky pôsobivé oceľové konštrukcie s veľkými rozpätiami s komplexným vnútorným vybavením s kapacitou až 70 000 divákov.

Navrhovanie hál s veľkými rozpätiami s oceľovou nosnou kostrou je zložitou, ale zároveň aj vďačnou úlohou. Snom každého inžiniera ako spolutvorcu diela je navrhnúť halu alebo most s veľkým rozpätím, budovu s veľkou výškou, často s nezvyčajným tvarom. Tieto výnimočné objekty sú odrazom technickej vyspelosti a životnej úrovne danej spoločnosti.

Pri športových a viacúčelových halách ide o investične veľmi náročné celky a niekedy je jednoduchšie objekt postaviť, ako ho naplniť obsahom tak, aby bola zabezpečená plynulá prevádzka a návratnosť investície.
Požiadavka na prekrytie veľkých priestorov sa v stavebnej praxi vyskytuje vo viacerých oblastiach, keď pri návrhu konštrukcie prekrytia treba rešpektovať zvláštne dispozičné a prevádzkové požiadavky.

Okrem zastrešenia priemyselných hál s veľkými rozpätiami sem zaraďujeme najmä:

• športové haly, kde je požiadavka vylúčiť z hľadiska podperné stĺpy,
• výstavné pavilóny a veľtrhové haly, ktoré majú pôsobiť atraktívne a majú umožniť realizáciu špecifických zámerov,
• kongresové haly, auly, veľké posluchárne – buď ako samostatné objekty, alebo ako súčasť komplexu. Okrem estetického pôsobenia sa vyžaduje najmä funkčnosť,
• divadlá, koncertné sály a kultúrne stavby. Vyžaduje sa dobrý estetický dojem, možnosť prevádzkovej manipulácie a vhodné umiestnenie technologických rozvodov,
• hangáre na parkovanie a opravu lietadiel. Treba zabezpečiť možnosť posunu vrát na pohyb lietadiel,
• nádražné haly a kryté nástupištia.

Stále sa rozvíjajúce výpočtové metódy, výkonné počítače a vybudovaná experimentálna základňa dnes umožňujú návrh aj najzložitejších sústav s veľkým počtom prútov a uzlov. Úlohou inžiniera – tvorcu však naďalej ostáva navrhnúť vhodné a hospodárne riešenie, vymyslieť nosnú konštrukciu do najmenšieho detailu a zabezpečiť súlad medzi zvolenou statickou schémou (výpočtovým modelom) a konštrukčným detailom. V mnohých prípadoch treba vzhľadom na zložitý geometrický tvar halového objektu pri návrhu venovať zvláštnu pozornosť zaťaženiu vetrom a snehom.

Konštrukčné riešenie hál s veľkými rozpätiami vychádza z dvoch základných koncepcií:

• zavesenie alebo podopretie strešnej konštrukcie bez medziľahlých podpier na hlavný nosný dielec (zavesený alebo visutý prievlak, pozdĺžne orientovaný oblúk) s veľkým rozpätím,
• vytvorenie priestorového konštrukčného celku, ktorý je schopný samonosne preklenúť obstavaný priestor bez vnútorných podpier.

Najbližší vývoj
Vývoj halových konštrukcií s veľkým rozpätím pokračuje v obidvoch smeroch. Každé poňatie sa môže uplatniť na dané prevádzkové účely a estetické požiadavky, ktoré môžu byť pri spoločensky exponovaných objektoch prvoradé.

Podľa statického pôsobenia a spôsobu zabezpečenia priestorovej tuhosti možno navrhované sústavy deliť na tieto skupiny:

• sústavy z rovinných nosných dielcov, tvoriace rovinné priečne väzby. V pozdĺžnom smere tuhosť nosnej sústavy zabezpečujú stužovadlá,
• supersystémy, kde je hlavný nosný systém navrhnutý tak, že je dominantou celej sústavy a zabezpečuje priečnu aj pozdĺžnu tuhosť objektu. Podružný nosný systém sa opiera o primárnu sústavu,
• rošty a prútové štruktúry s doskovým pôsobením. Sú to priestorové konštrukcie s ohybovou nosnosťou vo dvoch hlavných smeroch, ukladajú sa na podperný systém,
• škrupinové konštrukcie vytvorené ako valcové, sférické alebo nerozvinuteľné geometrické útvary. Navrhujú sa ako priestorovo tuhé sústavy.

Lanové sústavy
Medzi najprogresívnejšie typy strešných konštrukcií s veľkými rozpätiami patria lanové sústavy. Zvýšené uplatnenie oceľových lán a iných ťahaných prvkov je v súčasnosti podmienené najmä rozvojom nových architektonických foriem, pre ktoré je charakteristický prechod od klasických prvkov namáhaných tlakom k subtílnym ťahaným prvkom či povlakom (membránové konštrukcie). Hospodárnosť týchto novodobých sústav je najmä v tom, že prierez lán z materiálu vysokej pevnosti možno pri namáhaní ťahom plne využiť, čím sa zmenšuje tiaž lanových konštrukcií.

Lanové nosné sústavy podľa spôsobu zavesenia (tvarovania) lán sa delia na visuté a zavesené sústavy. Pri visutých sústavách je nosné lano zaťažené kontinuálne po celej dĺžke (obr. 7a) alebo v medziľahlých bodoch závesmi (obr. 7b) medzi koncovými závesnými bodmi, a preto zvyčajne má tvar výslednicovej čiary (krivkový tvar). Pri zavesených sústavách (obr. 8) sú šikmé závesné laná v podstate priame a v medziľahlých bodoch medzi koncovými závesnými bodmi nie sú zaťažené.

Obr. 7 Visuté strešné konštrukcie a) sústavy s jediným systémom súbežných lán (jednopásové), b) visuté sústavy s výstužovým nosníkom	Obr. 8 Zavesená strešná konštrukcia a) nesymetrická, b) symetricky zavesená sústava

Medzi najmodernejšie konštrukcie patria objekty s otvárateľnou strechou, pri ktorých sa časť strechy alebo celá strešná konštrukcia môže pohybovať, otvoriť alebo zatvoriť za krátky čas tak, že objekt sa môže používať, či už je strecha otvorená, alebo zatvorená. Strecha môže byť otvorená, ak je žiaduce, aby podmienky vnútri objektu boli obdobné ako vonku v prírode – aby diváci vnútri mali kontakt s prirodzenou oblohou, pociťovali prirodzené svetlo a prirodzené prúdenie vzduchu. Strecha sa môže zatvoriť vtedy, keď divákov a účastníkov treba chrániť pred dažďom, zimou, snehom, vetrom alebo, naopak, teplom, pričom, hladina osvetlenia je regulovaná. Pohyblivá strecha budovy výrazne ovplyvňuje jej nosnú konštrukciu a architektúru.

Medzi známe objekty s otvárateľnou strechou patrí Fukuoka Dome, kde kupola prekrýva plochu 70 000 m² (obr. 9). Kapacita objektu na baseballový štadión je 48 000 ľudí, maximálna kapacita je 52 000. Celková hmotnosť oceľovej konštrukcie strechy je 12 000 ton. Ako krytina sa prvýkrát použil titánový plech hrubý 0,3 mm. Využitie tohto mimoriadneho materiálu zabezpečuje kupole takmer neobmedzenú životnosť.

prof. h. c., Dr. Ing. Zoltán Agócs, PhD., Ing. Ivan Bezák, PhD., Ing. Marcel Vanko
Foto a schémy: Ingsteel

Autori pracujú v spoločnosti Ingsteel, s. r. o.

Literatúra
1.    Agócs, Z. – Vanko, M.: Oceľové nosné konštrukcie. 1. časť: Zastrešenie tribún štadiónov; 2. časť: Športové a viacúčelové haly; 3. časť: Lanové konštrukcie. Interný študijný materiál. Bratislava: Ingsteel, spol. s r. o., 2011.
2.    Ferjenčík, P. – Schun, J. – Agócs, Z.: Kovové konštrukcie II. 2. časť. Bratislava: ES SVŠT, 1983.
3.    Technology behind the game. Comprehensive solutions for modern stadiums. Siemens. Verlaghaus Braun, 2006.
4.    Agócs, Z. – Vanko, M. – Bezák, I.: Oceľová konštrukcia východnej tribúny športového komplexu A. A: Kadyrova v Groznom. In: Zborník prednášok. 36. aktív pracovníkov odboru oceľových konštrukcií. Oceľové, drevené a kompozitné konštrukcie a mosty. Hotel Boboty, Vrátna, október 2010.
5.    Fukuoka Dome. Maeda Corporation, Tokyo, 1994.

Článok bol uverejnený v časopise ASB.