Viacúčelové haly s veľkými rozpätiami

 

Navrhovanie hál s veľkými rozpätiami s oceľovou nosnou kostrou je zložitá, ale zároveň aj vďačná úloha. Snom každého inžiniera ako spolutvorcu diela je navrhnúť halu alebo most s veľkým rozpätím, budovu s veľkou výškou či nezvyčajného tvaru. Tieto výnimočné objekty sú odrazom technickej vyspelosti krajiny a životnej úrovne tej-ktorej spoločnosti. Pri viacúčelových halách ide o investične veľmi náročné celky. Niekedy je jednoduchšie postaviť ho, ako naplniť obsahom tak, aby sa zabezpečila plynulá prevádzka a návratnosť investície.

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

• zavesenia alebo podopretia strešnej konštrukcie bez medziľahlých podpier na hlavný nosný dielec (napr. trojboký pozdĺžny priehradový oblúk) s veľkým rozpätím,
• vytvorenia priestorového konštrukčného celku, ktorý je schopný samonosne preklenúť veľký obstavaný priestor bez vnútorných podpier.

Vývoj halových konštrukcií s veľkými rozpätiami pokračuje v obidvoch smeroch. Každé poňatie sa môže uplatniť na dané prevádzkové účely a estetické požiadavky, ktoré môžu byť prvoradé pri spoločensky exponovaných realizáciách.

Neustále sa rozvíjajúce výpočtové metódy, výkonné počítače a vybudovaná experimentálna základňa umožňujú návrh aj najzložitejších sústav s veľkým počtom prútov a uzlov. Úlohou inžiniera tvorcu však naďalej ostáva vymyslieť nosnú konštrukciu do najmenšieho detailu. Zabezpečiť potrebný súlad medzi zvolenou statickou schémou (výpočtovým modelom) a konštrukčným detailom vhodným a hospodárnym riešením.

Pri návrhu týchto hál sa často využívajú:

• rovinné priehradové dielce, ktoré slúžia na zapojenie do priestorového celku pomocou rôznych druhov stužovadiel. Plnostenné konštrukcie sú nehospodárne pri väčších rozpätiach. Ich stena zvyšuje spotrebu asi o 50 %, kým účinnosť asi len o 15 %;
• priestorové priehradové konštrukcie, ktoré podľa tvaru priečneho rezu delíme na troj- alebo štvorboké dielce. Trojboké dielce sú hospodárnejšie a sú tuhé v krútení;
• vzpínadlové sústavy, pri ktorých je nosný systém vytvorený z minimálne potrebného počtu prútov, preto je aj najmenší počet uzlov;
• priehradové dosky, prútové klenby a kupoly, ktoré sú zhotovené z typizovaných prútov a styčníkov.

Významným príkladom hospodárnej a modernej halovej konštrukcie s pevnou strechou je japonský štadión Nagoya Dome. Tento viacúčelový štadión s oceľovou strešnou konštrukciou má kapacitu 40 500 divákov. Konštrukcia strechy má v pôdoryse rozpätie L = 187,0 m.

Patrí medzi najväčšie jednovrstvové priestorové priehradové kupoly na svete. Celková plocha zastrešenia je asi 29 000 m²; strešný zasklený svetlík v strednej časti objektu má plochu 5 000 m². Prúty priehradovej konštrukcie strechy sú rúrkové s vonkajším priemerom 650 mm; hrúbka stien rúrok je od 19 do 28 mm.

Ťahom namáhaný veniec po vonkajšom obvode strechy tvoria rúrky s priemerom 950,50 mm. Do guľových škrupinových oceľoliatinových styčníkov s vonkajším priemerom 1 450 mm je pripojených šesť priestorovo usporiadaných prútov. Oceľová strešná konštrukcia sa zostavila na montážnej podlahe a s tiažou 10 300 t sa pomocou 72 lisov riadených počítačmi v celku zodvihla do potrebnej polohy. Pod strešným svetlíkom je uložená clona, ktorú umožňuje potrebné tienenie a možno ju zrolovať.

 

Objekty s otvárateľnými strechami

Objekt s otvárateľnou strechou je takým typom konštrukcie, pri ktorej sa môže pohybovať časť alebo celá konštrukcia. Môže sa otvoriť alebo zatvoriť v krátkom čase tak, že objekt sa dá používať pri otvorenom aj zavretom stave strechy.

Strecha môže byť otvorená vtedy, keď je žiaduce, aby podmienky vnútri objektu boli podobné ako vonkajšie. Diváci vnútri tak majú kontakt s oblohou, pociťujú denné svetlo a prirodzené prúdenie vzduchu.

Strecha sa môže zatvoriť vtedy, keď divákov a účastníkov treba chrániť proti dažďu, zime, snehu, vetru alebo teplu. Hladina osvetlenia sa pritom môže regulovať. Pohyblivá strecha budovy má výrazný vplyv na jej nosnú konštrukciu a architektúru.

Rastúci počet týchto konštrukcií vyvoláva otázku, ako ich navrhovať a ako dosiahnuť ich potrebnú bezpečnosť. Bezpečnosť budovy ovplyvňujú spôsob otvárania/zatvárania a samotné zariadenie, pomocou ktorého sa zabezpečuje pohyb strešnej konštrukcie.

Sústavy s otvárateľnou strechou možno rozdeliť na dva základné typy:

• kostru strechy tvorí oceľová nosná konštrukcia a krytina (sklo, plast, membránový materiál alebo kovový tenký plech) je položená na konštrukcii,
• otvárateľná strecha je zhotovená z membránového materiálu a strecha sa otvára/zatvára skladaním
• membrány.

Podľa spôsobu pohybu strechy alebo jej časti rozlišujeme systém:

1. zásuvný – strecha sa otvára pomocou horizontálneho pohybu, pohyblivé prvky (segmenty) sa navzájom prekrývajú. Pohyb je paralelný alebo otočný. Strecha sa otvára vertikálnym pohybom hore a dolu;
2. výkyvný – strecha sa otvára otočením panelov okolo svojich osí;
3. skladací – povrch strechy sa poskladá alebo navíja rôznymi metódami. Môže sa skladať pri vodorovnom pohybe, otočnom pohybe a pohybe hore a dolu;
4. kombinovaný systém vzniká kombináciou predchádzajúcich troch spôsobov.

V Európe je známy štadión Amsterdam Arena z roku 1996 s kapacitou 51 200 divákov. Časť strešnej konštrukcie s rozmermi 36 × 105 m sa môže v priebehu 20 minút zavrieť alebo otvoriť. Medzi najznámejšie konštrukcie s otvárateľnou strechou na svete patrí Sky Dome v Toronte, ktorú dokončili v roku 1989. Strecha je otvárateľná až na 91 % (za 20 minút). Najväčšie rozpätie konštrukcie je 205 m. Kapacita štadióna pri futbale je 55 190 a pri koncertoch až 70 000 návštevníkov.

Prvú kupolu s otvárateľnou strechou v Japonsku má štadión Fukuoka Dome, ktorú dokončili v roku 1993. Tento viacúčelový štadión sa využíva najmä na bejzbalové zápasy.

Maximálna kapacita divákov je 52 000 osôb. Najväčšie rozpätie je 212,8 m a svetlá výška je 68,08 m. Strešná konštrukcia je oceľová.

Je vytvorená ako priestorová prútová štruktúra pozostávajúca z troch sekcií. Hmotnosť horného panela je 4 000 t, stredného 3 800 t a dolného 3 420 t.

Štadión Toyota Stadium s kapacitou 45 000 miest na sedenie slúži na futbal, rugby, americký futbal a iné podujatia. Dokončili ho v júli 2001 pri príležitosti osláv 50. výročia samosprávneho mesta ako jeden z projektov revitalizácie centrálnej časti Japonska. Tvar a konštrukčný ­systém štadióna sú navrhnuté tak, aby sa jeho realizáciou docielili optimálne ­podmienky pre divákov, hráčov a na rast prírodného trávnika.

Hlavné tribúny, ­východná a západná, sú umiestené vyššie, aby divákom poskytovali čo najlepší ­rozhľad. Naopak severná a južná tribúna sú položené nižšie, aby neprekážali vstupu vetra a slnečného svetla v oblasti hracej plochy. Nosná konštrukcia strechy je ­zavesená na štyroch 90 m vysokých ­pylónoch, ktoré sú umiestnené medzi ­tribúnami tak, aby neprekážali divákom vo výhľade.

Stabilita strešnej konštrukcie proti saniu vetra je zabezpečená pomocou štyroch čelných závesov, ktoré sú ­pripojené k pozdĺžnym hlavným priehradovým nosníkom a kotvené do pätiek ­pylónov. Pylóny majú premenný prierez s najväčším priemerom 3,5 m.

Od tohto bodu sa pylón zužuje smerom na oba konce na priemer 1,5 m. Vyrobené sú z ohýbaných plechov s maximálnou hrúbkou 70 mm. Osová sila pylónov na severnej strane (kde je uložená zatiahnuteľná membránová strecha) je 60 000 kN a na južnej strane 40 000 kN.

Pylóny v mieste pätiek sú kĺbovo uložené na ložiskách, ktoré umožňujú otočenie v každom ­smere. Závesné paralelné laná sú z pozinkovaných drôtov s priemerom 7 mm ­(maximálne 499 drôtov) s pevnosťou 1 600 MPa v polyetylénovom obale. ­Priemer lán je od 140 do 200 mm podľa veľkosti osovej sily; od 5 000 kN do 7 000 kN podľa dlhodobého zaťaženia.

Maximálna hodnota osovej sily pri krátkodobom zaťažení je 11 000 kN v dôsledku seizmického zaťaženia. Všetky laná sú predpäté takou silou, aby sa v nich ťah nevytratil v dôsledku sania vetrom, resp. vplyvom seizmických účinkov.

Štadión Sun Dome v meste Fukui dokončili v roku 1995, slúži na organizovanie výstav koncertov, na športové a iné účely. Priemer kupoly v dolnej časti je 116,1 m. Strešná konštrukcia s tiažou 3 700 ton sa montovala systémom Panta-Dome – postupným dvíhaním z montážnej plošiny. Je to patent prof. M. Kawaguchiho, ktorý pri návrhu a montáži použil také významné konštrukcie, ako sú Singapore Indoor Stadium, olympijská hala Sant Jordi Sport Hall v Barcelone a Osaka Sports center v Japonsku. Tento spôsob montáže ­vyžaduje precízne detaily, väčšinou realizované pomocou čapových spojov. Táto kon­štrukcia sa nachádza v oblasti, kde hrúbka v snehovej oblasti dosahuje až 2,0 m. Strecha bola dimenzovaná na zaťaženie 6,0 kN/m². Ako krytina sa použil plech s hrúbkou 3,2 mm, odolný proti ­atmosférickej korózii.

prof. Dr. Ing. Zoltán Agócs, PhD.
Ing. Robert Renczés
Foto: archív autorov