Montáž přístavby výškové budovy City Tower

Montáž představovaných sloupů a průvlaků při rekonstrukci výškové budovy City Tower umožnila realizovat nejpodstatnější úpravu konstrukce stávajícího objektu, tj. doplnit původní trojtrakt, s mírně vykonzolovanými stropními tabulemi u východního a západního průčelí, čtvrtým traktem u západního průčelí a rozšířit krajní pole u severního a jižního štítu, dosud široká půl modulu, na celý modul.

Výšková budova City Tower stojí v Praze 4 na Pankráci. Budova bývalého Československého rozhlasu prošla rekonstrukcí, která nebyla nikdy zcela dokončena. Záměrem nového vlastníka, společnosti ECM
Finance, a. s., bylo přestavět tento objekt na moderní administrativní budovu.

Ze stávajících konstrukcí výškového objektu byl po demontáži fasády, všech technických a technologických zařízení a konstrukcí z azbestu zachován pouze nosný skelet, který byl při rekonstrukci půdorysně všemi směry rozšířen a nahoře nastaven. Rozšíření do štítů bylo kvůli přiléhající pětipodlažní budově provedeno pomocí vzpěradel, na kterých byly založeny nové řady sloupů. Vzpěry probíhají nepřerušeně přes čtyři podlaží a vodorovnou sílu přenášejí předpjatá ocelová táhla do železobetonového jádra.

Na východě se objekt rozšířil prodlužováním stávajících konzol. Na západní straně pak byla na přistavěné části základové skříně založena nová řada sloupů – řada J. (obr. 1).

Půdorysné rozmístění, poloha svislých prvků systému a základní modulace jsou patrny z obr. 1 a 2. Po výšce je na svislé prvky uloženo 27 stropních tabulí v průměrných vzdálenostech 4 m, objekt je tedy v kontinuální části vysoký přibližně 108 m.

Geometrie rozestavěného objektu
Již vizuální průzkum naznačil a geodetické zaměření potvrdilo problémy, které před dvaceti lety postavený a poté několikrát demontovaný objekt bude představovat při dostavbě: všechny stropní tabule jsou depla­nované a jejich vzájemné vzdálenosti se liší od konstrukčních výšek, evidovaných v pro­jektové dokumentaci, a jsou přejaté pro rekonstrukční práce z dokumentace původní.

Při hledání důvodů deplanace se nebylo možno opřít o náležitě přesné a věrohodné podklady. Bylo jen zřejmé, že při montáži původního objektu došlo k některým, ne zcela výstižným odhadům deformace jak u betonových prvků (odhad nepřiměřeně malý), tak i u ocelových prvků (výpočet vedoucí k přehnané deformaci). Tyto chyby způsobily velký propad betonových prvků vůči ocelovým sloupům (obr. 3), který byl zjištěn měřením naklonění stropních průvlaků spojujících betonové jádro s ocelovými sloupy západního a východního okraje objektu.

Cíl montáže
Cílem montáže bylo zajistit vkládáním správných délek nových sloupů, aby po montáži a zatížení stávající a nové konstrukce došlo k redukci deplanace stropů.

Analýza původního stavu
Při přípravě montáže se vycházelo z těchto úvah:

• Posuvy hlav sloupů vůči jádru a příčným stěnám jsou způsobeny zejména dlouhodobým dotvarováním a smršťováním betonu a přehnaným nadvýšením sloupů při montáži. Tyto „zděděné“ neduhy konstrukce nebude reálné do budoucna zcela odstranit.
• Deplanaci ovlivňuje rovněž skutečnost, že stropní konstrukce nejsou kompletní (chybí zatížení působením KDC a celé užitné zatížení včetně příček). Ke zmírnění deplanace do budoucna rovněž přispěje i přitížení stávajících sloupů stropy přistavěnými u západního průčelí i přitížení stávajících sloupů zvětšením vyložení stropů u průčelí východního.

–>–>
Analýza jednotlivých vlivů
Vliv stlačení betonu
Podle informací o historii výstavby objektu byly podélné jádro a příčné stěny u obou štítů betonovány v předstihu a k nim byly přistavěny železobetonové montované stropy se železobetonovými průvlaky probí­hajícími v obou směrech, a to až do úrovně 3. NP. Tento rámový systém byl po třech letech odstraněn a nahrazen příčnými ocelovými rámy s plechobetonovými stropními tabulemi. Ocelové konstrukce byly montovány se zpožděním za betonáží jádra a příčných stěn. U betonových prvků došlo v průběhu výstavby k pružnému stlačení a k postupnému dilatování od dotvarování.

Jádro bylo donedávna zatíženo stropními konstrukcemi působením jejich vlastní hmotnosti a užitného zatížení včetně příček.

Smršťování betonu jádra a stěn vychází podle ČSN 731201 (obr. 4).

Obr. 3  U původního objektu došlo v důsledku chyb při výpočtu deformace svislých prvků k propadu jádra a stěn proti sloupům a k deplanaci stropních tabulí.	Obr. 4  Zkrácení jádra a stěn smršťováním betonu

Vliv stlačení sloupů
Protože se montáž sloupů opožďovala za betonáží jádra a stěn, řídila se nepochybně úroveň uložení sloupů v příslušném podlaží úrovní již vybetonovaného jádra. Montáž však mohla probíhat několika způsoby:
a)    právě montovaný sloup se osadil na úroveň znamenající nulovou deplanaci stropu, tj. na úroveň zajišťující vodorovné průvlaky; úroveň uložení průvlaku na jádro však odpovídala situaci, při které ještě neproběhla dlouhodobá deformace jádra, pouze deformace pružná,
b)    montáž proběhla jako v případě a), avšak sloup se osadil níže o vypočítanou dlouhodobou deformaci betonu,
c)    montáž proběhla jako v případě b), avšak osazení sloupu bylo korigováno s ohledem na jeho dodatečnou deformaci po montáži.
Je velmi pravděpodobné, že montáž probíhala podle bodu c), protože u tak náročného objektu musela být věnována pozornost zkrácení svislých prvků, vedoucích při rozdílnosti zkrácení k deplanaci stropů. Podle informací účastníků výstavby měla být uvažovaná dlouhodobá deformace betonu na volném konci objektu 20 mm. Podle srovnání s výsledky výpočtu nevystihovala tato hodnota skutečnou dlouhodobou deformaci jádra (36 mm), což vedlo k přehnaně velkému nadvýšení v uložení montovaných sloupů. Není podloženo žádnou informací, jak bylo přihlédnuto k dodatečné deformaci sloupů zatížením stropy, o kterou byly sloupy při montáži osazovány výše. Je však pravděpodobné, že sloupy byly nadvýšeny o hodnotu vypočtenou podle elementárního vztahu

Δz = (σ_o /E) z     (1)

což při σ_o ~ 100 MPa (toto napětí bylo ověřeno v projektu rekonstrukce) dává svislou deformaci (obr. 5).

Podle toho bylo zřejmě zaváděno nadvýšení sloupů. To však odpovídá postupu, při kterém by byly stropy zaklopeny až po ukončení montáže. Podle informací o historii stavby však probíhala montáž ihned po montáži sloupů. Ke stlačení sloupů sice došlo, ale až po montáži na úroveň z od zatížení nad úrovní z. Tuto deformaci lze zdůvodnit následující úvahou: sloup je osazován tak, aby na každé úrovni bylo zrušeno jeho zkrácení zatížením pod touto úrovní, tj. aby byla zajištěna vodorovnost připojovaného průvlaku. K jeho sednutí však dojde po montáži na úroveň z budoucím zatížením p (Hz) (obr. 6) podle vztahu

Δd_η/d_η = (H – z)/(H – η) . (σ_o /E)

Řešením vychází

Δz = (σ_o /E) (H – z) (lnH – ln (H – z))    (2)

Na obr. 5 je provedeno srovnání nadvýšení, které vychází podle vztahu (2) a nadvýšení podle (1). Z porovnání skutečně změřených poloh sloupů a poloh vypočítaných podle (1) se jeví jako velmi pravděpodobný předpoklad, že montáž sloupů probíhala s nadvyšováním vypočítaným podle vztahu (1).

Obr. 5  Zkrácení ocelových sloupů. Změření skutečné deformace prokázalo, že se při montáži sloupů stávajícího objektu vycházelo z nesprávného výpočtu deformace podle (1).	Obr. 6  Schéma zatěžování sloupu při jeho postupné montáži sloužící pro výpočet zkrácení přistavovaných nových sloupů (2)

Závěr analýzy stavu před montáží
Výpočet dílčích deformací sloupů způsobených dodatečným budoucím zatížením stropy nad právě uloženým sloupem na úrovni z, spuštěním pod montovanou úroveň podle zavedené dlouhodobé deformace jádra, nadvýšením nad montovanou úroveň podle uvažovaného stlačení sloupu a účinkem zmenšení zatížení na hodnotu před montáží na straně jedné a deformací jádra, zjištěnou s ohledem na skutečný režim dotvarování a smršťování betonu, na straně druhé, poskytuje představu o příčinách dnešní deplanace stropů.

Východiska pro montáž nové konstrukce
Při jejich formulaci se vycházelo z dále uváděných úvah. Dnes, po dvaceti letech, je proces dotvarování a smršťování betonu ukončen. Lze proto při úvahách o přírůstku deplanace v důsledku budoucího zatížení a odpovídající deformace stávajících a přistavovaných konstrukcí vycházet z pružné deformace betonových prvků přírůstky zatížení, z pružné deformace stávajících ocelových sloupů přírůstky zatížení stálého i užitného a z pružné deformace nových sloupů celkovým zatížením z přistavovaných stropů zvětšeným o sedání pilot.
Měření původního stavu stropů, poznání míry přesnosti osazování stropů na ocelové sloupy, na betonové jádro a stěny a poddajnost, respektive deformační vlastnosti svislých prvků naznačovaly reálné cíle při snaze zajistit montáží přistavované konstrukce rovinnost nosné části stropního souvrství.

Podpory stropních průvlaků, jejichž úroveň nebylo možno ovlivnit (betonové prvky, respektive ocelové sloupy, jejichž základní profil byl již opatřen příložkami), byly založeny s výškovou diferencí na osách E, F, G, H ≤ 10 mm.

V druhém směru na osách 4, 5, 6, 9, 10 a 11 se diference mezi jádrem a sloupy pohybovaly do 5. NP v rozmezí 0 až 10 mm, do 10. NP v rozmezí 10 až 20 mm, do 15. NP v rozmezí 20 až 30 mm, do 20. NP v rozmezí 30 až 40 mm a výše byla diference ojediněle až více než 50 mm. Zde se však již deformace zmenšovaly, jakoby v průběhu montáže došlo k poznání, že předpoklady pro odhad deformací byly nepřesné a je třeba redukovat nadvýšení sloupů.

Pokud jde o uložení stropů na přistavované sloupy, dojde v nich k propadu působením nového zatížení. To je příznivá tendence, která umožní ovlivnit výslednou deplanaci stropů rekonstruovaného objektu. Problém s deplanací stropů po přístavbě jejich nových částí se tedy vymezoval na řešení způsobu montáže nových konstrukcí, který by redukoval rozdíl sednutí nových sloupů a betonových prvků a rozdíl sednutí nových sloupů na stycích štítů s fasádou západní, eventuálně i rozdíl sednutí nových sloupů štítů a stávajících sloupů u fasády východní. Cestou k řešení problému bylo ukládání pat nových sloupů na úroveň, která měla vést po montáži a po ukončení sedání pilot k minimální deplanaci stropů. S přihlédnutím k uvedenému stavu konstrukce a k možnostem, které skýtala montáž konstrukcí přistavovaných, bylo reálné plánovat dosažení takového stavu, kdy by u stávajících stropů nepřesáhla deplanace stropů vůči betonovým konstrukcím hodnotu 20 mm za podmínky, že příložky by splňovaly podmínku σ_o ~ 100 MPa, a mezi úrovní stropů u nových sloupů a u jádra by nebyla překročena diference ±10 mm.

Deformace stávajících sloupů
Výpočty deformace byly zpracovány před montáží nových sloupů v [2] a byly k dispozici pro probíhající projekt úprav stávajících sloupů (doplňování průřezů o příložky pro přenesení zatížení od nových průvlaků apod.).

Deformace nových sloupů
Sloup byl podle projektu dimenzován tak, aby při celkovém zatížení vykazoval napětí
σ_o = 100 MPa. Piloty pod sloupy i vzpěry ve 3. NP, na kterých jsou uloženy paty sloupů u štítů, měly podle projektu poklesnout o 7 mm. Celkový pokles sloupů zbůsobený všemi uvedenými vlivy je znázorněn na obr. 7.

Obr. 7  Průběhy poklesu sloupů od všech působících vlivů	Obr. 8  Schéma postupu montáže, která zajistila splnění cíle: dosáhnout u všech stropů stejné úrovně, a to na západním okraji objektu i u jádra stávající konstrukce (jsou vyšrafovány).

Deformace betonových prvků
Betonové prvky se budou vlivem přírůstků zatížení pružně zkracovat.

Vliv změny teploty během montáže
Během montáže byly všechny svislé prvky objektu vystaveny účinkům změny teploty vnějšího prostředí a oslunění. Šlo o nové sloupy a jádro. Při náhlém (nebo nedávném) zvětšení teploty a zároveň oslunění mohlo u těchto prvků dojít k rozdílu oteplení, neboť ocelové sloupy byly vystaveny oslunění, a naopak jádro by si podrželo v důsledku větší hmotnosti a setrvačnosti nižší teplotu. Bylo proto třeba snímat teplotu během montáže a přihlédnout k rozdílu teploty prvků ΔΔt a k protažení Δz sloupu.

Praktické závěry k montáži přistavovaných konstrukcí
Šlo o montáž nových sloupů, konkrétně o volbu úrovně uložení průvlaků na tyto sloupy. Při úvahách o úrovni uložení se vše vztahovalo k úrovni uložení průvlaku v místě G6. Protože ve všech podlažích byla spodní úroveň nového průvlaku výše než spodní úroveň stávajícího průvlaku o hodnotu v, byla úroveň osazení x-tého průvlaku

Ú_x = Ú_G6 + v + nadvýšení podle obr. 7 +
        + ΔΔt . 12 . 10^–6 Ú_x    (3)

kde ΔΔt je zprůměrovaný rozdíl teploty sloupu a jádra (°C).

Podobně se postupovalo při montáži sloupů u štítů s přihlédnutím k eventuální změně hodnoty v a k odchylce poklesu vzpěradla od hodnoty 7 mm.

Před ukončením všech příprav, jejichž cílem bylo dosažení u všech stropů stejné úrovně na západním okraji jako u jádra, pokročila však již montáž sloupů do 2. superparta (SP). Z termínových důvodů byla navíc převážná většina supersloupů již vyrobena a rozteče příslušných tří styků na supersloupech pro uložení průvlaků odpovídaly konstrukčním výškám podle projektu. Ty se však podstatně lišily od projektu, například v 17. NP o +35 mm, ve 14. NP o +31 mm nebo v 6. NP o –27 mm. S těmito odchylkami se bylo nutno smířit a vyrovnat výšky alespoň v každém třetím podlaží, tj. tak, aby na úrovních 7., 10., 13., 16., 19., 22., 25. a 28. NP byl splněn vytyčený cíl.

K dosažení tohoto stavu bylo třeba upravit postup montáže sloupů podle těchto bodů (obr. 8):
a)    ve třetím superpatře u všech již osazených supersloupů změřit S⁺_o a S₁ u G6,
b)    upravit individuálně délky 1+1 u sloupů připravených pro 3. SP (7. až 9. NP) tak, aby odpovídaly vztahu pro 11 na obr. 8,
c)    upravit individuálně délky všech sloupů připravených pro 3. SP tak, aby jejich úroveň S_o ve 4. SP (10. NP) byla stejná,
d)    u dalších sloupů pro vyšší SP upravit 1₁ tak, aby odpovídaly v příslušném SP vztahu pro 1₁ na obr. 8 a aby sloupy v příslušném SP byly stejně dlouhé (tak se postupovalo až do konce montáže) (obr. 9 až 11).

Záběry z průběhu montáže čtvrtého traktu. Na obr. 10 je stav v době, kdy bylo přistoupeno k upřesňování průběhu montáže nových sloupů a ke korekci jejich délek podle (2) a (3). Na obr. 11 (perexový obrázok) jsou patrna zhlaví nově montovaných sloupů, jejichž výšková úroveň byla kontrolována pomocí (3).

Závěr
Dnes, po třech letech od ukončení montáže a provozu ve všech podlažích budovy, lze konstatovat, že cíle bylo dosaženo. Deplanace stropů je redukována a budova dobře slouží svému účelu.

TEXT: prof. Ing. Václav Rojík, DrSc., Jan Kučera, Ing. Josef Olenič
Obrázky a FOTO: Václav Rojík a Josef Olenič

Literatura
1.    Aulický, V. – Zoubek, P.: Rekonstrukce a dostavba City Tower. In: časopis ASB, 2008, č. 1, s. 84–87.
2.    Rojík, V. – Brabec, V.: Deplanace stropních tabulí rekonstruovaného objektu City Tower. Analýza a návrh způsobu montáže omezujícího deplanaci.
Praha: Metrostav, 2007.