Konstrukce bazénové haly v Brně – Kohoutovicích
Bazénová hala je součástí nově budovaného komplexu krytého plaveckého bazénu v Brně, městské části Kohoutovice. Stavba byla zahájena v roce 2008, montáž dřevěné konstrukce započala v dubnu roku 2009. V současné době (listopad 2009) je montáž nosné konstrukce včetně opláštění a prosklených stěn dokončena a probíhá montáž ocelové konstrukce tobogánové věže, spojovacích lávek a schodišť.
Architektonické ztvárnění plaveckého komplexu odlišuje jednoduché kubické řešení provozních prostor od prostor bazénových provozů. Objekt vlastní bazénové haly navozuje svým tvarem podobu ležícího „amorfního pásovce“ (obr. 1). Základní objemy jsou materiálově a výrazově odlišeny tak, že vstupní a provozní objekt je opatřen fasádou s dřevěnými obkladovými panely v jednotném rastru, zatímco krycí vrstva střešního a stěnového pláště bazénové haly je z titanzinkového plechu tmavě šedého zabarvení. Jižní fasáda bazénové haly je plně prosklená a opatřena protisluneční ochranou hliníkovými lamelami, stěna vstupního přízemí je prosklená z větší části. Prosklené pruhy zajišťující rovnoměrné přirozené osvětlení v hale jsou rovněž mezi jednotlivými segmenty haly.
Z hlediska volby základního konstrukčního materiálu vyhovovalo záměru architektů nejlépe lepené lamelové dřevo. Přednosti tohoto materiálu vyplývají zejména z moderní technologie výroby lepených prvků umožňující navrhovat konstrukce velkých rozpětí a požadovaných geometrických tvarů. Lepené dřevo vykazuje rovněž vlastnosti nezbytné pro působení konstrukce ve vlhkostně a teplotně náročném bazénovém prostředí.
Základní prvky a dílce nosné konstrukce jsou vyrobeny z lepeného lamelového dřeva třídy pevnosti SA (GL 24). Vzhledem ke specifickému uspořádání lepených prvků v nosném systému a k velkým dimenzím hlavních rámů segmentů (výška lepeného průřezu v oblasti zakřivených rámových rohů dosahuje téměř 3,0 m) se jedná o ojedinělou konstrukci, která se odlišuje od obvyklých dřevěných konstrukčních systémů.
S návrhem nových typů konstrukcí vždy souvisí vyřešení navazujících teoretických problémů, které se vztahují k únosnosti, stabilitě a použitelnosti konstrukce a k řešení důležitých konstrukčních detailů [1]. Teoretické předpoklady uvažované při návrhu konstrukce mohou být objektivněji ověřeny na základě skutečného chování realizované konstrukce. Z toho důvodu byly na konstrukci osazeny geodetické značky umožňující měření deformací konstrukce v průběhu montáže a následně v provozním stadiu. Zjištěné hodnoty průhybů a posunů konstrukce a prokluzu v montážních stycích jsou důležitým podkladem pro navrhování dalších typů dřevěných konstrukcí.
V rámci statického řešení bylo sestaveno 26 prostorových výpočtových modelů včetně modelů zohledňujících spolupůsobení segmentů a interakci dřevěné konstrukce s betonovou podpůrnou konstrukcí. Schéma jednoho z řešených modelů je uvedeno na obr. 2. Zaměřme se na hlavní poznatky ze statického a konstrukčního návrhu, výroby a realizace dřevěné konstrukce bazénové haly [1] a věnujme se problematice návrhu obvodového pláště.
| Autoři architektonického řešení objektu – Ing. arch. Vladimír Pacek, Ing. arch. Miloš Schneider a Ing. arch. Josef Dundáček (atelier K4, a. s., Brno) Návrh nosného a konstrukčního systému dřevěné konstrukce haly – doc. Ing. Bohumil Straka, CSc., a Ing. Milan Šmak, Ph.D. Návrh střešního a stěnového pláště haly – Ing. Jana Pexová a doc. Ing. Miloslav Novotný, CSc. Generální dodavatel stavby – Stavoprogres Brno, spol. s r. o. Dodavatel dřevěné konstrukce – České dřevařské závody Praha, a. s., závod TESKO |
Dřevěná konstrukce bazénové haly
Při návrhu dřevěné konstrukce bylo třeba vycházet z toho, že objekt bazénové haly má nepravidelný půdorysný tvar. Mezní půdorysné rozměry jeho zastřešení jsou 58 × 38 m, horní úroveň střechy je navržena ve výškových úrovních od +6,075 do +9,585 m (obr. 3).
Obr. 3: Půdorys bazénové haly znázorňující uspořádání jednotlivých segmentů, základních lepených prvků nosné dřevěné konstrukce a hlavní rozměry konstrukce
Hlavní záměr spočíval v sestavení konstrukce z klenbových pásů – segmentů, jejichž základním dílcem jsou lepené rámy – žebra umístěna ve středech segmentů. Šířka segmentů je 5,0 m. Stabilita štíhlých lepených rámů a jednotlivých segmentů je zabezpečena nosnou vrstvou střešního pláště vytvořenou z třískových desek typu OSB. Na základní část haly tvořenou devíti segmenty navazuje krajní část přibližně trojúhelníkového půdorysu s prosklenou stěnou. Lepené vazníky v této části o výšce 1 000 mm jsou podepřeny na lepeném rámu krajního segmentu a na ocelových sloupech prosklené štítové stěny.
Z hlediska návrhu konstrukce se jednalo o poměrně složitý problém, protože půdorys i výškové uspořádání objektu jsou nepravidelné. Hlavní rámy segmentů jsou řešeny jako dvojkloubové rámy se zakřiveným rámovým koutem na rozpětí od 24,8 do 34,5 m. Lepené průřezy rámů vyžadovaly velké dimenze (výška základního průřezu u segmentů největších rozpětí je 1 960 mm, šířka 240 mm, v oblasti zakřiveného rámového rohu je výška 2 945 mm). Geometrické uspořádání vybraných lepených rámů s největším a nejmenším rozpětím (segment číslo 6 a 1) je znázorněno na obr. 4.
Obr. 4: Geometrické schéma lepených rámů – žeber segmentů (na obrázku segmenty s největším a nejmenším rozpětím) včetně umístění střešních vaznic, šikmých vzpěr a ocelových podpěrných ložisek
Ve výrobní dokumentaci bylo třeba ve spolupráci s projektantem stavby, výrobcem a dodavatelem dřevěné konstrukce dořešit návaznosti nosné konstrukce na ostatní součásti stavby a zásadní konstrukční detaily.
Zásadní problémy související s návrhem, výrobou a realizací konstrukce
Důležitým bodem bylo navržení tloušťky lamel lepeného průřezu (lepené dřevo třídy pevnosti GL 24) s ohledem na poměrně velké zakřivení v oblasti rámového rohu. Při konstantní šířce 240 mm byla zvolena tloušťka lamel v oblasti s mírným zakřivením 40 mm, v oblasti zakřiveného koutu 22 mm. Výroba lepeného rámu je zachycena na obr. 5.
Jedním z nejdůležitějších problémů bylo navržení pozice a konstrukčního provedení montážních styků lepených rámů. Bylo třeba respektovat možnosti výroby, transportu, vyhovující únosnosti a tuhosti styků. Styky jsou provedeny pomocí vložených plechů tloušťky 8 mm, ocelových kolíků a přesných svorníků průměru 24 mm. Jsou umístěny do oblasti přechodu příčle rámu do zakřiveného rámového rohu (obr. 6).
Podepření lepených rámů na betonovou konstrukci je pomocí ocelových čepových ložisek. Dvojstřižné čepy o průměru 80 mm jsou z oceli S355 (obr. 7). Ve výpočtových modelech byla uvažována interakce dřevěné konstrukce se spodní stavbou projevující se možným vodorovným posuvem v uložení dřevěné konstrukce na štíhlé betonové sloupy. Posunutí má poměrně významný vliv na velikost deformací a vnitřních sil. Teoreticky bylo uvažováno s posuvy v hodnotách do 20 mm.
Jednotlivé segmenty jsou vzájemně propojeny. Odlišná rozpětí a geometrické parametry sousedních segmentů se projevují různými hodnotami průhybů spojovaných segmentů. Konstrukční detaily spojení bylo proto třeba navrhnout na přenos odpovídajících tlakových i tahových sil.
Každý segment působí jako klenbový pás, jehož součástí je lepené rámové žebro umístěné uprostřed klenbového pásu a nosná vrstva střešního pláště vytvořená z OSB desek. Nosná vrstva pláště opatřená krajními pásy je vyztužena výztuhami a uložena na vaznice. Klenbové pásy jsou v oblasti patek žeber ukotveny do betonového soklu v úrovni podlahy haly.
Konstrukce střešního a stěnového pláště
Návrh opláštění bazénové haly je náročným úkolem zejména z důvodů velmi vysoké vlhkosti vnitřní vzduchu a vysoké vnitřní teploty. Proto je potřeba důkladně posoudit tepelně-vlhkostní namáhání obvodového pláště. Obecně je při návrhu střešního pláště u bazénové haly nutno vycházet z požadavků a postupů uvedených v normách ČSN 730540, části 1–4. Zejména takto vysoké vlhkosti vnitřního vzduchu mají za následek velmi vysoké požadavky na teplotu vnitřního povrchu konstrukce, a tím i na teplotní faktor, které jsou v podstatě reálně nedosažitelné.
Obvykle je zde možné pouze posouzení vnitřní povrchové teploty na základě porovnání s tzv. teplotou rosného bodu v kombinaci s doplňkovými opatřeními, jako je například nezbytné navržení funkčního provozu vzduchotechniky zajišťující trvalé snižování vlhkosti vnitřního vzduchu. Dále je vzhledem k parametrům vnitřního prostředí přísný požadavek na součinitel prostupu tepla jednotlivými konstrukcemi.
V rámci posuzování obvodového pláště byla splněna požadovaná hodnota součinitele UN = 0,14 W/(m2 . K).
Nestačí navrhnout jen běžnou skladbu obalové konstrukce, ale provedení obvodového pláště vychází zejména ze správného řešení jednotlivých kritických detailů konstrukce. V rámci skladeb je nutno navrhnout vhodné umístění jednotlivých vrstev, ale také vybrat vhodné materiálové a technologické řešení. Velmi důležitou otázkou je zejména umístění a provedení velmi těsné parozábrany, která by neměla být narušena žádnými mechanickými kotevními prvky, aby bylo eliminováno riziko pronikání vodní páry a riziko kondenzace v rámci obvodového pláště.
U obvodového pláště bazénové haly v Brně – Kohoutovicích byl proveden návrh veškerých obvodových konstrukcí haly s vnitřním bazénem. Jistě nejzajímavější část obvodového pláště byla provedena na zakřivené dřevěné vazníkové pásy, kde plynule přecházela střešní konstrukce do obvodového stěnového pláště (obr. 8). Jak vyplývá z popisu nosné konstrukce v předchozích odstavcích, jedná se o tvarově složitou konstrukci složenou z nosných lepených vazníků nesoucích vaznice s bedněním, které jsou navíc do vazníku opřeny pomocí šikmých vzpěr. Jednotlivé vazníky jsou umístěny v různých polohách a výškových úrovních a tvoří spolu s horní dřevěnou konstrukcí pásy o šířce 5 m.
Ze strany interiéru byl požadavek zachovat z co největší části pohledové dřevěné vazníky a šikmé vzpěry. Zaoblený tvar vazníků měl být v rámci navrhovaného opláštění zachován a ničím výrazně nenarušen. Z důvodu tvaru a minimálního (v zaoblení až nulového) sklonu střechy a návaznosti na stěnový plášť bylo rozhodnuto o provedení vnějšího pláště s plechovou drážkovanou krytinou.
Protože je hala uvažována jako společná pro dospělé i děti a charakteristiky vnitřního vzduchu budou regulovány vzduchotechnikou (vlhkost bude udržována na 60 procentech), při návrhu vnitřního prostředí se počítalo s hodnotami tai = 29 °C a ϕi = 75 %. I když je navržena vzduchotechnika, není možné počítat přímo se 60procentní vlhkostí, je nutno zvážit nejnepříznivější stav, kdy bude vzduchotechnika dočasně vyřazena z provozu.
Kompaktní plochá střecha, resp. stěnový plášť
Vhodným řešením návrhu střešního pláště při takto složité nosné konstrukci byla jednoplášťová, tzv. kompaktní střecha, při níž jsou jednotlivé vrstvy střešního pláště vzájemně spojeny lepením v kompaktní celek, bez vzniku jakékoli větrané vzduchové mezery. Jako tepelná izolace byla vybrána izolace z pěnového skla o celkové tloušťce 260 mm, která se plnoplošně lepí teplým nebo studeným asfaltem, resp. asfaltovým lepidlem.
Celá skladba střešního pláště se může bez problému umístit na bednění nosných dřevěných vazníkových pásů (obr. 9). Výhodou systému je mimo jiné také velmi vysoká vodotěsnost a parotěsnost – pokud vychází ve výpočtu kondenzační zóna do oblasti tepelné izolace, můžeme ji zde zcela vyloučit, protože z hlediska vlastností kompaktní skladby není v tomto místě možná. Podobně není možno uvažovat s odparem vodní páry z kompaktní skladby [2]. Je zde také minimalizován vznik tepelných mostů, skladba není narušena žádnými dřevěnými profily ani kovovými kotevními prvky. Pro součinitel prostupu tepla potom platí:
U = 0,14 W/(m2 . K) ≤ UN = 0,14 W/(m2 . K).
Vodotěsnost střešního kompaktního pláště je velmi výhodná vzhledem k navržené geometrii vazníkových soustav. Bez problémů lze tuto skladbu aplikovat i v rámci vnějšího stěnového pláště a tepelnou izolaci lze použít na zaoblené konstrukce, díky možnosti řezat izolační desky do tvarů podle potřeby. Jako střešní krytina byl navržen titanzinkový systém. Plechovou krytinu je do tepelné izolace možné kotvit pomocí speciálních příponek zatavených do asfaltu. Konstrukce je poměrně jednoduše proveditelná a hlavně z tepelnětechnického hlediska funkční.
Nevýhodou této skladby je její vysoká finanční náročnost – cena skleněné tepelné izolace je v porovnání s minerální vlnou značně vyšší. Použití minerální vlny by ovšem bylo velmi problematické a rizikové. Pokud tedy zvážíme funkčnost a těsnost navrženého pláště, je jistě tato finanční náročnost kompaktní střechy akceptovatelná.
Realizace obvodového pláště
Při realizaci obvodového pláště došlo k úpravě skladby oproti uvažovanému návrhu, kdy bylo původní, křížem ukládané dvojité bednění z dřevěných prken nahrazeno plošnými OSB deskami. V místě výraznějšího ohybu nosné konstrukce byly z důvodu potřeby tvarování použity dvě vrstvy OSB desek o menších tloušťkách.
Realizace tepelné izolace zůstala více méně beze změny. Izolace byla tvarově upravována pro zaoblený tvar vazníkové konstrukce řezáním přímo na místě stavby, některé díly byly (již slepené z obou typů desek) dodány od výrobce. Problémem při realizaci, pomineme-li fakt, že dělníci pracovali nepříjemně dlouhou dobu s asfaltem či asfaltovým lepidlem, byla bohužel vyšší prašnost vzniklá při řezání tepelné izolace. Proto tyto práce probíhaly jen za vhodných klimatických podmínek a etapovitě. Kotvení tepelné izolace bylo provedeno kromě lepení v kritických místech s velkým sklonem (stěnový plášť), navíc pomocí speciálních kovových příponek výrobce, a to v rámci spodní vrstvy tepelné izolace (obr. 10).
Finální povrchovou úpravou obvodového pláště je titanzinkový plech spojovaný na drážky utěsněné pomocí systémových těsnicích pásek. Při návrhu a realizaci krytiny nebylo opomenuto řešení dilatačních spojů a stupňů, které jsou nutné pro bezproblémovou funkčnost opláštění. V současné době je již popsaný obvodový střešní, resp. stěnový plášť hlavní bazénové haly dokončen a probíhají další navazující práce.
Literatura
[1] Straka, B. – Šmak, M.: Některé možnosti využití lepeného dřeva ve stavebních konstrukcích. In: Sborník z mezinárodního odborného semináře Dřevostavby. Volyně: 2009.
[2] Pexová, J: Střešní pláště bazénových hal. Sborník z konference Zastřešení budov 2007. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2006.
Článek byl uveřejněn v knižní publikaci Stavební ročenka.
