Nosná konstrukce střechy evokuje tvar deštníku

11. listopadu 2015

Partneři sekce:

V podhůří Jeseníků již v 16. století majitel zdejšího panství Jan ze Žerotína nechal postavit dřevěné lázně využívající zdejší termální prameny. V 50. a 60. letech minulého století zde bylo vybudováno termální koupaliště se sirnou vodou. Nynější projekt postupné rekonstrukce dal vzniknout nové budově ve tvaru šnečí ulity, kterou zastřešuje unikátní rotační konstrukce tvořená dřevěnými lepenými vazníky.

Konstrukce střechy je navržena při respektování kruhového půdorysu objektu a pozic vertikálních nosných konstrukcí jako samonosná konstrukce uložená na železobetonový kruhový prstenec. Základní statické uspořádání je dáno dvojicí lepených nosníků o velikosti 200×1400 mm, které jsou vzpínány přes středový prstenec pomocí předpínacích táhel. Celkově je konstrukce ve finálním stavu navržena jako prostorově tuhá. Atypický tvar prstence s tlačenou středovou vzpěrou o výšce 5,4 m zajišťuje vzepjetí kotvení systémových táhel o průměru 42 mm, a tak dotváří celkový prostorový efekt. Konstrukce je rovněž vyztužena ve střešní rovině systémem ocelových táhel a dřevěných ztužidel. Střešní plášť vynášejí vaznice, které jsou osazeny shora na vazníky, přičemž jejich profily v závislosti na rozpětí se směrem ke střednímu prstenci zmenšují. Kotvení hlavních vazníků spolu s hlavním ocelovým táhlem na železobetonový prstenec je provedeno na ocelová ložiska.

Detail – středový prstenec s táhly

Detail – středový prstenec s táhly

Projekční a statické řešení konstrukce

Prvním krokem bylo vytvoření věrného 3D výpočtového modelu v některém z programů založených na metodě konečných prvků. Velikost vnitřních sil a napětí vycházela z nelineárního výpočtu podle teorie druhého řádu na prostorovém modelu se zavedením lokálních nelinearit. Na základě tohoto výpočetního modelu byly stanoveny konečné dimenze prvků, byla ověřena globální stabilita konstrukce a bylo také stanoveno nadvýšení konstrukce pro jednotlivé montážní stavy. Ve výpočetním modelu jsou zohledněny základní předpoklady statického chování konstrukce, především pro střešní ztužení se uvažuje s translační tuhostí připojení ztužidel k vazníkům a rovněž se předpokládá maximální prokluz ve spojích do 1 mm. Výpočetní model zohledňuje skutečné hodnoty vodorovných sil do železobetonového věnce a počítá s předepnutím na tahové síly od vlastní tíhy konstrukce.

Prostorový model

Nadvýšení pro montážní stav bylo stanoveno na hodnotu 40 mm, což odpovídá svislé deformaci od stálých zatížení. Počáteční předpětí v táhlech před spuštěním konstrukce z montážní podpory bylo stanoveno na základě technologických možností a s ohledem na eliminaci průvěsu táhel na hodnotu cca 33 kN, což odpovídá nadvýšení celé konstrukce o dalších 11 mm. Celkové nadvýšení konstrukce tedy činí 51 mm, což odpovídá plnému vykrytí deformace od stálého zatížení a částečné hodnotě deformace od dotvarování. Realizační dokumentace byla provedena pomocí 3D cad modelování a jejím výstupem byl elektronický formát pro strojní automatizované opracování lepených vazníků a rovněž dílenská dokumentace pro ocelové svařované části.

Postupná montáž hlavní nosné konstrukce I.

Montáž

Nejdůležitějším aspektem při samotné montáži bylo zvolení správného pořadí postupného osazování nosníků a předpínání. Konstrukce středového prstence byla postavena na provizorní podpoře a poté jednotlivá ocelová táhla byla předepnuta na požadované hodnoty, které byly po celou dobu montáže tenzometricky monitorované. Výška podpůrné věže odpovídala nadvýšení konstrukce střechy pod středovým prstencem o 40 mm. První dvě dvojice lepených vazníků tvořících kříž byly usazeny na středový ocelový prstenec, který byl zajištěn proti vodorovným posunům pomocí jeřábu. Ihned po osazení montážního kříže lepených vazníků proběhlo předepnutí ocelových táhel M42, které byly vždy zvedány s příslušným vazníkem.

Postupná montáž hlavní nosné konstrukce II.

Předepnutí táhel probíhalo vždy u společné dvojice (tvořící celek příčného rámu) táhel rovnoměrně z obou stran v jednom záběru a ihned poté proběhla kontrola geometrie osazené konstrukce (poloha, svislost a výška ocelového prstence). Dále postupně probíhalo osazování jednotlivých dvojic lepených vazníků s ocelovými předpínacími táhly včetně doplnění prstencových ztužidel a střešních ocelových táhel. Vazníky byly po osazení ihned zafixovány do ložiska na železobetonovém prstenci a montážně vyklínovány v projektované poloze proti posunům v axiálním směru vazníku. Pořadí předpínání jednotlivých dvojic táhel probíhalo dle technologického postupu, přičemž hodnoty předpínacích sil v táhlech byly průběžně kontrolovány pomocí tenzometrického měření. Po osazení všech prvků konstrukce proběhla opětovná kontrola geometrie osazené konstrukce a montáž dřevěných vaznic dle projektové dokumentace.

Postupná montáž hlavní nosné konstrukce III.

Po dokončení montáže vaznic bylo možné provedení popuštění konstrukce na montážní podpěře. Pokles konstrukce na ocelovém prstenci byl 10 mm. Celková síla v ocelových táhlech, po spuštění konstrukce, se pohybovala v rozmezí 55–60 kN, což přibližně odpovídá výpočetnímu předpokladu. Po provedení spuštění konstrukce byla provedena kontrola geometrie konstrukce včetně posunu na jednotlivých ložiskách.