Národný futbalový štadión – nosná konštrukcia prestrešenia tribún

Stavba národného futbalového štadióna je najväčšou a najvýznamnejšou investíciou v rámci modernizácie futbalových štadiónov na Slovensku. Štadión bude postavený v lokalite bývalého štadióna (legendárneho Tehelného poľa), čím zachová kontinuitu prostredia. Projekt je autorským dielom Ing. arch. Kallaya. Štadión s kapacitou 22 500 divákov bude spĺňať najvyššie kritériá štandardov UEFA pre kategóriu 4. K dispozícii budú viacposchodové VIP zóny a SKY‑boxy a kongresové sály. V podzemí štadióna bude k dispozícii viac ako 1 000 parkovacích miest.

Z hľadiska projektového riešenia boli použité na stavbe najmodernejšie konštrukčné systémy, či už v oblasti spriahnutých konštrukcií, ale hlavne v oblasti oceľových konštrukcií, kde je navrhnutá membránová konštrukcia prestrešenia tribún. Firma Stavokov Projekt s. r. o., zabezpečovala na realizačnom projekte statickú časť pre celý štadión a aj pre oba komerčné objekty. Práce na realizačnom projekte boli zahájené na jeseň v roku 2016.

ÚVOD

Vzhľadom na rozsiahly projekt nie je možné v tomto príspevku odprezentovať komplexnú problematiku riešenia všetkých nosných konštrukcií. Ako už bolo spomenuté v abstrakte tohto príspevku. Firma Stavokov projekt s. r. o. zabezpečovala pre firmu Strabag realizačný projekt stavby – časť statické a nosné konštrukcie. Je dôležité spomenúť, že pôvodný zámer bol nadviazať na projekt stavby pre stavebné povolenie. Avšak z viacerých dôvodov tento postup nebol zo strany zhotoviteľa akceptovateľný. Zmeny nosných konštrukcií boli v takom rozsahu, že prakticky došlo k úplnému prepracovaniu projektu. Treba spomenúť, že nešlo o zmeny, ktoré by viedli k zlacneniu stavby.

Ba naopak. Napríklad v prípade betónových konštrukcií došlo k zmene niektorých monolitických prvkov na prefabrikované, čo dokonca zvýšilo náklady výrobu a montáž. V konečnom dôsledku to však prinieslo úsporu času. Hlavným dôvodom tohto rozhodnutia bola požiadavka na pohľadovosť prvkov, ktorá sa v prípade monolitických prvkov s prefabrikovanými nedá porovnať. Toto rozhodnutie sa ukázalo ako správne už v prípade projektu CITY Aréna Trnava.

Ďalším dôležitým rozhodnutím v prípade riešenia vodorovných betónových konštrukcií bolo riešenie spriahnutých stropných dosiek použitím prvkov COFRAPLUS 220. Toto riešenie prinieslo efekt v skrátenom časovom harmonograme. V prípade dosiek, ktoré neboli pôdorysne pravouhlé sa zvýšená náročnosť prác akceptovateľne odzrkadlila na tomto efekte.

Ďalšou výzvou pre nás bol návrh nosnej oceľovej konštrukcie prestrešenia tribún. Tu treba poznamenať, že v tomto prípade sa jedná o najväčšiu membránovú konštrukciu na Slovensku. Zo statického hľadiska sa jedná o komplikované pôsobenie zaťažení, hlavne v montážnom stave. Najzložitejšou fázou v tejto problematike bolo odladenie konštrukcií z hľadiska II. MS.

OBJEKTOVÁ SKLADBA

Nosná konštrukcia objektu pozostáva z priestorového systému rovinných doskových a prútových prvkov. Tento systém vytvára komplexný celok, ktorý je schopný bezpečne preniesť zvislé a vodorovné zaťaženia do základov a odolávať vodorovným účinkom od zaťaženia od vetra a seizmicity.

Samotné členenie stavby na jednotlivé objekty korešponduje s pôvodným rozdelením projektu pre stavebné povolenie:

• (SO 002 NFŠ) Suterén – základové konštrukcie, 1. PP.
• (SO 003 NFŠ) Štadión – rozdelený na dilatačné úseky A až N.
• (SO 004 NFŠ) Zariadenie viažuce sa na funkciu – administratívna budova, dilatačný úsek Z.
• (SO 005 NFŠ) Nákupná pasáž – maloobchodné zariadenia viažuce sa na funkciu, služobné byty a malé ubytovacie zariadenia cestovného ruchu (časť maloobchodné zariadenia) – rozptylové plochy za štadiónom (plató) dilatačné úseky O až T a bytový dom, dilatačné úseky U až Y.

Každý objekt bol následne rozdelený na dilatačné úseky. Toto rozdelenie je veľmi dôležite jednak z hľadiska samotného projektu, ale aj z hľadiska samotnej výstavby. Na stavbe súčasne pracuje niekoľko poddodavateľských firiem. Aby sa predišlo nezrovnalostiam v koordinácii počas realizácie boli aj projekty nosných konštrukcií objektov realizované po dilatačných úsekoch.

Zložitosť projektu bola umocnená tým, že sa s výstavbou všetkých objektov prakticky začalo v rovnakom čase. To znamenalo nasadenie enormného úsilia a hlavne zabezpečenia dostatočných profesionálnych kapacít v oblasti statiky betónových a oceľových konštrukcií. Súčasne bolo potrebné z našej strany po dobu celej výstavby zabezpečiť kvalifikovaný a skúsený tím pracovníkov v rámci statického autorského dozoru.

ZÁKLADNÁ CHARAKTERISTIKA PRESTREŠENIA TRIBÚN

Prestrešenie tribún národného futbalového štadióna je charakteristicky rozdelené podľa orientácie svetových strán na:

• severnú tribúnu,
• východnú tribúnu,
• západnú tribúnu,
• južnú tribúnu.

Oceľová konštrukcia Južnej a východnej tribúny sú z konštrukčného hľadiska identické. Konštrukcia severnej tribúny je osadená nižšie, aby nespôsobovala nadmerné zatienenie obytných objektov. Konštrukcia západnej tribúny je osadená na nosnej železobetónovej konštrukcii strechy. Maximálne výšky konštrukcie tribún boli zadefinované v stavebnom povolení. Z toho boli odvodené výšky oceľovej konštrukcie, ktoré boli navýšené o hodnotu deformácie od vlastnej tiaže konštrukcie a strešného plášťa.

Statické pôsobenie a stabilita konštrukcie

Konštrukcia prestrešenia tribún národného futbalového štadióna je navrhnutá z ocele. Základnú statickú schému u všetkých tribún tvorí konzola. Zo statického, ale aj architektonického hľadiska len východná a južná tribúna majú rovnaký tvar. Vyloženie konzol je u jednotlivých typoch tribún rôzne:

• severná tribúna: 23,30 m,
• východná tribúna: 29,00 m,
• západná tribúna: 24,38 m,
• južná tribúna: 29,00 m.

Konzoly sú navrhnuté ako priehradové sústavy kotvené do železobetónových konštrukcií. Konzoly na severnej tribúne sú kĺbovo pripnuté k jednopoľovému oceľovému rámu, kotvenému no nosných železobetónových prvkov tribún.

Zadnú časť konštrukcie tvorí konzola a tiahlo, pre ukotvenie plášťa. Tieto prvky ale zároveň plnia aj statickú funkciu kvôli vyváženiu sústavy. Konzoly na západnej tribúne sú kĺbovo pripnuté k dvojpoľovému oceľovému rámu, kotvenému do nosných strešných železobetónových prvkov.

Konzoly na východnej a južnej tribúne sú kĺbovo pripnuté k oceľovému stĺpu. V zadnej časti tejto konštrukcie je navrhnutá vyvažovacia sústava, navrhnutá z oceľovej vodorovnej konzoly a sústavy dvoch priehradových tiahel.

Stabilitu konštrukcií prestrešenia v pozdĺžnom smere u všetkých typov tribún zabezpečujú priehradové stužidlá. V prípade membránových konštrukcií horné pásy priehradových stužidiel korešpondujú s konvexnými krivkami membrán a sú odsadené s rezervou, aby nedošlo k ich kontaktu s membránou, čo by spôsobilo problémy s odtekaním vody.

V prednej časti prestrešenia v dĺžke L = 12,0 m je navrhnutá konštrukcia pod presvetlenie. Táto konštrukcia je navrhnutá z valcovaných IPE profilov a jaklových profilov, na ktoré budú osadené plné polykarbonátové dosky hr. 10 mm.

Popis nosných konštrukcií prestrešenia

Horné pásy priehradových konzol sú navrhnuté z jaklových profilov. Diagonály zvislice a spodné pásy sú navrhnuté z trubiek. Zvislé priehradové pozdĺžne stužidlá na rozpon L = 8,15 m zabezpečujú stabilitu konzol v montážnom štádiu, ale hlavne plnia stužujúcu funkciu od pôsobenia vodorovných účinkov membrán. Oceľové konštrukcie konzol boli vyrobené dielensky ako jeden kus a takto boli transportované na miesto stavby. Konštrukcie boli kotvené na predom zabudované kotevné dosky, so zabudovanými skrutkami.

Kotvenie konštrukcie

Horná časť konštrukcie prestrešenia tribún – rámy spolu s priehradovým väzníkom bola kotevná na predom zabudované kotevné prvky, a skrutky. Tieto boli vopred osadené v prefabrikovaných betónových stĺpoch. Všetky osadené kotevné prvky museli spĺňať potrebné tolerancie, s ohľadom na montážne imerfekcie prefabrikovaných stĺpov. Spodná časť – vyvažovacie priehradové tiahlo bolo v hornej a spodnej časti pripojené ku konzole pomocou čapu. Dosky čapu v spodnej časti stĺpa sa privárali na stavbe montážnymi zvarmi a kontrolované ultrazvukom.

Skrutky pre montáž oceľovej konštrukcie

• Skrutky pre sekundárne konštrukcie (pevnosť 8.8 – DIN 933).
• Skrutky pre primárnu konštrukciu (pevnosť 10.9 – DIN 6914).

Materiál oceľovej konštrukcie

• Materiál pre primárnu konštrukciu: S 355 JR (konzoly, stuženie strechy, konštrukcie pod polykarbonát). Všetky profily boli uvažované ako valcované za tepla.
• Materiál pre sekundárnu konštrukciu: S 235 JR (pochôzne lávky, zábr. a pod.).

Prídavné materiály

Jednotlivé dielce boli v dielni vyrobené (zvarené) pod ochrannou atmosférou CO₂,alebo bolo možné použiť aj iný spôsob zvárania napr. Atmofix.

Protikorózna ochrana konštrukcií

V zmysle ISO 12944 sa uvažovala strednú hodnotu korozívnej agresivity vonkajšieho prostredia C3 – stredná, tj. priemyslové a mestské atmosféry s miernym znečistením oxidom siričitým. Životnosť náterového systému je v zmysle ISO 12944 požadovaná Vysoká – H (viac ako 15 r.)

1. Stupeň prípravy povrchu pomocou abrazívneho otryskania: Sa 2½
2. Úroveň povrchu po očistení: Wa 2½
3. SB Epoxidový 1x HEMPADUR QUATTRO 17634/HEMPADUR FAST DRY 17410:140 μm
4. SB Polyuretanový 1x HEMPATHANE HS 55610: 60 μm; Celková hrúbka suchého filmu: 200 μm

VÝROBA A MONTÁŽ OCEĽOVEJ KONŠTRUKCIE

Oceľová konštrukcia musela byť vyrobená v zmysle normy STN EN 1090–2 nasledovne:

• hlavná oceľová konštrukcia: trieda zhotovenia EXC3,
• sekundárne konštrukcie: trieda zhotovenia EXC2,
• podružné konštrukcie: trieda zhotovenia EXC2.

Zatriedenie oceľových konštrukcií do tried zhotovenia EXC určil statik. V zmysle požiadaviek na výrobu podľa citovanej normy bolo potrebné zabezpečiť požiadavky na základný materiál (zaručená medza klzu, medza pevnosti, vrubová húževnatosť a pod.) Pre zvárané časti konštrukcie bolo potrebné vykonať úpravy zvarových plôch. Typ a veľkosť zvarov boli predpísané v dielenskej dokumentácii.

Výrobca oceľovej konštrukcie bol povinný spracovať zváracím inžinierom doklady WPS a dokladovať ich spolu s materiálovými certifikátmi. Výroba priehradových väzníkov bola realizovaná s nadvýšením o deformácie od ich vlastnej tiaže a od vlastnej tiaže lávok, ako aj od priťaženia polykarbonátom, a od stáleho servisného zaťaženia (osvetlovacie telesá, ozvučenie, káblové trasy a pod. Deformácie na stavbe boli priebežne kontrolované a konfrontované s výpočtovým modelom. Zároveň bolo potrebné kontrolovať rovinatosť konštrukcie po montáži konštrukcie a počas napínania PVC membrány.

Prebierky oceľovej konštrukcie vykonávala zodpovedná osoba spolu so statikom. Priehradové väzníky boli transportované a montované na stavbe v celej dĺžke.

Rozmerové úchylky

Plechy boli vyrobené a dodané v zmysle STN EN 10029:

• tolerancia hrúbok plechov: B,
• tolerancia rovinnosti plechov: N (normálna).

Materiálové skúšky plechov hlavnej nosnej konštrukcie:

• chemické zloženie a uhlíkový ekvivalent – v zmysle STN EN 1025/2005 – skúška z tavby,
• skúška ťahom (ReH, Rm, ťažnosť) v zmysle STN EN 10002 – 1/2002 – pre každý vývalok,
• skúška vrubovej húževnatosti rázom v ohybe v zmysle STN EN 10045 – 1, z päty vývalku,
• skúška ultrazvukom v zmysle STN EN 10160/2000 – v rastri 200/200 – trieda S2,
• skúška lamelárnej praskavosti v zmysle STN EN 10164 (42100) – kolmo na povrch výrobku, (požaduje sa skúška Z35),
• skúška ohybová a návarová v zmysle SEP 390 – vykoná sa u plechov u t ≥ 30 mm.

Kontrola výroby

Požadovala sa 100% vizuálna kontrola zvarov. V prípade nadpájania konštrukčných dielcov, akými sú stĺpy, priečle a pod (aj to len so súhlasom projektanta), museli byť vykonane 100% kontroly ultrazvukom, rôntgenom, alebo kapilárnou skúškou (podľa typu spoja).

Geometrické montážne tolerancie

Geometrické montážne tolerancie museli spĺňať kritériá v zmysle normy STN EN 1090‑2 (príloha D.2.23 a D.2.26).

ZÁVER

Výstavbu štadióna realizuje firma Strabag Pozemné a inžinierske staviteľstvo, s. r. o. Náklady na stavebné práce by nemali presiahnuť sumu 49,8 mil. eur bez DPH. Celkové náklady po dokončení diela by nemali presiahnuť sumu 75,2 mil. eur bez DPH. Súčasťou celého projektu sú aj komerčné časti – administratívna budova a obytný komplex budov „Tehelné pole“. Tieto budovy realizuje rovnako firma Strabag Pozemné a inžinierske staviteľstvo s. r. o.