Spoločnosť Ingsteel, spol. s r. o. navrhovala a realizovala rekonštrukciu oceľového skeletu päť podlažnej budovy pošty a telekomunikačnej ústredne v Žiline, ktorá bola navrhnutá v polovici 70. rokov a ktorej samotná realizácia bola ukončená v roku 1982. Objekt má štvorcový pôdorys s vnútorným átriom a bol navrhnutý presne na špecifické požiadavky použitých technológií. Z toho vyplynula typológia budovy s rôznou úrovňou podlaží.
V rámci zvýšenia užívateľského komfortu bolo nutné jednotlivé stropy vertikálne posúvať tak, aby v rámci podlažia nebolo nutné prekonávať výškové rozdiely. Zároveň zmeny v dispozícii jednotlivých podlaží vyvolali potrebu navrhnutia nového priestorového stuženia objektu. Okrem toho sa navrhlo a zrealizovalo aj prestrešenie átria, tak by ho bolo možné využiť pre recepciu a prevádzky umiestnené na prízemí.
OPIS REKONŠTRUOVANÉHO OBJEKTU
Pôvodný objekt pošty bol navrhnutý a realizovaný na prelome 70. a 80. rokov minulého storočia. Pôvodne slúžil ako oblastná centrála telekomunikácií, do ktorej bola zabudovaná všetka vtedy používaná technika. Z toho dôvodu bolo na stropoch uvažované zaťaženie 500 až 600 kp.m–2 a jednotlivé podlažia nemali rovnakú konštrukčnú a svetlú výšku.
Rekonštruovaný objekt má štvorcový pôdorys a je tvorený priestorovým oceľovým skeletom s rozmermi 62 × 62 m a s vnútorným átriom 32 × 32 m. Skelet o hmotnosti 1 400 ton s modulovým riešením 6 až 8 m tvoria zvárané stĺpy prierezu „I“ dimenzačne odstupňované po výške v troch úrovniach a stropy so železobetónovými doskami. Prievlaky (primárne nosníky) sú zváraného I prierezu, majú konštantnú výšku a rôzne hrúbky pásnic podľa stupňa využitia prúta. Na primárne nosníky sú uložené stropné nosníky IPE, ktoré sú zapustené o výšku dosky. Zvislé stužidlá z dvojíc uholníkov boli na viacerých miestach odstránené, prípadne bola znížená ich funkčnosť odpálením častí prírub uholníkov. Tieto zásahy pravdepodobne vyplynuli z meniacich sa požiadaviek užívateľov objektu. V blízkosti rohov átria bola budova zároveň stužená štyrmi murovanými tubusmi okolo schodiskových veží. Okrem nich bolo v objekte mnoho murovaných priečok.
Rohy budovy (stropy a fasáda) neboli plné, ale v tvare zapusteného ¼ valca, strecha na severe odskočená, fasáda na juhu medzi 5. NP a strechou vystupujúca do átria, na 2. NP zase boli terasy a spolu so šachtami, vyrovnávajúcimi schodmi, apsidou na severnej fasáde (technologický priestor pre káble), vnútornými atikami a inými prvkami bola stavba pomerne členená, čomu musel zodpovedať oceľový skelet.
Všetky spoje boli skrutkované podľa typových detailov vtedajšieho dodávateľa Vítkovice Ostrava.
Opláštenie tvoril ľahký hliníkový presklený systém „Boletické panely“, doplnený kamenným obkladom z travertínu. Celá severná časť pôdorysu bola podpivničená CO krytom.
Pre potreby rekonštrukcie nebola k dispozícii archívna výrobná dokumentácia oceľovej konštrukcie, ale iba projektová dokumentácia nejakého stavu, bez popisu dimenzií prierezov a triedy materiálu. Skutočný tvar skeletu však z veľkej časti zodpovedal tvaru vykresleného z archívneho projektu.
Stĺpy boli opatrené proti požiaru omietkovinou, OK stropov azbestovými obkladmi. Na severnej streche zostala počas rekonštrukcie pôvodná telekomunikačná veža s funkčnými káblami.
STRUČNÉ POŽIADAVKY STAVEBNÍKA NA REKONŠTRUKCIU
Z hlavných požiadaviek stavebníka na zmenu stavby treba vymenovať nasledujúce:
- zjednotenie výškovej úrovne stropov na jednotlivých podlažiach,
- prestrešenie átria s preskleným plášťom,
- zrušenie členenej fasády,
- zmeny dispozície stropov – vznik veľkopriestorov, balkónov, nových výťahových šácht, VZT zariadení a strojovne, nových vstupov atď.,
- zaistenie celkovej stability nového objektu,
- zmena typu všetkých fasád.
ZDVÍHANIE A SPÚŠŤANIE STOPOV
Všeobecný opis posúvania stropných konštrukcií
Celkovo bolo potrebné spustiť na severnej strane objektu tri stropy o 550, 1 100 a 1 650 mm a na južnej strane zdvihnúť tak isto tri stropy o 600, 1 200 a 1 570 mm tak, aby vytvorili s priľahlými stropmi na západnej a východnej časti zjednotenú úroveň.
V dokumentácii na výber zhotoviteľa nebolo zadefinované akým spôsobom sa majú stropy zjednotiť, boli len vyznačené zóny, časti podlaží, o ktoré ide. Bolo ponechané na zhotoviteľovi, akým spôsobom to dosiahne.
Firma Ingsteel sa počas tendrovania zákazky rozhodla pre spôsob zdvíhania a spúšťania stropov ako celku bez rozobratia ŽB dosiek a stropnej oceľovej konštrukcie pomocou lisov a ťahadiel. Pravdepodobne tento fakt rozhodol o získaní tejto zákazky, pretože časová úspora a finančná efektivita sa ukázala ako rozhodujúca. Pri návrhu riešenia boli totiž využité skúsenosti, ktoré sme získali pri vysúvaní ceľových diaľničných mostov.
Pre posúvanie stropov sme vypracovali projekt, ktorý obsahoval:
- návrh technológie posúvania a použitie technických prvkov,
- návrh veľkosti častí posúvaných stropov,
- návrh podporných prvkov pre podchytenie posúvaných stropov,
- návrh prvkov pre uloženie lisov a zachytenie tyčí pre posúvanie,
- návrh prvkov pre stabilizáciu stĺpov proti vybočeniu (zníženie vzperných dĺžok),
- návrh vodorovnej stabilizácie posúvaných stropov počas posúvania,
- návrh nových trvalých prvkov a konštrukcií,
- statické posúdenie pôvodnej konštrukcie a všetkých nových prvkov,
- návrh zdvíhania časti južnej strechy,
- návrh prípravných prác pred posúvaním a zároveň technologický postup samotného posúvania.
Podrobný opis prác
Pre technický spôsob, ako budeme stropy posúvať sme navrhli použitie vysokopevnostných tyčí WR 36 St 950/1 050 MPa s príslušenstvom, hydraulických lisov uložených na ŽB doske strechy objektu a pomocných prvkov tak aby sme z jedného pracoviska (umiestnený na streche nad posúvanými stropmi) mohli obsluhovať spúšťanie stropov 3., 4. a 5. NP na severe, alebo zdvíhanie stropov 4. a 5. NP na juhu. Keďže strecha na juhu sa týmto postupom nedala zdvihnúť, (zároveň bola prepojená s predsadenou fasádou a stropom 5. NP, ktoré bolo potrebné odstrániť) bola táto časť napokon rozobratá a následne znovu namontovaná na predĺžené stĺpy.
Posúvané stropy mali šírku 16 m, dĺžku 48 m. Z hľadiska lepšej operatívnosti prác, menšieho počtu hydraulických jednotiek a tyčí, menšieho množstva pomocných prvkov a obsluhy a neposlednom rade náročnej synchronizácie sme sa rozhodli tieto posúvané stropy rozdeliť na polovice, čiže cca 16 × 24 m (obr. 3).
Pre najviac zaťažený stredový stĺp (pre modulovú šírku stropu 6 + 8 m) vychádzala max. sila pre zachytenie lismi cca 396 kN. Pri použití dvoch lisov pri stredových stĺpoch to bolo potom cca 200 kN na lis a 100 kN na tyč pri použití 4 ks.
Pri stĺpoch vo vnútri stropu sme zavesenie stropov tak navrhli na štyri tyče s dvomi plnými lismi pre stredové stĺpy, dvomi tyčami a jedným plným lisom pre okrajové stĺpy (okrajové v priečnom reze stropu). Pri stredových stĺpoch na okrajoch posúvaného stropu sme zavesenie navrhli taktiež na štyri tyče, ale z toho boli dve iba na ukotvenie vahadla (nesymetricky zaťažené) a dva duté lisy. Pri okrajových stĺpoch tejto časti to boli tyče a duté lisy v polovičnom množstve.
Pre zachytenie dvojice tyčí a podopretie jedného plného lisu boli navrhnuté dvojice priečnikov – vahadiel, ktoré sa uložili a ukotvili na primárne nosníky (v mieste uloženia vystužené). Tyče prechádzali cez zdvojené priečniky a cez roznášaciu podložku a kotevnú maticu sa zachytávali raz na dolný priečnik a raz na horný priečnik. Takto striedavo s uvoľňovaním, posúvaním a uťahovaním kotevných matíc po zdvihu alebo spustení valca bolo vykonané spúšťanie a zdvíhanie stropov.
Pre zachytenie dvojice tyčí a podopretie jedného dutého lisu bol navrhnutý jeden priečnik – vahadlo, ktorý sa uložil a ukotvil na primárne nosníky (v mieste uloženia vystužené) a stolička uložená na roznášacej podložke na priečniku. Na stoličke bol položený dutý lis aj s druhou roznášacou podložkou. Tyče prechádzali cez zdvojený priečnik, stoličku, roznášacie podložky a dutý lis. Podobne, striedavo sa cez uvoľňovanie, posúvanie a uťahovanie kotevných matíc sa zachytávali raz na dolný priečnik a raz na pieste lisu. Takto striedavo s uvoľňovaním a uťahovaním kotevných matíc po zdvihu, alebo spustení valca bolo vykonané spúšťanie a zdvíhanie stropov.
Boli použité jednočinné plné valce s poistnou maticou o výkone 100 t a duté jednočinné valce s poistnou maticou o výkone 60 ton. Maximálny zdvih dutého valca bol 76 mm a preto samotné zdvíhanie, alebo spúšťanie stropov bolo realizované v takte cca 70 mm. Pri takomto kroku podľa plánu i v skutočnosti netrvalo zdvihnutie alebo spustenie jednej časti stropu viac ako jeden deň. Samotné vysokopevnostné tyče sa predlžovali spojkami a otvory v ŽB doskách boli vyvŕtané kvôli ním na priemer 100 mm (možnosť nadstavovania na streche).
Synchronizované posúvanie stropov sme napokon realizovali vizuálnym spôsobom pomocou dvoch ovládacích jednotiek. Toto rozhodnutie padlo po zvážení ekonomickej výhodnosti, rýchlejšieho postupu, dostatočnej presnosti ukončenia posunov a hlavne o úvahe o dostatočnej tuhosti oceľovej konštrukcie a ŽB dosky i pri nerovnomernom posúvaní jednotlivých bodov stropov. Vizuálne sledovanie rovnomerného posúvania sme zaistili prichytením „metrov“ v blízkosti ťahaných tyčí, kde obsluha mohla sledovať posúvanie jednotlivých bodov.
Podporné prvky pre podchytenie posúvaných stropov a zachytenie vysokopevnostných tyčí tvorili konštrukcie výmen a priečnych nosníkov, ktoré boli zdola opreté o dolné hrany primárnych a stropných nosníkov. K posúvanému stropu boli zdola uchytené cez lindtaptéry, aby montáž, demontáž a presun na ďalšie pracovisko trvali čo najkratšie. Pre rozdielne dimenzie nosníkov stropov sa používali na vypodloženie podložky. Tieto podporné konštrukcie boli navrhnuté zvlášť do miest pri stredových stĺpoch, zvlášť pri okrajových stĺpoch a zvlášť na okrajoch delenia stropov, prípadne pri stenách schodísk alebo apside. Tyče boli zdola zdvojených nosníkov ukotvené cez roznášacie podložky a poistné matice. Kvôli manuálnej montáži boli podporné prvky delené na menšie časti.
Prvky pre stabilizáciu stĺpov počas posúvania stropov slúžili pre zníženie vzperných dĺžok stĺpov po odrezaní ŽB dosky a oddelení primárnych a stropných nosníkov od týchto stĺpov. Po uvoľnení, alebo odrezaní stropných nosníkov od stĺpa sa jeho vzperná dĺžka zdvojnásobila.
Vodorovná stabilizácia posúvaných stropov v čase posúvania bola navrhnutá ako dve vodorovné zarážky stropov, v dvoch smeroch, pri stredových stĺpoch pri okrajoch dosky, tak aby nenastalo skrútenie alebo posunutie stropu. Pre túto funkciu bola navrhnutá priehradová, priestorová konštrukcia, ukotvená do posúvaného stropu a zarážka voľne priložená k stĺpu vo výške umožňujúcej spúšťanie všetkých stropov.
Pred samotným posúvaním stropov museli byť zrealizované tzv. prípravné práce, ktoré spočívali v odstránení všetkých vrstiev pôvodnej podlahovej konštrukcie, všetkých priečok, rozvodov, vonkajších a átriovych fasádnych stien, podhľadov, obkladov oceľových stĺpov a iných pôvodných prvkov, ktoré by mohli brániť spúšťaniu stropov (napr. navarené oceľové prvky „L“ na stĺpoch atď.). Zostala iba nosná ŽB doska hr. 80 mm nad strateným debnením – oceľový plech VSŽ 10022 a nosná OK. Pri návrhu sme uvažovali ešte s hmotnosťou poteru hr. 70 mm, o ktorom sme nevedeli, či sa bude dať odstrániť. Ďalej to bolo oddelenie posúvanej časti ŽB dosky od ostatných ŽB dosiek – pevnej i následne posúvanej časti dosky stropu. Oddelenie dosiek bolo zrealizované rezaním ŽB dosky i s plechom VSŽ v malej vzdialenosti od primárnych nosníkov, tak aby bolo možné použiť kotúčové píly. Ďalej odrezanie dosiek od všetkých stĺpov, schodiskových ramien a iných konštrukcií, ktoré by bránili posúvaniu, alebo boli zrušené, nefigurovali v novom projekte stavby. Tak isto to bolo navŕtanie všetkých otvorov pre vysokopevnostné tyče pri prestupoch stropmi. Tieto práce a odstránené drobné prekážky mohli byť zrealizované v predstihu, keďže nosná oceľová konštrukcia stropov bola stále uchytená na stĺpy. Samotné odstránenie skrutkových spojov, alebo rezanie oceľových stropných nosníkov od stĺpov bolo realizované samozrejme po ukončení všetkých prác, po skontrolovaní všetkých bývalých stykov a vnesení malého prepätia do vysokopevnostných tyčí.
PRESTREŠENIE ÁTRIA 32 × 32 M
Oceľovú konštrukciu prestrešenia tvoria samotná podporná konštrukcia preskleného strešného plášťa s izolačným sklom v sklone 15 % a konštrukcia pre uchytenie perforovanej membrány pre tienenie nad strešným plášťom. Oceľová konštrukcia je tvorená piatimi rovinnými priehradovými väzníkmi, ktorých spodný pás tvorí ťahadlo Macalloy M56, plnostennými väznicami RHS prierezu a obvodovým stužením v rovine strechy.
