Napojenie novej nosnej konštrukcie na pôvodný nosný systém
Príspevok sa zaoberá navrhovaním nosnej konštrukcie pre objekt, kde boli už zrealizované niektoré nosné prvky v 1. PP a 1. NP podľa pôvodného architektonického riešenia. Pri návrhu sa musela zohľadniť nie len nová koncepcia nosného systému hornej stavby, ale aj zmena polohy komunikačných jadier. Pre lepšiu koordináciu a sledovanie zmien bol celý projekt vypracovaný pomocou BIM procesov.
1. Úvod
Riešený objekt bytového domu s polyfunkciou sa nachádza v Poprade. Budova je rekonštrukciou existujúcej stavby so zmenu jej využitia a architektúry. Stavba je súčasťou komplexu s názvom Stone City Centre. Pôvodnú a aj súčasnú architektúru spracováva kancelária AK Jančina, s.r.o. Pôvodná konštrukcia základov a podzemného podlažia bola zachovaná, prípadne zosilnená a nová časť stavby pozostávala z 13 nadzemných podlaží. V pôvodnej konštrukcii boli zosilnené základy, stĺpy a stropné dosky, zároveň boli doplnené aj vertikálne nosné konštrukcie, ako aj konštrukcie schodiskových a výťahových jadier. Projekt bol vypracovaný v programe Revit, ktorý bol pomocou BIM procesov koordinovaný s architektmi a ďalšími profesiami. Na výpočet vnútorných síl, návrh konštrukčných prvkov a výstuže bol použitý výpočtový program SOFiSTiK.
2. Pôvodná konštrukcia
Pôvodný objekt hotela bol navrhnutý ako stavba s pôdorysným tvarom „L“ s 1 podzemným a 10 nadzemnými podlažiami. Stavba bola založená na pilótach. Nosná konštrukcia bola navrhnutá zo železobetónu. Vertikálny nosný systém pozostával z vnútorných stĺpov, obvodových stien a jadier. Stropná doska bola lokálne podopretá. Pôvodná konštrukcia bola zhotovená v roku 2008 až 2009. V tom čase boli zhotovené základové konštrukcie, vertikálny nosný systém 1. podzemného podlažia (1. PP) aj so stropnou doskou a vertikálny nosný systém 1. NP. Od toho roku sa na objekte nepokračovalo s výstavbou. Vzhľadom na zmenu architektúry a funkcie budovy z hotela na obytnú budovu v roku 2020, bola pôvodná konštrukcia prvého nadzemného podlažia (1. NP) zdemolovaná. V novej architektúre bola v dispozícii zmenená poloha schodiskových a výťahových jadier a pribudli nové steny.
3. Nová konštrukcia a zmeny v nosnom systéme
Nový objekt bytového domu bol navrhnutý ako stavba s pôdorysným tvarom „L“ s 1 podzemným a 13 nadzemnými podlažiami. Nová konštrukcia je založená na pôvodných pilótových, nových mikropilótových základoch, prípadne zosilnením pôvodných pilót pomocou mikropilót. V pôvodných konštrukciách bolo nutné zvýšiť odolnosť horizontálnych aj vertikálnych nosných konštrukcií.
3.1 Zosilnenie základových konštrukcií
Pôvodná stavba bola založená na pilótach, ktoré boli využité aj v novej stavbe. V mieste vzniku nového jadra, stien a stĺpu boli vyhotovené mikropilóty. Vzhľadom na to, že stavba mala pôvodne 10 podlaží a teraz má 13, bolo nutné zosilniť aj existujúce základy pod zachovanými vertikálnymi nosnými konštrukciami. Na zaistenie prenesenia zaťaženia z hornej stavby bol vytvorený systém kotevných blokov (viď. Obrázok 1). Po vyrezaní otvorov boli nainštalované prvé časti kotevných blokov mikropilót (viď. Obrázok 2), cez ktoré boli vŕtané a injektované mikropilóty, následne boli osadené druhé časti, ktoré sa vzájomne spojili a nakoniec bol dočasný výrez vystužený a zmonolitnený s pôvodnou konštrukciou.
Obrázok 1 Rez detailu inštalovania dodatočných pilót do pôvodnej konštrukcie (žltou farbou dočasný výrez v doske, červenou nová konštrukcia)
Obrázok 2 Detail kotevného bloku a jeho časti
3.2 Zosilnenie vertikálnych nosných konštrukcií
V konštrukcii boli vyhotovené nové steny vo vnútri objektu, jadrá a niektoré stĺpy boli zosilnené z dôvodu nárastu zaťaženia. Zosilnenie stĺpov bolo vo forme obetónovania pôvodného stĺpa na každú stranu o 100 mm. V miestach existujúcich stĺpov bolo nutné pridať aj čakaciu výstuž stĺpov do 1. NP. V týchto miestach boli čakacie výstuže prevedené cez vrty v stropnej doske nad 1. PP a privarené k platni, ktorá bola pripevnená k stĺpu v 1. PP (Obrázok 3).
Obrázok 3 Zosilnenie stĺpa obetónovaním v 1. PP (vľavo) a nainštalovanie čakacej výstuže do stĺpov v 1. PP (vpravo)
3.3 Horizontálne nosné konštrukcie
Stropná doska bola nad 1. PP bola zachovaná, až na miesta, v ktorých vzniklo nové jadro. Zmenou dispozície bola ohybová únosnosť stropnej dosky nad 1. PP lokálne nedostatočná. V týchto miestach boli navrhnute CRFP lamely (Sika® CarboDur®), ktoré pokryli nárast ohybového namáhania. Lamely boli inštalované pri spodnom ako aj pri hornom povrchu dosky (Obrázok 4).
Obrázok 4 Zosilnenie stropnej dosky nad 1. PP pomocou pridania CFRP lamiel pri spodnom povrchu
Šmyková odolnosť lokálnych stropných dosiek nebola dostatočná a bolo ju nutné zvýšiť. V prípadoch, kde nepostačovalo zvýšenie pomocou pridania dodatočne vloženej šmykovej výstuže, boli zhotovené dodatočné hlavice. Hlavice s hrúbkou 300 mm od spodnej hrany stropnej dosky boli súčasťou obetónovania stĺpov. V miestach rohov stien, prípadne stĺpov boli pridávané svorníky zložené zo závitových tyčí M8, M10, M12 prípadne M14 s triedou ocele 8.8, ktoré mali na oboch koncoch podložky a matice. Svorníky boli inštalované do vyvŕtaných dier a vyplnených chemickou kotvou (Wurth WIT-300). Svorníky boli predopnuté pomocou momentového kľúča a nakoniec boli kotvenia svorníkov prekryté protipožiarnou maltou (Obrázok 5 a)).
V časti stropu boli vybetónované nové stropné dosky nad 1. PP, ktoré boli napojené na už existujúce stĺpy. Na ukotvenie stropnej dosky do stĺpov boli pod železobetónové stropné dosky nainštalované oceľové nosníky, ktoré boli spriahnuté zo železobetónovou doskou. Oceľové nosníky boli kotvené do existujúcich železobetónových stĺpov pomocou oceľovej platne, mechanických a chemických kotiev (Obrázok 5 b), c)).
a)
b)
c)
Obrázok 5 a) nainštalovaná dostatočne vložená šmyková vytúž prekrytá protipožiarnou maltou; b) a c) oceľové nosníky nainštalované na existujúce stĺpy, ktoré budú spriahnuté so stropnou doskou nad 1. PP
3.4 Nová konštrukcia v nadzemných podlažiach
Nová konštrukcia bytového domu bola celá nadzemná časť s troma komunikačnými jadrami. Vertikálny nosný systém na 1. NP je tvorený systémom stĺpov, stien jadier a obvodových stien, ktoré nadväzujú na zosilnené stĺpy a nové steny v 1. PP. Na 1. NP vznikajú aj nové steny, ktoré potom pokračujú v ďalších nadzemných podlažiach. Od 2. NP sa mení vertikálny systém na stenový. Vzdušnosť a variabilitu pri architektonickom návrhu ponúka otvorená dispozícia, kde sa uprostred pôdorysu nachádza nosník a priečne na neho sú v jednej polovici navrhnuté nosné deliace steny medzi bytmi (Obrázok 6). Stropná doska má hrúbku 250 mm a je navrhnutá z betónu triedy C30/37. V oblasti veľkého rozponu 9,35 m dosahovala doska pri nelineárnom výpočte vyššiu hodnotu ako je hodnota limitného priehybu, a tak bolo v tomto mieste navrhnuté nadvýšenie debnenia o 15 mm. Nosné steny sú navrhnuté hrúbky 250 mm z triedy betónu C30/37. Obvodové steny boli lokálne zúžené na hrúbku 150 mm, čo bola nevyhnutá požiadavka architektov vyplývajúca z dôvodov zateplenia loggií ako aj esteticky vyzerajúceho zarovnania steny parapetu.
Obrázok 6 Tvar budovy v pôdoryse a pohľad na typické podlažie (modrou farbou je naznačený nosník)
V 1. NP boli navrhnuté prístrešky prekrývajúce otvorové konštrukcie do prevádzok. Konštrukcie (Obrázok 7) boli navrhnuté z ocele a do železobetónových dosiek boli kotvené dodatočne pomocou mechanických a chemických kotiev. Na prerušenie tepelného mosta bol použitý materiál Thermo break (typ 100).
Obrázok 7 Kotvenie oceľových prístreškov do železobetónovej dosky
4. BIM koordinácia
Spolupráca s architektmi prebiehala s využitím BIM procesov. Model bol rozdelený na fázu pôvodnej konštrukcie, demolácií a novej konštrukcie. Na základe zamerania existujúcich konštrukcií geodetmi a záberov z dronov bol namodelovaný pôvodný stav konštrukcie. Keďže bol projekt modelovaný v programe Revit architektmi, technológmi a aj statikmi, bolo možné zmeny koordinovať využitím týchto modelov. Zmeny boli vkladané do samostatnej pracovnej súpravy (workset), čo umožňovalo jednoduchšie spozorovanie zmeny. Zmeny v konštrukcii oproti pôvodnému a novému stavu boli konzultované aj so stavbou. Tvar konštrukcie, zosilnenia a výstuž boli namodelované v 3D. Na zjednodušenie prác na stavbe bol model statiky (tvar a výstuž) posielaný vo fáze realizácie nosnej konštrukcie priamo na stavbu vo formáte IFC.
Výhodou využitia Revit-u je možnosť vytvorenia analytického modelu, ktorý ponúka priamu tvorbu analytickej roviny (prípadne prútu) z fyzikálneho modelu, zadávanie zaťažení, zadanie podpier, priradenie materiálov a ich vlastností. So zmenou vytvorenou vo fyzikálnom modely, bolo možné priamo zachytiť zmeny aj v analytickom modely. Na výpočet bol použitý program SOFiSTiK, ktorého dodatok je jednoducho nainštalovaný do Revit-u. Výpočet vnútorných síl, deformácií a návrh výstuže bol vykonaný v SOFiSTiK-u. Tvar fyzikálneho, analytického a MKP modelu je zachytený na Obrázku 8.
a)
b)
c)
d)
Obrázok 8 Objekt bytového domu: a) fyzikálny model s časťou priľahlého podzemného podlažia; b) analytický model; c) MKP model; d) fotografia dokončenej nosnej konštrukcie
5. Záver
V prípade ak je spolupráca na rekonštruovanom objekte úzko spätá so zhotoviteľom, architektom a statikom, je možné zosilniť v princípe akýkoľvek prvok. Dôležité je prehodnotiť, či nie je zosilnenie menej hospodárne v porovnaní s odstránením pôvodnej a zhotovením novej konštrukcie. Aj z pohľadu statiky je pri zosilňovaní viac neistôt.
Čoraz viac sú BIM procesy využívané pri projekčnej praxi za účelom zvýšenia časovej efektivity a zníženia kolízií a chýb na stavbe. Počas práce na bytovom objekte sa práca v programoch Revit a SOFiSTiK javila ako efektívna a predchádzalo sa ňou mnohým chybám, ktoré by inak vznikali na stavbe a museli sa riešiť dodatočne.
Literatúra
- STN EN 1992-1-1: Navrhovanie betónových konštrukcií. Časť 1-1: Všeobecné pravidlá a pravidlá pre pozemné stavby. Bratislava, 2006.
The paper deals with the design of the load-bearing structure for the building, where some load-bearing elements have already been realized in the 1st PP and 1st NP according to the original architectural design. The design had to take into account not only the new concept of the load-bearing system of the upper building, but also the change of the position of the communication cores. For better coordination and tracking of the changes, the entire project was developed using BIM processes.