Sanace nosného systému věžových částí objektu Trinity
Remediation of the tower system of the Trinity building
V administrativně bytovém komplexu budov Trinity v Bratislavě došlo v roce 2012 ke zřícení části stropních desek. V návaznosti na tuto událost bylo nutné ověřit statické působení již postavených částí objektu, tj. ověřovalo se namáhání i částí mimo vlastní propad. Dle výsledků přepočtů bylo poté nutné navrhnout a provést řadu náročných sanací železobetonové konstrukce výškových částí objektu. Tento příspěvek pojednává o návrhu a realizaci sanací vlastního nosného systému věžových částí.
1. Úvod
Obr. 1 Půdorys objektu
Rozsáhlý administrativně bytový komplex byl původně stavěn v letech 2009 až 2012 v Bratislavě mezi ulicemi Plynárenská a Jarabinkova. Objekt tvoří tří dominantní věže A, B a C, které byly vzájemně propojeny podnoží obchodního a administrativního centra o třech až čtyřech nadzemních podlažích a třech podzemních podlažích s garážemi, obr. 1. V roce 2012 došlo v části půdorysu dilatačního celku B (mimo vlastní věž) k havárii nosného systému (propadu stropních desek). Během havárie naštěstí nedošlo ke zranění či úmrtí osob, ale pouze k materiálním škodám. V době havárie byla dokončena a zobytněna věž A, byla připravena k užívání většina obchodního centra, dokončena nosná konstrukce věže B a u věže C byly postaveny čtyři nadzemní podlaží. Po havárii došlo k provizornímu zajištění konstrukcí a veškerá další výstavba se zastavila. Následně došlo ke změně investora. Bylo též nutné staticky ověřit nosný systém všech částí komplexu tak, aby byla zajištěna bezpečnost celé stavby.
2. Popis původního objektu
Obytné věže jsou hlavními dominantami. Věž A má 22, věž B 26 a věž C 23 nadzemních podlaží. Půdorysná plocha věží je cca 20 × 40 m. Nosná konstrukce věžových částí (od 5. NP výše) je navržena jako železobetonový stěnový skelet s křížem armovanými spojitými stropními deskami tloušťky 230 mm. Vnitřní stěny jsou převážně tloušťky 220 mm a obvodové stěny tloušťky 180 mm.
Ve spodních podlažích (3. PP až 4. NP) byl navržen sloupový systém s rastrem sloupů ve vzdálenostech převážně 4,3 až 7,75 m. Jedná o lokálně podepřené stropní desky tloušťky 230 mm, výjimku tvoří deska nad 1. PP tloušťky 350 mm se zesílením na 500 mm v místě hlavic. Podzemní části budovy jsou navrhnuty jako bílá vana s tloušťkou obvodové stěny 300 mm. Vnitřní monolitické železobetonové sloupy jsou průřezu 400 × 500 mm a v části pod věžemi 500 × 800 mm.
Objekt je rozdělený do třech dilatačních celků A, B a C odpovídajících jednotlivým věžím. Dilatační spáry jsou umístěné mezi jednotlivými věžemi v podnoži. Základová deska je tloušťky 900 mm s prohloubením u nejvíce zatížených sloupů na 1100 mm, mimo věžovou část je navržena deska tloušťky 500 mm s prohloubením pod sloupy na 800 mm. Deska je podporována pilotovým založení. Vlastní základová spára objektu se nachází pod hladinou podzemní vody.
3. Přepočty nosné konstrukce – stav k roku 2014
Obr. 2 Výpočtový model věže A v programu SCIA Engineer
Na začátku roku 2014 byla firma Stráský, Hustý a partneři s.r.o. požádána novým investorem firmou PRO TP 06 s.r.o. a dodavatelem stavby firmou Metrostav a.s. o provedení přepočtů celého objektu s následným vypracováním projektů sanací. Přepočty navazovaly na dřívější výpočty STU Bratislava [1].
Vlastní výpočet byl prováděn převážně ve výpočtovém systému SCIA Engineer. Byly vytvořeny lineární prostorové výpočetní modely celé budovy pro ověření globálního chování (obr. 2) a dále řada podrobných modelů desek jednotlivých stropních podlaží.
Pro přepočty bylo podstatné vyjít ze skutečného provedení stavby. Podkladem sice byla původní projektová dokumentace z roku 2009. Bohužel ale existovalo několik jejich odlišných verzí, jak ve výkresech tvaru, tak i ve výkresech vyztužení. Bylo proto nutné ve spolupráci s dodavatelem provádět řadu ověřujících sond a průzkumů. Prověřovány byly skutečné pevnosti betonu, skladby podlah, střešních plášťů, tíha příček apod. Destruktivně i nedestruktivně bylo ověřováno vyztužení některých prvků. Často byl konstatován značný nesoulad skutečnosti a dostupné projektové dokumentace. Vzhledem k rozsahu a časové náročnosti bylo nutné přepočty a průzkumy provádět souběžně. Kladlo to poté zvýšené nároky na výpočty, které bylo nutné aktualizovat.
Obr. 3 Přenos zatížení ze stěnového systému na sloupy 4. NP: výpočtový model, půdorys
Stav objektu byl dále ověřován podrobnou vizuální pasportizací poruch jednak autory přepočtů a dále kolektivem pracovníků z STU Bratislava pod vedením doc. Grambličky [2]. Byla zaznamenána zejména ve spodních podlažích řada významných poruch – trhlin v deskách, stěnách, průvlacích apod.
Po studiu dokumentace se též ukázalo, že objekt je na řadě míst vyztužen velmi atypicky. Jednalo se zejména o vyztužení parapetů, průvlaků, některých sloupů, obvodového pláště, desek apod. Ukázalo se, že toto vyztužení na mnoha místech neodpovídá výsledkům výpočetních modelů a normovým požadavkům. Velkou neznámou bylo například působení betonového obvodového pláště vlastní věže. Plášť je z velké části nepodepřený až na základy, přičemž podporuje po obvodě všechny stropní desky věží.
Po provedení statických přepočtů všech tří objektů (A, B, C) se konstatoval nevyhovující stav konstrukcí v řadě ustanovení norem platných v době projektování stavby (STN 73 1201, STN 73 1204 aj.). V objektu v podstatě nebyla jediná stropní deska, která by svým vyztužením vyhovovala výše uvedeným normám alespoň na první mezní stav únosnosti. Alarmující bylo zejména poddimenzování řady míst na mezní stav protlačení. Také ohybová únosnost desek byla mnohdy nevyhovující. Jako zcela nevhodný se ukázal i přechod mezi stěnovým systémem věžových částí (od 5. NP výše) na sloupový systém nižších podlaží (3. PP až 4. NP). V této oblasti byly stěny tl. 220 mm uloženy na sloupy na velmi malé dosedací ploše (220 × 500 mm), která přenášela zatížení z 18 podlaží u věže A, resp. 22 podlaží u věže B (obr. 3). Detail vykazoval výrazné překročení dovoleného místního namáhání a též slabou vodorovnou výztuž ve stěnách 5. NP nad těmito detaily. To se projevovalo vznikem šikmých trhlin ve stěnách 5. NP. V některých místech byly ve stěnách nad sloupy nevhodně umístěny i dveřní otvory, které dosedací plochu dále zmenšovaly.
![Obr. 4 Nelineární model horních podlaží věže – průhyby v programu ATENA [3]](/docu/clanky/0191/019157o21.png)
Obr. 4 Nelineární model horních podlaží věže – průhyby v programu ATENA [3]
Objekty obsahovaly mnoho dalších nevyhovujících míst (sloupů, stěn apod.). Obecně nebyl navržen jasný konstrukční systém se zřetelným přenosem svislého a vodorovného zatížení shora do základů. Po přepočtech bylo proto doporučeno provést rozsáhlou rekonstrukcí objektu (3. PP až 4. NP) a zároveň bezodkladné podepření vybraných částí věže dočasnými podporami.
Stropní desky věžové části představují v zásadě křížem armované stropní desky. Jejich vyztužení ale neodpovídalo proběhům vnitřních sil z lineárních rovinných i prostorových modelů. Z důvodu neobvyklého vyztužení desek bylo přistoupeno k nelineární analýze pomocí programu Atena firmou Červenka Consulting, [3]. Vytvořeny byly nelineární modely typické desky a ustupujících podlaží věží, obr. 4. Pochopitelně se vždy zvažovalo několik variant výpočtů. Nakonec bylo prokázáno, že konstrukce věží je z hlediska mezních stavů únosnosti bezpečná, a nebylo tedy nutné pro ni navrhovat sanaci.
4. Projekty sanace
Obr. 5 Půdorys 4. NP
Vlastní projekt sanace [4] byl rozdělen do několika částí, které spolu úzce souvisely: podchycení věží, sanace stropních desek – protlačení a ohyb, pochycení fasád, sanace základů a ostatní sanace. Důležité bylo vytvořit vhodný postup sanací tak, aby na sebe navzájem navazovaly. Prioritní bylo provedení trvalé sanace nosného systému věže A, neboť tato věž byla obydlena a byla podepřena provizorně. Následovala sanace nosného systému věže B nacházející se bezprostředně vedle propadu, který provádění prací značně komplikoval. Sutiny propadu nebylo možné odstranit do doby provedení sanace nosného systému, jelikož zde bylo riziko poškození budovy během vybírání propadu. V průběhu projektování sanací též investor postupně vyhodnocoval jejich dopad a následné využití objektu. Došel k názoru, že je třeba část nevyhovujících desek obchodního centra zbourat, případně některé části využít jinak, než se původně zamýšlelo, [5]. Projekt sanací tuto skutečnost musel pochopitelně zohlednit a řada výpočtů se musela provést opětovně na upravené zadání.
5. Návrh podchycení nosného systému věží
Základní koncepce návrhu zesílení vycházela z provedených přepočtů a z požadavků investora. Šlo zejména o zajištění kritické oblasti přechodu stěnového systému věže 5. NP na sloupový systém nižších podlaží. K tomu přibyl požadavek investora na nezasahování do bytových částí 5. NP a výše z důvodu obsazenosti bytů, minimalizace zásahů do dispozic, parkovacích míst v 3. PP až 4. NP a možnosti vytvoření bytů v 4. NP místo administrativních prostor. Vycházejíce z výše uvedených požadavků je zesílení nosného systému věže v principu navrženo pomocí:
Obr. 6 Příčný řez celým komplexem s vyznačenou úpravou nosného systému věží
- Zesílení sloupů v osách E a H od 3. PP až do 4. NP obetonováním v tl. 150 mm.
- Vytvoření dodatečných příčných betonových stěn v 3. NP a 4. NP v ose E a H v tloušťce 350 mm podepírajících nevyhovující stěny 5. NP.
- Vytvoření betonové „krabice“ z dodatečně betonovaných stěn v 4. NP zasahující i do 3. NP. Tato konstrukce poté umožňuje přenášet zatížení do nosných sloupů a zároveň podepírá obvodový plášť horních podlaží, obr. 5 a 6.
Stěnový systém věže byl podle návrhu protažen do nižších podlaží, obr. 7 a 8. Jedná se vždy o železobetonové konstrukce spřažené s původními konstrukcemi. Tento návrh posiluje přechod mezi rozdílnými konstrukčními systémy, navíc eliminuje nevhodné umístění velké těžké hmoty věžových částí na tenkých sloupech.
Obr. 7 Armování obvodových stěn 4. NP
Obr. 8 Dokončené nové obvodové stěny 4. NP
Návrh sanovaných prvků je proveden dle současně platných EN norem. Obdobný konstrukční systém zesílení byl v zásadě navržen a proveden i pro věž B a C.
Vlastní realizace podchycení byla prováděna v letech 2014 až 2018. Vyžádala si značné úsilí všech zainteresovaných. Pro realizaci bylo nutné odstranit řadu částí, které již byly v předchozím stádiu dokončené, například bylo nutné odstranit příčky, podlahy, převádět provizorně instalace (vodu, kanalizaci, elektro apod.). Sanace byla komplikována nutností dopravy veškerého materiálu (betonu, výztuže, bednění) dovnitř budovy, bez možností použití těžší mechanizace, jeřábů apod.
Na podchycení nosného systému navazovalo provádění nových fasád v místě předpokládaného odbourání obchodního centra a dalších sanací desek (protlačení a ohyb).
6. Závěr
Tento článek je zaměřen na popis řešení nejvýznamnějšího konstrukčního problému stavby – zajištění podchycení vlastních věží. V současné době jsou všechny navržené sanace úspěšně dokončeny v dobré kvalitě. Objekty A, B i C byly již zkoulaudovány. Je třeba říci, že provedené sanace výrazně zvýšily bezpečnost celé stavby.
Vlastní sanace představovaly pro všechny zúčastněné sérii poměrně náročných činností. Sanace proběhly úspěšně díky spojením sil investora (PRO TP 06, s.r.o.), generálního dodavatele (Metrostav Slovakia a.s.), projektanta (Stráský, Hustý a partneři s.r.o.) a technického dozoru. Důraz při provádění byl kladen i na monitoring budov (sedání, náklony budov, sledování vývoje trhlin apod.), který byl pravidelně vyhodnocován.
Zkušenosti jednoznačně ukazují, že pokud se stavba nosné betonové konstrukce nepovede tzv. na první pokus, je její oprava značně komplikovaná a náročná a všechny zúčastněné stojí obrovské úsilí a finanční prostředky chyby napravit. Z toho důvodu se doporučuje u obdobných staveb provádět před realizací stavby důslednou kontrolu projektu nezávislým statikem a eliminovat případné chyby z návrhu. Jen tak se lze vyhnout podobným haváriím, které mají v konečném důsledku značný dopad na nedůvěru laické veřejnosti ve stavebnictví.
Literatura
- HALVONÍK, J., FILLO L., Pretlačenie – príčiny havárie v komplexe Trinity, Sborník vědeckých prací VSB-TU Ostrava, 1/2014.
- GRAMBLIČKA, Š. Pasportizácia porúch nosných konštrukcií polyfunkčného komplexu Trinity, Experting. 06/2014.
- ČERVENKA, J, SEIDLOVÁ T., Posouzení stávajícího stavu a navrhované rekonstrukce typické stropní desky NP7 a NP17–NP21, 2014.
- Stráský, Hustý a partneři, s.r.o., CityPark Ružinov – přepočty a projekty sanací objektu, 2014–2016.
- ZICH, M., NOVÁČEK, J., BENKO, M., PAULIČKA, V., Odbourání části obchodní centra objektu Citypark Ružinov, příspěvek na konferenci 24. Betonářské dny 2017, ISBN 978-80-906759-0-2, Litomyšl, 2017.
In the administrative complex of the Trinity buildings in Bratislava, a part of the ceiling slabs collapsed in 2012. In connection with this event, it was necessary to verify the static effect of already built parts of the building, ie the stress and parts outside the actual fall were verified. According to the results of the recalculation, it was then necessary to design and carry out a number of demanding redevelopment of the reinforced concrete structure of the height parts of the building. This paper deals with the design and implementation of remediation of the tower's own supporting system.