Quadrio Centrum – kombinace ocelové a železobetonové konstrukce

Centrum Quadrio na Národní třídě v Praze je administrativně-obchodně-bytový komplex. Historie projektu sahá daleko do minulosti, ale teprve zhruba od poloviny roku 2012 probíhá jeho výstavba. Mediálně známý projekt novostavby stojí v těsném sousedství obchodního domu dříve zvaného Máj a také přímo nad stanicí metra Národní třída. Zpracovatelem prováděcího projektu stavby pro dodavatele Metrostav a. s. je Helika a. s. Budovu tvoří 4 + 1 věž, které jsou vzájemně propojeny. Základní koncept nosné konstrukce je postaven na železobetonovém skeletu s hlavicovými stropy a trámy. U některých železobetonových trámů je využita technologie předpínání. Tato koncepce je dnes velmi hojně u podobných objektů využívána a to zejména s ohledem na cenu železobetonových konstrukcí u nás. Jedním ze specfik objektu Quadrio?centra je však prostorové uspořádání dvou věží ve směru do Spálené ulice. Tyto věže jsou vysunuty přibližně o osm a půl metru přes podporu nad chodník Spálené ulice. Vzhledem k podlažnosti a z toho se odvíjejícího zatížení byla zde navržena část nosné konstrukce z oceli. Ocelová konstrukce nazvaná KC1 je prostorová příhradová konstrukce. V půdoryse (obr. 1) jde o dva z hlediska statického působení balkonové nosníky. Ve svislých rovinách jsou jednotlivé části tvořeny příhradovými konstrukcemi navrženými a provedenými přes celou výšku jednoho podlaží tj. pět metrů. Tyto superkonstrukce jsou dvě a každá vynáší sedm podlaží. Výsledkem snahy o maximální ekonomickou efektivitu návrhu byla z oceli provedena pouze super-příhradová konstrukce v jediném, nejnižším podlaží a sloupy, které ji podporují. Přesto se jedná o přibližně 250 tun oceli. Stropní desky, jakož i veškeré ostatní konstrukce nad KC1 jsou železobetonové.INTERAKCE KC1 A ŽELEZOBETONOVÉ KONSTRUKCEOcelová konstrukce KC1 je plně integrována do nosné konstrukce objektu (obr. 2). Je založena na úrovni stropní konstrukce nad 1. PP (úroveň –0,100). Podpůrná ŽB konstrukce je v místech osazení KC1 diferencovaně tvarována dle okolních a navazujících konstrukcí a detailů architektonicko-stavebního řešení. Podpůrné konstrukce jsou tvořeny vlastní železobetonovou konstrukcí objektu Quadria (obr. 4 – K2) a solitérní podporou (obr. 4 – K1).Výpočetní analýza kombinované konstrukce byla prováděna na variantách komplexního modelu (obr. 2) a paralelně na výsekovém modelu samotné KC1 (obr. 3). Výsledky všech modelů byly vzájemně korelovány pro bezpečný návrh s ohledem na různé předpoklady chování OK i ŽBK. Zejména bylo nutné správně vyhodnotit lineární model a chování oceli v interakci s nelineárním chováním železobetonu. Po stanovení mezních návrhových hodnot vnitřních sil byl proveden návrh prvků konstrukce s využitím v některých částech až na 99 % hodnoty meze kluzu. V geometrii stropní konstrukce 1. PP jsou vytvořeny kapsy (obr. 4 – K2) pro zapuštění mohutných ocelových patek přední, ale i zadní linie sloupů. Sloupy ocelové konstrukce jsou soustředně umístěny na vertikálních konstrukcích 1. PP. Přechodové oblasti s kapsami jsou tvořeny hlavicemi popř. průběžnými trámy. Sloupy ocelové konstrukce jsou kotveny prostřednictvím předem osazených kotevních šroubů. Přechodové oblasti v přední linii sloupů jsou vzhledem ke svému namáhání dimenzovány na účinky lokálního zatížení tj. porušení betonu v otlačení na kontaktní ploše a porušení v roztržení roznášecí oblasti. Pro zajímavost, hodnoty osových sil ve sloupech přední linie dosahují až 18 MN, navíc v kombinaci s ohybovými momenty.Solitérní podpora je umístěna ve stísněném prostoru mezi stávajícími historickými sklepy a stavbou obchodního domu Máj. Podpora je tvořena železobetonovým monoblokem, který je podepřen dvojicí vrtaných velkoprofilových pilot.Návrh založení ocelové konstrukce KC1 je ovlivněn požadavkem vibroizolačního oddělení objektu Quadrio od okolního zemního prostředí. Konstrukce objektu je primárně oddělena vnější vibroizolační vrstvou. V sekci A je suterén objektu zapuštěn (existence historických sklepů) a vibroizolační oddělení bylo nutno navrhnout přímo v linii předních sloupů. Sloup na modulové ose AA je uložen na solitérní podpoře. Sloup na modulové ose AD je uložen na převázce pilotové stěny. Monoblok solitérní podpory a převázka pilotové stěny jsou navrženy vždy ve zdvojeném provedení. Mezi primární a sekundární částí je vloženo vibroizolační souvrství v celkové tloušťce 100 mm. Jedním ze základních podkladů pro návrh materiálů vibroizolace je mapa kontaktních napětí. Mapa napětí je generována z výsledků komplexního výpočetního modelu.Jak již bylo uvedeno, ocelová konstrukce KC1 je prostorová konstrukce dislokovaná v prostoru 2. NP. Navazující vyšší podlaží jsou konstrukčně řešena standardním způsobem tj. železobetonový skelet s hlavicovými stropy. Při zahájení projektu pro provedení stavby byla zvažována i „lehčí“ varianta ocelového skeletu. Závěrem projednávání se zainteresovanými stranami však byla jednoznačná preference „těžší“ varianty železobetonového skeletu.Vzhledem k rozdílnému deformačnímu chování objektu v linii podpor a linii konzoly je ve všech stropních deskách navržen horizontální vrubový kloub. Touto konstrukční úpravou byl pozitivně ovlivněn průběh ohybových momentů a posouvajících sil ve stropních deskách a deskových trámů. Součástí ocelové konstrukce jsou startéry pro sloupy 3. NP. Startéry jsou tvořeny tuhou vložkou profilu HEB. Stropní desky na úrovni spodního pasu (1. NP) a na úrovni horního pasu (2. NP) balkónových nosníků jsou k vlastním profilům excentricky připojeny tak, aby byl splněn požadavek sjednoceného horního líce. Profily pasů jsou po vnitřní straně opatřeny průběžným sedlem. Sedlo je doplněno souběžnou prolamovanou lištou pro zakotvení horní výztuže desky. Ze statického působení primárních částí balkónových nosníků vzniká požadavek na zajištění stability spodního tlačeného pasu v místě přední linie sloupů. Stabilita pasu je zajištěna stropní deskou. Do stropní desky byla s tímto záměrem vložena speciální výztuž, jež tuze spojuje ocelový profil se stropní deskou. Sloupy v zadní linii KC1 jsou na obou úrovních 1. a 2. NP opatřeny mohutnými sedly pro osazení deskových trámů, trámů a průvlaků přicházejících ze ŽB skeletu. Jsou vytvořeny styčníky, které řeší přenos vnitřních sil z ŽB do OK konstrukce.Stabilita sekcí A a B je zajištěna stěnami instalačních jader. Stěny instalačních jader vycházejí ze základové desky a jejich počet a rozsah se postupně s vyššími podlažími redukuje. Od úrovně 1. NP resp. 2. NP je již jejich geometrie neměnná. Stěny jader jsou uspořádány do tvaru písmene H.Vlastní KC1 je navržena z uzavřených truhlíkových profilů a je svařovaná jak v dílně tak na montáži. Jednotlivé části průřezů tvoří plechy v tloušťkách 10 – 40 mm. V exponovaných místech jsou použity tloušťky vyšší. 50, 60 až také 80 mm.Pro eliminaci vysokých nominálních hodnot svislých deformací byla konstrukce ve vhodných místech ve výrobě nadvýšena. V průběhu stavby pak byly kontrolovány skutečné naměřené deformace s předpoklady výpočtu. Bylo zjištěno, že reálné chování konstrukce odpovídá s poměrně malou odchylkou teoretickým předpokladům. To bylo důležité nejen pro ověření správnosti návrhu a provedení KC1 ale i pro zajištění správného provedení obvodového pláště. Prosklenná modulová fasáda a její realizace přímo závisí na počátečních deformacích a chování konstrukce v provozu. U takto netypických objektů dochází vlivem velkých rozponů k neobvykle velkým nominálním hodnotám deformací. A to i v případě, že konstrukce je navržena na poměrně přísné limity deformací nad hodnoty doporučené normou.