Případové studie
12. 04. 2017

Konstrukční řešení vzducholodi Gulliver

Na počátku bylo světlo nebo spíš osvícení v podobě výjimečného investora. Energie nadšení rozezněla architekta a na tuto frekvenci se musel naladit i technik, který měl kouzelnou ideu změnit v realitu…

Vzducholoď se vznáší nad budovami galerie DOX a stane se novým místem pro setkávání současného umění a literatury.
Rozhodnutí pro stavbu obří dřevěné vzducholodi představuje osobní přesvědčení ředitele centra DOX Leoše Války, že i dnes se věci dají dělat jinak. Jinak, než je v dnešním hektickém a studenými čísly svazovaném světě běžné. Pan Válka oslovil mezinárodně uznávaného architekta Martina Rajniše (Huť architektury) a společně s dalšími odborníky více než dva roky pracovali na návrhu 42 m dlouhé a 10 m široké konstrukci. Rozhodující roli v projektové a realizační fázi pak sehrál Zbyněk Šrůtek (TimberDesign+), který stavbu dotáhl až do finální a precizní realizace.

NÁVRH KONSTRUKCE

Komplexní statický návrh na 3D modelu vzducholodi byl realizován pomocí softwaru RFEM a jeho přídavných modulů. Vzhledem ke složitosti tvaru a exponované poloze vzducholodi byl pro zatížení větrem vypracován pod vedením Ing. Jaroslava Váchy v ÚTAM AV ČR analytický model působení větru na konstrukci vzducholodi, který zohledňuje okolní zástavbu, tvar vzducholodi a propustnost pláště.

Díky omezením požárně únikových cest je kapacita 120 osob (staticky by konstrukce zvládla více). Konstrukční aktivity započaly ihned po vypracování základní studie architekty Martinem Rajnišem a Davidem Kubíkem.

PODPŮRNÁ OCELOVÁ KONSTRUKCE

Současně s řešením nosné dřevěné konstrukce samotné vzducholodi se hledal způsob, jak ji udržet ve volném prostoru aniž by byla narušena iluze letu. To se ukázalo jako nejnáročnější fáze projektu.

Nejjednodušší řešení nakonec bylo tím nejvhodnějším, takže nosná konstrukce se jednoduše „přiznala“ v podobě dvojice ocelových bárek vedených podél dvorních fasád galerie a ocelové mostovky. Obě bárky jsou vzájemně křížem svázány předepnutými lany, sloupy bárek jsou v obou směrech vetknuty do železobetonových základových bloků s pilotovým založením.

Hlavním nosným prvkem mostovky jsou dva podélné příhradové nosníky. Ty jsou kloubově osazeny na bárky a nad nižší budovu galerie jsou přes bárku překonzolovány. Na konci konzoly se sbíhá ocelového ráhno, které se podílí na stabilizaci vzducholodě v podélném směru s dvojicí předepnutých lan kolmo na podélnou osu vzducholodě, která jsou kotvená do budovy.

Základová a podpůrná konstrukce bárek je tedy plně autonomní a nedochází tak k interakci s okolními budovami.

DŘEVĚNÁ KONSTRUKCE VZDUCHOLODI

Na ocelové prvky je přikotvena dřevěná část konstrukce, včetně podlahy interiéru z dřevěných modřínových hranolů 50 × 60 mm splňujících požární odolnost R15 (stejně jako ostatní nosné ocelové prvky mostovky). Dřevěnou nosnou kostru vzducholodi můžeme rozdělit na dva základní směry.

Kolmo na podélnou osu vzducholodi (radiální směr) je osazeno čtrnáct prstenců v roztečích 2,2–3 m. Kruhové příhradové nosné obruče, tvoří dvě dřevěné pásnice z lepeného lamelového modřínového dřeva 75 × 120 mm třídy GL28h SI vyrobených pro třídu provozu 3. Pásnice jsou vzájemně propojeny dostředně orientovanými dřevěnými sloupky 40 × 120 mm vymezujícími statickou výšku obruče. Dřevěné prvky jsou vzájemně přes rozpěry staženy nerezovou závitovou tyčí M12 a doplněny dvojicemi diagonál z nerezových táhel M8. Táhla jsou s dřevěnou kostrou propojena přes ocelové, žárově zinkované kotevní prvky.

Základní konstrukce obruče je doplněna o systém vnitřních lanových táhel, která zajišťují tuhost konstrukce. Výplet táhel se liší podle požadavku na využití vnitřního prostoru vzducholodi. Obruče jsou kotveny v dolní polovině k ocelové mostovce přes ocelové svařence vysokopevnostními šrouby (čtyři kusy/obruč). Každá příhradová obruč je z výrobního a montážního důvodu rozdělena na třetiny. Spojení jednotlivých dílů je navrženo ocelovými příložkami sepnutými svorníky.

V podélném směru jsou navrženy ztužující prvky, které probíhají po celé délce vzducholodi. Ty se podílejí na podélném přenosu zatížení a současně stabilizují kruhové obruče. Těchto dvanáct ztužujících prvků je navrženo stejným principem jako kruhové obruče, tj. dřevěná kostra tvořená horním a dolním pasem ze sušeného modřínového dřeva třídy C30 SI (T profil 40 × 120 + 40 × 120 mm). Pasy jsou rozepřeny dřevěnými sloupky, stažené nerezovou závitovou tyčí M12 a ztužené dvojicemi diagonálně orientovaných nerezových táhel M8.

Hlavní podélné ztužující příhradové prvky jsou kloubově připojeny přes ocelové spojky s obručemi pomocí vysokopevnostních šroubů a tvoří tak základní „ortogonální“ kostru vzducholodi, která je doplněna v každém poli při vnější straně příhradových prvků diagonálním křížným ocelovým lanovým ztužením. Mezi každé dva hlavní podélně ztužující příhradové prvky jsou navrženy dva doplňkové prvky z dřevěných sušených modřínových fošen 40 × 160 mm třídy C30 SI. Tyto prvky jsou přisazeny k vnějšímu obvodu vzducholodi a tvoří podklad pro připevnění jejího pláště, který je také nedílnou součástí zajišťující stabilitu celého systému.

Špičky vzducholodě tvoří dřevěné zakřivené modřínové prvky z lepeného lamelového dřeva, doplněné o díly vytvářející další příhradový ztužující prvek (T průřez a sloupky). Všechny prvky ve vrcholu jsou připojeny na ocelový kruhový svařenec, do kterého bude umístěn ventilátor.

Finální, podélně orientované, opláštění vzducholodi vynáší v rozteči 500 mm zakřivené modřínové dvouvrstvé lamely 26 × 80 mm. Tyto obruče, podobně jako u sudu, stahují celé tělo vzducholodi a podílí se na stabilitě základní kostry. Finální obkladové hoblované modřínové lamely tloušťky 20 mm a šířky 65–47 mm jsou připojeny pomocí dvouzávitových vrutů. Špičky vzducholodi jsou opláštěny vodovzdornou překližkou s lamelovým zalištováním stykových spár.

OCHRANNÝ PLÁŠŤ

V rámci projektových příprav byla současně řešena životnost celé konstrukce a proto jsou dřevěné části z modřínu. Investor už od počátku pracoval s faktem, že pokud dřevo nebude pravidelně ošetřováno ochrannými nátěry, bude u něho docházet přirozeně k změně barvy z krásné medové na stříbrnou.

Aby mohl provoz uvnitř vzducholodě probíhat celoročně a bez ohledu na nepřízeň počasí, hledala se vhodná forma zastřešení, která by vizuálně co nejméně narušila celkový koncept díla. Dalším argumentem pro zastřešení bylo samozřejmě také zásadní prodloužení životnosti stavby.

Z těchto důvodů byl nakonec navržen systém mechanicky napínané jednovrstvé transparentní membránové fólie ETFE (která také jako jediná dokázala splnit přísné požadavky požárních norem). Tato fólie vytváří nad horní polovinou vzducholodi velký deštník. Odstup folie od obkladu umožňuje nerušené proudění vzduchu kolem všech dřevěných částí kostry, čímž je základní předpoklad pro dlouhodobou životnost celé konstrukce zajištěn.

GONDOLA A PŘÍSTUPOVÉ CESTY

Vzducholoď má samozřejmě i gondolu, která je přístupná z vnitřní paluby po žebříku a je zavěšena na základní kostru vzducholodi. Přístup do samotné vzducholodi zajišťuje dvojice bočních visutých ocelových schodišť, jež jsou od těla vzducholodi oddilatována.

MONTÁŽ A VÝROBA

Z realizačních i dopravních důvodů byla celá konstrukce vzducholodi rozdělena do dílčích částí, které byly vyrobeny a na stavbu dovezeny jako zkompletované prefabrikáty. Ty byly na stavbě osazeny a vzájemně propojeny bez dodatečných úprav. Část výroby zajišťovala moderní CNC technologie, ale významné množství prvků a sestav bylo kompletně vyrobeno řemeslně.

Nejdříve se na ocelovou konstrukci kotvily dvě spodní kruhové příhradové obruče a mezi sebou se spojovaly podélnými příhradovými prefabrikáty. Teprve poté byly obruče uzavřeny připojením třetí, horní části.

I mezi tyto segmenty se následně vložily podélné příhraďáky. Poté byly vždy mezi dva podélné „vazníky“ (souběžně s nimi) přikotveny hranoly, čímž vznikl pravidelný rastr pro ukotvení skruží, jež ponesou finální obklad. Řada montážních fází probíhala souběžně a když bylo hlavní tělo vzducholodě svázáno všemi hlavními konstrukčním prvky, připojily se k tělu také špičky. Ty byly smontovány jako celek a společně se dvěma podélnými příhraďáky (v horní části) se přenesly k tělu pomocí jeřábu. Tělo mělo taktéž připojeny dva příhradáky ve spodní části. Více spojovacích článků by bylo na obtíž a tak se doplnily až následně.

Opláštění fólií ETFE

Nakonec se celá konstrukce opláštila dřevěným obkladem a zbývalo už jen provést subdodavatelsky řešené opláštění ETFE fólií. Háček byl v tom, že vybraný dodavatel zvoleného systému nebyl schopen tento atypický plášť dát dohromady. Iniciativy se chopil nakonec Zbyněk Šrůtek, který si v tomto směru nejdříve rozšířil svoje vzdělání a poté celé opláštění navrhl a zrealizoval. Až se s fólií ETFE v projektu potkáte, můžete si ji nechat navrhnout a zrealizovat od něj.

Klobouk dolů všem, kteří tuhle rukavici zvedli a bojovali až do konce. Redakce PROFISu děkuje všem, kteří se na vzniku Gullivera podíleli, za krásnou referenci o možnostech dřeva a také o spolupráci mezi investorem, architektem a realizátorem. Visačka „Made in Czech Republic“ budiž příkladem pro ostatní.

Za poskytnutí podkladů děkujeme Zbyňku Šrůtkovi, Martinu Rajnišovi, Leoši Válkovi a Petru Jančárkovi. 

........................................................
...VIZITKA.........................................

TIMBER DESIGN s.r.o.
IČ: 04263251

Ing. Zbyněk Šrůtek

+ 420 732 303 693

zbynek.srutek@timberdesign.cz

www.timberdesign.cz