Národní technická knihovna

Úterý, 29. Duben 2008 - 2:18
| Napsal:
Objekt Národní technické knihovny využívá moderní technologie. Velkorozponové stropy nadzemních podlaží jsou předepnuty. Systém chlazení a topení je integrován do betonové konstrukce stropů. V celé budově jsou navrženy betonové konstrukce v kvalitě pohledového betonu. Národní technická knihovna (NTK) vyrůstá v Praze 6 mezi ulicemi Thákurova a Studentská, poblíž ulice Technická u Flemingova náměstí.

Vzhledem k svému umístění v těsné blízkosti budov Vysoké školy chemicko-technologické, Fakulty stavební a Fakulty strojní ČVUT stane se knihovna nedílnou součástí tohoto vysokoškolského komplexu technických škol (obr. 1), a bude tak plnit nejen funkci jejich centra, ale i servisu pro různé technické vědy.

Objekt Národní technické knihovny má v půdorysu tvar zaobleného čtverce o vnějších rozměrech cca 75 x 75 m. Uprostřed budovy je umístěno obdélníkové atrium 17,3 x 28,35 m, které je otevřeno až do 6. NP a je zakryto ocelovou konstrukcí světlíku.

Objekt má šest nadzemních a tři podzemní podlaží. V podzemní části bude umístěn parking, sklad knih a technické zázemí. 1. a 2. NP mají charakter veřejný (obr. 2) s doplňkovými funkcemi a budou prostorem volné komunikace a setkávání návštěvníků areálu vysokých škol. V těchto podlažích bude také umístěn přednáškový sál, výstavní prostor, pobočka Městské knihovny, noční studovna a kavárna. V nadzemních podlažích budou umístěny především volné výběry fondů, studovny, učebny a administrativní zázemí knihovny.

NOSNÁ KONSTRUKCE OBJEKTU

Objekt NTK se skládá ze dvou samostatných dilatačních částí. Celá hlavní budova knihovny tvoří jeden dilatační celek. Druhým dilatačním celkem je jednopodlažní konstrukce vnějších ramp a zásobovacího dvora.

Nosný systém hlavní budovy tvoří železobetonový monolitický skelet převážně s deskami působícími ve dvou směrech. Primární modulový systém nadzemních podlaží je 15 x 15 m. V suterénních prostorách je zahuštěn rastrem sloupů v osových vzdálenostech 7,5 x 7,5 m. Systém sloupů je doplněn stěnami komunikačních a instalačních jader.

Objekt je založen na monolitické základové desce proměnné tloušťky v rozmezí 500 až 1 600 mm. Proměnnost tloušťky základové desky vyplývá z nutnosti zajištění desky proti protlačení pod sloupy.

V podzemních podlažích jsou monolitické obvodové stěny, působící jako spojité nosníky podpírané stropními deskami a základovou deskou zatížené zemním tlakem. Stropní konstrukce podzemních podlaží je v prostoru garáží tvořena převážně deskou konstantní tloušťky 250 mm. Tato deska je místně (z důvodů vyššího zatížení) doplněna kruhovými hlavicemi o průměru 3 m tloušťky 250 mm pod desku. Stropní konstrukce centrální části budovy, vynášející velká zatížení od depozitářů, je navržena jako trámová s průvlaky v osové vzdálenosti 7,5 m příčného průřezu 700 x 650 mm na rozpětí 7,5 m. Průvlaky vynášejí trámy příčného průřezu 350 x 550 mm v osové vzdálenosti 2,5 m, které podpírají desku konstantní tloušťky 150 mm. Sloupy v podzemních podlažích jsou dle potřeb dispozice jednak kruhové o průměru 500 až 900 mm, jednak obdélníkového průřezu 250 x 500 mm až 500 x 1 300 mm.

Z důvodů větší flexibility dispozičního řešení prostoru v nadzemních podlažích je zde navržena velkorozponová konstrukce s modulem 15 x 15 m. Základním nosným systémem všech stropů v nadzemní části objektu je obousměrně předepnutá stropní deska konstantní tloušťky 300 mm doplněná v místě sloupů kuželovými hlavicemi (obr. 3). Ve střední části objektu mají hlavice průměr 6 m, u obvodových sloupů průměr 4,5, resp. 5 m. Výška hlavice včetně konstrukce desky se pohybuje od 800 do 1 000 mm v závislosti na průměru sloupu a světlé výšce podlaží. Svislé konstrukce tvoří sloupy o průměru 500 až 900 mm a stěny komunikačních a instalačních jader tloušťky 200 až 250 mm. Vnější okraje stropních desek i obvody vnitřních atrií nadzemních podlažích jsou ztuženy parapetními nosníky.

Hlavní schodiště jsou navržena jako kombinace železobetonových prefabrikovaných schodišťových ramen a monolitických podest. Schodiště v atriu je pak plně monolitické.

Technicky zajímavá je střední část stropu nad 1. NP, který vlastně tvoří podlahu atria. Tento strop je zavěšen za okraj stropu nad 2.NP pomocí předpjatých betonových táhel o průměru 250 mm.

HYDROIZOLACE SPODNÍ STAVBY

Ochrana proti průniku podzemní vody a zemní vlhkosti do vnitřních prostor objektu je zajištěna použitím kombinace bentonitových rohoží a vodonepropustné železobetonové konstrukce. Vzhledem k tomu, že hladina podzemní vody se nachází hlouběji než základová spára, je vodonepropustná betonová konstrukce provedena pouze do úrovně stropu nad 3. PP. Vyztužení železobetonové konstrukce základové desky a obvodových stěn ve 3. PP je tedy navrženo na maximální výpočtovou šířku trhlin 0,2 mm a konstrukce je postavena z vodostavebního betonu, pracovní spáry jsou těsněny těsnícím plechem potaženým bitumenem. Do obvodových stěn byly vkládány tzv. trhací lišty, kterými jsou předurčena místa vzniku smršťovacích trhlin a zároveň jsou tyto trhliny těsněny vůči průniku vody.

PŘEDPĚTÍ STROPNÍCH KONSTRUKCÍ

Stropní desky v nadzemních podlažích bylo nutné z důvodů velkých rozpětí obousměrně předepnout. Desky jsou předpínané dodatečně lanovým předpínacím systémem SO 6-4 se soudržností s pasivní kotvou typu H 6-4. Použity tak byly čtyřlanové kabely v plochých kanálcích, které jsou vhodné pro předpínání tenkých deskových konstrukcí z důvodu dosažení maximální excentricity přepínací výztuže vůči střednicové rovině předpínané konstrukce. Stropní deska je silně vyztužena těmito kabely ve sloupových pruzích, kde je jedenáct kabelů s osovou vzdáleností 400 mm (obr. 4). Ve specifických případech je osová vzdálenost zkrácena v jednom směru dokonce na polovinu. Mezipodporové pruhy jsou vyztuženy předpínacími kabely s typickou osovou vzdáleností 1 500 mm. Kabely jsou kladeny tak, aby u okraje stropní konstrukce byly vždy vystřídány kabely s aktivní a pasivní kotvou (obr. 5).

Aby tuhá protilehlá komunikační jádra umístěná vždy cca v polovině strany zaobleného čtvercového půdorysu budovy nebránila vnesení plnohodnotné předpínací síly do stropní konstrukce, byla dilatačně oddělena od stropní konstrukce tak, že stropní konstrukce je na stěnách jader uložena na kluzných ložiscích. Tento konstrukční detail zajistil, že vnesením předpínací síly do stropních desek nejsou namáhána komunikační jádra, a bylo tak vyloučeno riziko vzniku trhlin v okolí jader.

Celkově bylo nainstalováno přibližně 310 t předpínací výztuže, 63 km ocelových kanálků, 2 200 aktivních a 2 200 pasivních kotev do šesti nadzemních podlaží konstrukce v rytmu jedno patro za jeden měsíc.

Základním úkolem v přípravné fázi projektu bylo sladění potřeb jednotlivých prací při ukládce stropních desek. Nejednalo se „jen“ o koordinaci předpínacích, železářských a betonážních prací, ale navíc i o ukládku systému podlahového vytápění integrovaného do nosné konstrukce.

Při návrhu betonážních úseků bylo nutné zohlednit především postup ukládky předpínacích kabelů (obr. 6). Převážná část kabelů je kotvena v líci konstrukce a dosahuje tedy maximální délky vymezené půdorysem konstrukce. Pro ukládku těchto kabelů bylo nutné zajistit bednění i sousedních úseků. Navíc s ohledem na typ konstrukčního systému se vrstvy předpínacích kabelů střídají, v základním případě jsou spodní vrstvou kabely ve směru „x“, ovšem v deskovém pruhu nad skrytým průvlakem ve směru „y“ se nevyhnutelně dostávají do horní vrstvy, což dále zvyšovalo náročnost ukládky. Tuto okolnost bylo nutno zohlednit v návrhu pracovních spár jednotlivých stropních konstrukcí, a tedy i počtu a velikosti betonážních úseků. Nakonec byla vybrána varianta se šesti betonážními úseky, která byla během výstavby od úrovně 3. NP dále optimalizována na pět úseků.

Mezi další specifika projektu patří detaily v oblasti aktivních kotev (obr. 7). V některých případech dobíhají předpínací kabely do líce konstrukce pod dosti ostrým úhlem a kotevní kapsy jsou z tohoto důvodu poměrně hluboko zapuštěné. Kapsy bylo nutné technologicky vyřešit tak, aby se spára jejich dobetonávky neprokreslovala do spodního pohledového líce stropu. To bylo zajištěno minimalizací výšky kotevního čela, čímž se otevřela možnost provedení betonáže kotevní kapsy v její spodní části až do líce konstrukce současně při betonáži stropní desky.

Předpínací kabely byly sestavovány přímo v bednění z důvodu jejich délky a střídání jejich vrstev s pouze minimálním využitím prefabrikace (obr. 8). Nejprve probíhala montáž aktivního kotvení do čela bednění a na připravené podpory byl sestaven kanálek v požadované délce kabelu. Následně byla směrem od pasivního kotvení prostrkána lana. Po osazení injektážních a odvzdušňovacích napojení ve vrcholech kabelu a v oblasti kotvení byla zahájena ukládka horní výztuže. Doba ukládky předpínacích kabelů jednoho patra trvala pouze čtrnáct dnů.

Po betonáži a dosažení pevnosti betonu 24 MPa bylo zahájeno napínání. Tomu bezprostředně předcházela příprava před napínáním, která zahrnuje vyjmutí plastových bednících dílců kotvení a osazení litinových kotevních hlavic SO 6-4 a kotevních klínků. Napínací postup byl v projektu rozdělen do čtyř etap. V podstatě se jednalo o postupné napnutí každého čtvrtého kabelu po obvodě. S ohledem na množství kotev tento postup neměl zásadní vliv na produktivitu, napnutí jednoho patra bylo provedeno během pěti dnů.

Kabely byly injektovány po dokončení každé stropní úrovně. Ačkoliv se jednalo o délku kanálků cca 10,5 km, injektáž patra byla provedena během tří dnů.

POHLEDOVÝ BETON

Povrch téměř všech železobetonových konstrukcí budovy NTK je navržen jako pohledový beton. Tyto betonové plochy po odbednění zůstávají již jako finální povrchy konstrukcí bez překrytí další vrstvou (omítkou, obkladem) a budou pouze natřeny ochranným bezbarvým nátěrem zajišťujícím jejich bezprašnost. Na betonových plochách zůstává viditelný rastr bednících překližek a rastr míst po spínání bednění. Oba rastry byly předem stanoveny architektem s ohledem na použitý typ bednění. Na každou konstrukci byl vypracován projekt nasazení bednění s vyznačením spárořezu.

Na bednění svislých vnitřních konstrukcí bylo použito bednění PERI TRIO Struktur. Základem tohoto bednění jsou panely rámového bednění TRIO, jejichž povrch je opatřen hladkou překližkou, která překrývá i ocelový rám panelu a nedochází tak k otisku rámu do betonu. Při betonáži byla využívána vysoká únosnost a tuhost rámového bednění i větší variabilita nasazení bednění na různé typy konstrukcí než u bednění nosníkového, které je zpravidla navrženo a vyrobeno právě na jednu danou konstrukci. Povrch bednění vytvářely hladké překližky o rozměrech 1 250 x 2 500 mm. Spínání bednění bylo navrženo ve vodorovném směru ve vzdálenosti 1 250 mm a bylo vždy umístěno osově na styku dvou sousedních překližek.

Půdorysně zakřivená obvodová stěna suterénních prostor byla bedněna systémem PERI RUNDFLEX. Šířka základních vnitřních panelů byla 2 400 mm.

Pro kruhové sloupy bylo použito ocelové kruhové bednění. Bednění každého sloupu bylo půdorysně natočeno tak, aby svislé švy bednění navazovaly na spárořez stropů resp. spárořez hlavic.

Vodorovné konstrukce byly bedněny příhradovými dřevěnými nosníky, plášť byl vytvořen překližkou v základním rozměru 625 x 2 500 mm. Překližky byly opět kladeny dle předem stanoveného spárořezu, jehož základní rastr odpovídal rastru modulových os objektu.

Velmi náročné bylo provedení bednění kuželových hlavic sloupů. Bednění muselo být navrženo tak, aby přeneslo poměrně značné zatížení od vrstvy betonu tloušťky až 1 m bez větších deformací. Po zvážení několika možných systémů bednění od použití systémových prvků až po výrobu speciálních dřevěných ramenátů jsme zvolili takovou konstrukci bednění hlavice, která jako hlavní nosný prvek využila běžně užívané dřevěné příhradové nosníky. Základem se stal nosný trojúhelníkový prvek, sestavený z typových dřevěných příhradových nosníků doplněných dřevěnými hranoly a překližkou. Takto vyrobené prvky byly paprskovitě uloženy na předem připravenou vodorovnou podpěrnou konstrukci hlavice (obr. 9). Plášť bednění hlavice tvořily dvě vrstvy tenké překližky (10 a 6 mm), které umožnily překližku skroužit do požadovaného tvaru kuželové plochy. Bednění kuželové plochy každé hlavice bylo složeno z jednotlivých výsečí tak, že každá překližka vytvořila šestnáctinu kuželové plochy (obr. 10).

POSTUP VÝSTAVBY

Postup výstavby objektu byl značně ovlivněn hned několika skutečnostmi:
• požadavkem výstavby betonových konstrukcí v kvalitě pohledového betonu,
• nutností předpětí velkorozponových stropních konstrukcí,
• zvoleným systémem vytápění budovy pomocí topných rohoží integrovaných do středu tloušťky betonové stropní konstrukce (obr. 11).

Všechny profese podílející se na výstavbě železobetonových konstrukcí a návaznost jednotlivých činností, které byly nutné provést při výstavbě, byly předem důkladně analyzovány. Z časového hlediska byla nejnáročnější výstavba stropů nadzemních podlaží s předpínanými stropy.

Na výstavbě železobetonových konstrukcí stropu se kromě tradičních profesí, jako je tesař, železář a betonář, podíleli také elektrikáři, montážníci předpínací výztuže a instalatéři, kteří prováděli ukládku topného systému.

Výstavba stropu zahrnovala následující činnosti:
• bednění hlavic sloupů
• bednění desky stropu
• montáž elektrorozvodů
• uložení spodní vrstvy měkké betonářské výztuže
• montáž distanční výztuže pro tvrdou předpínací výztuž
• ukládka předpínací výztuže
• montáž distanční výztuže pro potrubí topení
• montáž topného systému
• montáž distanční výztuže vrchní vrstvy betonářské výztuže
• ukládka vrchní vrstvy betonářské výztuže
• kompletace předpínacího systému - montáž odvzdušnění
• kompletace topení a elektrorozvodů
• betonáž.

Výstavba jednoho stropu nadzemního podlaží trvala díky vynikající koordinaci všech výše uvedených činností pouze 28 dní.

ZÁVĚR

V České republice byly postaveny již desítky dodatečně předpínaných nosných konstrukcí. Konstrukce Národní technické knihovny však patří k těm nejvýznamnějším, neboť z pohledu použité technologie dodatečného předpínání v některých parametrech překonává ostatní do této doby dokončené projekty a také rozsahem použití pohledového betonu se jedná o jednu z největších staveb u nás.

Náročnost výstavby takovéto konstrukce byla umocněna volbou konstrukčního systému (velkorozponové předpínané stropy) se způsobem vytápění objektu pomocí podlahových rohoží. Tato kombinace technických a technologických řešení z ní ve výsledku činí konstrukci dosti unikátní, zvláště přihlédneme-li k tomu, že hrubá stavba byla dokončena za pouhých deset měsíců.

Dodržet velmi náročný postup prací se podařilo i díky spolupráci zúčastněných dodavatelských firem s projektantem konstrukce v předrealizační fázi a odpovídajícímu nasazení zdrojů.


Ing. Pavel Kasal, Ph.D., kasal [at] metrostav.cz">kasal [at] metrostav.cz, Metrostav, a. s., divize 6
Ing. Ludmila Kostková, kostkova [at] metrostav.cz">kostkova [at] metrostav.cz, Metrostav, a. s., divize 6
Ing. Pavel Smíšek, VSL SYSTÉMY (CZ), s. r. o.
Ing. Pavel Vaněk, VSL SYSTÉMY (CZ), s. r. o.

fotografie na obr. 1, 4 až 8 z archívu VSL SYSTÉMY (CZ), s. r. o.
obr. 3 a 9 až 13 z archívu Metrostav, a. s.

Psáno pro Beton TKS 1|2008

konstrukce a technologie – mottoarchitektury sportovních staveb | membránové střechy z předjatého betonu | národní technická knihovna | fotbalový stadion slavia praha | alpinarium galtür | výstavní, sportovně-kulturní a kongresové centrum v karlových varech | cvičná horolezecká stěna gutoffka | stavby textilního průmyslu severních čech a jejich tvůrci | vinné sklepy 21. století | k betonářské výztuži | o současném vývoji ve výrobě cementů | model membránové střechy z předjatého betonu | vývoj přetvoření betonu při cyklickém zatížení a jeho matematický popis funkcí únavového poškzení | zavádzanie en 1992-1-1: „navrhovanie betónových konštrukcií“ do praxe – účinky druhého rádu pri budovách | ještě k modulu pružnosti | phaeno science center ve wolfsburgu – magická kostka | rešerše zahraničních časopisů

Barevný svět architektury.

Klíčová slova: