Národný futbalový štadión – návrh a realizácia nosných konštrukcií

Štadión bude postavený v lokalite bývalého štadióna (legendárneho Tehelného poľa), čím zachová kontinuitu prostredia. Projekt je autorským dielom Ing.arch. Kallaya. Štadión s kapacitou 22 500 divákov bude spĺňať najvyššie kritériá štandardov UEFA pre kategóriu 4. K dispozícii budú viacposchodové VIP zóny SKY-boxy a kongresové sály. V podzemí štadióna bude k dispozícii viac ako 1000 parkovacích miest. Z hľadiska projektového riešenia nosných konštrukcií boli použité na stavbe najmodernejšie konštrukčné systémy, či už v oblasti monolitických železobetónových a prefabrikovaných konštrukcií, alebo riešenie spriahnutých stropných dosiek použitím prvkov COFRA 220.

Ďalšou výzvou bol návrh nosnej oceľovej konštrukcie prestrešenia tribún. Tu treba poznamenať, že v tomto prípade sa jedná o najväčšiu membránovú konštrukciu na Slovensku. Zo statického hľadiska sa jedná o komplikované pôsobenie zaťažení, hlavne v montážnom stave. Najzložitejšou fázou v tejto problematike bolo odladenie konštrukcií z hľadiska II. MS.

Vzhľadom na rozsiahly projekt nie je možné v tomto príspevku popísať komplexnú problematiku riešenia všetkých nosných konštrukcií. Firma Stavokov projekt s.r.o. zabezpečovala pre firmu Strabag realizačný projekt stavby – časť statické a nosné konštrukcie. Je dôležité spomenúť, že pôvodný zámer bol nadviazať na projekt stavby pre stavebné povolenie. Avšak z viacerých dôvodov tento postup nebol zo strany zhotoviteľa akceptovateľný.

Zmeny nosných konštrukcií boli v takom rozsahu, že prakticky došlo k úplnému prepracovaniu projektu. Treba spomenúť, že nešlo o zmeny, ktoré by viedli k zlacneniu stavby. Ba naopak. Napríklad v prípade betónových konštrukcií došlo k zmene niektorých monolitických prvkov na prefabrikované, čo dokonca zvýšilo náklady výrobu a montáž. V konečnom dôsledku to však prinieslo úsporu času. Hlavným dôvodom tohto rozhodnutia bola požiadavka na pohľadovosť prvkov, ktorá sa v prípade monolitických prvkov s prefabrikovanými nedá porovnať. Toto rozhodnutie sa ukázalo ako správne už v prípade projektu CITY Aréna Trnava. Ďalším dôležitým rozhodnutím v prípade riešenia vodorovných betónových konštrukcií bolo riešenie spriahnutých stropných dosiek použitím prvkov COFRA 220. Toto riešenie malo priniesť efekt hlavne v prípade skrátenia časového harmonogramu. Tu treba poznamenať, že výsledok nebol úplne dosiahnutý hlavne v prípade dosiek, ktoré neboli pôdorysne pravoúhlé. Ako je teda zrejmé v projekte sú použité viaceré systémy riešenia nosných konštrukcií. Z hľadiska nosných prefabrikovaných prvkov nám bola uľahčená práca v prípade návrhu prefabrikovaných tribúnových nosníkov a tribúnových lavíc. Nakoľko modulová osnova á = 8 150 mm a rozpony boli prakticky identické s projektom CITY Aréna Trnava, mali sme v tomto ohľade veľké skúsenosti s použitím týchto prvkov. Toto zohralo významnú úlohu hľadiska koncepčného statického riešenia a riešenia montážnych detailov.

Ďalšou výzvou pre nás bol návrh nosnej oceľovej konštrukcie prestrešenia tribún. Tu treba poznamenať, že v tomto prípade sa jedná o najväčšiu membránovú konštrukciu na Slovensku. Zo statického hľadiska sa jedná o komplikované pôsobenie zaťažení, hlavne v montážnom stave. Najzložitejšou fázou v tejto problematike bolo odladenie konštrukcií z hľadiska II. MS.

OBJEKTOVÁ SKLADBA

Nosná konštrukcia objektu pozostáva z priestorového systému rovinných doskových a prútových prvkov. Tento systém vytvára komplexný celok, ktorý je schopný bezpečne preniesť zvislé a vodorovné zaťaženia do základov a odolávať vodorovným účinkom od zaťaženia od vetra a seizmicity.

Samotné členenie stavby na jednotlivé objekty korešponduje s pôvodným rozdelením projektu pre stavebné povolenie :

• SO 002 NFŠ Suterén - základové konštrukcie , 1.PP
• SO 003 NFŠ Štadión - rozdelený na dilatačné úseky A až N
• SO 004 NFŠ Zariadenie viažuce sa na funkciu - administratívna budova, dilatačný úsek Z
• SO 005 NFŠ Nákupná pasáž – maloobchodné zariadenia viažuce sa na funkciu, služobné byty a malé ubytovacie zariadenia cestovného ruchu (časť maloobchodné zariadenia) - rozptylové plochy za štadiónom (plató) dilatačné úseky O až T a bytový dom, dilatačné úseky U až Y.

Každý objekt bol následne rozdelený na dilatačné úseky. Toto rozdelenie je veľmi dôležite jednak z hľadiska samotného projektu, ale aj z hľadiska samotnej výstavby. Na stavbe súčasne pracuje niekoľko poddodavateľských firiem. Aby sa predišlo nezrovnalostiam v koordinácii počas realizácie boli aj projekty nosných konštrukcií objektov realizované po dilatačných úsekoch.

Zložitosť projektu bola umocnená tým, že sa s výstavbou všetkých objektov prakticky začalo v rovnakom čase. To znamenalo nasadenie enormného úsilia a hlavne zabezpečenia dostatočných profesionálnych kapacít v oblasti statiky betónových a oceľových konštrukcií. Súčasne bolo potrebné z našej strany po dobu celej výstavby zabezpečiť kvalifikovaný a skúsený tím pracovníkov v rámci statického autorského dozoru.

Rozdelenie stavby na dilatačné úseky

ZÁKLADOVÉ KONŠTRUKCIE

Základové konštrukcie pozostávajú z hlavíc pilót, základových pásov, priehlbní výťahových šachiet a základovej dosky. Hlavice pilót zabezpečujú prenos účinkov stĺpov do pilót. Sú navrhnuté pre jednotlivé pilóty s pôdorysným rozmerom 1,2 x 1,2m alebo pre dvojicu pilót s rozmerom 3,4 x 1,08m. Základové pásy sú pod vnútornými stenami a pod obvodovými stenami, v prípade podopretie pilótami pôsobia ako základové trámy. Základové dosky objektu sú navrhované 200mm. Pod základové konštrukcie je navrhnutý podkladný betón hrúbky minimálne 50mm.

Základové dosky výškových budov sú navrhnuté hrúbky 1,0 a 2,4 m pre objekt SO.04 a 1,0 a 2,0 m pre objekt SO.05. Tieto dosky zabezpečujú prenos zaťaženia z hornej stavby na lamely MIP. Statickým výpočtom bolo preukázané, že v styku medzi lamelami a základovou doskou nedochádza k ťahovým účinkom, takže nie je potrebné vystuženie podperných prvkov, ktoré budú namáhané len prostým tlakom.

Hydroizolačná funkcia bude zabezpečená samotnou železobetónovou konštrukciou. Toto bude zabezpečené certifikovaným systémom kryštalickej izolácie formou prímesi do betónovej zmesi. Ide o  aktívne chemické látky reagujúce s vlhkosťou v  betóne a vedľajšími produktmi hydratácie cementu. Pri kontakte vyvolávajú katalytickú reakciu, ktorá vytvára nerozpustné kryštalické formácie vo všetkých póroch a kapilárach betónu. Takýto betón sa stáva trvale tesný proti prieniku vody a kvapalín ktorýmkoľvek smerom v betóne. Vybraný dodávateľ musí garantovať predpokladané vlastnosti kryštalickej izolácie počas celej životnosti stavby. Ide predovšetkým o schopnosť prekrytia trhlín v betóne do šírky 0,4 mm a utesnenie rastúcej trhliny do tejto šírky počas navrhovanej životnosti 50 rokov.

Tesniaca funkcia základovej dosky je podmienená správnym prevedením pracovných škár. Tieto musia byť tesnené bentonitovými napučiavacími pásmi resp. tesniacim plechom, injektážnou hadičkou. Pracovné škáry v základovej doske budú opatrené debniacim a tesniacim krížovým plechom. Dilatačné škáry budú riešené tesniacimi profilmi.

Monolitické železobetónové hlavíc a základových pásov sú navrhované z betónu pevnostnej triedy STN-EN206-1- C30/37- XC2(SK)- CI0,4-Dmax16-S3 spracovaného v debnení vibrovaním. Základová doska je navrhovaná z betónu pevnostnej triedy STN-EN206-1- C30/37- XC4, XD2 (SK)- CI0,4-Dmax16-S3 spracovaného v debnení vibrovaním. Hlavná nosná výstuž železobetónových prvkov, ako aj rozdeľovacia výstuž, je uvažovaná z ocele značky B 500B (10 505(R)), strmienky z ocele B 500B (10 505(R)). Podkladné betóny budú realizované z betónu triedy STN-EN206-1- C12/15- X0(SK)- CI0,4- Dmax22-S3. Ďalej budú pri realizácii použité výrobky pre tesnenie pracovných škár, hadičky pre dodatočnú injektáž, prísady do betónu pre zaistenie vodotesnosti a uzatváracie nátery na betónové povrchy. Všetky tieto výrobky musia byť certifikované na slovenskom trhu a vhodnosť ich použitia musí byť preukázaná technickými listami podľa špecifických požiadaviek.

NOSNÉ KONŠTRUKCIE HORNEJ STAVBY - MONOLITICKÉ

Zvislé nosné konštrukcie budú tvoriť železobetónové monolitické stĺpy v kombinácii so železobetónovými stenami. Osový raster je prispôsobený dispozícii objektu. Základná osová vzdialenosť stĺpov je 8150 mm a 7500 mm. Rozmery stĺpov sú prispôsobené polohe stĺpov v priečnych rámoch a účinkom zaťaženia, ktoré prenášajú. Hlavné stĺpy majú rozmer 600/1000 mm a sú na ne ukladané horné tribúnové nosníky a oceľová konštrukcia prestrešenia. Menej zaťažene stĺpy majú rozmer 600/800 mm, 600/600 mm a 500/500 mm; stĺpy na dilatáciu majú šírku 500 mm. Stužujúcu funkciu zabezpečujú stužujúce jadrá a samostatné stužujúce steny. Tieto sú navrhnuté hrúbky 200 mm a 250 mm. Suterénne obvodové steny budú betónované po úsekoch max. 12 m s prestávkou min. 7 dní na prebehnutie prvotného zmrašťovanía, prípadne s vynechaním zmrašťovacieho pásu š.1 m s prerušenou a prestykovanou vodorovnou výstužou.

Vodorovné konštrukcie objektu budú tvoriť železobetónové monolitické prievlaky, stropné dosky. Stropné konštrukcie sú navrhnuté ako spriahnuté plechobetónové dosky z plechu Cofraplus220 s nadbetonávkou 80 mm celkovej hrúbky stropnej konštrukcie 300 mm a s nadbetonávkou 120 mm celkovej hrúbky stropnej konštrukcie 300 mm. Vystuženie bude prútovou výstužou vkladanou do rebier, zváranými sieťami celoplošne a prídavnou prútovou výstužou nad podperami. V miestach, kde nie je možné vytvoriť jednosmerne nosnú plechobetónovú dosku, je stropná konštrukcia tvorená monolitickými železobetónovými doskami hrúbky 200 a 250 mm.

Všetky monolitické konštrukcie nadzemných podlaží sú navrhované železobetónové spracované v debnení vibrovaním. Uvažovaná trieda betónu pre suterénne konštrukcie je betón STN-EN 206-1-C30/37-XC3,XD1(SK)-CI 0,4-Dmax16-S3. Uvažovaná trieda betónu pre exteriérové konštrukcie je betón STN-EN 206-1-C30/37-XC3,XF1(SK)-CI 0,4-Dmax16-S3. Uvažovaná trieda betónu pre ostatné bežné interiérové konštrukcie je betón STN-EN 206-1-C30/37-XC1(SK)-CI 0,4-Dmax16-S3. Betonárska oceľ je navrhovaná značky B 500B, zvárané siete B 500A.

Schodiská

Prístup na jednotlivé podlažia a ich prepojenie je zabezpečený prefabrikovanými schodiskami rôznych rozmerov osadených do monolitických jadier. Budú ukladané na monolitické podesty a medzipodesty. Výšková komunikácia na tribúnach je zabezpečená na trny osadenými schodiskovými blokmi. Pree interiérové schodiská bude použitý betón triedy STN-EN 206-1-C40/50-XC1(SK)-CI 0,4-Dmax16-S3. Pre exteriérové schodiská bude dodržaný stupeň triedy prostredia XC4 - so zvýšenou odolnosťou voči striedajúcemu sa vplyvu suchého a vlhkého prostredia.

Priečny rez východnou tribúnou

Priečny rez východnou tribúnou

Priečny rez západnou tribúnou

Detail uloženia prefa-nosníka a kotvenie oceľovej konzoly

Uloženie výstuže do COFRY 220.

Preprava prefabrikovaného tribúnového nosníka

ZÁKLADNÁ CHARAKTERISTIKA PRESTREŠENIA TRIBÚN

Prestrešenie tribún národného futbalového štadióna je charakteristicky rozdelené podľa orientácie svetových strán na:

• Severnú tribúnu
• Východnú tribúnu
• Západnú tribúnu
• Južnú tribúnu

Oceľová konštrukcia Južnej a východnej tribúny sú z konštrukčného hľadiska identické. Konštrukcia severnej tribúny je osadená nižšie, aby nespôsobovala nadmerné zatienenie obytných objektov. Konštrukcia západnej tribúny je osadená na nosnej železobetónovej konštrukcii strechy. Maximálne výšky konštrukcie tribún boli zadefinované v stavebnom povolení. Z toho boli odvodené výšky oceľovej konštrukcie, ktoré boli navýšené o hodnotu deformácie od vlastnej tiaže konštrukcie a strešného plášťa.

Statické pôsobenie a stabilita konštrukcie

Konštrukcia prestrešenia tribún národného futbalového štadióna je navrhnutá z ocele. Základnú statickú schému u všetkých tribún tvorí konzola. Zo statického, ale aj architektonického hľadiska len východná a južná tribúna majú rovnaký tvar. Vyloženie konzol je u jednotlivých typoch tribún rôzne:

• Severná tribúna: 23,30 m
• Východná tribúna: 29,00 m
• Západná tribúna: 24,38 m
• Južná tribúna: 29,00 m

Konzoly sú navrhnuté ako priehradové sústavy kotvené do železobetónových konštrukcií.

Konzoly na severnej tribúne sú kĺbovo pripnuté k jednopoľovému oceľovému rámu, kotvenému no nosných železobetónových prvkov tribún. Zadnú časť konštrukcie tvorí konzola a tiahlo, pre ukotvenie plášťa. Tieto prvky ale zároveň plnia aj statickú funkciu kvôli vyváženiu sústavy.

Konzoly na západnej tribúne sú kĺbovo pripnuté k dvojpoľovému oceľovému rámu, kotvenému do nosných strešných železobetónových prvkov. Konzoly na východnej a južnej tribúne sú kĺbovo pripnuté k oceľovému stĺpu. V zadnej časti tejto konštrukcie je navrhnutá vyvažovacia sústava, navrhnutá z oceľovej vodorovnej konzoly a sústavy dvoch priehradových tiahel.

Stabilitu konštrukcií prestrešenia v pozdĺžnom smere u všetkých typov tribún zabezpečujú priehradové stužidlá. V prípade membránových konštrukcií horné pásy priehradových stužidiel korešpondujú s konvexnými krivkami membrán a sú odsadené s rezervou, aby nedošlo k ich kontaktu s membránou, čo by spôsobilo problémy s odtekaním vody. V prednej časti prestrešenia v dĺžke L= 12,0 m je navrhnutá konštrukcia pod presvetlenie. Táto konštrukcia je navrhnutá z valcovaných IPE profilov a jaklových profilov, na ktoré budú osadené plné polykarbonátové dosky hr. 10 mm.

Montáž oceľovej konštrukcie západnej tribúny a tribúnových lavíc

Montáž južnej tribúny a oblúka

Detail prípoja väzníka na stĺp

Detail pripojenia žlabu na väzník

Pohľad na konštrukciu a lávku západnej tribúny

Pohľad na konštrukciu a kamerové plošiny západnej tribúny

Výstavbu štadióna realizuje firma Strabag Pozemné a inžinierske staviteľstvo, s.r.o. Náklady na stavebné práce by nemali presiahnuť sumu 49.8 mil. eur bez DPH. Celkové náklady po dokončení diela by nemali presiahnuť sumu 75,2 mil. eur bez DPH. Súčasťou celého projektu sú aj komerčné časti - administratívna budova a obytný komplex budov “Tehelné pole“. Tieto budovy realizuje rovnako firma Strabag Pozemné a inžinierske staviteľstvo, s.r.o..