Radovi na snimanju stanja drvene konstrukcije Tehničkog muzeja u Zagrebu

Krajem 2010. godine, Katedra za drvene konstrukcije Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (prof. Vlatka Rajčić i asistenti Dean Čizmar i Mislav Stepinac) sudjelovala je na poslovima snimke geometrije i postojećeg stanja nosivosti, uporabivosti i stabilnosti drvene konstrukcije Tehničkog muzeja u Zagrebu, financiranih i vođenih od strane Grada Zagreba.

k33-Vlatka-Rajčić-00-200.jpgSlika 1: Tehnički muzej u vrijeme njegove namjene velesajamske zgrade i današnji izgled

Nešto o povijesti, djelatnosti i značenjuTehničkog muzeja
Svima nama “iz tehničkih struka”, mladim generacijama i onima koji vole tajne prirodnih znanosti, Tehnički muzej je vrlo drago i posebno mjesto gdje se uvijek nešto zanimljivo izlaže i događa. No, relativno malo ljudi zna da je cijela nosiva konstrukcija izložbene Hale A projektirana i izvedena kao drvena konstrukcija i kao takva predstavlja jedan od rijetkih primjera europskog koncepta inženjerskih drvenih konstrukcija većeg raspona (85m x 25m) s početka 20. stoljeća u regiji. Kao takva, u tehničkom pogledu, predstavlja i primjer europske graditeljske baštine građenja drvom.

Zagrebački Tehnički muzej osnovan je po uzoru na postojeće velike znanstveno-tehničke muzeje u svijetu, općega je tipa, to jest složeni muzej znanosti i tehnike za razliku od specijaliziranih tehničkih muzeja koji obrađuju samo pojedino područje tehnike.
Ideja o osnivanju te vrste muzeja u nas potječe još s kraja 19. stoljeća, pa je jedno vrijeme u Zagrebu postojao i Trgovačko-obrtnički muzej, no prava povijest Tehničkoga muzeja započinje 21. prosinca 1954. godine kada je donijeta odluka o njegovu osnivanju. 1959. je važna godina za Muzej jer mu je tada dodijeljena današnja lokacija, na Savskoj cesti 18. Objekti koje je dobio Muzej napravljeni su 1948. godine (projektant Marijan Haberle, dipl. ing. arhitekture) za potrebe Zagrebačkog velesajma. Građeni su od drva i bili privremene namjene. No, nakon preseljenja Velesajma na novu lokaciju, spomenuti su objekti služili za različite društveno-sportske aktivnosti, a kasnije su dodijeljeni Muzeju, koji se i danas nalazi u njima. Tako je drvena građevina, od prvobitne privremene namjene, evo u nizu od 63 godine, ostala u stalnom, intezivnom korištenju, s izuzetnim velikim brojem godišnjih posjeta učenika i građana iz cijele Hrvatske. Djelatnost muzeja definirana je zakonskom legislativom vezanom uz muzeje. Muzej radi na sustavnom sabiranju, čuvanju, restauriranju i konzerviranju, prezentaciji te trajnoj zaštiti muzejske građe s područja nadležnosti muzeja.

k33-Vlatka-Rajčić-02-230.jpgk33-Vlatka-Rajčić-02-240.jpgSlika 2: Posjeta Muzeju uvijek je tehnički vremeplov od igle instrumenata do lokomotive i aviona 

Muzej ima izuzetno bogatu građu s područja tehnike i znanosti. Građa je razvrstana u 40 zbirki. Zbirke su sadržajno vrlo atraktivne i pokrivaju ogromno znanstveno područje (Astronomija i astronautika, Elektroenergija, Medicinska tehnika itd.). Digitalizacija građe u muzeju se provodi fotografiranjem muzejskih predmeta. Muzej predstavlja snažan i prepoznatljiv znanstveno-edukacijski centar s područja tehničkih znanosti, u kojem se bez prestanka organiziraju izložbe, radionice, predavanja i okrugli stolovi.Objekt je pod zaštitom Uprave za zaštitu kulturne baštine, Konzervatorskog odjela u Zagrebu.

Vizualni snimak, mjerenje geometrije i nedestruktivna ispitivanja elemenata konstrukcija
Prilikom početka priprema za izmjenu fasade Hale A Tehničkog muzeja i sanacije krovne konstrukcije (kraj 2009), zbog uočenih oštećenja i prekomjernih deformacija na pojedninim mjestima drvene konstrukcije koja se redovito kontroliraju na objektu glavne izložbene Hale A Tehničkog muzeja (kroz postojeća reviziona okna) te zbog vrlo šture postojeće arhitektonske kao i nepostojeće statičke dokumentacije, pristupilo se detaljnom snimanju drvene konstrukcije (geometrija i stanje elemenata konstrukcije te određivanju rezidualnih čvrstoća i krutosti elemenata drvene konstrukcije starosti 63 godina, koji su u tijeku svoje eksploatacije bili pod srazmjerno velikim opterećenjima stalnog karaktera).
Tlocrt objekta Hale A Tehničkog muzeja izveden je kao segment kružnog vijenca. Glavno-istočno pročelje zgrade izvedeno je s manjim radijusom, horizontalna zakrivljenost prednjeg zida objekta je R2=313.4m, a stražnje-zapadno pročelje zgrade izvedeno je s većim radijusom, horizontalne zakrivljenost stražnjeg zida objekta R1=338.4m. Glavno krovište objekta je jednostrano s padom od 2° prema stražnjem-istočnom zidu objekta. Najviša kota krovišta s prednje-istočne strane objekta je 19.74m, a najniža kota krovišta sa stražnje-zapadne strane objekta 18.74m. Vanjske dimenzije objekta su 81.27m (obodna dužina prednjeg-istočnog pročelja) / 87.75m (obodna dužina stražnjeg-zapadnog pročelja) x 25.40m. Tlocrtna površina objekta je 2137m2.

Istočno i zapadno pročelje objekta djelomično je ostakljeno, a djelomično obloženo drvenom lamperijom, dok je sjeverno i južno pročelje u cijelosti obloženo drvenom lamperijom. Pokrov objekta je od sintetičke krovne membrane na bazi PVC-a SIKAPLAN-15G.

k33-Vlatka-Rajčić-03-300.jpgUnutrašnji prostor objekta sastoji se od prizemnog dijela čija visina od poda do stropa iznosi 15.00m, koji je djelomično natkriven galerijom koja se proteže po obodu vanjskih zidova objekta, visina od poda do gornje kote parketa galerije iznosi 4.05m, a visina od poda do stropa iznosi 10.5m.

Slika 3: Tlocrt na prizemnom nivou s označenim mjestima koja su bila u planu projekta snimke i nedestruktivnog ispitivanja

NOSIVA KONSTRUKCIJA
Nosiva konstrukcija sastoji se od 13 glavnih okvirnih nosača. Stupovi okvira su višedjelni nosači povezani u složene rešetkaste nosače s N ispunom, različitih poprečnih presjeka i veličina. Glavni okvir proteže se u smjeru istok – zapad. Okviri su postavljeni na jednakim međuosnim razmacima od 6.8m/7.3m, prosječno cc.7.0m. Stupovi okvira (Slika 3, ukupno 26 stupova). Osim stupova glavnog nosivog okvira, na konstrukcije se nalaze još nekoliko tipova stupova, fasadni stupovi na južnoj ili sjevernoj strain, fasadni stupovi na istočnoj i zapadnoj strani te mali stupovi koji vode od poda prizemlja do galerije.
Glavno krovište
Nosiva konstrukcija sastoji se od 13 glavnih – rešetkastih nosača oslonjenih na šestodjelne složene rešetkaste stupove. Nosači su međusobno povezani s 11 sekundarnih uzdužnih rešetkastih konstrukcija. Rešetkasti glavni nosači postavljeni su na jednakim međuosnim razmacima od 6.8m/7.3m, prosječno cc.7.0m, dok su sekundarni uzdužni nosači postavljeni na razmacima od 1.59m do 3.00m.
Glavni rešetkasti nosač je promjenjive visine od 3.17m na prednjoj-istočnoj stani, do 4.20 na stražnoj-zapadnoj strani.
Gornji pojas glavnog rešetkastog nosača izveden je u nagibu od 2° prema stražnjem zidu objekta, najviša kota nosača nalazi se na 19.39m, najniža kota nosača nalazi se na 18.39m.
Donji pojas nosača izveden je u nagibu od 5° prema stražnjem-zapadnom zidu objekta.
Vertikalna nosiva konstrukcija – stupovi izvedeni su kao četverodjelni ili šesterodjelni sastavljeni štapovi s “N” rešetkastom ispunom.
k33-Vlatka-Rajčić-04-260.jpgSlika 4: Rešetkasti glavni i sekundarni nosač krovišta središnjeg dijela Hale A, klasične izvedbe s jednodjelnim tlačnim i dvodjelnim vlačnim ispunama spojenim na pojaseve čavlima

Prostorna stabilizacija objekta izvedena je s tri horizontalna poprečna, četiri uzdužna horizontalna vjetrovna sprega te dva vertikalna vjetrovna sprega. Horizontalni poprečni vjetrovni spreg izveden je kao “K” ispuna i postavljen u visini gornjeg pojasa glavnog poprečnog rešetkastog nosača u krajnjim poljima te u srednjem polju.
Horizontalni uzdužni vjetrovni spregovi postavljeni su u visni donjeg i gornjeg pojasa glavnog rešetkastog nosača i izvedeni su kao “N” ispuna. Vertikalni vjetrovni spreg izvedeni su kao “V” ispuna i uklopljeni su u krajnje glavne poprečne nosače. Spojna sredstva korištena na krovištu su: moždanici koji spajaju elemente glavne poprečne rešetke, čavli 42/10 koji su korišteni kod spojeva uzdužnih rešetkastih nosača, te vijci M18 koji se koriste kod ostalih spojeva. Za priključivanje sekundarnih elemenata korištene su skobe.

Nedestruktivna ispitivanja mehaničkih i fizikalnih karakteristika nosivih elemenata
Ispitivanjem vlažnosti na danim pozicijama može se uočiti da je maksimalna izmjerena vlažnost drvenih elemenata 17,5 %. Također, provedenim istražnim radovima su pokazali da je vlažnost stupova u prizemlju nešto veća od onih na galeriji. To upućuje na zaključak da su problemi s truljenjem pojedinih stupova uzorkovani pretežno zbog neadekvatnih detalja (direktan kontakt drvo-tlo itd.). Na fasadnim stupovima nije uočena pojava vlage zbog procurjevanja vode.
Provedena su ispitivanja modula elastičnosti drvenih nosivih elemenata okomito na vlakna s akustičnim ultrazvukom. S obzirom na dobivene rezultate (brzinu prostiranja ultrazvučnih valova koja se kretala u rasponu E90=602N/mm? do E90=857N/mm?), obradom podataka može se drvena građa klasificirati kao drvo klase C40 i više.
k33-Vlatka-Rajčić-05-210.jpgSlika 5: Instrument za određivanje modula elastičnosti i čvrstoće na svijanje pomoću ultrazvuka, digitalni vlagomjer s iglama podesive duljine; mjerenje vlage u elementima

Osim ovih ispitivanja, iz konstrukcije su uzeta dva uzorka i određena je srednja gustoća uzoraka od 548,8 kg/m3. Uzorak uzet iz fasadnog stupa u prizemlju imao je gustoću od 581,9 kg/m3 dok je uzorak uzet iz fasadnog stupa galerije imao gustoću 515,6 kg/m3. Ovo upućuje na nejednolikost i veliku varijaciju kvalitete građe. Veći broj uzoraka nije uziman zbog utjecaja na nosivu konstrukciju. Analizom gustoće građe, modula elastičnosti i čvrstoće savijanja, drvo se može klasificirati kao drvo klase C40 prema važećoj normi HRN EN 338.
Prilikom snimanja detektirana su mnoga oštećenja koja nisu opasna za globalnu nosivost, uporabivost te stabilnost konstrukcije, ali kao lokalna oštećenja mogu prouzročiti lokalnu nestabilnost. Uz produljeno vrijeme trajanja korištenja konstrukcije, ukoliko ne bi bila sanirana, mogla bi doživjeti ubrzano propadanje, a posebice zbog povećanih opterećenja nove fasade koja bi se uskoro trebala postaviti.
Potrebno je ukazati da su na istražnim radovima uočena oštećenja na velikom broju fasadnih stupova na zapadnom dijelu pročelja na detalju direktnog kontakta drvenog stupa sa tlom zbog čega je došlo do truljenja donjih dijelova stupova, te se predviđa da je na tom pročelju potrebno sanirati sve zapadne fasadne stupove.

k33-Vlatka-Rajčić-06-250.jpgSlika 6: Oštećenje na detalju fasadnog stupa na zapadu – truljenje stupa – detalj temeljenja

Kod određenog broja elemenata uočene su duboke pukotine i prosjecanja po duljini elemenata i na mjestima spojnih sredstava. Uočene su djelomične pukotine i one po cijeloj širini elemenata, što je obavezno potrebno sanirati.
Pregledom je ustanovljeno da određeni broj elemenata ima vidljive torzijske rotacije poprečnog presjeka s obzirom na vertikalnu os. Ove rotacije su posljedica različitih uzroka: dugotrajnih deformacija drvenih elemenata, imperfekcija pri izvođenju, ugrađivanju prevlažnog elementa, smanjene krutosti dijela objekata u odnosu na druge. Pregledom se ipak pretpostavlja da veličine navedenih imperfekcija nisu takvog obujma da bi mogle ugroziti nosivost ili stabilnost konstrukcije.
Nosivi podni sustav galerije sa zapadne strane nemaju značajnijih grešaka u izvedbi, a vizualno uočljive deformacije (progibi) su posljedica prevelikih deformacija oplate, a ne same nosive konstrukcije te je potrebno zamjeniti oplatu sa cjelokupnog horizontalnog nosivog sustava na svim pozicijama.
              
Pregledom vertikalnog sustava stabilizacije glavnih unutrašnjih stupova okvira uočeno je na nekim mjestima da su elementi stabilizacijskog sprega (horizontalni i dijagonalni) izašli djelomično iz spoja i na njima su uočene vidljive torzijske deformacije. Statičkim proračunom potrebno je dokazati rezidualnu nosivost tih elemenata i napraviti izvedbene detalje izmjene elemenata i njihovog očvršćavanja.

Krovište Tehničkog muzeja – hala A
Vizualnom kontrolom ustanovljeno je da su na pojedinim elementima krovišta vidljiva oštećenja (pukotine), ali bez alarmantnih dijelova, te da u elementima nema prekomjerne vlažnosti. Provedenim mjerenjima (ultrazvukom, vlagomjerom te uzimanjem uzoraka i određivanjem gustoće drva) potvrđeno je relativno dobro globalno stanje materijala.
U mnogim detaljima uočeno je pomicanje ili rotacija elemenata što je uzrokovalo da tesarski spojevi (koji nose na kontakt) nisu više u funkciji, ili su u ograničenoj funkciji, zbog smanjenja kontaktnih površina. U dosta detalja taj kontakt je i potpuno neostvaren tako da se kod takvih detalja obavezno mora napraviti detaljna sanacija kao i kod raspucalih elemenata preko 1/3 dubine. Uočeni su i detalji gdje nije problem u prijenosu preko kontaktnih ploha, već preko spojnih sredstava. Prema statičkom proračunu, dokazano je da na nekim mjestima nema dovoljno ugrađenih vijaka (kao kod vlačnih nastavaka) ili su skobe pretpostavljene kao nosivo spojno sredstvo, a zapravo su samo konstruktivno prema PROPISU ZA DRVENE KONSTRUKCIJE. U vrlo malo slučajeva fizički bilo bilo potrebno uklanjati elemente i zamijenjivati ih novim. Za potrebe sanacije nužno je napraviti izvedbeni projekt sanacije krovne konstrukcije s detaljnim crtežima uz popratne komentare i upute za izvođače.
Globalna sigurnost krovne konstrukcije nije ugrožena, ali lokalna jest, te bi se sanacija tih pojedinih ugroženih detalja trebala izvesti što prije kako ne bi uzrokovala štetu i na donjem dijelu konstrukcije.
Analizom postojećeg stanja krovne konstrukcije Tehničkog muzeja u Zagrebu, provedenom u ovom projektu, može se zaključiti da je konstrukcija krovišta, s određenim odstupanjima u dimenzijama elemenata, broju i vrsti spojnih sredstava, izvedena prilično korektno odnosno da je nosivost konstruktivnih elemenata uglavnom zadovoljavajuća.

Stabilizacijski vez
Krovište objekta stabilizirano je sa tri horizontalna poprečna vjetrovna sprega (nalaze se u krajnjem i srednjem poprečnom polju, a smješteni su u ravnini gornjeg pojasa glavnog rešetkastog nosača), sa četiri uzdužna vjetrovna sprega (nalaze se u krajnjim uzdužnim poljima i smješteni su u ravnini gornjeg i donjeg pojasa sekundarnog rešetkastog nosača) te dva vertikalna zabatna sprega (uklopljeni su u krajnje/zabatne glavne rešetkaste nosače).
Statičkim proračunom sprega za stabilizaciju krovišta, dokazano je da je izvedeni raspored elemenata sprega vrlo loš. Većina dijagonalnih elemenata te vertikalnih ispuna ne preuzimaju značajne uzdužne sile. Posljedica ovoga su velika djelovanja na gornji pojas koji je opterećen s iznimno velikim momentom savijanja. U izvedbenom projektu sanacije bit će potrebno adekvatno riješiti problem horizontalnog sprega i time smanjiti utjecaj na glavni nosač. Promjenom rasporeda elemenata ili eventualnim dodavanjem elemenata ispune sprega mogao bi se postići povoljniji raspored sila.

Zaključak
Ovaj projekt izrađen u studenom 2010.g., koji razmatra stanje drvene konstrukcije Tehničkog muzeja u Zagrebu poslužit će kao osnov za neophodno potrebne buduće poslove rada na projektu izvedbenog projekta sanacije konstrukcije Tehničkog muzeja u kojima će sudjelovati i Katedra za drvene konstrukcije Građevinskog fakulteta u Zagrebu. Sanacijom oštećenih, dotrajalih ili loše izvedenih elemenata bi se Muzeju, na neko dulje vrijeme, omogućio nesmetani rad u smislu sigurne konstrukcije, nosivosti i stabilnosti objekta. Bilo bi izvrsno i kada bi se projektom sanacije “otkrila” do sada sakrivena konstrukcija obložena daskama te na taj način posjetiteljima izložila i graditeljska baština izvedbe drvenih konstrukcija druge polovice 19. i prve polovice 20. stoljeća.

dr.sc. Vlatka Rajčić, dipl.ing.građ.

PODIJELI