Projekt s predviđenim zelenim krovom dobio je 1. nagradu na natječaju i time ostvario pravo izvedbe. Međutim, zbog prevelike cijene prišlo se preprojektiranju rješenja radi financijske uštede.
Glavni i izvedbeni projekt krovnih konstrukcija Sportskog centra u Samoboru sa zelenim krovom iznad:
– velike sportske dvorane (36,5 x 45 m, 9 m visine za 600 posjetitelja)
– male sportske dvorane (20 x 15 m, 6 m visine)
– bazena (12,5 x 25,10 m visine i dubinom od 1,8 do 2,4 m)
Investitor: Grad Samobor (ukupna površina objekta 6000 m2), godina projektiranja: 2003-2004.
Sportska dvorana je dizajnirana za grad Samobor u sklopu triju postojećih srednjih škola i za potrebe sportskih aktivnosti svih građana. Glavna dvorana također je dizajnirana za međunarodne košarkaške igre. Slike 1 i 2 prikazuje tlocrt prizemlja i krova sportskog centra. Na dijelu krova iznad velike i manjih dvorana predviđen je zeleni krov, što znači da uz uobičajene iznose stalnog opterećenja nosivi sustav mora prenijeti stalno opterećenje mase 20 (cm) visokog sloja zemlje s biljkama koji može biti apsolutno zasićen vodom (3,5x veće stalno opterećenje od uobičajenog).
Prema projektu arhitekta koji je prošao na natječaju, nosivi sustav sastoji se od nosača koji se protežu rasponom manje duljine velike hale 36,5 m i ponavljaju se na pravokutnom rasteru tlocrta na svakih 5 m. Raspon velike dvorane je 36,5 (m). Rešetka je tretirana statički kao slobodno položena greda. Stalno opterećenje je zbroj svih težina slojeva iznad rešetke, a to su: sloj zemlje 20 (cm), ekspandirana glina 5 (cm), hidroizolacija, aluminijski lim 6 (cm), toplinska izolacija, dvostruki čelični profilirani lim 16 (cm), brodski pod i instalacije, sveukupno 6,5 kN/m2. Nagib krovne plohe je 2º. Opterećenje snijegom u tom području uzeto je s osnovnim opterećenjem od 1.5 kN/m2.
Slika 1: Tlocrt prizemlja objekta (lijevo), Slika 2: Zeleni krov (desno)
Prednapinjanje putem čeličnih patentiranih štapova za prednaprezanje u vertikalama definirano je kao vanjsko čvorno opterećenje (800 ili 750 kN u svakom čvoru). Glavna ideja je da se putem vertikalnih štapova za prednapinjanje DYWIDAG sile unesu u drvene elemente rešetke. Vrijednost sile prednapinjanja u jednom čeličnom štapu za prednapinjanje određena je zahtjevom da u dijagonalnim ispunama rešetke isključimo vlačnu silu i da dijagonale nose samo na tlačnu silu. U tom slučaju izvedba čvorova rešetke je značajno pojednostavljena i ujednačena za svaki čvor. Budući da nema vlačnih sila u dijagonalama ili su one vrlo malih intenziteta, izbjegao se veliki broj spojnih sredstava potrebnih za priključak vlačnog štapa na pojas rešetke. S druge strane, pojas od lameliranog drva koji je skup, bolje je iskorišten jer je dominantno opterećen aksijalnom vlačnom ili tlačnom silom, a momenti su smanjeni. Jedan standardni čvor rešetke prikazan je na slici 4 i podjednak je u svim čvorovima donjeg pojasa.
Slika 3: uzdužni presjek kroz trodjelnu dvoranu i klub mladih
Za rešetkaste nosače velike dvorane na rasponu od 36,5 m dimenzije uzevši sve kombinacije opterećenja slijedeće: gornji pojas je trodjelni 3×20/48 cm, donji pojas također trodjelni 3×20/60 cm. Ispuna rešetke je dvostruka 2×20/30 cm za elemente koji su bili tlačni prije prednaprezanja vertikale i jednostruka dimenzije 20/30 cm za ispunu koja je prije prednaprezanja bila vlačna. Dijagonalna križna ispuna povezana je s donjim i gornjim pojasem preko kontaktnih čeličnih papuča tj. ploča debljine 28 mm. Čelična ploča zavarena je za čeličnu papuču u koju ulazi drvena dijagonala. Ispod vertikala koje se prednaprežu zbog gnječenja postavlja se U čelični profil.
Slika 4: Karakteristični čvor rešetkastognosača (lijevo); Slika 5: statička shema korištena uporačunu (desno)
Donji i gornji pojas su trodjelni te je ostavljen dovoljan prostor za čeličnu ploču na koju se vare papuče dvodjelne i jednodjelne ispune. U razmake između dijelova pojaseva umeću se dijagonale ispuna. Posebna faza statičkog proračuna je faza prednaprezanja koja je vezana za fazu proizvodnje prednapetih rešetkastih nosača. U tom slučaju je rešetka oslonjena na pod tj. u horizontalnom je položaju i rubni uvjeti su drugačiji nego u eksploatacijskim uvjetima. Hidraulička preša pomiče se od jednog do drugog para vertikalnih čvorova od lijeva prema desno. Statički one djeluju kao par tlačnih sila koje djeluju u dva nasuprotna vertikalna čvora. Rezultati statičke analize samo za fazu prednaprezanja izvedeni su kako bi se izvođaču definirao protokol prednapinjanja. U fazi prednaprezanja, osim toga, pojavljuju se i vlačne sile u dijagonalama koje postaju relevantne za dimenzioniranje, tj. određivanje broja spojnih sredstava jer to opterećenje daje maksimalne vrijednosti vlačnih sila u dijagonalama i vertikalama. Svi ovi elementi izvode se od lijepljenog lameliranog drva I klase (ili prema EN 1194 GL 32h klase lijepljenog lameliranog drva). Svi metalni dijelovi čelične ploče i bočni limovi (čelične papuče) dimenzionirani su za klasu čelika S355. Spojna sredstva (vijci) su klase čelika S355.
Svi varovi na konstrukciji su II klase.
Slika 6: Statička interpretacija unosa sila prednaprezanja
Prednapinjanje se ostvaruje parom DYWIDAG-ovih pojedinačnih vlačnih navijenih šipki u svakoj vertikali rešetke. Prema potrebnoj sili prednaprezanja, odabran je par šipki s promjerom 26 mm i klasom čelika označenom sa 1080/1230 MPa. Izgled čeličnih šipki za prednapinjanje prikazan je na Slici 7. Jedan kraj šipke je aktivan za prednaprezanje sa QR tipom podložne ploče A, a drugi kraj je «mrtav» i ima ploču QR tip B. Vjetar sa zabata i sile bočnog izvijanja preuzimaju se sa tri polja vjetrovnog krovnog veza s čeličnim mekim dijagonalama. Također u ukrućivanju cijele krovne plohe te u nošenju slojeva pokrova sudjeluje dvostruki lim nove generacije od Haironville MPB Profile T 150/280 što znači da podrožnice van sustava sprega nisu neophodne.
Glavni i izvedbeni projekt krovne konstrukcije te projektantski nadzor Sportskog centra u Samoboru bez zelenog krova, (projektant arhitekt Edvin Šmit), (preprojektiranje zbog visoke cijene prve varijante arhitektonskog rješenja) (površina objekta 6000 m2), 2005.
slika 7: izgled šipki za prednapinjanje
slika 8: dvostruki lim nove generacije MPB Profile T 150/280
Nakon dugog vremena konsolidacije mišljenja, dolazi se do zaključka da unatoč estetskoj vrijednosti objekta sa zelenim krovom za Grad Zagreb i Samobor, financiranje izvedbe projekta bilo je nemoguće: nisu se mogla osigurati financijska sredstva zbog velike cijene konstrukcije uslijed zelenog krova. Odlučeno je da se ukloni zeleni krov što dovodi do znatno ekonomičnijeg rješenja. Budući da su svi projekti instalacija bili gotovi, osi (oblik) nosača rešetke su zadržani, s tim da su svi elementi usvojeni kao jednodjelni. Dimenzija (širina, visina) su usvojeni sa znatno nižim vrijednostima. Rad na izvedbi detalja i spojeva značajno su lakši i iziskuju manje vremena za provedbu. S druge strane, prva varijanta nosača sa zelenim krovom je dala primjer kako riješiti projektiranje lameliranih nosača s visokim zahtjevima (neuobičajno velika opterećenja, veliki raspon i dostatna trajnost).
Druga i izvedena varijanta triju krovnih konstrukcija (velike dvorane i dvaju manjih dvorana te pasaža između dvorana)
Na slici 9 prikazana je statička shema nosača krova u velikoj dvorani. Raspon rešetke je 36,5 (m). Rešetka je tretirana kao slobodno oslonjena greda. Razmak između dva glavna nosača je 5 m. Stalno opterećenje je zbroj težine slojeva iznad rešetke: Krovovi se sastoje od sljedećih sloja: bakrenog lima, parne brane, OSB ploče, valovitog aluminijskog lima (6cm), toplinske izolacije, rabitz mreže, jednog trapeznog čeličnog lima tip MPB (T 150/280/0, 088 cm) te oplate podgleda (2,4 cm) te instalacije. Ukupno vertikalno opterećenje od pokrova, koji djeluje na površinu krovnih ploha je 1,31 kN/m2. S obzirom na razmak između nosača, svaki od njih opterećen je jednoliko raspodjeljenim opterećenjem u iznosu 6,55 kN/m’. Oprema sportske dvorane kao npr. zavjese za razdiobu prostora iznosi oko 1,62 kN/m’. Vlastita težina drvenog dijela nosača se automatski uzima prema geometriji, uzimajući u obzir gustoću lameliranog drva od 5 kN/m3 (lamelirano drvo s čeličnim pojačanjima čvorova) .
Slika 9: statička shema nosača krova u velikoj dvorani
Glavni nosači krovne konstrukcije sportske dvorane u Samoboru su rešetkasti nosači od lameliranog drva klase BS 14h prema njemačkom NAD-u EN 338 ili GL28h prema HRN EN1194, raspona 36,5 m na međusobnom razmaku od 5,0 m. Nosač je dimenzioniran prema EC5 za kritičnu kombinaciju djelovanja vlastitog opterećenja, opterećenja od pokrova, snijeg s osnovnim opterećenjem so=1.5 kN/m2, vjetar s osnovnim opterećenje 0.45 kN/m2, težine zavjese i koševa prema specifikaciji tvrtke za sportsko opremanje. Funkciju nošenja opterećenja od pokrova i snijega te vjetra umjesto sekundarnih nosača preuzima čelični trapezni profilirani lim. Lim je odabran prema katalogu firme Haironville i to lim MPB Profila T 150/280 Donji pojas je 20/69 cm, gornji pojas 20/52 cm. Ispuna su križne dijagonale 20/24 cm. Na mjestu križanja dijagonala, vlačne dijagonale se prekidaju i izvodi se nastavak putem «ušlicanih» limova debljine 8 mm i obostrano bočno postavljenih limova 8 mm i potrebnog broja vijaka M20 prema statičkom proračunu. Tlačna dijagonala ide u kontinuitetu. Na početku i na kraju nosača su vertikale dimenzija 20/16 cm.
Donji i gornji pojas izvode se kontinuirano, a ispuna (i tlačna i vlačna) priključuje se na pojaseve putem tri lima debljine 8 mm od kojih je jedan unutrašnji ušlicani u sredini drvenog presjeka, a druga dva su bočno postavljena u odnosu na drveni presjek. Spoj se ostvaruje vijcima klase 4.6. M20. Nosivost vijaka određena je kao višerezni spoj zbrojem nosivosti dva osnovna moda otkazivanja nosivosti za spoj drvo-čelični lim prema EN 1995-1-1,poglavlje 6.5 i 6.6. U čvornim limovima na pojasevima spojna sredstva dimenzionirana su na vektorski zbroj sila u dijagonalama te je uzeto u obzir i djelovanje sile pod kutem u odnosu na vlakna pri određivanju nosivosti spojnih sredstava.
Slika 10: Izvedba čvorova
Slika 11: postavka probnog opterećenja
Slika 12 : Simulacija ležajnih uvjeta na probnom ispitivanju
Slika 13: Podizanje rešetke autodizalicom – hvatanje u krajnjim četvrtina
Zbog uvjeta gnječenja od reakcije na ležaju, ispod donjeg pojasa na oba ležaja postavljena je podložna ploča duljine 600x200x20 mm. Ispod te ploče je gornja ležišna ploča za oba ležaja dimenzija 400x300x30 mm. Kod nepomičnog ležaja izvodi se centrirajuća ploča dimenzija 100x40x300 s radijusom R=200mm. Odbojne pločice su dvije, dimenzija 33x220x30 mm. Pomični ležaj ima dva valjka promjera R=40 mm duljine 226 mm, s odbojnim pločicama u oba smjera 26x30x300. Stabilizacija krovne konstrukcije izvodi se pomoću X horizontalnog sprega koji je smješten u četiri polja dvorane. Vertikala horizontalnog sprega je drvena, dimenzija 12/16 cm. Dijagonale su čelični profili RHS, 60x40x3 i priključene su varom na čvorne čelične limove.
Vertikalni poprečni vez izveden je između dvije susjedne drvene rešetke s čeličnim profilima RHS 100x100x5. Vezan je za drveni nosač također varovima na čelične limove koji su spojeni varom za čelične elemente ležajeva. Zbog koncentracije naprezanja u čeličnim čvornim limovima bilo je preporučljivo izvesti zakrivljenje u kutu čvornog lima (i tupom i oštrom). U izvedbenoj dokumentaciji to nije napravljeno zbog mišljenja da je debljina lima od 8 mm dostatna te da lim ima vrlo malu mogućnost prekoračenja računskih naprezanja u kutevima. Iz usporedbe opterećenja gdje je na konstrukciji bio i “zeleni krov” slijedi da je za prvi slučaj sa zelenim krovom stalno opterećenje bilo 4,8 puta veće . U slučaju ukupnog opterećenja u koji su uključena i ostala opterećenja kao zavjese, snijeg, vjetar, ukupno opterećenje je za 2,5 puta veće. Izvođač “Drvene konstrukcije inženjering” posebno za potrebe izvedbe rešetki na krovištima Sportske dvorane Samobor kupio je posebne pile za urezivanje “šlica” za ugradnju na tijesno limova u presjek drva. Spojevi su osim unutrašnjeg imali i obostrane vanjske limove. S time je značajnije povećana nosivost spojnih sredstava i smanjen njihov broj u spojevima.
Proizvodnja, ispitivanje i transport rešetkastih nosača
Tijekom proljeća 2006. rešetke su bile proizvedene u hrvatskoj tvornici «Drvene konstrukcije-inženjering», Slatina. Kao projektantski nadzor u dva navrata sam dolazila u kontrolu građe. Lijepljeno lamelirano drvo bilo je izuzetno dobre kvalitete s mehaničkim karakteristikama i nešto višim od propisane klase i zupčastim spojem koji je imao dobru nosivost. Pregledom postrojenja, ustanovljeno je slijedeće:
- kvaliteta osnovnog drva za izradu lamela je dobre kvalitete, bez grešaka
- sušenje drvene građe ostvaruje se u novoj elektronski vođenoj sušari koja prati vlažnost i temperaturu zraka u sušari kao i vlažnost drva, kapaciteta 10 m3. Drvo se suši na vlažnost od 9-12% što je sukladno propisima.
- Zupčasti spoj izvodi se na specijaliziranom «Dimter» stroju. Čvrstoća spoja ispituje se u priručnom laboratoriju unutar tvornice i pokazuju da je lomna čvrstoća spoja u prosjeku 50-60 Mpa što je vrlo dobar rezultat
- U trenutku pregleda, proizvedeni su lijepljeni lamelirani elementi za nekoliko rešetkastih nosača: gornji i donji pojas te 24 dijagonala što je dokumentirano fotozapisom
Slika 14: Mekani krovni poprečni spreg sa “napinjalkama” i kruti vertikalni spreg
Spajanje ispune na gornji i donji pojas izvođeno je na horizontalnom stolu ili podu pogona gdje su elementi bili podignuti od tla na kladicama. Višekratno ispitivanje lamelirane građe prema GLULAM pokazalo je vrlo dobru kvalitetu drva i vrlo čvrste izvedbe čeličnih limova koji su dio rešetke zglobova. Postoje dva bočna limovi i jedan rez u presjeku s debljinom od 0,8 mm u svakom čvoru rešetke. Spojni uređaji su vijci s d = 20 mm. Primjenom „ušlicavanja“ lima više od dvostruko smanjuje se potreban broj spojnih sredstava. Kod izvedbe čvorova potrebno je prethodna priprema rupa u drvu i u čeličnim limovima te vrlo visoka točnost izvedbe kako bi spojni vijci prošli kroz cijeli paket od tri lima i drva.
U samoj tvornici lijepljenog lameliranog drva Građevinski fakultet iz Osijeka (prof. Stjepan Takač) izveo je i probno opterećenje u horizontalnom položaju tako da su dvije rešetke na krajevima povezane navijenom šipkom. Ležajevi su simulirani čeličnim pločama iste debljine i površina kao i po projektu. Probno opterećenje je izračunato i kao zamjensko opterećenje kritičnoj kombinaciji na konstrukciju te postavljeno je na konstrukciju u vidu četiri koncentrirane sile u središnjim čvorovima dvaju rešetki. Opterećenje se nanosilo putem hidrauličke preše.
Rezultati probnog opterećenja pokazali su linearan odgovor nosača na zadano opterećenje s očekivanim nivoom deformacija.
Slika 15: Pomični ležaj
S mjesta proizvodnje, rešetkasti nosači bili su transportirani oko 200 km do mjesta ugradnje gdje su se odlagali na horizontalne površine na gradilištu i dizali na mjesto ugradnje – postavljali na već postavljene ležaje na betonskim stupovima. Tijekom ljeta 2006. godine odvijali su se montažni radovi. Stabilizacijski sustavi postavljeni su u četiri polja krovne ravnine. Poprečni krovni spreg izveden je elestičnim dijagonalama – (napinjalkama). Vertikalni uzdužni spreg između rešetki izveden je krutim kvadratnim čeličnim profilima. On osim lateralnog opterećenja nosi fasadu (lexan).
U statičkom proračunu posebno je proračunat nosač u fazi transporta i odlaganja na tlo te kasnije podizanja na betonske stupove hvatanjem nosača u sredini raspona.
Za svaku fazu elementi imaju različite stupnjeve i smjer naprezanja. Za fazu odlaganja i dizanja nosača posebno je bilo potrebno napraviti protokol kako bi se izbjeglo bočno izvijanje nepridržanog nosača.
Najopasnije je manipuliranje s vitkom rešetkom kada se prebacuje iz vertikalnog u horizontalni položaj i obrnuto. Za horizontalno odlaganje ispod rešetki je proračunato obavezno oslanjanje na kladice jednakih visina u svakom čvoru rešetke.
