Diagnostika a návrh rekonštrukcie výškovej budovy Váhostav v Žilině

Jednou z prvých výškových budov v meste Žilina bola budova stavebnej fir­my Váhostav, ktorá bola postavená v roku 1965 a slúžila ako kancelárie. V súčasnosti je to tretia najvyššia budova v Žiline. Budova má štrnásť nadzem­ných podlaží a jedno podlažie podzemné a je obdĺžnikového pôdorysného tvaru s rozmermi 25,74 × 20,94 m. Výška budovy je cca 48 m nad terénom.

Objekt sa nachádza južne od centra Žiliny pri hlavnej ceste Rajecká, pričom hlavný vchod do budovy je z ulice Hlinská. Vybrané miesto je charakteristické svojou polohou. Zo severnej strany nad­väzuje na bytové domy sídliska Hliny VII, zo západu sa napája na Rajeckú cestu, južná časť nadväzuje cez parkovú časť pozemku ku kruhovému objazdu a na východe sa v súčasnosti nachádza nezastavaný pozemok. 

Keďže objekt už nepatrí spoločnosti Váhostav, požiadavkou je prerobiť objekt na bytový komplex, znížiť energetickú náročnosť objektu, zabezpečiť vhodné technické riešenie inštalácií a zvýšiť komfort užívania objektu. 

V rámci diplomovej práce [1] bola možnosť vykonať diagnostiku a urobiť prepočet existujúceho stavu s návrhom rekonštrukcie nosných prvkov. 

Nosný systém budovy je železobetónový skelet z monolitických, ako aj prefabrikovaných prvkov. V prvom podzemnom a prvom nadzemnom podlaží sú monolitické prvky ako stĺpy, nosníky a stropná doska, ktorých spojenie je uvažované ako tuhé. Na zvyšných podlažiach sú stĺpy a nosníky prefabrikované, pričom nosníky sú priebežné a stĺpy sú pripojené kĺbovo. Prefabrikované stropné panely a stužidlá sú uložené na spodné pásnice prievlakových nosníkov tvaru obráteného T. Stuženie budovy je zabezpečené obvodovým stužidlom, ktoré je v jednom smere prefabrikované a kĺbovo spojené s nosníkmi a v druhom smere monolitické a tuho spojené s kolmými nosníkmi. Celkové stuženie objektu je zabezpečené monolitickým jadrom, ktoré je priebežné cez všetky podlažia po celej výške objektu. 

Diagnostické práce boli zamerané na podrobnú obhliadku objektu a overenie jeho základných rozmerov, ako aj na zistenie kvality betónu a výstuže železobetónových prvkov [2], [3], [4]. Hlavným účelom diagnostiky bolo zistiť skutočný stav objektu a identifikovať jeho možné poruchy [5], [6], [7]. 

Na riešenom objekte bola vykonaná podrobná obhliadka v rámci diagnostického prieskumu, kde boli na trinástom podlaží objavené poškodené strešné panely typu PZD. V dôsledku poškodeného strešného plášťa dochádza k zatekaniu, teda tvorbe plesní, ku korózii výstuže a miestami k lokálnemu odpadávaniu betónovej krycej vrstvy. 

Pri podrobnej obhliadke objektu neboli viditeľné žiadne iné poruchy hlavných nosných prvkov konštrukcie, ako sú stĺpy, stropné dosky, nosníky a steny. Na týchto prvkoch nebola viditeľná žiadna vlhkosť alebo priesaky, korózia ani trhliny. 

Diagnostický prieskum spolu s podrobnou obhliadkou objektu boli spojené s meraním základných rozmerov nosných prvkov a polohy nosných stužujúcich stien. Diagnostika bola vykonaná v priebehu marca v roku 2021. Všetky tieto získané údaje môžu slúžiť ako podklad pre vypracovanie projektovej dokumentácie súčasného stavu objektu a následne na vypracovanie projektovej dokumentácie rekonštrukcie. Fotodokumentácia stavby bola rea­lizovaná pomocou zariadenia Xiaomi Redmi 4. 

Trieda betónu C25/30 stĺpov bola stanovená pomocou nedeštruktívneho skúšania (NDT) – Schmidtovým tvrdomerom typu N (obrázok nižšie). Výsledky získané Schmidtovým tvrdomerom sa odporúča overiť pomocou jadrového vývrtu, ale v tomto prípade správca budovy (administrátor) nepovolil do prvkov vŕtať vzhľadom na ich rozmery, preto sa použili len výsledky zo Schmidtov­ho tvrdomeru. Rozmery prefabrikovaných stĺpov sú 500 × 500 mm a sú vystužené výstužou triedy B 420B (staré označenie 10425 — V) s Ø 18 ako hlavná pozdĺžna výstuž a výstužou triedy B 210B (staré označenie 10216 — E) s Ø 6 ako šmyková výstuž, resp. strmene. Poloha výstuže sa overila aj pomocou Hilti skeneru PS 1000. 

Prefabrikované rámové nosníky majú tvar obráteného T a statická schéma je prostý nosník s obojstrannými konzolami. Betón rámových nosníkov C25/30 bol taktiež stanovený pomocou NDT a vyhovuje predpisom typového podkladu [8]. Hlavnú pozdĺžnu výstuž tvoria výstuže Ø 18 a Ø 14 (B 490B) a strmene sú Ø 8 (10429 — T). 

Rozmery prefabrikovaných stužidiel po obvode budovy sú 250 × 500 mm (obdĺžnikový prierez). Betón je triedy C25/30 a tiež vyhovuje predpisom typového podkladu [8]. Hlavnú pozdĺžnu výstuž tvoria výstuže Ø 18 (B 420B) a strmene sú Ø 8 (10216 — E). 

Dosky boli zhotovené z prefabrikovaných stropných a strešných panelov typu PZD 120/570 s rozmermi 1190 × 240 × 5 670 mm. Ide o štandardizované železobetónové vyľahčené stropné dosky. 

Pre globálnu analýzu konštrukcie bol vytvorený numerický 3D model využívajúci prútové, doskové a stenové prvky v programe Scia Engineer 19.1, ktorý pracuje na princípoch metódy konečných prvkov (MKP).

Podpery železobetónových stĺpov v modeli boli uvažované ako votknutie ku základovej konštrukcii, ako aj votknutie stužujúcich stien jadra budovy a podzemných stien okolo obvodu budovy (líniová podpera, votknutie). Steny jadra nie sú vystužené, sú len z nevystuženého betónu, čo bolo aj na mieste overené – nenašla sa žiad­na výstuž v stenách. Vnútorné stĺpy a steny jadra boli prepojené po celej výške budovy. Prvé podzemné a prvé nadzemné podlažia sú monolitické, a preto boli nosníky modelované ako rebrové dosky, zarovnané s horným povrchom. Zvyšné podlažia sú prefabrikované, pričom priečny rám budovy tvoria nosníky s konzolami a v strednom poli sú medzi­prievlaky spojené kĺbmi. Spoj medzi nosníkom a stĺpom bol považovaný za tuhý vzhľadom na systém. Prefabrikované panely boli modelované ako doska a boli spojené s nosníkmi pomocou kĺbov. Na styku pozdĺžneho stužujúceho nosníka (stužidla stavby) a nosníkov sa vytvoril kĺb. Pozdĺžny stužujúci nosník bol modelovaný ako nosník a bol napojený na konzoly nosníkov s voľným otáčaním v smere osi y a osi z. 

Konštrukcia bola zaťažená stálymi zaťaženiami a kombináciami premenných zaťažení – úžitkové, vietor a sneh. Konštrukcia bola overená aj na seizmické zaťaženie. 

Účinky seizmicity v smere osi y do­siahli, že kmitalo 89,35 % hmoty a najnepriaznivejšia frekvencia pre konštrukciu bola dosiahnutá v prvom kroku. Nižšie môžeme vidieť správanie sa budovy na seizmicitu v smere y. 

Z výsledkov vyplýva, že steny jadra nevyhoveli pre seizmické zaťaženie a mali by byť zosilnené v podzemnom podlaží a prvom nadzemnom podlaží. Steny jadra môžu byť zosilnené novými železobetónovými stenami napojenými na existujúce nevystužené betónové steny (zväčšenie hrúbky stien). Ďalšou možnosťou ich zosilnenia je aj možnosť použitia CFRP lamiel [9], [10], [11], tu by však bolo potrebné vyriešiť kotvenie CFRP lamiel do základov. 

Železobetónové stĺpy v 13. podlaží taktiež nevyhovovali zaťaženiu – nie kvôli seizmicite, ale kvôli medzným stavom únosnosti (ULS). V tomto prípade boli odporúčané dva typy zosil­nenia – prvý typ s použitím typického zosilnenia novou železobetónovou vrstvou betónu triedy C40/50 s výstužou typu B 500B. 

Druhým typom zosilnenia bolo použitie novej vrstvy vláknobetónu z betónu triedy C40/50 s oceľovými vláknami Dramix 3D. Možnosť využitia tohto typu zosil­nenia bola skúmaná vo výskumných prácach [12], [13], [14]. Výhodou tohto spôsobu zosilnenia je, že sa nemusia používať výstuže (menej prácne na výrobu armokošu na stavbe), je možné použiť tenké vrstvy vláknobetónu a rýchlo sa aplikuje. 

Ďalšími prvkami, ktoré nevyhovovali novým zaťaženiam, boli stropné panely PZD na najvyššom podlaží pod strechou vzhľadom na to, že nová strecha bola uvažovaná ako zelená strecha, teda s podstatne vyšším zaťažením. V tomto prípade bolo navrhnuté zosilnenie pomocou CFRP lamiel CarboDur S (50 × 1,2) v počte dve lamely na panel. 

Prepočtom sa dokázalo, že prefabrikované nosníky (obrátený T‑prierez) vyhovovali aj novému zaťaženiu a nebolo potrebné ich zosilňovať. 

Cieľom diagnostiky a statického prepočtu v rámci diplomovej práce bolo overenie únosnosti hlavných nosných prvkov výškovej budovy Váhostav. Objekt by mal slúžiť ako polyfunkcia, kde budú kancelárie a nové byty. Vzhľadom na charakter uvažovanej budovy bol v Scia Engineer 19.1 vytvorený globálny 3D numerický model, vďaka ktorému boli získané vnútorné sily pôsobia­ce v konštrukčných prvkoch. Všetky konštrukčné prvky v budove boli posúdené analytickým výpočtom, príp. softvérom Scia Engineer 19.1 alebo IdeaStatiCa 20.1. Bolo navrhnuté zosil­nenie všetkých nevyhovujúcich konštrukčných prvkov v budove pomocou železobetónu, CFRP lamelami a alternatívnou experimentálnou metódou s použitím vláknobetónu. Po zosilnení prvkov možno konštatovať, že všetky nosné prvky by mali spĺňať podmienky bezpečnosti a spoľahlivosti.