Rekonstrukce podzemních garáží Národního divadla v Praze

Konstrukce šestipodlažních podzemních garáží Národního divadla vykazovala již po 30 letech od své realizace závažné statické poruchy a pro zajištění dalšího provozu byla nezbytná její rekonstrukce. Po vyhodnocení variant byla realizována kompletní výměna všech stropních desek, spojená s úpravou dispozice sloupů a s dalšími stavebními zásahy pro zvýšení uživatelského standardu. Příspěvek popisuje způsob vyhodnocení návrhových variant rekonstrukce, koncept vybraného řešení se zajímavými detaily a průběh realizace stavby.

InvestorNárodní divadlo / Ministerstvo kultury ČR
Diagnostika poruch
(2013 až 2014)
Pontex, spol. s r. o.
Expertní posudek
(2015)
Inženýrská akademie ČR, z. s.
Nezávislá expertiza
(březen až červen 2016)
Kloknerův ústav ČVUT v Praze
ProjektantVIN Consult, s. r. o.
ZhotovitelStrabag, a. s.

Šestipodlažní podzemní garáže jsou součástí rozsáhlého komplexu Nové scény Národního divadla (dále také NS), postaveného v letech 1977 až 1983. Komplex tvoří společná šestipodlažní podzemní podnož o celkových půdorysných rozměrech 72 × 91 m se čtveřicí nadzemních objektů, umístěných po obvodě komplexu. Ve střední části objektu je v uliční úrovni situováno venkovní volné prostranství – piazzetta –, které tvoří střechu rekonstruované části podzemních garáží.

Přehledná situace

Nosná konstrukce byla postavena v letech 1980 až 1983 a již po 30 letech od realizace začaly stropní desky vykazovat vážné statické poruchy. Diagnostický průzkum v roce 2014 prokázal, že příčinou závad byla nevhodně zvolená technologie Wünschových hlavic spolu s nedostatečnou údržbou, která zapříčinila rozsáhlé poruchy vyžadující lokální zesílení hlavic a omezení přístupu do garáží.

Popis původní konstrukce

Celková dispozice objektu

Objekt podzemních garáží je šesti‑, resp. pětipodlažní. Výškově jsou jednotlivé stropní desky vůči sobě posunuté o polovinu výšky patra a jejich vzájemné propojení je realizováno čtveřicí jednosměrných ramp v každém podlaží. Příjezd do garáží je situován v 1. PP ze strany (z Ostrovní ulice).

Šesté podzemní podlaží je umístěno pouze na polovině půdorysu a není využíváno pro účely parkování (nacházely se zde nádrže pro požární vodu), stejně jako navazující polopatro“ 5. PP, které je situováno na základové desce (zde je umístěn sklad kostýmů, strojovny a menší sklady). Následující polopatro 5. PP (nad 6. PP) je využito částečně, jelikož v části u Divadelní ulice je dvoupatrový prostor (využívaný pro zásobování, sklady a strojovny). Počínaje 4. PP jsou všechny úrovně plně využity pro účely parkování s výjimkou nejvýše položeného polopatra 1. PP, kde je rozsah parkování omezen přibližně na polovinu plochy (ve zbývající části se nachází provozní místnosti zázemí NS).

Z hlediska dispozice parkování byl použit šířkový modul 2,4 m, který odpovídal legislativě v době realizace. Problematická však byla především skutečnost, že v návrhu nebyly zohledněny rozměrné sloupy, které byly navíc umístěny na hraně stání, stejně jako ohraničující boční stěny jednotlivých parkovacích modulů. Celková kapacita garáží byla teoreticky 216 stání, fakticky využitelná kapacita však byla nejvýše dvoutřetinová.

Konstrukční řešení

Půdorys garáží je obdélníkový o celkových rozměrech 45,6 × 33,6 m, konstrukčně je navržen základní modul 7,2 m s podružnými moduly 4,8 m. Výškové uspořádání je navrženo na konstrukční výšku podlaží 2,52 m, při celkové tloušťce stropní konstrukce 300 mm (z níž 50 mm tvoří betonová mazanina) je světlá výška 2,22 m. Celková výška podzemních garáží činí cca 15,5 m.

Původní dispozice typického parkovacího podlaží

Obvodové a vnitřní monolitické stěny jsou tloušťky 300 až 400 mm, sloupy mají rozměr 600 × 600 mm. Stropní konstrukce byly navrženy jako lokálně podepřené desky s použitím předpjatých betonových hlavic. Předpjatá Wünschova hlavice měla Ø 2,54 m a tloušťku 220 mm, dobetonávka na hlavici o tloušťce 30 mm sloužila ke spřažení dodatečné horní výztuže na hlavici a zajišťovala napojení na monolitickou část desky tloušťky 250 mm. Hlavice byly osazeny na sloupech na čtyři trny a spojení mezi prefabrikovanou hlavicí a monolitickou deskou bylo zajištěno smykovými ohyby Ø 8 mm, rozmístěnými radiálně po obvodu hlavice. Kromě kruhové tangenciální výztuže v prefabrikované hlavici byla navržena radiální výztuž, umístěná v dobetonávce nad hlavicí s přesahem cca 900 mm do vnitřních polí monolitické desky. S výjimkou této krátké horní výztuže byla výztuž monolitických desek umístěna výhradně u spodního povrchu, spojení mezi prefabrikovanou hlavicí a monolitickou částí působilo tedy spíše jako vnitřní kloub desky.

Výztuž Wünschovy hlavice

V této souvislosti je vhodné uvést, že v konstrukci garáží již naštěstí bylo použito upravené a zesílené řešení Wünschova systému, který byl původně realizován úplně bez radiální horní výztuže i bez smykové výztuže mezi hlavicí a deskou. Podrobnosti o historii tohoto vynálezu je možné nalézt v příspěvku prof. Milíka Tichého [3].

Výztuž stropní desky podchodu stanice Muzeum v Praze

V rámci postupu výstavby budovy NS byly garáže provedeny jako poslední, proto byly vytvořeny pracovní spáry po obvodu stropních desek. Jejich napojení na obvodové stěny bylo zajištěno pásovou ocelí zakotvenou do svislé stěny v úrovni stropu. Tyto ocelové plechy s navařenou kotevní výztuží desky byly částečně využity i při rekonstrukci.

Poruchy desek, diagnostický průzkum a následné posudky

Popis poruch a jejich příčin

Již cca 30 let po uvedení do provozu začaly stropní desky vykazovat významné statické poruchy, především lokální deformace a výrazné trhliny, které se postupně dále prohlubovaly. Diagnostikou poruch a vyhodnocením jejich příčin se v letech 2013 až 2014 zabývala společnost Pontex [4]. V rámci průzkumu byl sledován rozsah poškození betonu, jeho kontaminace škodlivými látkami a koroze výztuže a zároveň byl proveden srovnávací výpočet za účelem identifikace příčin poruch. Hlavní příčiny poškození lze v jejich pravděpodobné časové posloupnosti shrnout následujícím způsobem:

  • stropní desky byly navrženy bez spádů a vlivem průhybů byla na stropní konstrukci zejména v zimním období zadržována voda kontaminovaná rozmrazovacími prostředky (CHRL),
  • hydroizolační schopnost pojížděné podlahy byla nedostatečná a docházelo k zatékání vody do konstrukce,
  • vlivem chybně zvoleného staticko-konstrukčního systému a vadně provedeného spřažení mezi hlavicemi a monolitickou stropní deskou docházelo ke koroznímu oslabení spřahující výztuže a následně ke ztrátě spojitosti mezi hlavicemi a deskou,
  • redistribucí namáhání docházelo k přetěžování mezipodporových oblastí a vzniku trhlin,
  • další zatékání vody s chloridy spolu se ztrátou pasivační schopnosti betonu vedlo k rozvoji poruch a v důsledku postupující koroze výztuže docházelo k lokální delaminaci betonové krycí vrstvy v mezipodporových oblastech na spodním líci desky.

Stručně shrnuto, závažné konstrukční nedostatky Wünschova systému se prohloubily vlivem exteriérového charakteru provozu konstrukce. V důsledku ztráty spojitosti desek se postupně dramaticky zvýšily průhyby a došlo k delaminaci krycí vrstvy betonu na podhledu stropních desek. Pro dočasné zajištění dalšího provozu garáží byla navržena okamžitá sanační opatření spočívající v realizaci smykově tuhého spřažení mezi hlavicemi a deskou, čímž došlo k obnově spojitosti desek. Zároveň byl zamezen přístup do míst s největším poškozením. Smykové spřažení bylo zajištěno tuhými ocelovými profily.

Koncepční návrh opravy a expertní posudek Inženýrské akademie ČR

Z hlediska dlouhodobé opravy byly v rámci diagnostické zprávy v roce 2014 (Pontex [4]) prezentovány tři principiální možné způsoby sanace:

  • kompletní náhrada objektu,
  • velká rekonstrukce (výměna stropních desek),
  • malá rekonstrukce (oprava, zesílení).

Doporučena byla varianta velké rekonstrukce, tedy kompletní výměna stropních desek parkovacích podlaží. Projektové práce byly zahájeny a v létě 2015 rozpracovány do podrobností koncepčního řešení, které s výjimkou stropní desky piazzetty již prakticky odpovídalo výslednému realizovanému návrhu. Hlavním záměrem velké rekonstrukce bylo navrhnout takové řešení, které by kromě zajištění další životnosti garáží zlepšilo uživatelský komfort a zároveň zjednodušilo údržbu. Koncepční řešení proto současně s výměnou stropních desek zahrhovalo úpravu polohy a rozměrů sloupů pro zlepšení komfortu parkování a zároveň vyspádování stropních desek pro zlepšení jejich odvodnění. V této souvislosti je vhodné poznamenat, že i původní návrh garáží zahrnoval jakési odvodnění pojížděných podlah (u obvodových stěn se nacházely vpusti), v důsledku vodorovného uspořádání stropů a jejich nadměrných průhybů však bylo toto řešení naprosto nefunkční.

Slabinou prvního koncepčního návrhu byla stropní deska piazzetty, která byla dle závěrů diagnostiky v dobrém stavu a měla být zachována. S ohledem na uspořádání hlavic v desce piazzetty, které vyžadovalo fixní polohu podepření, by musely být zasunuté sloupy garáží vyměněny prostřednictvím tuhých ocelových smykových nosníků do pozice pod Wünschovými hlavicemi. Toto řešení bylo z hlediska realizace problematické a navíc mimořádně nevzhledné, nicméně dispozičně přijatelné a umožňovalo by zlepšení komfortu parkování, což byl nejdůležitější aspekt velké rekonstrukce.

Již na podzim 2015 však došlo k přerušení projektové přípravy, jelikož rozsah velké rekonstrukce byl rozporován jako přehnaný. Ze strany Inženýrské akademie ČR (IA ČR) byl předložen alternativní návrh sanace stávajících stropních desek bez jejich výměny (expertní posudek [5]). Alternativní návrh byl formulován dosti vágně a v principu sestával ze dvou zásadních opatření:

  • nahradit poškozené povrchové vrstvy betonu odfrézováním mazaniny s dvacetimilimetrovou vrstvou stávající železobetonové desky a provedením nové drátkobetonové nabetonávky tloušťky 70 mm, která by byla pro zajištění větší soudržnosti spojena s povrchem desky kotevními prvky Hilti“ [5],
  • spojit Wünschovy hlavice s monolitickou deskou předpětím nebo vhodně uspořádanou betonářskou výztuží.
Návrh sanace hlavice betonářskou výztuží

Expertní posudek byl podpořen odkazy na realizované opravy obdobných konstrukcí a upozorňoval na slabiny velké rekonstrukce:

  • velká finanční náročnost,
  • dlouhá doba realizace rekonstrukce,
  • nutnost vystrojit garáže skružemi kvůli stabilitě stávající konstrukce,
  • velmi obtížná manipulace s vybouranými hmotami v omezeném prostoru,
  • dopravní komplikace v Praze s vybouranou sutí.

Dalším z argumentů proti velké rekonstrukci bylo také tvrzení, že stísněná dispozice garáží neumožňuje zlepšení uživatelského komfortu parkování. Jelikož byli pod expertním posudkem podepsáni renomovaní odborníci s mnohaletou praxí, vyžádal si investor nezávislou expertizu. Porovnáním obou variant byl pověřen Kloknerův ústav ČVUT v Praze (dále také ).

Expertní zpráva

V rámci expertní zprávy [7], která byla zpracována v březnu až červnu 2016, provedl zevrubnou analýzu všech dostupných podkladů, doplňující vizuální prohlídku a vlastní srovnávací výpočty. Posuzovány byly varianta velké rekonstrukce (VIN Consult, dále jen Rekonstrukce) a malé rekonstrukce (IA ČR, dále jen Sanace). Jelikož varianta Rekonstrukce byla relativně podrobně dokumentována, zabýval se v rámci expertní zprávy mj. ověřením reálnosti technického návrhu Sanace. Rozhodující posuzované parametry byly následující:

  • zajištění spojitosti mezi stropní deskou a hlavicemi,
  • bezpečnost vlastní hlavice,
  • možnost sanace kontaminovaných a poškozených betonových konstrukcí,
  • cenová a časová náročnost rekonstrukce.

S ohledem na rozsah článku jsou následující odstavce věnovány pouze posouzení varianty Sanace, a to zejména posouzení reálnosti návrhu opravy hlavic, spočívající v sanaci smykového připojení Wünschovy hlavice k monolitické části desky. Jelikož byla v provedených diagnostických průzkumech dokumentována koroze ovinutí hlavic předpínací výztuží a překorodování měkké paprskovité výztuže v přechodu mezi hlavicí a monolitickou částí stropní desky, bylo nutno zajistit smykové připojení hlavice s deskou prostřednictvím dodatečné výztuže.

Předběžné řešení navrhovalo dvě čtveřice tvarově stejných ohybů z betonářské výztuže, umístěné příčně při horním povrchu přes hlavici. V navazující monolitické části stropní desky by ohyby procházely šikmými vyvrtanými otvory, kde by byly blíže nespecifikovaným způsobem zakotveny na spodním líci desky. Druhý konec vložky by procházel přes pracovní spáru vodorovně při horním povrchu a byl by vystykován v drátkobetonové nabetonávce tloušťky cca 40 mm se symetrickým protikusem. (Pozn.: V místě křížení vložek profilu 25 mm nelze zajistit krytí ani srovnání s lícem podlahy.)

Návrh smykového připojení hlavice a monolitické desky

Navržené řešení bylo ověřeno nelineárním statickým výpočtem na MSÚ, přitom se prokázala jeho nedostatečná únosnost (při výpočtu došlo k porušení na úrovni 66 % aplikovaného zatížení z důvodu vytržení výztuže z drátkobetonové nabetonávky). V případě vzájemného svaření souběžných vložek proti vytržení bylo provedeno zjednodušené posouzení metodou příhradové analogie, které prokázalo přetržení vložek na úrovni 63 % působícího zatížení. Částečný rozpor obou posouzení (vložky se přetrhnou dříve, než budou vytrženy z dobetonávky) je dán různou mírou komplexnosti posouzení, v každém případě se však prokázala značná nejistota navrženého řešení.

Připojení hlavice a monolitické desky, posouzení programem Atena

Dalším nedostatkem návrhu Sanace byla skutečnost, že ačkoli byla průkazně zjištěna koroze nechráněného ovinutí hlavic, nezabýval se nijak řešením způsobu jejich sanace. Závěrem bylo konstatováno, že zásadní otázkou každého zesílení konstrukce je aktivace provedené úpravy, která v případě předběžného návrhu opravy nebyla vůbec zmíněna. Za takové situace by tedy muselo dojít nejprve k vyčerpání únosnosti stávající konstrukce, které může být spojeno se změnou tvaru, lokálním poškozením některé části kritického průřezu, ale i s dynamickým účinkem případného náhlého selhání. Teprve na takto změněné konstrukci by mohl systém zesílení začít plnit aktivně svou funkci a pravděpodobně by musel přenášet většinu namáhání, čehož naznačené uspořádání podle výsledků kontrolních propočtů nebylo schopno.

Předložené návrhy zesílení styku hlavic s monolitickou deskou byly proto vyhodnoceny jako nereálné. Pro cenové porovnání a závěrečné vyhodnocení variant nebyla proto ze strany oprava hlavice vůbec posuzována, ale pro srovnání byla nahrazena návrhem podchycení hlavice ocelovou konstrukcí, který je konstrukčně srozumitelný a proveditelný, i když provozně nevhodný, neboť výrazně omezuje možnost využití prostoru pro parkování.

Vyhodnocení variant rekonstrukce

Pro závěrečnou multikriteriální analýzu byl v rámci expertní zprávy orientační kalkulací proveden odhad nákladů pro obě varianty rekonstrukce. Zajímavé bylo porovnání způsobu kalkulace, kdy náklady Rekonstrukce byly kalkulovány běžným způsobem dle agregovaných položek, zatímco pro odhad nákladů Sanace musel být proveden relativně detailní soupis výkonů včetně kalkulace výměr. Níže uvedené srovnatelné základní rozpočtové náklady (ZRN) byly míněny především jako porovnávací hodnoty, jelikož na základě dostupných podkladů nebylo možno kvalifikovaně odhadnout všechny související položky. Celkovou cenu opravy nosných konstrukcí odhadl zpracovatel expertizy přibližně na dvojnásobek kalkulované částky:

  • varianta Sanace: 35 314 027 Kč,
  • varianta Rekonstrukce: 51 167 860 Kč.

Přímé náklady varianty Sanace jsou takto nižší, pro vyhodnocení jsou však rozhodující další technické a provozní aspekty rekonstrukce:

  • rizika spojená s prováděním stavby (dodržení termínů, plnění požadavků norem atd.),
  • omezení provozu v objektu i jeho okolí stavbou,
  • omezení stavební činnosti místními podmínkami,
  • míra odstranění korozních faktorů jakým je např. přítomnost chloridů,
  • výsledná životnost opraveného díla a s tím související další náklady na údržbu a opravu,
  • vyvolaná provozní omezení.

Pro zajímavost byl cenový odhad expertizy porovnán s vítěznou nabídkou zhotovitele dle oceněného soupisu prací PDPS. Z tab. 1 je patrné, že odhad expertní zprávy byl relativně velmi výstižný a koeficient bezpečnosti“ klesl z hodnoty 2,0 na hodnotu cca 1,20. I když přímé porovnání jednotlivých oddílů není s ohledem na podrobnost obou kalkulací možné, přesto lze z tabulky vyčíst především výrazné navýšení skutečné ceny bouracích prací. Cena za úpravy povrchů není reálně porovnatelná.

Tab. 1 Porovnání nákladů variant rekonstrukce

Závěrečnou multikriteriální analýzou byla varianta Rekonstrukce vyhodnocena jednoznačně výhodnější v poměru 100 : 39, a to při srovnatelné cenové i časové náročnosti.

Tab. 2 Zhodnocení variant rekonstrukce – multikriteriální analýza

Podstatná pro pokračování projektových prací byla skutečnost, že závěrečná zpráva identifikovala další rozvoj poruch a nevyhovující stav stropní desky piazzetty, která měla být dle výsledků diagnostického průzkumu z roku 2014 zachována. Tímto bylo možné zrušit nevhodné ocelové podchycení a navrhnout podstatně efektivnější konstrukci piazzetty.

Výsledný návrh rekonstrukce

V rámci konečného návrhu bylo využito původní koncepční řešení Rekonstrukce, doplněné o nový návrh piazzetty se zajištěním rozšíření vjezdu do garáží. Velmi důležité byly detaily napojení nových konstrukcí na konstrukce stávající a postup výstavby se zajištěním stability konstrukce v průběhu provádění. Výsledný rozsah rekonstrukce byl následující:

  • výměna všech stropních desek jako nejvíce poškozených konstrukcí,
  • zachování obvodových i vnitřních stěn a propojovacích ramp mezi podlažími,
  • výměna většiny sloupů s úpravou polohy a rozměrů pro zlepšení komfortu parkování,
  • vyspádování stropních desek parkovacích podlaží a návrh jejich odvodnění,
  • výměna piazzetty s upravenou dispozicí, střešní skladbou a novým systémem odvodnění.
Dispozice parkovacího stání
Nové stropní desky parkovacích podlaží

Základní půdorysný modul 7,2 m s trojicí parkovacích stání šířky 2,4 m a sloupy šířky 600 mm, umístěnými v hraně parkovacích stání, byl z hlediska současných požadavků nevyhovující. Limitujícím faktorem byly především rozměry a poloha sloupů, které znemožňovaly nájezd do krajních parkovacích stání modulu. Jelikož půdorysná a výšková dispozice garáží neumožňovala redukci počtu sloupů, byla navržena úprava průřezu na 250 × 800 mm a zasunutí sloupů do parkovacích stání. Sloupy v řadě pod budovou NS musely být z dispozičních důvodů zachovány v původní poloze.

Nové stropní desky jsou navrženy monolitické o tloušťce 220 mm s hlavicemi d = 350 mm, v jednostranném spádu cca 0,7 % ve směru k obvodovým stěnám, kde je navrženo úžlabí s umístěním vpustí. Vpusti jsou svedeny ležatými svody do stávajících svislých svodů a dále stávajícími svislými svody do 6. PP, kde znečištěná voda nově prochází přes lapoly a dále je přečerpávána do kanalizace.

Důvodů pro návrh hlavicové stropní desky bylo několik:

  • Uspořádání hlavic je výhodné především z hlediska průhybů spojité stropní desky, jejíž téměř optimální poměr rozpětí polí 4,80 + 7,20 + 4,80 m se v důsledku zasunutí sloupů zhoršil na 4,10 + 8,60 + 4,10 m, střední pole je tedy více než dvojnásobné oproti krajnímu. Hlavice byly umístěny asymetricky a jejich vyšší tuhost spolu s lehčí stropní deskou v mezipodporové oblasti tento nepříznivý efekt vyrovnává.
  • Zvýšená konstrukční tloušťka hlavice je využita při návrhu výměny sloupů v rámci posouzení na protlačení.
  • Rozdíl v tloušťce stropní desky a hlavice je využit pro vedení rozvodů osvětlení a nově navrženého stabilního hasicího zařízení (SHZ).

Původní světlá výška 2,22 m byla v místě svítidel snížena na 2,1 m, nová světlá výška pod hlavicí činí 2,17 m a limitující světlá výška pod rozvody SHZ je 2,11 m. Nová konstrukce je takto z hlediska parametrů průchodnosti plně srovnatelná s konstrukcí původní, a přitom umožňuje instalaci dodatečných technologických rozvodů.

Vyspádování konstrukce stropů 0,7 % se může jevit jako příliš nízké a v případě novostavby by jistě bylo navrženo vyšší spádování, v daném případě rekonstrukce dispozičně stlačeného objektu je však použito jako kompromis možné výškové úpravy a efektivního přínosu především z pohledu následné údržby garáží. Důležité přitom je, že spádování je navrženo na dlouhé záměře celé šířky garáží a při absolutním převýšení cca 120 mm je vysoká pravděpodobnost funkčnosti spádů i při zohlednění prováděcích tolerancí. Hodnota velikosti spádu je dána požadavkem, aby výškové uspořádání stropu navazovalo na rampy a nevyžadovalo výškovou úpravu napojovacích prvků stávajících obvodových stěn.

Nová stropní deska piazzetty

Stropní deska nad 1. PP (deska piazzetty) byla vyměněna nad vlastními podzemními garážemi a navazujícím výjezdem, který byl dispozičně upraven (byly odstraněny tři sloupy). Na stropní desce je navržena nová skladba vozovky a nový systém podtlakového odvodnění. Tyto úpravy umožnily zvýšit zatížení dlažby piazzetty, zajišťují dlouhodobou funkčnost odvodnění a navíc umožnily zrušit nevzhledné konstrukce hlubokého centrálního žlabu s výtokovým objektem, integrovaného do původní stropní desky.

Zajímavý je návrh vynesení stropní desky v prostoru rozšířeného výjezdu z garáží, kde bylo nutno zrušit tři sloupy v oblasti, kde na zkrácený modul 4,80 m navazuje stávající deska zvýšeného rozpětí 9,60 m. Původní návrh počítal s výměnou desky až k následujícímu ponechávanému sloupu (staničení 35,10) a s vyjmutím Wünschovy hlavice. Vyvolaný zvýšený zásah bourání do prostoru provozní budovy ND se však prokázal jako nereálný a bylo nutno navrhnout řešení s ponecháním hlavice a sníženým rozsahem výměny piazzetty. Realizovaný návrh zesílené desky tloušťky 350 mm, vykonzolované z dvojice vysokých průvlaků, zajišťuje liniové podchycení stávající stropní desky a redukuje zatížení problematické hlavice.

Napojení stropních desek na stávající stěny a sloupy

Napojení nové stropní desky na stávající sloupy je navrženo prostřednictvím ocelových kotevních prvků. Smykový přenos umožňují smykové zarážky, přenos vodorovných tahových sil je realizován prostřednictvím navařené betonářské výztuže a šroubů. Pro napojení výztuže desky na konce nebo rohy stávajících stěn byly konstrukce v nutném rozsahu odbourány a potřebná výztuž desky byla vložena do vybourané části nebo dodatečně vlepena.

Na obrázku níže jsou černě vyznačeny detaily železobetonových konstrukcí, červeně ocelové objímky na stávajících sloupech.

Napojeni sloupů

Návrh postupu výstavby

Pro provádění rekonstrukce přicházely v úvahu principiálně tři způsoby. Nejjednodušší způsob z hlediska provádění, tj. otevření hluboké stavební jámy v celém rozsahu objektu, by kladl enormní nároky na zajištění hluboké stavební jámy v podzemní vodě a představoval by prakticky ochromení provozu Nové scény. Jelikož byla tato varianta zároveň výrazně nejdražší, nebyla dále sledována. Pro konkrétní realizaci přicházely v úvahu dvě varianty:

  • provádění shora dolů – výstavba nových sloupů vedle sloupů stávajících na celou výšku objektu, postupné bourání stropních desek a betonáž nových desek odshora dolů,
  • provádění odspodu nahoru – výstavba nových sloupů současně se stropními deskami odspodu nahoru, následné vybourání stávajících sloupů  a zabetonování prostupů v deskách ve všech podlažích.

Výhody a nevýhody obou variant jsou shrnuty v tab. 3.

Tab. 3 Porovnání variant postupu výstavby

Výstavba shora dolů by kromě dalších nevýhod vyžadovala kompletní podstojkování celých garáží a vyjmutí Wünschových hlavic, jelikož zřízení prostupů Wünschovými hlavicemi je prakticky nerealizovatelné. V projektové dokumentaci PDPS byla proto dopracována varianta odspodu nahoru, přitom stěžejní problém pro realizaci představoval způsob následného uzavření otvorů po zrušených sloupech.

Varianty postupu výstavby
Výměna sloupů

S ohledem na zvolený postup výstavby byly v průběhu betonáže nových stropních desek ponechány původní sloupy, které bylo možné zrušit teprve po betonáži poslední desky parkovacího podlaží. Poloha nových sloupů za původními sloupy je staticky velmi nepříznivá, jelikož v místě maximální posouvající síly vznikl po zrušení původního sloupu otvor. Staticky plnohodnotné řešení s vynecháním dostatečně velkého otvoru a následným napojením zesílené výztuže na propíchnutí by významně komplikovalo provádění stavby, proto bylo navrženo řešení s otvorem v desce“. Toto řešení, které vědomě oslabuje desku v místě největšího namáhání před sloupem, je na první pohled hloupé, umožňuje však realizaci stropních konstrukcí s minimalizací velikosti otvorů a s potřebnou aktivací stropních desek již v průběhu postupné betonáže jednotlivých podlaží. Po odstranění původních a plné aktivaci nových stropních desek je možné otvory zabetonovat pouze s konstruktivním vyztužením, což je pro úspěšnou realizaci rozhodující kritérium.

Návrh oslabené desky byl proveden standardním způsobem dle platných EN, přitom bylo nutné navrhnout v bezprostřední blízkosti stěnového sloupu pod typickou hlavicí desky další úzkou nízkou hlavici, která zajistila zvětšení účinného obvodu sloupu, a tím i potřebnou únosnost betonu na protlačení. Minimální tloušťka hlavice 100 mm nezasahuje do možného průjezdu vozidla a neomezuje tak světlou výšku garáží. Pro ověření vlivu spolupůsobení zabetonovaného otvoru“ v konečném stavu a rezervy únosnosti byla provedena srovnávací nelineární analýza styčníku programem Atena [9].

Posuzovány byly tři modely – model s otvorem, model se zabetonovaným otvorem a model se zabetonovaným otvorem, ale bez dodatečného zesílení hlavice – a výsledky byly velmi zajímavé. Dostatečná únosnost se prokázala u prvního modelu, na který byla konstrukce dimenzována a který snese při nelineárním výpočtu ještě 1,38násobné přetížení nad úroveň zatížení na mezi únosnosti. Zároveň bylo prokázáno, že pokud by konstrukce byla vybetonována vcelku, nevyžadovala by nízkou dodatečnou hlavici kolem sloupu. Model s přesnou historií zatížení nebyl vyšetřován, nelineární výpočty nicméně prokázaly dodatečnou rezervu únosnosti realizovaného návrhu. Taková dodatečná rezerva se u problematických detailů velmi hodí, jelikož realizace na stavbě nedopadne vždy dle papírových předpokladů návrhu.

Zajištění vodorovné tuhosti a stability

Dostatečná vodorovná tuhost objektu je zajištěna obvodovými a vnitřními stěnami, schodišťovými jádry a výtahovými šachtami. Konstrukce suterénu je zatížena de facto symetricky vodorovným zatížením od zemního a hydrostatického tlaku a obvodové stěny jsou rozepřeny stropními deskami. Při rekonstrukci docházelo v důsledku postupné demolice stávajících desek k redistribuci vodorovného zatížení uvnitř konstrukce garáží. Vzhledem k vodorovné tuhosti stropních desek a dostatečnému množství podpor však byl celý prostorový systém schopen spolehlivě vzdorovat vodorovným silám i při postupném lokálním bourání stropů v garážích.

Globální působení zemního a hydrostatického tlaku na objekt NS

Výjimkou byla obvodová stěna podél ulice Divadelní, která je přímo zatížena zemním a hydrostatickým tlakem. Navíc je v této části na výšku celého objektu vložena technologická šachta, která neumožňovala přímé rozepření obvodové stěny stropní deskou. Propojení napříč šachtou bylo realizováno neuspořádaným systémem lokálních rozpěrných nosníků a mezistropů. Komplikované prostorové působení systému pažicí milánská stěna – železobetonová obvodová stěna – rozpěry šachty – stropní desky bylo velmi podrobně vyšetřováno v jednotlivých stavebních stavech, přitom nebylo možné uvažovat kotvení podzemní stěny 40 let staré, o kterém není nic známo. V nejnižších podlažích 5. a 6. PP s nejvyšším zatížením a zároveň největší světlou výškou bylo navrženo provizorní rozepření obvodové stěny soustavou ocelových vzpěr, ukotvených do základové desky a obvodové stěny.

Statické působení obvodové stěny Divadelní ulice

Realizace stavby

Výběrové řízení na zhotovitele bylo vypsáno v létě 2019. Většina uchazečů, pravděpodobně po vyhodnocení všech rizik realizace, postupně odstoupila, naštěstí dva uchazeči vytrvali a umožnili investorovi úspěšné ukončení tendru. Počátkem roku 2020 byl vybrán zhotovitel, realizace byla zahájena v dubnu 2020 a zhotovitel potvrdil návrh dle PDPS v plném rozsahu. V rámci RDS bylo následně nutno zohlednit zvolený technologický postup provádění a zajistit dodržení harmonogramu.

Technologický postup provádění

Pro úspěšný výsledek rekonstrukce byla důležitá rychlost demolice a doprava vybouraného materiálu. Při demolici stávajících stropů bylo nutno vyvézt 5 150 t suti, což odpovídá 645 kontejnerům o hmotnosti 8 t. Okrajové podmínky pro návrh demolice byly následující:

  • Demolice stropů probíhala stříháním pomocí dálkově ovládaných robotů Husqvarna o celkové hmotnosti 2,3 t, robot pojížděl vždy po nové podstojkované konstrukci.
  • Pro vývoz suti z garáží do kontejnerů byl instalován stavební výtah GEDA, který představoval limitující faktor pro harmonogram stavby.
  • V rámci návrhu TP demolice a výměny stropních desek byla provedena řada srovnávacích výpočtů, které vyhodnocovaly možný pojezd techniky po stávajících konstrukcích, zejména po rampách, které jsou ponechány původní. Výsledky dodatečné diagnostiky na rampách prokázaly jejich neuspořádané vyztužení, zjištěno bylo množství profilů výztuže v různých roztečích, počínaje Ø 8/200 až po Ø 22/300 mm. Na základě vyhodnocení byl navržen podrobný časový postup bouracích prací a betonáže nových stropních desek.
  • Pro dopravu materiálu byl maximální povolený počet 20 aut denně (pro potřeby vyvážení suti bylo využito cca 10 aut denně, pro betonáž cca 65 m3, tedy 7 až 8 autodomíchávačů). Odvoz na skládku nebyl pro celkový harmonogram limitující.
Doprava vybouraného materiálu
Harmonogram výstavby

V návaznosti na provedené výpočty byl sestaven podrobný návrh betonážních úseků a harmonogram prací. Přitom byly prioritně realizovány střední betonážní celky, které měly umožnit následný vývoz suti přímo po rampách s cílem snížit vytížení stavebního výtahu.

Pro návrh harmonogramu prací byly limitující následující parametry:

  • S ohledem na stabilitu sloupů nesměly být vybourány současně dva stropy nad sebou, před demolicí musely být všechny sloupy stabilizovány rozepřením.
  • U spodních dvou podlaží byla předepsána střídavá betonáž, demolice následujícího polopatra musela být zahájena až po zatvrdnutí stropní desky polopatra předcházejícího. Tato podmínka musela být splněna u středních betonážních celků a u krajních betonážních celků přiléhajících k obvodové stěně Divadelní ulice.
  • Demolice stropu začínala vždy uprostřed mezi hlavicemi. Střední část desky byla vybourána kladivem v minimálním rozsahu, tak aby mohl být nasazen stříhací robot. Wünschovy hlavice byly demolovány nakonec a odříznuty byly přesně v líci stávajícího sloupu. Demoliční robot pojížděl vždy po novém stropě pod bouraným stropem.

Pro celkovou rychlost výstavby bylo limitujícím faktorem i odbednění stropních desek, které bylo povoleno minimálně pět dní po betonáži. Při rekonstrukci 6. až 5. PP muselo být zároveň zajištěno trvalé propojení obou podélných stěn garáží deskou.

Problematika bourání byla v průběhu realizace předmětem intenzivních diskuzí, jelikož projekt předepisoval šetrné bourání řezáním bez vibrací“, které dle vyjádření zhotovitele bylo časově i ekonomicky nereálné. Postupným sbližováním názorů se podařilo dohodnout stavební postup přijatelný pro obě strany, přitom bylo rozhodující minimalizovat rozsah použití bouracího kladiva vyvolávajícího otřesy v budovách ND i okolní zástavby.

Demolice stropu parkovacího podlaží
Rozepření obvodové stěny 5. PP

Náročným bodem realizace bylo zajištění stability obvodové stěny podél ulice Divadelní v průběhu provádění 6. a 5. PP. Kritické místo byl zejména zatěžovací stav po demolici polopatra 5PPS, kdy výška nezajištěné obvodové stěny dosáhla téměř 10 m.

Navržené řešení z úrovně PDPS bylo i v této části zhotovitelem potvrzeno, v průběhu realizace však vyvstalo několik problematických detailů souvisejících se skutečným provedením základových konstrukcí a suterénů. Především bylo nutné vyřešit detail ukotvení vzpěr, které byly částečně umístěny v prostoru stávajících kolektorů, částečně v nadbetonávce základové desky z prostého betonu, jejíž způsob spřežení s konstrukčním betonem byl nejasný. Nakonec bylo potvrzeno původní řešení s protažením problematických vzpěr až do konstrukčního betonu základové desky.

Dodatečné uzavření otvorů po stávajících sloupech

Navržený způsob výměny sloupů se prokázal jako plně vyhovující a nepředstavoval žádné omezení postupu rekonstrukce. Problematické pro pracnost provádění se prokázalo pouze rozhodnutí zhotovitele neosadit navržené bajonetové spojky výztuže, což vedlo k nutnosti dodatečného vlepování a svařování výztuže v omezeném prostoru malého otvoru po původním sloupu. Časová náročnost uzavření otvorů se tímto řádově zvýšila.

Bajonetová spojka

Sanace propojovacích ramp

Do původního diagnostického průzkumu v roce 2014 nebyly konstrukce ramp vůbec zahrnuty. Projekt rekonstrukce počítal s výměnou betonové mazaniny v celém rozsahu, avšak v průběhu realizace bylo téma znovu otevřeno s tímto odůvodněním:

  • možná redukce nákladů a urychlení výstavby,
  • prověření technického přínosu sanace ramp.

Za účelem prověření kvality materiálů a jejich kontaminace byla zpracována dodatečná diagnostika a expertní zpráva o možnostech sanace. Jelikož závěry zprávy [11] potvrdily na základě vizuální prohlídky celkově dobrý stav kvality stávajících potěrů a nízkou míru jejich kontaminace chloridy, byl rozsah sanačních prací redukován. Důvodem pro zachování větší části stávajících potěrů byla rovněž obava ze zajištění spřažení mezi starým betonem stávající rampy a novým potěrem v případě jeho úplné výměny.

Navržená výměna potěru v pruzích podél napojení rampy na novou stropní desku umožnila rovněž lokální úpravu zakružovacího oblouku v místě, kde je konstrukce s potěrem napojena na novou stropní desku s nulovou podlahou. Tento problém byl dále umocněn v důsledku stavebních tolerancí provedení stávajících konstrukcí. Výšková poloha, tloušťka potěru i tloušťka desky rampy se ve skutečnosti lišily v řádu vyšších jednotek centimetrů.

Sanace napojení rampy

Závěr

Rekonstrukce podzemních garáží Národního divadla byla náročná z hlediska nosné betonové konstrukce, ale také z hlediska koordinace profesí. Hlavním problémem přitom byla mimořádně stísněná půdorysná i výšková dispozice objektu a vazba na ostatní objekty Nové scény.

Úspěšná rekonstrukce kromě zajištění další dlouhodobé životnosti objektu umožnila výrazně zkvalitnit uživatelské parametry stavby, mezi něž patří:

  • zásadní zlepšení dopravní obslužnosti garáží a přístupnosti parkovacích stání,
  • zkapacitnění výjezdu z garáží,
  • vyspádování a odvodnění parkovacích podlaží,
  • zvýšení únosnosti piazzetty, zrušení centrálního odvodňovacího žlabu, zjednodušení a zlevnění odvodňovacího systému,
  • zvýšení bezpečnosti objektu novou instalací SHZ,
  • odstranění technologie nádrží ze 6. PP a jeho využití pro sklady,
  • kompletní výměna vzduchotechniky a elektroinstalace.

V duchu přísloví Konec dobrý, všechno dobré“ lze kladně vyhodnotit i námitku Inženýrské akademie ČR a vyvolanou expertizu Kloknerova ústavu ČVUT v Praze, jež způsobily časové zdržení realizace. Zmíněná expertiza umožnila výměnu desky piazzetty, se kterou se původně nepočítalo, s příznivým dopadem na řadu souvisejících prvků rekonstrukce, které by jinak zůstaly zachovány v původním neuspokojivém stavu. Tyto prvky zahrnují především zrušení ocelových smykových nosníků, zároveň však nové odvodnění piazzetty, zrušení centrálního žlabu a elegantní rozšíření vjezdu, které by muselo být jinak řešeno mimořádně složitým systémem podchytávek se zásahem do stávající provozní budovy.

Konečná fáze výstavby – výměna piazetty

Díky koordinaci s připravovanou rekonstrukcí NS se navíc na poslední chvíli podařilo doplnit výtah z 1. PP na piazzettu, čímž bude možné zrušit historickou plošinu pro osoby se zdravotním postižením, která pojížděla po zábradlí exteriérového schodiště na rohu Divadelní ulice a Národní třídy a nikdo ji nevyužíval.

U náročných projektů se vždy vyplatí provést jejich nezávislé posouzení, bohužel to však ve stavební praxi v ČR není dosud pravidlem.

V únoru 2021 byla hrubá stavba kompletně hotová, zbývalo zabetonovat otvory po původních sloupech a dokončit sanaci potěrů na rampách. Kompletní dokončení stavby je plánováno na druhou polovinu  roku 2021.

Literatura:

[1]          VÍZEK, HAŠČYN. Dostavba okolí ND – 2. objekt – 4. stavba, Projekt zesílení styku předpjatých hlavic s monolitickou deskou v suterénech. Surpmo. 09/1981.

[2]          Dostavba okolí ND – 2. objekt – 4. stavba, 1. – 4. díl, DSPS. Surpmo. 06/1983.

[3]          TICHÝ, M. Konec jednoho vynálezu. Beton a zdivo. 1994, č. 3.

[4]          Národní divadlo – parking, Sanace nosných konstrukcí – diagnostický průzkum. Pontex, s. r. o. 09/2014.

[5]          Expertní posudek – Posouzení rekonstrukce podzemních garáží Národní divadlo“ s přihlédnutím k dokumentaci Pontex, s. r. o. Inženýrská akademie ČR. 10/2015.

[6]          ND, Sanace nosných konstrukcí parkingu ND, Zjednodušená PD pro vypracování soupisu prací a rozpočtu. Pontex, s. r. o., a VIN Consult, s. r. o. 04/2016.

[7]          Expertní zpráva – Posouzení dvou variant sanace nosných železobetonových konstrukcí parkingu ND. Kloknerův ústav ČVUT v Praze. 07/2016.

[8]          ND, Sanace nosných konstrukcí parkingu ND, Dokumentace pro provedení stavby. Pontex, s. r. o., a VIN Consult, s. r. o. 07/2018.

[9]          PUKL, R. ND, Nelineární posouzení hlavice sloupu. Červenka Consulting, s. r. o. 01/2019.

[10]        ND, Sanace nosných konstrukcí parkingu ND, Realizační dokumentace stavby. VIN Consult, s. r. o. 05 – 12/2020.

[11]        Stavebně technický průzkum ramp podzemních garáží ND. Kloknerův ústav ČVUT v Praze. 04/2020.

[12]        DOHNÁLEK, J. Posouzení kvality betonu a doporučení pro sanaci ramp. 10/2020.

Reconstruction of the Underground Car Park of the National Theatre in Prague

The structure of the six-storey underground car park of the National Theatre showed serious structural defects already 30 years after its completion. Following an evaluation of different design options a full substitution of all deck slabs was adopted, together with other changes to existing structure, aiming to improve the level of the usefulness of the building. The paper describes the process for evaluation of the design options, principles behind the chosen solution, interesting details, and the construction process.

Pojmy v tomto článku

3/2020 Sanace a rekonstrukce | 15. 6. 2020 | Sanace a rekonstrukce

Rekonštrukcia kolonádového mosta v Piešťanoch

Kolonádový most cez Váh spája mestské centrum Piešťan s Kúpeľným ostrovom. Svojou dĺžkou takmer 157 m sa radí k najdlhším krytým mostom na Slovensku. Objekt je zapísaný do Ústredného zoznamu kultúrnych pamiatok Slovenskej republiky a do svetového zoznamu špičkových diel funkci...
3/2020 Sanace a rekonstrukce | 15. 6. 2020 | Sanace a rekonstrukce

Stavební úpravy a obnova vnějšího pláště vodojemu v Poděbradech

Článek popisuje opravu vodojemu v Poděbradech, který je od roku 2010 uveden na seznamu kulturních památek České republiky. Oprava spočívala zejména v odstranění příčin poruch vnějšího pláště a jeho obnově.