Debrecen FÓRUM vasbetonszerkezetei Reinforced concrete structures of the Debrecen FORUM DEZSŐ ZSIGMOND vezető tervező, ügyvezető Hydrastat Mérnöki Iroda Kft. Debrecen, Maróthi György u.4. Tel./Fax: 36-52-453-413, hydrastat@t-online.hu Abstract The area of FORUM shopping and leisure centre is almost 100,000 m2. The building has a roof structure of case-panel flat monolith reinforced concrete of 10.0 x 8.25 m grating distribution, with 30-cm structural thickness and prefabricated beam structure. Above the loading yard as well as for the replacement of the separate superstructure of the theatre, post-tensioned monolith reinforced concrete beam grid will be prepared. The closure of the -8.10m excavation will be made by means of anchored steel sheet wall piling and closed reinforced concrete piles. Összefoglaló A FÓRUM, üzlet és szórakoztatási központ közel 100.000 m 2. Az épület szerkezete 10,0 8,25 m raszterosztású, kéregpaneles sík monolit vasbeton födémszerkezetű, 30 cm szerkezeti vastagsággal, előregyártott gerendás szerkezettel. A rakodó udvar felett, valamint a színház különálló felszerkezetének kiváltására utófeszített monolit vasbeton gerendarács készül. A -8.10 m-es munkagödör határolása kihorgonyzott acéllemez szádfallal és zárt vasbeton cölöpökkel készül. Kulcsszavak vasbeton váz, kéregpaneles födém, utófeszített gerenda 1. A tervezett épület ismertetése 1.1. Tervezési program megvalósított funkció A Debrecenben épülő DEBRECEN FÓRUM, tervezett üzlet és szórakoztatási központ komplex épületegyüttesének alapterülete megközelíti a 100.000 m 2. Az üzletek mellett négy szinten parkoló létesül közel 900 db gépkocsi részére. A többfunkciós épületben kulturális és vendéglátó, szórakoztató funkciók is helyet kaptak, így a szórakoztató funkciót a Kaszinó, étterem, Orfeum és a 400 fős Színház adja. Az épületegyüttes generál tervezője a Finta és Társai Építész Stúdió Kft. volt. A beruházás kizárólag debreceni magán tőkéből és kivitelező cég közreműködésével valósul meg! 1.2. Építészeti kialakítás A tervezett épület pince + fszt. + I-V/VI. emeletes. Az üzletek az alsó három szinten létesülnek. Az üzletszintek fölött helyezkedik el a négy parkolószint, melyek fölött a VI. emeleten kaptak helyet a gépészet helyiségei, illetve berendezései. Az épület környezete felé lelépcsőző tömegekkel fordul, általában 16 m körüli homlokzatmagassággal, melyből kiemelkedik a Színház 34 m magas tömege és a kaszinó 21 m-es üvegdoboza. A kereskedelmi funkció fő szervezőeleme az épület hosszában végighúzódó, felülvilágított bevásárló utca, mely a két végén hatalmas előtetővel védett főbejárattal nyílik. A gazdasági feltöltésre a pinceszinten létesített gazdasági udvar szolgál, mely kamionokkal is megközelíthető. A meglévő PIAC és FÓRUM összefüggő pinceszinttel rendelkezik, felépítményeik azonban önállóak. A Színház tömbje drámai színpadból és stúdiószínházból, valamint a kapcsolódó közönségforgalmi és kiegészítő funkciókból áll. Az előcsarnok többszintes, nagy belmagasságú tér, mely hatalmas üvegfalakkal nyílik a környező utca és a szoborpark felé.
1.3. Alkalmazott anyagok és szerkezetek A létesítmény alapvetően pillér-gerenda vázas, síklemez födémes szerkezeti kialakítású. A Színház tömege a bevásárlóközponttól akusztikailag elválasztott, úsztatott utófeszített gerendarácskiváltó szinten nyugszik, monolit vasbeton tartószerkezeti elemekkel. A bevásárló udvar és előcsarnokok üvegszerkezeteit feszített acélszelvényű szerkezetek gyámolítják. A homlokzatok egy része kiszellőztetett légréssel készülő téglaburkolat, melyek koracél rögzítő szerelvénnyel szintenként kiváltva készülnek. A falszerkezetek nagy része szerelt jellegű, míg a belső tégla falak YTONG-ból falazottak. A közbenső szintek általános burkolati rétegrendje 7 cm. Az épület vízzárását a betontechnológiai előírások szerint készülő vízzáró monolit vasbeton alaplemez és pincefal, valamint a VOLTEX szigetelési rendszer együttesen és külön-külön is biztosítják. A dilatációk és munkahézagok szakszerű kialakítását szigetelési szaktervező biztosítja. 2. Munkagödör kialakítása A városközpontokban történő zárt beépítés minden esetben nehézséget jelent, különösen, ha a térszín alatti szintek miatt nagy mélységű munkagödör szükség. Ilyenkor a munkagödör kialakítása, víztelenítése összetett mérnöki feladat, mivel a környező építmények állékonyságát is biztosítani kell. 2.1. Munkagödör megtámasztás A -8.10 m-es fenékszintű munkagödör határolását kihorgonyzott acéllemez szádfallal, illetve a meglévő épületek szomszédságában szintén kihorgonyzott, de zárt vasbeton cölöpsorral terveztük. Ez az eredetileg javasolt hátrahorgonyzott résfallal szemben több százmilliós költség megtakarítást eredményezett, mely a teljes épületegyüttesen az egymilliárd forintot is megközelíti. A mértékadó állapotokban megvizsgáltuk az elmozdulás és nyomaték nagyságát, valamint a talajban fellépő aktív- és passzív feszültségeket. A horgonyok beépítési szintjét úgy határoztuk meg, hogy azok befogási szakasza a -9,00 m szint alatti 3,5 4,0 m vastagságú, tömör homokrétegbe essen. Az épületek mellett HEA300-as acéltartókkal merevített, Ø60 cm-es, 12,0 m hosszú fúrt, helyszíni betoncölöpök kerültek beépítésre, 1,0 m-es közökkel. A horgonyzási vonalban a horgonyfejet megtámasztó acélszerkezet beépítésével monolit vasbeton gerendát terveztünk. Az épület nélküli helyeken a munkagödör megtámasztása 12 m hosszú KRINGS HP290S-7 acélpallókkal történt. A vízzáróság és földmegtámasztás biztosítására a cölöpök közötti részt és az acélpallós szakaszok cölöpfallal történő csatlakozását JET-eléssel egészítettük ki. A horgonyerő 500 kn (50 to) körül volt, a horgonyok 1,50 m-kénti elhelyezésével, 5,0 m-es befogási hosszal, 15 18 m közötti szabadhossz mellett. A horgonyokba 4-4 db Fp 150/1770 R1 típusú feszítő pászma került, melyek feszítése több lépcsőben történő terheléssel valósult meg. A maximális feszítőerő, a mértékadó horgonyerő 1,25-szörös értékének felelt meg. 2.2. Munkagödör víztelenítés Kedvezőtlen talajvízállás esetén 5,0 m-es talajvízszint süllyesztést kell végezni, ezért vízzáró munkagödör oldalhatárolás mellett, szűrőkutas víztelenítést terveztünk, ahol a kutakat a lemezmezők 1/4-eibe helyeztük el. A tervezésnél különös gonddal kellett eljárni, hogy ne következzen be hidraulikus talajtörés és, hogy a több ütemű építés víztelenítési rendszerei hogyan kapcsolhatók össze. A talajvízszint süllyesztés távolba hatását is megvizsgáltuk, mely az altalaj feszültségállapotának változása miatt az épületek süllyedését okozhatja. Ez 9 hónapos víztelenítési időnél 150 m-re adódott. 3. Tartószerkezeti leírás Az épület szerkezeti rendszere az alsó három szint üzletéhez igazodik, mely az ECE korábbi épületeinek és standardjainak megfelelően 10,0 8,25 m raszterosztásra szervezett. Ebből adódóan az alkalmazott szerkezeti rendszer a korábbi Árkád -oknál alkalmazott megoldásokhoz hasonló, így a födémek gyorsabb megépíthetősége mellett, azok nagyfokú átalakíthatósági igénye miatt, általában
előregyártott kéregpaneles sík vasbeton födémszerkezetű, kiegészítő monolit vasbeton szerkezetekkel. A födémek gyámolítására hosszirányban elhelyezett előregyártott gerendákat alkalmaztunk, melyek a daruzhatóság érdekében két fél darabból készülnek, helyszíni vasbeton fejlemezzel. A beépített rámpák monolit vasbetonból készülnek, részben faltartókra, részben kiváltó gerendákra támaszkodva. A pinceszinti rakodó udvar feletti födém a terhelések és geometriai kötöttségek miatt utófeszített monolit vasbeton gerendaráccsal készül, akárcsak a színház tartószerkezeteit kiváltó gerendarács, mely az alatta lévő bevásárló központ többi területével azonos raszterosztása miatt szükséges. A színház különálló szerkezete, rezgéselválasztó úsztatott kialakítással épül az alatta lévő teherelosztó gerendarácsra. A színház tartószerkezete monolit vasbeton pillérekre, illetve falakra támaszkodó monolit vasbetonlemez, a szükséges helyeken gerendákkal merevítve. A zsinórpadlás tartószerkezeteit acél rácsos szerkezet alkotja. Az alsóbb szintek szerkezetét két dilatációs egységre bontottuk, a dilatációs raszterben kialakított hagyományos pillérkettőzéssel. A felsőbb szintek hőszigetelés nélküli szerkezeteit mozgási hézaggal tovább osztottuk. Az így kialakult dilatációs mezőket a lépcsőházi magokkal és merevítő vasbeton falakkal merevítettük. A pillérek általában 60/60 cm keresztmetszettel készülnek, de az alsóbb szintek nagyobb terhelésű pilléreinek keresztmetszetét megnöveltük. A tervezett alapozási mód monolit vasbeton lemezalap, a pillérek alatt felfelé álló kivastagított tömbökkel. Ennek vastagságában a talplemez fölött kavics feltöltés készül a gépészeti vezetékek elhelyezésére. Az alaplemez és a körítő falak vízzáró betonból készülnek. 3.1. Alapozási szerkezetek Az egész területen váltakozó vastagságban iszapos homokliszt, illetve homoklisztes homok terül el, de a -9,00 m szint alatt tömör homokréteg található. Kellően merev monolit vasbeton talplemez kialakításával az alapozás síkjában fellépő talpfeszültség 180 80 kn/m 2, ami a geosztatikus előterhelés figyelembevételével 60 80 kn/m 2 többletfeszültséget jelent. Ez az összenyomódási modulusok és határmélység alapján hagyományos eljárással számítva 6 8 cm-es süllyedést eredményez. A rugalmasan ágyazott talplemez igénybevételeit és a talpfeszültségeket végeselem programmal meghatározva a süllyedések mértéke 1 2 cm-re korlátozódik. Az alkalmazott eljárás során a talaj rugalmas ágyazati merevségét a talaj Φ és C függvényében Soletanche adatai alapján adtuk meg, ami a gyakorlati tapasztalatok szerint jó megközelítésnek bizonyul. Mindezek figyelembevételével a tervezett alapozási mód vízzáró, monolit vasbeton lemezalap, a pillérek alatt felfelé álló kivastagított tömbökkel. A talplemez alatt készülő ágyazati réteget a puhább talajrétegek cseréjét és tömörítését követően elhelyezett, 40 cm vastag tömörített zúzottkő ágyazat biztosítja. A tömörséget rendszeres méréssel ellenőrizték, mely E v2 70 90 N/mm 2 közöttire adódott. A meglévő épülethez történő csatlakozásnál a süllyedéskülönbségek felvételére kettőzött, elfordulást biztosító, munkahézaggal, illetve dilatációval határos kompenzációs sávot építettünk be, melyek folytatásaként a pincefalazatokban több centiméteres harmonika szerű szétnyílást, illetve záródást lehetővé tevő vízzáró dilatációs kapcsolatokat is beterveztünk. A talplemez betonozását folyamatos betonozással egymást követő három rétegben írtuk elő, max. 800 m 2 körüli szakaszokban, tervezett sakktábla szerű ütemezéssel. Az utolsó betonozási szakasz a csatlakozásnál kialakított kompenzációs szakasz, mely már a felszerkezet egy részének megépítését követően kerül kivitelezésre, tovább csökkentve ezzel is a dilatációkban fellépő elfordulás mértékét. Az alaplemez fölött 40 cm-es kavics feltöltés készül a gépészeti vezetékek elhelyezésére. A teljes szárazsági követelményű helyiségeknél a feltöltés alatt szivárgó rendszer és vízszigetelés épül. 3.2. Födémszerkezetek A födémek többtámaszú, egy irányba teherhordó, sík vasbeton lemezek, melyek a többtámaszú gerendákra fekszenek fel. Így a lemezek teherhordási rasztermérete 8,25 m, a gerendák közti 7,65 m-t áthidalva. A födémkonstrukció meghatározásánál lényeges szempont volt a gyors építhetőség, a későbbi nagyfokú átépítési lehetőség és természetesen mindezekkel együtt a gazdaságosság is. Ennek megfelelően a tervezés során viszonylag hamar eldőlt, hogy a kisebb kötöttséget jelentő kéregpaneles megoldás készül. Már csak azért is, mivel az ECE beruházásoknál ez már jól bevált és viszonylagos
standardnak tekinthető. A födémlemezek szerkezeti vastagsága 30 cm, mely az alsó 8 cm-es kéregből, a fölé elhelyezett kikönnyítő idomból és a felső 8 cm-es helyszíni vasbeton rétegből áll. A súlycsökkentő kirekesztést 14 cm vastag polisztirol csíkok alkotják, melyeket a friss betonba nyomva a gyárban helyeznek el. A polisztirol csíkok felúszását, illetve elmozdulását, a térrácsokon átvezetett, 6-os betonacélok akadályozzák meg. A vasbeton lemezek önsúlya így akár 20%-al is csökkenthető. 1. ábra: Kéregpanel, kikönnyítő polisztirolcsíkokkal A kéregpanel kiválasztása során a megkívánt műszaki paramétereknek két panel felelt meg: a felülbordás feszített kéregpanel és a lágyvasalású Profipanel. A feszített panelek min. 8-10 cm felfekvést igényelnek a gerendán, míg a hagyományos lágyvasalású panel 1,5 cm-es felfekvéssel is kialakítható. Ez utóbbi a gerendák vasalását, a fejlemez kialakítását és az együttdolgozást megkönnyíti. A feszített panelek kikönnyítése gyakorlatilag nem lehetséges, mivel az együttdolgozás ez esetben csak a bordákra hárulna, így egy borda átvágása jelentősen lecsökkentené a panel, illetve a födémszakasz teherbírását. A födémek részleges kétirányúsítása, illetve keresztirányú együttdolgozása bordás panelnél kizárt, míg a térráccsal kialakított panelek fölötti keresztirányú vasalással és a kikönnyítő elemeken étvezetett keresztirányú monolit bordázattal ez megoldható, növelve ezzel a lokális teherbírási tartalékot és az áttörhetőség lehetőségét. A nagy mennyiségű gépészeti és elektromos elemek folyamatos átépítése miatt a födém alatt, azok korlátlan rögzítési lehetősége szükséges. Ez utólagos dübelezéssel a lágyvasalású paneleknél szinte korlátozás nélkül lehetséges. A feszített bordás panel nagy előnye, hogy csak egy közbenső alátámasztást igényel, míg a lágyvasalású kéregpaneleket a széleken és a harmadokban min. 2,60 m-ként is provizórikus dúccal kell ellátni. Bár a feszített bordás pallók ajánlati ára némiképp alacsonyabb, nem kompenzálja a megfelelően kialakított lágyvasalású kéregpaneles födémek nagyobb flexibilitását, mely a folyamatos és jelentős átalakítási igény esetén mint jelen esetben előnyös. A felmerülő járulékos költségek bordás panelek alkalmazása esetén azonban jelentős mértékben csökkenthetők. A nagy belmagasság és gyors beépíthetőség miatt keretes alátámasztó állványok alkalmazása esetén a lágyvasalású panelek négy helyett, három alátámasztása is elégséges a keretlábak 1,0 m-es távolságával (7,65-3 1,00)/2 = 2,325 m a bordás panel egy alátámasztásával ellentétben. A tervezett épületnél az állványozás és daruzás költség-különbözete még ebben az esetben is megközelíti a 100 MFt-ot! Ha azonban azonos műszaki tartalommal a Profipanelt is felfektetjük a gerendákra és a keretes állványok lábait a maximális 2,50 m-re széthúzzuk, akkor itt is elégséges a középre beépített egysoros keretes állványzat (7,65-2,50)/2 = 2,575 m. Mindezeket értékelve a Wienerberger Profipaneljét választottuk. 3.3. Főtartók és hosszgerendák A főtartók a 10,0 m-es rasztermérethez tartoznak. A két 30 cm széles gerendaelem magassága 60 cm, így a gerendák teljes szerkezeti magassága 90 cm. A gerendák előregyártott elemei a pillérekre nem ülnek fel, azokba csupán 1,5 cm-re nyúlnak. A pillér-gerenda kapcsolat kialakítása a gerenda véglapok vízszintes bordázatával és a többtámaszúsított vasalással ellátott fejlemez bevezetésével történik. A gerendák a gépészeti csövek átvezetéséhez előre kialakított lyukasztással készülnek. 3.4. Felszerkezeteket gyámolító gerendarácsok A pinceszinti rakodó udvarnál a gépkocsi forgalom miatt a pilléreket csat korlátozott módon lehetett elhelyezni, ami nagyobb fesztávolságú födémmező kialakulását eredményezte. Ezért a födémszakaszt 2,40 m sorolásban kialakított gerendákkal gyámolítottuk. Ráadásul a födémszakasz
egyik felén a földszinti áthaladó kamion forgalmat biztosító út húzódik, míg másik felére a több szintet kiváltó homlokzati tartószerkezet pillérei terhelnek. Tekintettel arra, hogy a teherforgalom biztosítására a 4,50 m szabad belmagasságot is mindenütt biztosítani kellett, ezért a gerendák hasznos magasságát 1,50 m-nél nem lehetett nagyobbra venni. A födémszakasz gazdaságos kialakíthatóságának és a gerendák szükséges teherbírásának biztosítására a födémszakasz monolit vasbeton szerkezeti elemeinek utófeszítését terveztük. A feszítés összetett, nagy szakmai hozzáértést és speciális berendezéseket igénylő feladat, ezért annak kialakítása szaktervező bevonásával történik. A színház alatti bevásárló központ három szintjének szerkezeti kialakítása és raszterosztása az épület többi területével azonos, így az eltérő színházi tartószerkezeti rendszer kiváltása, illetve teherelosztása szükséges. Ezt a hagyományosan kialakított szint feletti úsztatott réteg fölé beépített a rakodóudvari gerendákéhoz hasonló utófeszített monolit vasbeton gerendaráccsal biztosítottuk. 3.5. Pillérek és teherhordó falrendszerek Az épület monolit vasbeton pillérekkel készülnek, a moduláris kialakítás és a gerendák csatlakozásai miatt, a lehetőségekhez mérten egységesen 60/60 cm-es keresztmetszettel. Az alsóbb szintek jellemzően nagyobb teherviselő pilléreit 70/70 cm keresztmetszetűre módosítottuk, míg a színház gerendarácsa alatt a pillérek mindhárom szinten 80/80 cm-esek. A pinceszinti gazdasági udvar, valamint a bevásárló utca rotonda pillérei 80 cm-es átmérővel, kör keresztmetszettel készülnek. A lépcsőházi magokat monolit vasbeton falakkal és a pihenő peremeken kialakított vállra ültetett, beakasztott előregyártott vasbeton lépcsőkarokkal terveztük. A födémek és a lépcsőházi falak kapcsolatát COMAX vasalatcsatlakozó elemekkel biztosítjuk. Az épület merevítését a lépcsőházi magok, valamint a meghatározott helyeken kialakított vasbeton merevítőfalak együttesen biztosítják. 3.6. Tervezési irányelvek, terhek és hatások Az épület tervezése és kivitelezése a német ECE felügyelete mellett történt és történik. Ennek megfelelően a közös nyelv miatt a kiviteli dokumentáció tartószerkezeti fejezete az EUROCODE előírásai szerint készült, kiegészítve a Megbízó által a bérleti szerződésben meghatározott igénybevételekkel és követelményekkel. Az üzletek hasznos terheléseinek figyelembevételekor az ECE által megadott területeken 10,0 kn/m 2 terheléssel számoltunk. Az alakváltozások a szigorúbb megrendelői igényekhez igazodva, kéttámaszú tartóknál nem lehetet több mint L/500, illetve ez más tartóknál ezzel egyenértékű elfordulási korlátozást jelentett. 4. Összefoglalás Az épület a megrendelő által megfogalmazott célokat maradéktalanul teljesíti. A tervezés és kivitelezés során az átalakíthatósági igények figyelembevételével a lehetséges előregyárthatóságára törekedtünk. Egy épület tervezése során a biztonságos egyensúly megteremtésére törekszünk a funkcionális és esztétikai igények mellett, a tartósság és a gazdaságosság törvényei szerint, mely könnyen belátható, hogy a különböző épületszerkezetek mind nagyobb egymásra hatásával, egységével érhető el. Ennek megfelelően a különböző szerkezetek és építési technológiák együttes alkalmazásakor a helyes tervezési folyamat során különösen fontos a közreműködő szaktervezők együttműködése és a vezető tervező szerepe.