Pád střechy kina v Bruntále zatížené sloupcem vody

V tomto smyslu lze hovořit o štěstí, že nedošlo ke zraněním ani ztrátám lidských životů. I hmotné škody jsou ale vždy nevítanou záležitostí. Zprávu o příčinách pádu [1] vypracoval Ing. Alois Novotný. Autor tohoto příspěvku byl požádán o statickou analýzu problematiky.

Konstrukční systém objektu a střechy
Sálová část budovy byla postavena ze systému MS-OB-HAL. Šlo o skeletový systém s plochými deskovými průvlaky šíře 1200 mm a výšky 250 mm a čtvercovými sloupy 400x400 mm vzájemně propojenými svařenou výztuží tzv. Čapkovými styky, v té době hojně užívanými. To vytvářelo podélné rámy schopné přenášet i vodorovné silové účinky. Osová vzdálenost v příčném směru haly činila 15,6 m, zde byla příčná tuhost zajištěna plnými štítovými nebo vnitřními stěnami. Ve směru podélném byly sloupy v osových roztečích 6 m. Systém byl již počátkem sedmdesátých let minulého století vyhlášen závazným typovým podkladem, realizován byl podle verze platné od roku 1983. Zastřešení pro MS-OB-HAL bylo zpracováno ve variantách.
Pro ostravskou oblast se užívaly štíhlé ocelové vazníky tvaru trojúhelníka v příčném řezu, pro olomouckou oblast byly používány rovinné plnostěnné vazníky s kartitovou stojinou (materiálová varianta dříve užívaná spíše pro zemědělské objekty; kartit, jinak také pertinax je tvrzený papír). Tyto vazníky, vyvinuté prof. Ing. Josefem Berkou, CSc., ze Stavební fakulty VUT Brno, které nevynikaly příliš vysokým estetickým účinkem, a proto ve stavbách občanské vybavenosti byly vždy opatřovány podhledy, byly po- užity na stavbě bruntálského kina. Vazníky sedlového tvaru se pokládaly v osové vzdálenosti 2,4 m. Nekryly se tedy pravidelně s roztečí sloupů při užití modulu 6 m. Vlastní sál kina nebyl řešen jako solitérní hala, ale byl zakomponován do zbylé části objektu ze systému MS-OB, a to bez dilatace, to byla jedna z variant řešení systému MS-OB-HAL, kdy vynecháním některých řad sloupů a průvlaků základního systému MS-OB se vzniklý volný prostor přestřešil systémem MS-OB-HAL. Charakteristické obrázky nosných konstrukcí obou systémů jsou zřejmé z obr. 1 a 2. Sálová část vyčnívala nad zbylou část stavby, obr. 3. Sál byl navržen se zvýšenými požadavky na akustiku prostoru, proto byly i na stěnách obkladové materiály a boční stěny sálu byly v některých místech dvojité se vzduchovou mezerou. Návrh byl vypracován v roce 1985 a vzápětí se stavba realizovala. Sedm vazníků střechy tedy havarovalo po více než dvacetiletém zabudování do stavby.

¤ Obr. 1. Axonometrie soustavy MS-OB (sken původního schématu)

¤ Obr. 2. Charakteristická skladba střechy MS-OB-HAL (sken původního schématu)

¤ Obr. 3. Pohled na část kinosálu s blízkou vzrostlou lípou

Statický systém střechy
Kartitové vazníky byly v systému osazeny se statickou funkcí jednoduchých prostých nosníků, které měly v uložení na průvlaky oslabený ozub, obr. 4. V podélném směru byly řádným způsobem ztuženy ve smyslu požadavků platného typového podkladu. V krajních polích se umístila větrová ztužidla. Vodorovné zatížení ve střešní rovině bylo v podélném směru přenášeno do železobetonových rámů a v příčném směru do ztužujících stěn. Zatížení bylo stanoveno podle verze zatěžovací normy ČSN 73 0035 z roku 1976. Bruntál byl zařazen do IV. sněhového pásma, ovšem typový podklad byl vypracován pro třetí sněhové pásmo. Statickým posouzením se však ověřilo, že vazníky vyhovovaly při dané projektované skladbě vrstev střechy i podhledu i pro čtvrté sněhové pásmo. Zvláštností řešení bylo, že byť vazníky měly sedlový tvar, architekt zvolil zvýšení atik u obvodu nástavbou (obr. 9), aby docílil architektonického účinku podle své představy. To znamenalo vytvoření určitého ?vanovitého? prostoru v oblasti mezi zvýšenými atikami. V nejnižších místech tohoto ?vanovitého? prostoru se pak umístily střešní vpusti.
Jak ukazuje obr. 3, vedle kina stála vzrostlá lípa, vyšší než střecha kina. Ta byla při výstavbě zachována. Jak dokumentuje obr. 7, spadané listí často zaplňovalo prostory kolem vpustí. Časem se vpusti na straně blízké lípě zcela zacpaly a srážková voda začala zůstávat na střeše. Po pádu střešních vazníků zůstaly na atice stopy po vodním sloupci, jehož výše dosáhla 350 mm. Je překvapivé, že v okolí kina jsou vyšší panelové domy, zrcadlící se hladina vody na střeše musela být dlouhodobě viditelná. Vodní sloupec vznikl pouze na jedné straně sedlové střechy, druhá byla bez vody. Je také podivné, že nikdo ze strany majitele budovy střechu ani občas neprohlédl. Prověřen byl i tento nesymetrický zatěžovací stav vazníku zatíženého jednostranně sloupcem vody s ustupující výškou vody podle zvětšující se sedlovité výšky vazníku k jeho středové ose. Výpočet prokázal, že vazníky v bezvadném stavu mají dostatečnou mechanickou odolnost a stabilitu i pro tento zatěžovací případ.

¤ Obr. 4. Detail uložení vazníku na průvlak

¤ Obr. 5. Pohled na havarovaný vazník s oslabeným ozubem na okraji

¤ Obr. 6. Detail degradované dřevní hmoty uvnitř vazníku

¤ Obr. 7. Detail spadaného listí ke střešní vpusti

Příčiny pádu vazníků
Statický výpočet prokázal, že vazníky by odolaly nejen zatížení vodním nesymetricky působícím sloupcem, ale vyhověly by i všem dalším zatěžovacím stavům. Navíc také překonaly značné přetížení velkou vrstvou sněhu tuhé zimy v roce 2006.
K usmyknutí krajní části vazníku došlo těsně za úložným ozubem v jeho plné výšce, a to přibližně pod úhlem 45°, kolmo na probíhající hlavní tahová napětí. Rozbor spadlých vazníků ukázal, že tyto nebyly vyrobeny podle platného typového podkladu, byť tento podklad byl pro všechny účastníky stavebního procesu závazný. V místě uložení vazníku na průvlak předepisoval typový podklad trojitou stojinu z kartitu v tloušťkách 10 mm (obr. 8). Ve spadlých vaznících bylo zjištěno, že vnější stojiny z kartitu mají tloušťku pouze 8 mm a střední kartitová stojina byla nahrazena překližkou. Ta ovšem byla postupně zcela degradována prostoupivší vlhkostí. Dřevní hmota i překližková stojina se rozpadly a ztratily jakoukoliv smykovou únosnost. Za této okolnosti činilo smykové napětí při zatěžovacím stavu sloupcem vody dvou zbylých krajních kartitových stojin 192 % výpočtové hodnoty. Vnitřní prostor mezi kartitovými stojinami byl dlouhodobě dotován vlhkostí s problematickým odvodem, protože boční kartitové stojiny byly pro odvod vlhkosti směrem ven téměř neprostupné. Postupné zatékání vody do prostoru okolo vpustí či jinými netěsnostmi nebylo pozorovatelné, voda zatékala dále i do vzduchové mezery mezi dvojité stěny. Jak dokumentuje obr. 6, ve vnitřním prostoru uložení ozubů havárie vazníků byla dřevní hmota zcela degradována. Příčinou byl, mimo zatékání vody z povrchu střechy, zřejmě i vliv vlhkosti vzniklé z ne zcela dokonalého stavebně-fyzikálního působení střešní konstrukce. Autor předběžného posouzení [1] vytýkal nevhodný tvar střechy pro horské území a řadu dalších menších pochybení všech partnerů výstavby. Autor tohoto článku byl zaměstnán v době vypracování projektu i realizace stavby v projektovém ústavu a byl velmi dobře seznámen s technologií MS-OB-HAL i MS-OB. Za těchto okolností autor tohoto textu souhlasí s názorem, že některá drobnější pochybení mohla být v projektovém i stavebním procesu objevena a řešena jinak. Nicméně po- užívání typových podkladů bylo v době realizace stavby zcela závazné a prosazení individuálního konstrukčního sy- stému, například se stavebně a funkčně vhodnějším tvarem střechy tzv. ?komplexní bytové výstavby?, bylo téměř neprůchodné (pokud se nejednalo o zcela unikátní stavbu ve zvlášť politicky exponované lokalitě).
Dominantní příčinou pádu vazníků byla tedy ztráta smykové únosnosti oslabených stojin vazníků v oblasti jejich uložení. Na stavbě nemohlo být zjištěno ani technickým dozorem investora, ani stavbyvedoucím, ani autorským dozorem projektanta, že vazníky byly vyrobeny odlišně od požadavků závazného typového podkladu. Náhrada střední kartitové stojiny dřevěnou překližkou nebyla šťastným řešením. Zhotovitelská firma vazníků již neexistuje, v prvé polovině devadesátých let minulého století zanikla, nelze tedy dohledat příčiny změny výroby vazníků v jejich uložení.

¤ Obr. 8. Výkres okraje vazníku (sken původního schématu)

¤ Obr. 9. Dílčí řez vazníků s nadstavbou atik (sken původního schématu)

¤ Obr. 10. Průběh ohybového momentu a posouvající síly - zatěžovací stav stálé zatížení + jednostranné vodním sloupcem

Závěr
Část kina opět slouží veřejným účelům (tzv. malé kino). Autor předběžného posudku [1] doporučoval realizaci jiného tvaru střechy, zabudování vazníků na bázi betonu. Investor se ale rozhodl k obnově ?dřevěné verze? vazníků a ponechání původního architektonického vzhledu. Nebylo to zcela jistě jednoduché rozhodnutí, protože například změna tvaru střechy vytvoří úplně jiné požadavky na odvody srážkových vod, což vyžaduje budování nových přípojek. Ovšem architektonické začlenění budovy do okolí s významným blízkým kostelíkem nelze opominout. Je možné tedy přijmout i tuto variantu řešení a jen doufat, že údržbě a kontrole budovy bude věnována jiná péče než v předchozím období.

Použitá literatura
[1] Novotný, A.: Předběžné určení příčin pádu střešní konstrukce objektu kino CENTRUM v Bruntále (09/2007)