Zřícení stadionu v Bad Reichenhallu a jak mu bylo možné zabránit

Příčinou zřícení střechy byla kombinace formálních a výpočetních chyb, nedostatků při realizaci stavby a zejména nedostatečná údržba a chybný odhad skutečného stavu dřevěných vazníků. Z toho plyne, že zřícení haly šlo zabránit zřejmě jen lepší kontrolou stavu dřevěné nosné konstrukce střechy a následnými včasnými sanačními akcemi.

Úvod

Zřícení zimního stadionu vybudovaného počátkem 70. let v Bad Reichenhall je případem selhání ve stavebnictví, který za posledních několik desetiletí vzbudil v německém stavebnictví největší pozornost a měl také nejtěžší následky. Neštěstí si vyžádalo patnáct mrtvých a četná poranění. První vyjádření mluvila o přetížení nosné konstrukce v důsledku trvajícího sněžení. Relativně rychle se však ukázalo, že jde jen o spekulace. Naměřené zatížení střechy sněhem (vrstva kyprého sněhu cca 1,40 až 1,50 m) řádově odpovídalo výpočtovým hodnotám. Skutečnou příčinu škody, resp. kombinaci různých chyb a zanedbání vedoucí ke katastrofě, se podařilo objasnit teprve po vypracování obsáhlých soudních posudků. Ovšem již po uveřejnění prvních snímků neštěstí v médiích bylo jasné, že selhala dřevěná nosná konstrukce střechy zimního stadionu.

¤ Obr. 1. Zimní stadion v Bad Reichenhallu, pohled naprůčelí

Nosný systém

Nosný systém dřevěné střešní konstrukce si vyžaduje detailnější popis, neboť příčinou zřícení celé plochy střechy (a nikoliv pouze její části) byl návrh konstrukce střešního systému. Hala byla 75 m dlouhá a 46 m široká. Vazníky přesahovaly líc fasády na obou stranách, na jedné cca o 3 m, na druhé o 3,75 m. Dřevěné vazníky o výšce 2,87 m a šířce 280 mm byly uloženy v osové vzdálenosti 7,50 m. Vazníky tvořily horní a spodní pásnice z klíženého dřeva o rozměrech 200x200 mm. Po stranách, jako stojiny, byly přiklíženy desky z aglomerovaného dřeva (tzv. desky se stojinou podle Kämpfa) o tloušťce 40 mm a výšce 2,87 m. Jako podélné zavětrování extrémně tenkých vazníků proti překlopení byly v podélném směru haly kolmo k halovým vazníkům namontovány takzvané K-vazníky přibližně v rozteči 9,20 m (tedy 6 kusů v poli vazníků). Tento systém je schematicky znázorněn na obr. 2. Průřez střešními vazníky ukazuje obr. 4. U desek o výšce cca 2,87 m, naklížených z boku, byly klíženy tři vrstvy konstrukčních prvků nad sebou. Prostřední vrstva dřeva je vůči dvěma vnějším naklížena se sklonem cca 16° (tzv. desky se stojinou podle Kämpfa).

¤ Obr. 2. Systém střešní nosné konstrukce - půdorys a příčný řez. Vysvětlivky: Draufsicht Tragkonstruktion - pohled na nosnou konstrukci; Querschnitt Tragkonstruktion - příčný řez nosnou konstrukcí; Längsschnitt Tragkonstruktion - podélný řez nosnou konstrukcí; Halleninneres - vnitřek haly; Hauptbinder - hlavní vazník; K-Binder - K-vazník; STB-Stütze - železobetonový sloup; Querschnitt Hauptträger - příčný řez hlavním nosníkem; Gurt (Leimholz) - pásnice (klížené dřevo); Holz-Werkstoff-Platten - desky z aglomerovaného dřeva.

¤ Obr. 4. Řez střešním vazníkem

Kinematika selhání

Již první pohled na zřícenou střechu ukázal, že k selhání nedošlo uprostřed pole, ale přibližně ve třetině nosníků. Bylo jasné, že jako příčina selhání nepřichází v úvahu zlom od ohybu v místě maximálního momentu. Přeživší očití svědkové informovali, že nevnímali žádné signály předběžné výstrahy (např. praskání, prohnutí apod.). Není jasné, zda nosná konstrukce střechy před náhlým selháním skutečně nevydávala žádné (výstražné) zvuky, protože je možné, že to zaniklo v provozním hluku haly (hlasitá hudba a publikum). Jako první údajně selhal jeden vazník a pak praskaly a padaly na zem přibližně v sekundových intervalech další. Z toho lze usoudit, že teprve prasknutí jednoho vazníku spustilo jakousi řetězovou reakci, která vedla ke zřícení celé střešní konstrukce. Také se nepodařilo vyjasnit, zda slyšitelné třesknutí, které postřehlo mnoho svědků přibližně 30 minut před zřícením, bylo v příčinné souvislosti s touto událostí.

¤ Obr. 5. Poloha vazníků po zřícení

¤ Obr. 6. Poloha vazníků po zřícení

Zanedbání a chyby při výstavbě a údržbě

Po statické zkoušce konstrukce nosného systému střechy, se kterým se na počátku realizace stavby v sedmdesátých letech původně počítalo, byl investorovi a projektujícímu architektovi předložen speciální ?zlepšovací? návrh. Tento speciální návrh byl také realizován, ale ať už byl důvod jakýkoliv, nebyl prověřen příslušným inženýrem z oboru statiky stavebních konstrukcí. Uvedený inženýr nebyl státním orgánem stavebního dozoru pověřen svrchovaným stavebním dozorem, a tak si - bez návštěv staveniště - nemohl změny v nosné konstrukci střechy všimnout. Dohled ze strany pracovníků státního orgánu stavebního dozoru, resp. osob pověřených investorem byl očividně nedostatečný. Tak zůstaly neobjeveny chyby ve statickém výpočtu (výpočetní bezpečnost při plném zatížení cca 1,5) a nikdo nezajistil potřebné dílčí schválení pro vazníky o výšce 2,87 m, ačkoliv tehdy platné povolení státního orgánu stavebního dozoru zahrnovalo dřevěné komorové nosníky s konstrukcí podle Kämpfa pouze do výšky 1,20 m.
S důvěrou ve skutečnost, že vazníky jsou vždy chráněny před přímými povětrnostními vlivy, bylo z důvodů, které již nelze objasnit, místo resorcinového pryskyřičného klihu použito močovinové lepidlo. Ačkoliv již tehdy bylo známo, že močovinová lepidla jsou ve vlhku narušována mikroorganizmy. Výrobci a zejména odbornému mistrovi muselo být jasné, že blokové klížení (lepená spára mezi stojinami a průřezy pásu) za použití močovinového lepidla neodpovídá aktuálnímu stavu technických znalostí. Po- užití močovinového lepidla v sobě skrývá nebezpečí nerovnoměrného nánosu lepidla, a tedy riziko přílišné tloušťky lepených spár, a tedy jejich menší únosnosti. Protože horní pásy vazníků a střešní průvlaky nešlo evidentně vyrobit z jednoho kusu ( l ≡ 46 m), byly přibližně ve třetinách vazníků navrženy a realizovány spoje na klínový ozub. Spáry klínových ozubů v horních pásech i střešních průvlacích byly oproti spojům na klínový ozub v deskách se stojinou podle Kämpfa o tloušťce 40 mm posunuty o cca 1 m. Sklížení těchto spojů (nazývané realizátory také ?generální spoje?) se sice provádělo ve výrobním závodě, ale ručně, sepnutím tří prvků po pásech. Při klížení v kuse by bylo možné se těchto slabin lepení ?generálních spojů? vyvarovat. Z důvodů příčné stability byly v odstupech cca 9,2 m namontovány kolmo k hlavním vazníkům K-vazníky. Ačkoliv to není doloženo výpočty, vznikl tak jako skutečný nosný systém konstrukční rošt s fatálním účinkem, a sice že při selhání jednoho vazníku došlo k přenesení zátěže na sousední nosník, resp. nosníky (viz obr. 3).

¤ Obr. 3. Dřevěná nosná střešní konstrukce ve stadiu montáže

Horní pásy a střešní průvlaky vazníků byly v blízkosti podpory provrtány, aby tudy byly skrytě vedeny spádové trubky odvodnění střechy (Ø 100 mm). S těmito otvory se v návrhu nepočítalo. Nebyly tedy také zohledněny v původních statických výpočtech. Jako reakce na časté stížnosti obyvatel v sousedství haly na hlukové zatížení při akcích konaných v hale a za účelem zvýšení komfortu diváků byla do té doby otevřená hala po necelých patnácti letech provozu uzavřena skleněnou fasádou. Na tuto stavbu neexistuje stavební povolení. Nedošlo k prozkoumání možných stavebně fyzikálních změn, vyplývajících z uzavření haly fasádou (vlhkostní režim, kondenzát atd.). Při realizaci fasády nebyly respektovány ani fyzikální účinky na dřevěnou konstrukci při využití haly pro zimní sporty. Tehdy ovšem ještě nebylo obecně známé, že vyzařování chladu z ledové plochy vede k ochlazení veškerých vnitřních povrchů haly a hrozí nebezpečí tvorby kondenzátu. Z obr. 8 je navíc zřejmé, že plochou střechou pronikala často do haly srážková voda a v některých místech způsobila zřetelné promáčení. Stopy po odváděném kondenzátu vypadají jinak, nežli účinky srážkové vody.

¤ Obr. 7. Spojení střešního průvlaku na klínový ozub (po rozevření) - je zřetelně vidět, že spodní čtvrtina klížených ploch nefungovala.

¤ Obr. 8. V návrhu neuvažové navrtání pásů, aby bylo možno vést skrytě svodové trubky z okapního žlabu

O netěsnostech ploché střechy se tedy vědělo díky častému zatékání. Zásadní asanace však provedena nebyla. Necelé tři roky před zřícením haly dostal jeden místní inženýr zakázku na provedení kontroly stavu haly. Bohužel došel k chybnému závěru, že nosný systém haly nevykazuje závažné škody a hala je stabilní.Stejně jako u většiny případů selhání nosného systému došlo i zde ke kumulaci různých chyb a zanedbání.

Formální chyby

• chybělo dílčí schválení střešních vazníků, které se vymykaly obecnému povolení (schválení pro jednotlivý případ);
• s pravděpodobností, která hraničí s jistotou, nebyla provedena statická zkouška konstrukce střechy pro konečný ?speciální zlepšovací návrh?;
• nedostatečná kontrola ze strany státního orgánu stavebního dozoru i stavebního dozoru investora;
• chybělo stavební povolení pro uzavření fasády haly.

Chyby v návrhu

• Tuhé propojení vazníků haly vyztužovacími nosníky (K-vazníky) v relativně drobném rastru;
• statický výpočet obsahuje početní chybu, a není tedy zárukou bezpečnosti (výpočetní bezpečnost - obecně - při plném zatížení činí cca 1,5);
• při uzavření haly fasádou nebylo provedeno stavebně fyzikální posouzení konstrukce po téměř patnáctiletém užívání;
• nebyly zohledněny stavebně fyzikální vlastnosti konstrukce i zimního stadionu (vyzařování chladu).

Chyby při realizaci

• Vadně slepené generální spoje provedené jako spoje na klínové ozuby;
• špatný druh lepidla (močovinové lepidlo místo resorcinového pryskyřičného klihu);
• ?blokové klížení? močovinovým lepidlem;
• provrtání vazníků pro dešťové svody.

Chyby při údržbě

• Chybějící, resp. nedbalá údržba, kontrola a zkoušení během celé doby životnosti;
• nedostatečná kontrola stavu pověřeným inženýrem cca 3 roky před zřícením, zhodnocení neodpovídalo skutečnosti.

Příčiny zřícení

Formální chyby sice nebyly primární příčinou zřícení střechy, nicméně absence formálních prohřešků by s největší pravděpodobností vedla při stavbě haly k modifikacím projektové dokumentace nebo k uložení zvláštních podmínek (např. jako součást souhlasu v dílčích případech změn projektové dokumentace). Tyto úvahy jsou však čistě spekulativní. Z toho důvodu se tu touto problematikou nebudeme blíže zabývat.
Naproti tomu chyby v navrhování měly určitě vliv na selhání vazníků, resp. na zřícení celé konstrukce střechy. Vlivem chyby ve výpočtu, resp. vynechání výpočtu po změnách v návrhu konstrukce byla celková bezpečnost snížena cca o 15 až 20 %. Příčinou toho, že se zřítila celá střešní konstrukce a nikoliv jen jeden vazník, pak bylo konstrukčně naddimenzované zavětrování proti překlopení. Tak vznikl určitý systém nosníkového roštu, který sice teoreticky neumožňoval prostorový přenos zatížení, ale v případě selhání zřejmě vedl ke stoprocentnímu přesunu zátěže na sousední nosník, resp. nosníky. Tento konstrukční systém zavětrování byl příčinou pozorovaného efektu řetězové reakce. Podle zjištění skutečného zatížení střechy sněhem v době zřícení stavby se nejednalo o přetížení oproti výpočetním hodnotám. Stavebně fyzikální šetření také ukázalo, že uzavření fasádových ploch po deseti- až patnáctiletém užívání haly nemělo negativní účinky na promočení dřevěné nosné konstrukce střechy. Vyzařování chladu z ledové plochy ovšem vedlo ke kondenzaci vlhkosti na vnitřním povrchu konstrukcí zimního stadionu.
Tyto projektové chyby by přesto samy o sobě těžko vedly ke katastrofě. Rozhodujícími důvody zřícení haly byly chyby v průběhu realizace stavby a v nedokonalé údržbě. Již provrtání pásů pro dešťové svody ukazuje, s jakou bezstarostností se při stavbě postupovalo.
Lepené generální spoje ve třetině délky vazníků vedly v kombinaci s nevhodným lepidlem (močovinové lepidlo místo resorcinového pryskyřičného klihu) k postupnému úbytku nosnosti spojů na klínové ozuby. Použití močovinového lepidla (i pro blokové klížení) představovalo rozhodující slabinu konstrukce. Lepidlo na biologické bázi je totiž při trvajícím promočení rozkládáno mikroorganizmy. Při použití resorcinového pryskyřičného klihu by s vysokou pravděpodobností ke zřícení střechy nedošlo.
Podařilo se jednoznačně prokázat, že příčinou zřícení bylo selhání ?generálních spojů? (lepené spoje na klínový ozub cca v jedné třetině délky vazníku). Jen pár vazníků nebylo v tomto místě, resp. ve spojích na klínový ozub zlomeno. Kvůli nosníkovému roštu, který de facto staticky spolupůsobil, zapříčinilo selhání jednoho vazníku zřícení celé střechy. V tomto smyslu tedy chyba projektanta přispěla ke zřícení celé haly. Kdyby nebyly spoje mezi vazníky tuhé, zůstalo by možná u selhání jediného vazníku. To, že mohlo vůbec dojít k tak masivnímu poškození lepených spár, bylo do značné míry způsobeno nedostatečnou údržbou haly. Zejména nebyly odstraňovány netěsnosti v izolaci ploché střechy a u střešních vtoků nebyl brán zřetel na stavebně fyzikální aspekty (vyzařování chladu, kondenzát). Chybné posouzení skutečného stavu haly u příležitosti kontroly stavu necelé tři roky před zřícením bylo jen fatálním zakončením celé řady zanedbaných úkonů údržby a kontroly.

Možnost zabránit zřícení

Následující závěry nemají být přiřknutím viny, ale interpretací technického stavu věcí. Nekladou si za cíl ovlivnit soudní řízení se čtyřmi osobami kvůli nedbalosti s následkem smrti, které je vedeno před soudem druhého stupně v Traunsteinu. Dodržením administrativních předpisů při zpracování projektové dokumentace by možná došlo k modifikaci či vylepšení jednotlivých detailů konstrukce. To platí zejména, pokud jde o vyšší, globální bezpečnost a (při lepším dozoru) také pro kvalitu lepených spojů (?generální spoje? a blokové klížení jiným než močovinovým lepidlem a v lepší kvalitě). Na koncepci zajištění nosníků proti překlopení (montáž K-nosníků) by se však s vysokou pravděpodobností nic nezměnilo.
Z šetření provedených po zřícení haly rovněž vyplynulo, že uzavření fasádových ploch nemělo negativní účinky na dřevěnou nosnou konstrukci.
Stavebně fyzikální vlastnosti konstrukce zimního stadionu nebyly v době budování haly ještě všeobecně známy. Příslušné úvahy (tvorba kondenzátu v důsledku vyzařování chladu) se objevily teprve v průběhu diagnostikování nehody.
Vedení dešťových svodů vazníky bylo závažnou chybou, více než 50% zeslabení pásů však ke zřícení haly nevedlo.
Rozhodujícími kritérii, která by v případě řádného a kvalifikovaného přístupu mohla zabránit postupnému úbytku stability nosné konstrukce střechy, jsou nedostatečná údržba haly (netěsná plochá střecha, netěsné vtoky) a odborně chybná diagnóza stavby necelé tři roky před zřícením haly. V případě zjištění skutečného stavu by byla indikována potřeba okamžitého uzavření a zlepšení technického stavu haly.

Důsledky

Jako okamžité opatření nařídil Nejvyšší stavební úřad Bavorského státního ministerstva vnitra z důvodu stavebně fyzikálních zvláštností zimních stadionů (ochlazení vnitřních ploch hal vlivem vyzařování chladu z ledové plochy s možností kondenzace vlhkosti) neprodlené provedení kontroly u všech zimních stadionů, které mají dřevěnou konstrukci. Aktuálně vypracovalo odborné grémium z iniciativy Nejvyššího stavebního úřadu Pokyny pro kontrolu stability staveb ze strany vlastníka - osoby oprávněné se stavbou disponovat. V těchto pokynech jsou definovány kategorie budov, kvalifikace odborníků a expertů pro provádění kontrol staveb a časové intervaly těchto kontrol. Tyto pokyny jsou podle názorů právníků na občanské i trestní právo závazné, protože jejich nedodržení lze hodnotit jako hrubou nedbalost, ne-li přímo úmysl. V novém znění bavorského stavebního řádu, který platí od 1. ledna 2008, jsou pro inženýry, resp. znalce provádějící tyto kontroly stability předepsány nové oblasti úkolů související s povinnými přejímkami, které byly konečně stanoveny pro určité typy budov a stupně obtížnosti nosné konstrukce. Močovinová lepidla byla přílohou k seznamu pravidel pro stavby (Bauregelliste) A, díl 1 pro nosné dřevěné části staveb zakázána. Komorové průřezy u dřevěných konstrukcí již neodpovídají stavu techniky. Za dodržení tohoto pravidla ručí architekti a projektanti nosných konstrukcí. Grémium vytvářející normy se také zabývá touto problematikou.

Doporučení

• Na podnět vlastníka, resp. osoby oprávněné disponovat se stavbou musí osoby s odpovídající kvalifikací v určitých časových intervalech provádět diagnostiku stavby podle tab. 1.
• Nosná konstrukce musí být navržena tak, aby v případě selhání jednoho konstrukčního prvku neselhala celá konstrukce. Tento princip konstrukce (staticky určené zavětrování haly bez tuhých spojů) by v popisovaném případě zřejmě zcela zabránil zřícení celé střechy.
• Logicky by měla být střešní krytina nejslabším článkem nosné struktury. Tak by při skutečném přetížení (např. vlivem sněhu nebo ledu) selhala jen omezená část plochy střechy a následky by byly menší - jako např. při částečném zřícení střechy zimního stadionu Kaufbeuren v Bavorsku v roce 1982. Tehdy selhala v určité dílčí části krytina z trapézového plechu a nikoliv primární struktura (lanové vazníky). Přesto, že v okamžiku částečného zřícení střechy zde trénovalo hokejové mužstvo, nebyl nikdo zraněn. V našem případě by však dodržení tohoto principu konstrukce škodě nezabránilo, neboť v důsledku rozkladu lepidla ve spojích na klínové ozuby by v každém případě došlo k selhání hlavního vazníku (který se tím stal nejslabším článkem řetězu).
• Sledování stavu konstrukce je samozřejmě účelné, ovšem pouze při zamezení selhání (nebo snížení jejich následků), která se předem nějak projeví (např. kontrola příliš velkého prohnutí určitých prvků při přetížení). V případě zimního stadionu v Bad Reichenhall by sledování zřejmě zřícení střechy nedokázalo zabránit (neboť k němu došlo bez předchozích projevů), resp. by ani nebylo možno zajistit dostatečně dlouhý čas pro evakuaci.
• V současné době je již v různých stavebních řádech jednotlivých spolkových zemí zakotvena lepší kontrola (stavební dozor) ze strany zkušebních inženýrů či znalců. Zkušební inženýr či znalec, který na stavbě pracuje jako nezávislá osoba v rámci občanského práva, musí u realizace určitých staveb provádět (namátkový) stavební dozor a konečnou přejímku nosného systému a následně musí potvrdit, že provedení stavby odpovídá projektovým podkladům, které prověřil.
• Na základě zkušeností z různých nehod, ke kterým došlo v zimě 2005/2006 bohaté na sníh, by bylo rozumné měnit koeficienty sněhové zátěže v závislosti na vlastní hmotnosti nosného systému. V případě lehčích střech by měl být zvolen podstatně vyšší součinitel bezpečnosti pro zatížení sněhem než u těžkých střešních konstrukcí. Za předpokladu, že výpočtové zatížení sněhem činí 100 kg/m² a tato hodnota bude překročena o 50 %, klesne globální součinitel bezpečnosti z 1,75 u těžké střechy (cca 250 mm železobetonu = 625 kg/m²) a 1,63 u lehké střechy (trapézové plechy = 20 kg/m²) na 1,23. Aby byla v obou případech dosažena stejná úroveň bezpečnosti, bylo by nutné u lehké střechy zvýšit normovou sněhovou zátěž o cca jednu třetinu.

¤ Tab. 1. Směrné hodnoty pro časové intervaly jednotlivých druhů kontroly (podle výše uvedených pokynů)