Debrecen FÓRUM vasbetonszerkezetei Reinforced concrete structures of the Debrecen FORUM

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, [email protected]

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 m2. 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 m2. 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/m2, ami a geosztatikus előterhelés figyelembevételével 60÷80 kN/m2 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 Ev2  70÷90 N/mm2 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 m2 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/m2 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.