FEKETE SAS-PALOTA FÖLDRENGÉS ELLENI VÉDELME SEISMIC RETROFIT OF BLACK EAGLE PALACE Virág Jácint – Prof. Dr. Bucur-Horváth Ildikó Kolozsvári Műszaki Egyetem, Építőmérnöki kar ÖSSZEFOGLALÁS A nagyváradi Fekete Sas szálloda átalakításának alkalmából, a tanulmány vizsgálja a beavatkozás megvalósíthatóságát szerkezeti megbízhatóság szempontjából, elemzi a földrengésállóságát a jelenlegi követelmények alapján. A földrengésállóságot a romániai P100-3/2008 szabvány szemszögéből vizsgálja, amely az EN 1998-3 szabványon alapuló nemzeti normatíva. A XX. század eleji szerkezeti konformáció eltér a mai földrengéssel szemben ellenállóságot biztosító koncepciótól. Ebből a szemszögből vélt szerkezeti hibák kerülnek bemutatásra. Számításokon alapuló és minőségi értékelés alapján, a szerzők megbecsülik a szeizmikus kockázatot, majd vizsgálva a beavatkozások kompatibilitását az eredeti szerkezettel, valamint a szükséges funkcionális fejlesztéssel, megerősítési javaslatokat mutatnak be.
ABSTRACT The conversion of the Black Eagle hotel in Oradea is analyzed, especially if the earthquake resistance of the building meets the current requirements, in order to establish viability of structural reliability. The seismic resistance is checked according to the Romanian code P100-3/2008, which is based on EN 1998-3. At the beginning of the 20th century the structural planning is different from now-days concepts of earthquake resistant design. From this point of view, structural deficiencies are listed. Based on qualitative and quantitative analysis, the authors assess the condition of building and the risk hazards, then strengthening solutions are proposed based on the need of functional upgrade and based on compatibility of the solution with the historic building.
KULCSSZAVAK / KEYWORDS műemlék, földrengésállóság, szerkezeti megerősítés historic building, seismic performance, structural strengthening
BEVEZETÉS Nagyvárad főterének észak-keleti szögletében áll az emblematikus szecessziós műemlék, a Fekete Sas-palota, több mint egy évszázada. Tervezői, Komor Marcell és Jakab Dezső, a Lechner által teremtett építészeti formanyelv jelentős követői, az épületkomplexumot a század eleji város igényei szerint, kiemelkedő művészi odaadással álmodták meg, elnyerve a pályázatot bíráló budapesti bizottság fődíját. Népi ihletésű, díszítőelemekben gazdag, virágmotívumok, sas és különböző állatfigurák ékesítik a homlokzatokat, melyek a különböző rendeltetések sajátosságait viselik, de összességében egységes impozáns épületképet alkotnak.
Eredeti rendeltetése vendéglátó tevékenység, társasági központ. Az öt szintes épületben szálloda, kávéház, étterem, cukrászda, vigadó, impozáns előtér díszlépcsővel, előadóterem, játékterem és ezek mellékhelyiségei helyezkedtek el. Már a tervezés és építés alatt, de átvétel után is szinte folyamatos változásokon megy keresztül a palota. A térfelosztás átszervezésével bankszékhelyet, boltokat, lakásokat, közértet alakítanak ki, melyek nem befolyásolják jelentős mértékben a szerkezetet, de annál inkább az épület belső díszítését, hangulatát. Az évek során több tulajdonváltás és tulajdonfelosztás történik. 2009-ben a szálloda bezár, és elkezdődnek az épületszárny rendeltetésének megváltoztatását célzó, de ugyanakkor a hitelesség visszaállítására irányuló rehabilitációs munkálatok. A cél egy korszerű székház kialakítása távközlési szolgáltató vállalat számára, impozáns műemléképületben.
MŰEMLÉK MŰSZAKI LEÍRÁSA Az épület nagyjából téglalap alaprajzú, melyet az L alakú passzázs kettőbeválaszt. Az 1.ábra az eredeti terv alaprajzát mutatja be, amely a maihoz hasonló állapotát tükrözi. A földszinten, a passzázs és a főtér felé, valamint a főhomlokzaton üzlethelyiségeket alakítottak ki.
1. ábra. 1908-ban publikált tervből – a palota földszinti alaprajza [4]
Az épület magassága fokozatosan növekedik a főtér felé, ahol a nyugati szárnyában a szálloda egy belső udvar köré szerveződött, a földszinten kávéház is működött. Ezen szárny, mely alagsor + földszint + 4 emeletből áll, lesz átalakítva vállalati székházzá. A szárny alaprajzi elrendezése egyenletesnek mondható, de szerkezeti hézagok hiányában nem kezelhető függetlenül az épülettömbtől. A függőleges szerkezet kettős doboz, 50-80 cm vastagságú téglafalazat, mely egyben az épület külső burkát képezi az utcák és a belső udvar felé. A belső udvar felőli falak folytonossága a földszinten illetve az első emeleten helyenként megszakad, öntöttvas áthidalók és oszlopok biztosítják a nagyobb térkialakítást (2. ábra). A vékony 5-6 cm vastagságú vakolt salakbeton elválasztófalak önhordó jellegűek. A habarcsba épített lágyvas huzalok jelentősen növelik az elválasztó-falak rugalmasságát.
2. ábra. Belső udvar felőli fal nem folytonos az első emeleten
A pince fölött az akkoriban népszerű poroszsüveg-boltozatos födémet építettek. Az emeleteken, a statikai és gazdasági szempontból előnyös Mátrai rendszerű födémeket alkalmaztak a 8-9 m nyitású fesztávok lefedésére. Az I32 vagy kisebb nyitásoknál az I24 acélgerendák között salakbeton található, mely vastagsága legkevesebb 13cm és növekvő az acélgerendák irányába. Az alul sík födém vasalása az acélgerendák közötti átlósan belógatott, többnyire köteges 4-5 mm-es huzalokból áll (3a. ábra). Az acélgerendák a külső falakon támaszkodnak. A födém főtéri szögleteiben az acélgerendák végeit a keresztirányú gerendákra támasztották és csavarokkal rögzítették (3b. ábra).
a.)
b.)
3. ábra. Mátrai födém részletek: a.) köteges vasalás horganyzása az acélgerendák végein; b.) mellékgerenda rögzítése csavarozással
Manzárdtetővel és parafával szigetelt falakkal a tetőtér jelentős részét lakhatóvá tették már az épület megalkotásakor. A tető szerkezete háromállószékes fedélszék.
FÖLDRENGÉSÁLLÓSÁGI VIZSGÁLAT 1. Földrengésveszély Legtöbb történeti épületben, földrengés okozta károsodás az alacsony duktilitás és a szerkezeti elemek közti gyenge kapcsolatok miatt következik be. Fontosabb tényezők, melyek befolyásolják a károk formáját és mértékét: −
a földrengés mélysége, valamint a lökéshullámok erőssége
− a földrengés időtartama −
az épület és a földrengés epicentruma közti távolság
−
geológiai és talajmechanikai adatok
−
az épület formája, a szerkezeti konformáció, szerkezeti elemek kapcsolatai, beépített anyagok és kivitelezési technológiák
−
meglévő épület műszaki állapota, beleértve a karbantartás szintjét is
Az, hogy a több mint 100 éves épület jelentősebb szeizmikus károsodás nélkül átvészelte a Kárpátmedence rengéseit, talán annak is köszönhető, hogy az első négy felsorolt emberfeletti tényezők viszonylag kedvezőek a Fekete Sas-palotának. Viszonylag távol a térség legaktívabb szeizmikus területeitől, a Kárpátok délkeleti kanyarulatától és Kárpátaljától, maximális 0,12g talajgyorsulással és alapjaival a kiváló szilárdságú lerakódott kavicshordalékban az épület függőleges szerkezete teljesen ép maradt. A XX. század elején nem vették figyelembe a mára már általánosan alkalmazott földrengések ellen biztonságot nyújtó koncepciót, ezért az utolsó két tényező kevésbé kedvező a károsodási kockázat szempontjából. A változó szintmagasságok, az épület igen nagy hossza (93.80 m) szerkezeti megszakítás nélkül egyenesen ellentmondanak a mai földrengésvédelmi ajánlásoknak. Így a vizsgált épületszárny csak szerkezeti hézaggal történő leválasztás esetén kezelhető mindkét irányba hasonló merevségűnek. A falak monotonitásának hiánya (2. ábra) nyírásra sérülékeny szinteket alakít ki. Habár nem vasbeton öv alkotja a falak és födémek kapcsolatát, a falba épített acélgerendák pozitívan befolyásolják a szerkezet szeizmikus viselkedését. A földrengésveszély, ezen belül a természeti folyamatok veszélye ismeretes és nem csökkenthető. Ezzel szemben a kockázat mérsékelhető. A kockázat másik összetevőjét a létesítmény szeizmikus sérülékenységet vizsgáljuk és keresünk megoldást a feljavítására. Gyakorlatilag a szeizmikus kockázat csökkentése érdekében az épületi beavatkozás során a szerkezetet úgy kell megerősíteni, hogy a jelenlegi földrengési előirásoknak megfeleljen. Műemlék épület beavatkozásoknál a restaurálás alapelveit kell követni, melyek követelményei a szerkezetre vonatkozóan a hitelesség, eredeti de akár utólagos megoldások tisztelete, beavatkozások harmónikus illesztése. A követelmények teljesítéséhez az eredeti Komor-Jakab-Sztarill tervdokumentációt tanulmányoztuk meghatároztuk az épület technikai állapotát és azonosítottuk az eddigi beavatkozásokat. Az épület fő hiányossága a jellegzetes Mátrai födém károsodása a vizes traktusok körüli épületrészeken. Az eddigi beavatkozások során a helyenként károsodott salakbetont klasszikus vasbeton lemezre cserélték (4. ábra). A födém alakváltozása habár szabad szemmel nem érzékelhető a nagy nyitások miatt, a geodéziai felmérés által kiderült, hogy helyenként már saját súlya alatt elérte az l / 250 értéket, mely az európai szabványban használati állapotra vonatkozó határérték. A földrengésállóság vizsgálatánál a létesítmény sérülékenysége nem más mint a kapacitás és követelmény aránya, az erő-alakváltozás összefüggésben. A sérülékenység a biztonság mértékét mutató együtthatóval is kifejezhető. Ennek meghatározására számításokon alapuló és minőségi értékelést végeztünk.
4. ábra. Első emeleti födém acélgerenda kiosztása; 2000 után kicserélt vasbeton lemezek satírozva
2. Minőségi értékelés A minőségi értékelés a szerkezeti megoldások, valamint a szerkezeti elemek károsodása függvényében ítéljük meg (1. és 2. táblázat) a szabvány szerint [5]. Ssz.
Kritérium
Értékelés
Megjegyzések
1
Tartószerkezet minősége
4
Betonövek hiányoznak, de léteznek befalazott acélgerendák
2
Falazatok minősége
8
Vastag falak, jó kötések
3
Födémrendszer
6
Mátrai födém rugalmas de vízszintes (tárcsa) erők közvetítésére alkalmatlan
4
Alaprajzi konfiguráció
6
Az épületszárny kompakt és a hasonló merevségű a két merőleges irányba, de az értékelés tartozkodva történt, mert kapcsolatba áll az épületkomplexummal
5
Függőleges konfiguráció
5
Falak többsége monoton, kivételt képeznek a földszint és első emelet belső udvar falai
6
Falak közti távolságok
3
Nagy: 6m, 8–9 m
7
Oldalnyomást okozó elemek
9
1-2 szomszédos helység (közös fallal)
8
Talajmechanikai tulajdonságok és alapok minősége
7
Jó szilárdságú kavics alapozási réteg, de nem minden alap éri el ezt a réteget
9
Szomszédos épületekkel való kölcsönhatás
5
Szerkezeti kötés az épülettömbbel
10 Burkolatok, válaszfalak vagy egyéb nem szerkezeti elemek
6
Homlokzati ragasztott díszítőelemek, festett elválasztófalak (5. ábra), melyek leszakadása, borulása életveszélyes
Összegzés
R1=59
1. táblázat. A szerkezeti megoldások alapján történő minőségi értékelés
a.)
b.)
5. ábra. Értékes elemek, de amelyek növelik a szeizmikus kockázatot: a.) homlokzatra ragasztott díszítőelemek; b.) festett vékony salakbeton elválasztófal Ssz.
Szerkezeti elemek
Értékelés
1
Függőleges szerkezeti elemek
70
Jelentéktelen károsodás
2
Vízszintes szerkezeti elemek
20
Súlyos károsodás a födémek 15%-án
Összegzés
Megjegyzések
R2=90
2. táblázat. A szerkezeti elemek károsodása alapján történő minőségi értékelés
3. Számításon alapuló értékelés Az épületet eredetileg nem valószínű, hogy földrengésre méretezték. Mai földrengés szemlélet szerinti konformációs hibákat felsoroltuk a fentiekben. Az a tény, hogy ezen hibák a számítási modell alapfeltevéseit kompromittálják, valamint az hogy az épületszárny és a palota egymással való kölcsönhatását nehéz pontosan meghatározni, arra int, hogy a számítás eredményeit ne tekintsük abszolút igazságnak. A számítás a válaszspektrum analízisre épül. A földrengést egy helyettesítő vízszintes teherrel vesszük figyelembe, mely függ az épület tömegétől, a térség maximális talajgyorsulásától és az épület válaszától, melyet a válaszspektrum alapján lehet meghatározni. A rugalmas válaszspektrum (6. ábra) figyelembe veszi az 5%-os csillapítástól 3
Rugalmas korrigált válaszspektrum
2,5
Tervezési válaszspektrum [m/s2]
2
1,5
1
0,5
0
T[s] 0
1
2
3
4
6. ábra. Válaszspektrum
5
6
eltérő esetben alkalmazandó η=0,88 tényezőt és a tervezési válaszspektrum a q=1,5 viselkedési tényezőt, mely szerint a szerkezetet lényegében rugalmasként kezeljük. Az önsúlyteher alapértéke és a hasznos teher 40%-a 68700 kN terhet jelent. Az első rezgésalakhoz tartozó rezgésidő modálanalízis szerint T1=0,49s míg a szabvány egyszerűsített számítása szerint (1) T1=0,46s. Mindkettő azonos ordinátájú választ eredményez, mely szerint az épületre ható szeizmikus nyírás F=11305kN. (1)
T1 = k x H
A földszinti falak alapterületére leosztva ezen terheket, az átlagos nyomófeszültség σo=0,55 N/mm2,, a falazat átlagos nyírási feszültsége τk=0,06 N/mm2. Átlagos nyírási teherbírását az épületnek a minimális haránti falazatra a (2) egyenlet szerint számoltuk, Fb,cap=9395kN
√
F b , cap= Az ,min τ k 1+
2σ o 3 τk
(2)
A sérülékenységi mutató a nyírási teherbírás és teher aránya R3=0,83, melyet összevonva az R1 és R2 -vel megállapítható az épület sérülékenysége: másodosztályú szeizmikus kockázat, mely szerint legnagyobb várható földrengéskor az épület súlyosan károsul de stabilitásvesztés kevésbé valószínű.
MEGERŐSÍTÉSI JAVASLATOK Az épület legnagyobb mértékben károsult elemei a födémek. Helyi lekagylósodás valamint határértékű lehajlás jelzi, hogy a funkcionális fejlesztés nem lehetséges a födémek rehabilitációja nélkül, különösképpen hogy ez megnövelt hasznos terhelést jelent. Az eltávolított nehéz rétegek (salak, aljazatbeton) csak részlegesen kompenzálják a tehertöbbletet. A födém teherbírásának növelése mellett a megerősítés célja egyben vízszintes tárcsák kialakítása, a szeizmikus erők arányos szétosztása érdekében a szerkezeti falakra. Két megoldást vizsgáltunk (7. ábra):
7. ábra. Lehetséges födém megerősítések
1. Klasszikus vasbeton lemez, mely együtt dolgozik az acélgerendákkal. Ez esetben az acélgerendák teherbíróképessége nő, viszont a terhelése is, nemcsak az önsúly de a lemezek változott statikai sémája miatt is. A letáskásodás veszélyét a födémsík alá függesztett vashálóval lehet megszüntetni, melyet .cementhabarcsal kell bevonni. 2. Szénszál rendszeres megerősítés a födém alsó síkjában. Acélgerendákra ragasztott szénszálas lamella növeli a gerendák teherbírását. A salakbeton megerősítése a lamellákra merőleges szénszálas szövetekkel javallott. Az így kialakított szénszálas háló, fokozottan növeli a födém dinamikus hatásokkal szembeni ellenállóságát. Megoldások költségeit is elemeztük. Klasszikus megoldás olcsóbb, burkolófelület biztosít, de visszafordíthatatlan beavatkozás. A szénszálas megerősítés csekély önsúlyú, kis magasságú, esztétikailag igényes de drágább.
KÖVETKEZTETÉS Az épülettömb valóságos csodája a XX. század eleji építési technikának. Nagy nyitású, akkoriban szabadalmazott mátrai födémekkel, kettős doboz szerkezetű téglafalazattal, vékony salakbeton elválasztófalakkal és elektromos felvonóval is felszerelt épület a város legmodernebb épülete volt a befejezésekor. XX. század eleji szerkezeti konformáció eltér a mai földrengéssel szemben ellenállóságot biztosító koncepciótól. A szerkezeti felépítésű hibákból, valamint a károsult elemekből adódó sérülékenység csökkentése a funkcionális fejlesztés feltétele. A költség kritikus része a rehabilitációnak. A megerősítést hosszúlejáratú befektetésként kell kezelni és nem szabad figyelmen kívül hagyni azt a tényt, hogy egy visszafordítható megoldás nagyobb értéktöbbletet nyújthat a történeti épületnek, mint a pillanatnyilag helyesnek vélt, olcsóbb de visszafordíthatatlan beavatkozással elért befektetési különbség.
IRODALOMJEGYZÉK 1. Dr. Bucur-Horváth Ildikó: Történeti épületek felújítása és a hitelesség megőrzése, Ráckeve - Savoyai kastély, 2010. 2. Emődi Tamás, Paşca Mircea: Fekete Sas Palota, Nagyvárd, Erdélyi Magyar Lexikon [online] - http://lexikon.adatbank.ro , 2010. 3. Paşca Mircea: Palatul Vulturul Negru, Tipo MC Kiadó, Nagyvárad, 2007. 4. Magyar Építőművészet (VI. évfolyam) 1. szám, Budapest, 1908. 5. P 100-3/2008 Cod de proiectare seismică – Partea III-a – Prevederi pentru evaluarea seismică a clădirilor existente (Épületek tervezése földrengésre – az épületek földrengésbiztonságának felmérése – EN 1998-3 szabványon alapuló romániai normatíva)
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönet a kolozsvári FKM építészeti műhelynek a feltárási munkálatokban nyújtott lehetőségért és segítségért. A fotóanyagért kiemelt köszönet. A dolgozat elkészítéséhez anyagi támogatást nyújtott a kolozsvári Lamina Kft.
