Ahol a tartószerkezet adja az esztétikát

Ide írhatsz...

A hídtervező statikus feladatai

Ahol a tartószerkezet adja
az esztétikát

Már az őskorból vannak rajzi és tárgyi maradványai az alkotó ember munkájának. A legutóbbi időkig az egyszerű falusiak is élvezettel alkottak akár balladákat, akár ­énekeket, táncokat, akár használati tárgyakat vagy építményeket. A specializáció aztán elválasztotta egymástól a művészeket és a termelőket, a készítőket és a használókat. De a kreativitás vágya meg­maradt a legtöbb emberben. A mérnök is alkot. Olyan valamit hoz létre, ami előtte még nem volt.

Horváth Adrián,

az MMK Tartószerkezeti Tagozatának
alelnöke, szerkezettervezési
igazgató (FŐMTERV Zrt.),
Ipari Professzor (BME Építőmérnöki Kar, Hidak és Szerkezetek Tanszék)

Az építész(mérnök) tereket (ld. angol: room, plain, német: der Raum) tervez, tulajdonképpen funkcionális igényeket elégít ki ezzel: az emberek térben élnek és tevékenykednek. Nagyobb léptékben ez városépítészetként jelenik meg: az épülettömegek között (velük komponálva) alakulnak ki használati terek (közterek, parkok, játszóterek stb.). Az építész olyan terek kialakítására törekszik, amelyben az emberek a funkciónak megfelelően viselkednek, élnek, ráhangolódnak a térben végzett tevékenységre. A (használati) tér segíti őket, de legalábbis semmiképpen nem akadályozza. A templomban elcsendesednek, magasztos érzéseik növekednek, sokan elférnek, és egy helyre: az áldozatot bemutató papra tudnak figyelni; a piac minél nagyobb választék hozzáférhetőségének a helye, ahol az áruk kirakásához elegendő teret
adnak az árusoknak, őket pedig könnyen elérhetővé teszik, megkönnyítve áraiknak és áruik minőségének az összevetését; a hálószoba elsötétíthető, csendes, inkább hűvös helyiség, lehetőleg közvetlen kapcsolattal a fürdőszobához, tárolóhellyel az ágyneműnek és a ruháknak stb.

A térképzés történhet falakkal, könyvespolccal, függönnyel, burkolatváltással, színekkel, fényekkel, növényekkel, csak egy "gesztussal" – vagy teljes épületekkel a városi terek, utcák esetén. Ezek az elemek magukban és különösen együttesükben keltenek érzéseket az érintettekben, szolgálják a funkciót, és adnak esztétikai értéket a tervezett térnek, az épületnek, illetve az építménynek. Az építészeti tervezés tehát alapvetően nem esztétikai tervezés, az csak az egyik, bár nagyon fontos követelmény a sok közül (környezeti adottságok, szerkezeti és technológiai lehetőségek, költségkeret stb.), amit a tervnek ki kell elégítenie. Az arányokon sok múlik: a statikus tervező munkája, a tartószerkezet nyilván elengedhetetlenül fontos, de sokszor nem is látszik: az építész eltakarja például álmennyezettel, homlokzattal, burkolatokkal.

A hídtervezésnél a kialakítandó használati tér adott: az az átvezetendő út/vasút űrszelvénye. Felsőpályás hídnál a legnyilvánvalóbb, hogy ezt a teret nem kell megterveznie az építésznek, hiszen az épülő építmény ez alatt a tér alatt van, nem ér bele az űrszelvény tartományába. A szabadon tartandó térnek és magának az űrszelvénynek a méreteit nem eseti szabad döntés határozza meg, azokat szabványok vagy más előírások tartalmazzák. Az átvezetendő út vagy vasút geometriáját a közlekedéstervező építőmérnök vagy az úthoz csatlakozva maga a hídtervező mérnök határozza meg. A hídnál a megoldandó feladat a tartószerkezet megválasztása és megtervezése. Erre a szerkezettervező építőmérnöknek van kompetenciája. Ez a mérnök ismeri a lehetséges szerkezeti rendszerek választékát, az alkalmas anyagokat és méreteket, a megfelelő arányokat, ő van tisztában az alapvető követelmények: a megbízhatóság, a robusztusság, a tartósság és a gazdaságosság kielégítésének helyes módjaival. A híd környezetbe illeszkedése, arányossága a környezeti adottságokhoz, illetve saját magán belül az egyes szerkezeti részeknek/elemeknek egymáshoz, a híd külalakja, szépsége szintén alapvető követelmény. Bárhol is épüljön az, nincs jogunk az Isten teremtette környezetet méltatlan, aránytalan, otromba emberi alkotással elcsúfítani. A hidaknál a homlokzatnak nincs érdemi védelmi funkciója az atmoszferiliák hatása ellen, az inkább fölösleges súly, szél támadta fölösleges felület, ezért nincs is, tehát az építmény gyakorlatilag maga a tartószerkezet. A híd megjelenését, szépségét is alapvetően a tartószerkezet esztétikai értéke adja meg.

A híd egy mérnöki létesítmény, amelyben meghatározó a mérnöki munka. Ahogy az épületek tervezésénél az építész fogja össze az annak teljes körű megtervezéséhez szükséges mérnököket (statikus, talajmechanikus, épületgépész, villamosmérnök az épületvillamosság és a gyengeáram területén, belsőépítész, közlekedéstervező az épület megközelítéséhez, adott esetben a garázs geometriájának a járművek mozgásképességéhez igazításának megtervezéséhez, épületfizikus stb.), úgy a hídtervezésnél a hídtervező statikusé ez a feladat. Ő vonja be a közlekedéstervezőt, a villamosmérnököt, a talajmechanikust, a vízelvezetéshez adott esetben a hidraulikát számoló építőmérnököt, a korrózióvédelmi szakértőt és az építészt, ha szükségesnek tartja. Minden esetben a hídtervező a vezető, ő dönti el a szerkezetet, és ezzel ő határozza meg a híd formáját, alapvető megjelenését. Egy városban a híd alatti teret, a híd környezetét öt-tízszer át fogják építeni, amikor a híd még mindig állni fog (eredeti szerkezetében, tehát eredeti formájában).

Ha a történeti múltat tekintjük, évezredeken át tapasztalatok alapján készültek az épületek és a hidak. Nem volt külön építész és statikus, csak az egy építőmester. A funkció (azaz az épületben a térképzés, hídnál az elegendő szélesség, az áthidalt folyó vízmennyiségének átengedése) és az állékonyság volt a lényeg, az épületekben a funkciót szolgáló tereket a tartószerkezetek határolták. A ma is szépnek tartott arányok akkor alakultak ki, a statikailag megfelelő arányokat látjuk természetesnek és szépnek. A ma is csodált román és gótikus templomok és katedrálisok ugyanígy épültek. A XVIII. század végéig sem a fizikai és matematikai elméletek nem voltak meg, sem az építőanyag-ipar nem tette lehetővé, hogy eltérjenek a sok-sok évezred alatt kialakult szokásos anyaghasználattól, forma- és arányrendszertől, méretkorlátoktól. A mai statikai és szilárdságtani számítások elvégzése a XIX. század közepétől vált lehetővé a fizikai és matematikai eszköztár teljessé válásával. Gyakorlatilag csak innen vált általános gyakorlattá a statikai és szilárdságtani számítás, ami fokozatosan kezdte kitölteni az ezzel foglalkozó mérnök munkaidejét (a Lánchíd vagy a Szabadság híd számítása még csak alig néhány tíz oldal volt). Ekkoriban kezdett elválni egymástól a tervező és a kivitelező, illetve az építész és a statikus foglalkozás. A hídtervezés azonban megmaradt egy kézben: a hídtervező építőmérnök statikus kezében. Ott máig a tartószerkezet a lényeg. A Fővám téri hídra (ma Szabadság híd) beadott tervpályázati művek közül Feketeházy János hídtervező (építő)mérnök Gerber-csuklós hídterve bizonyult a legjobbnak. A kiviteli tervi részlettervezésnél építész-szakértőként Nagy Virgil építész, műegyetemi tanár működött közre, a kapuzatok gyönyörű díszítése őt dicséri.
A Szabadság híd a maga szerkezetében, annak páratlan arányaiban, karcsúságában egyedülálló, de a szép építészeti részletek is hozzájárultak ahhoz, hogy a világ legszebb hídjaként tartották számon.

Az érdemi hídtervezés a megvalósíthatósági tanulmánynál kezdődik. Egy híd minősége pedig a tanulmánytervi fázisban dől el. Szintén a tanulmánytervnél dől el a híd kezelhetősége, vizsgálhatósága és megépíthetősége. Ekkor, ebben a tervezési fázisban van szüksége a tervezőnek a legnagyobb tudásra és tapasztalatra. Az engedélyezési terv (Magyarországon – máshol nem, ott mások a fázishatárok) a szerkezetterveket illetően szükséges formaság, a kiviteli terv (komoly tudást igénylő, de) iparosmunka. Az építéstechnológiai tervek készítéséhez kell még nagy tudás, tapasztalat, ötletesség, a szerkezet ideiglenes és végleges állapotban való működésének mély értésén és tudásán túl az eszközök, eljárások széles választékának, a technológiai sorrendeknek és időknek, az ezekre befolyással levő feltételeknek, a lehetséges kockázatoknak átfogó, magabiztos ismerete, ami megalapozza az időnként szükséges bátor döntéseket.

A fizikai és a matematikai elméleti alapok kidolgozása adta meg a lehetőséget, hogy a hídtervező a szerkezet méreteit statikai és szilárdságtani számítással határozza meg. Emellett az anyagipar és a szállítási, és kivitelezési technológiák fejlődése hozott döntő változást a hídépítésbe. Bár vasból már Krisztus után 65-ben épült lánchíd Kínában, a vas hídépítési alkalmazása sokáig nagyon ritka maradt. Az elérhető támaszközök nem haladhatták meg a 20 métert a láncok nagy súlya miatt.

Az öntött vas a XVIII. század végén, a kavart vas (szerkezeti kovácsolt vas) a XIX. század elején jelent meg Európában, és vált elérhetővé a hídépítésben. Az eredeti Lánchídnak a láncai tehát még ennek a korszaknak voltak a termékei. Az acélgyártás nem sokkal ezt követően indult el, és vált racionális áron elérhetővé a jó minőségű, szívós szerkezeti acél. Szintén a XIX. században kezdődött ipari méretekben a lemezhengerlés, ezzel megnyitva az utat a nagy fesztávú gerendahidak építése előtt, és ekkor fejlesztették, illetve tökéletesítették a kábelgyártást, ami a lánchidak korának végét jelentette. Az első vasbeton hidak az 1800-as évek végén épültek meg (városligeti Wünsch-híd, Châtellerault híd, Franciaország). Sokat vártak az új, viszonylag szabadon formálható, a remények szerint korrózióálló és tartós építőanyagtól.

A méretezéselméletet a két világháború takarékossági kényszerei vitték előre, az akkor kezdődött kutatás vezetett a félvalószínűségi és aztán a teljes valószínűségi számítási eljárásokhoz. Az erőtani számításokat megalapozó további elméletek kidolgozásához sokszor katasztrófákon keresztül vezetett az út: a ridegtörés jelenségére több híd hirtelen tönkremenetele, a szél okozta rezgések veszélyeire a Tacoma híd leomlása irányította rá a mérnökök figyelmét.

A számítástechnika fejlődése hozott aztán újra forradalmi változást a hídtervezésbe. A végeselemes számításokkal ma már a legösszetettebb szerkezetek erőjátékát is gyorsan és megbízhatóan ki lehet számítani. A számítógépek tárolókapacitásának és számítási sebességének növekedésével pedig lassan eljön az ideje, hogy ismét egy integrált folyamat legyen a geometria tervezése, a számítási modell létrehozása, és ezekből közvetlenül származtatva a kiviteli részlettervek készítése. A mechanikus rajzi és számítási feladatok végrehajtásának, megoldásának gyorsulásával a mérnökök figyelme jobban összpontosulhat a lényegre: a funkciókat legjobban szolgáló, a környezetbe minél jobban illeszkedő, esztétikus, megbízható, tartós és gazdaságos szerkezetek kialakítására. A kivitelezési technológiák, segédszerkezetek és a hídszerkezet ideiglenes állapotainak a tervezésével, a gyártási tervek készítésével pedig a hídtervezők közvetlenül részt vesznek a szerkezetek megvalósításában is.

Elmondhatjuk: a hídtervezés áll ma legközelebb a valamikori építőmester tevékenységéhez, aki egy személyben volt a funkció, a szerkezet, az esztétika tervezője és a létesítmény megvalósítója. A hídtervezés egyike a legsokoldalúbb alkotói tevékenységeknek. Ezért olyan élvezetes.