Mi van fölöttünk?

A színházak, stadionok lefedésének megalkotása

az építőmesterek (mérnökök), statikusok (tartószerkezeti tervezők) nagy kihívása ősidőktől. A lefedés közbenső alá­támasztás nélkül az adott kor építőanyagai tulajdonságainak alapos ismeretét kívánta meg. Az építőnek olyan időtálló, esztétikus szerkezetet kell alkalmaznia, amely a benntartózkodókat megvédi a környezeti hatásoktól.

Dr. Dalmy Dénes, Szántó László

Az építmények lefedő szerkezete a teljes épület fontos eleme, egyben dísze is. Az alábbiakban a nagy terek jellegzetes lefedéseit követjük végig az ókortól napjainkig. A lefedések fesztávolsága az alkalmazott építőanyagok hatékonyságával folyamatosan növekedett, miközben a tetők anyagfelhasználása (önsúlya) tetemesen csökkent. Nagy terek lefedésére az ókorban annak jellegzetes építőanyagát, a követ használták, valamint égetett agyagtéglát és kismértékben római cementet. A korabeli építőmesterek ezeknek az anyagoknak a tulajdonságaihoz alkalmazkodva találták fel a boltíveket, a boltozatokat és a kupolákat.

Ezek a szerkezeti formák egészen a vas, acél, vasbeton építőipari ­alkalmazásáig, vagyis a XIX. századig a térlefedések, a templomok meghatározó szerkezetei voltak. A térlefedéseknél a segédanyagok állványok, zsaluzatok minimális alkalmazására törekedtek az építési költségek csökkentése miatt is.

Bemutatjuk a kteszifoni (Irak) boltozatot, mely egy speciális építési eljárással téglából épült, egy földzömre ráfalazott téglaívre rádöntött téglaív sorozatából pártus királyi fogadóteremnek épült Krisztus előtt 110-ben, fesztávja 25 m, ma is áll egy darabja (1. kép).

A kupolák őse a római Pantheon (2. kép), Krisztus után 111-ben építették újjá, a kupola belső átmérője 43 m. A kupolát római betonból, úsztatott kővel építették, vagyis hidraulikus kötésű építőanyagból, a mai beton őséből. Az alkalmazott kövek térfogatsúlya a kupola magasságával csökkent az önsúly csökkentése érdekében.

A középkorban hiába a nagyszerű építőmesterek, e két alapformát, a boltozatot és a gömbkupolát legfeljebb csak fejleszteni, könnyíteni tudták; hiányzott egy új, nagyobb teljesítményű építőanyag.

A XIX. század elején a vas- és acélipar ugrásszerűen fejlődött, és a XIX. század közepén elkezdődött a tömeges acélszerkezet-gyártás. A XIX. század végén megjelent a vasbeton, és az acélszerkezetekkel együtt az építőipar tömeges felhasználója lett mindkét építőanyagnak.

Acélszerkezetű térlefedések a XIX. században

Az öntöttvas, a kovácsoltvas iparszerű alkalmazása csodálatos, nagy fesztávolságú csarnok- és állomásépületekkel ajándékozott meg bennünket (3. és 4. kép).

Vasbeton csarnok-
és héjszerkezetek

A vasbeton iparszerű felhasználása, az előregyártás, a feszítés a vasbeton szerkezetként való alkalmazását nagymértékben elősegítette. A csarnokszerkezetek tervezése az új építéstechnológiák bevezetésével az 1950-es években felgyorsult.

Külön fejezetet érdemelnek a héjszerkezetek. Meny­hárd, Csonka, Szmodits, Bölcskei, Kollár, Dulácska, Füzy számtalan héj tetőszerkezetet terveztek, melyekre ma is büszkék vagyunk.

A Budapest kelenföldi autóbusz-kocsiszín (ma ipari műemlék) 84 méteres nyílással 1941-ben épült dr. Menyhárd István tervei szerint (5. kép).

Nagy fesztávú felület­szerkezetek napjainkban

Napjainkban egyre-másra épülnek sportcélú, illetve konferenciákat, hangversenyeket kiszolgáló fedett létesítmények. Ezeknél feltétel a zárt és fűthető tér, gyors építés, alacsony építési költség. Az ókori építmények fesztávolságánál tíz-, hússzor nagyobb fesztávolságú terek lefedésére van szükség. Ez könnyebb tetőszerkezettel, nagyobb szilárdságú anyagokkal, az ezekhez alkalmazkodó új szerkezeti kialakításokkal, építési technológiákkal valósítható meg.

Acélszerkezetek

Két fő csoportjuk van:

a) 
Általában négyszög alakban elrendezett, egyenes tengelyű rudakból vagy ívekből álló felületszerkezet. Ilyen például a lágymányosi Info Park Tüskecsarnoka, amelynél a változó ívmagasságú ívek a csarnok hossz- és keresztirányú tengelyeivel párhuzamosan helyezkednek el (6. kép).

b) 
Térrácsszerkezetek

1. Egysíkú, a kívánt felületalakra rövid, egyenes acélrudakból csomópontokba illesztett háromszög vagy rombusz alakú elemekből alakítják ki. Ilyen például a Soroksári úti Bálna (7. kép).

2. Kétövű térrácsszerkezetek sík vagy görbült felületek képzésére.

Az egymással párhuzamosan elhelyezkedő sík vagy görbült felületre illeszkedő acél rácsrudak csomópontjait a térben futó ferde rácsrudak kötik össze.

Az acélszerkezetű térrácsok építését a tervezői és gyártási folyamatok automatizálása, ezek közvetlen összekapcsolása nagymértékben megkönnyíti.

Kábelszerkezetek

A kábeltetők fajtái:

a) 
Függő kábelszerkezetek
A többnyire már meglévő fedés bővítésekor keletkező többletterhet a létesítmény kerületén elhelyezett pilonokra ferde kábelekkel függesztik fel (8. kép).

b) 
Egyrétegű feszítőkábel tető középen, nyitással, egyidejű emeléssel – "Big Lift"
A létesítmény kerületén elhelyezett nyomott koszorúgerendákhoz húzzák fel a tetőt, mely radiálisan elhelyezett kábelekből és a középső nyílás kerületén lévő nagy átmérőjű kábelből áll. A középső kábel feszítését a radiális kábelek egyidejű meghúzásával érik el (9. kép).

c) 
Kettős kábelrácsok
Kábelrácsnak nevezzük azt a teherhordó kettős, egy függőleges síkban futó kábelpárt, melyet rácsrudak kötnek össze. Az egyik kábel a tető terheit hordja, a másik a tartókábelt stabilizálja. A kábelrácsszerkezetek kétfajta szerkezeti elrendezéssel épülhetnek:

– a kábelrácsok radiálisan helyezkednek el,

– a kábelrácsok a létesítmény tengelyével (tengelyeivel) párhuzamosan vannak kiépítve.

A tetőszerkezet alapjai a létesítmény középpontjába összefutó, radiálisan elrendezett kábelrácsok, melyek a létesítmény kerületén elhelyezett, körbefutó nyomott gyűrűhöz, koszorúhoz és a középpontban elhelyezett húzott gyűrűhöz csatlakoznak. A kábelrácsok rendkívül nagy stabilitást biztosítanak a teljes szerkezetnek.

A kettős kábelrácsok kialakítására három példát mutatunk be (Freyssinet tervezéssel és kivitelezéssel):

1) A minszki aréna (10. kép) 120 m átmérőjű kör alakú aréna. A sugárirányú kábelrácsai az aréna közepén, a tetősíkban elhelyezkedő dobhoz csatlakoznak. Az alsó, 27 pászmás teherhordó kábelek a dob alsó peremére, a felső stabilizáló 7 pászmás kábelek a dob felső peremére vannak lehorgonyozva. A kábelpár távolságtartását a kábelokra rögzített csövek biztosítják.

2) Újdelhi aréna lefedése (11. kép)

A stadion 130 m-es nyílásra épült. Az alsó főteherviselő kábelek 25 pászmából készültek, a felső, stabilizáló kábelek 13-13 pászmát tartalmaznak. A felső, felülről domború vezetésű kábelek a tetőhéjalást hordják. A stadion elliptikus alaprajzú. A halhas alakú kábelrács tartószerkezetek egymásra merőlegesen, az ellipszis tengelyeivel párhuzamosan épültek. A kábeleket összefogó távtartók csőszelvényből készültek. A kábeleket a létesítmény peremén elhelyezett vasbeton szekrénybe horgonyozták be. A kábelek a négyzethálós elrendezés miatt különböznek.

3) BC Place Stadion (12. kép)

A világ egyik legnagyobb, utólag lefedett stadionja, az ellipszis alakú stadion nagyobb tengelyhossza 230 m. A függőtetőt a létesítmény kerületén elhelyezett ferde acélpilonokon átvetett függőkábelekre függesztették. A függőkábelek a létesítmény közepén kialakított központi magba kötnek be. A tető héjalását az alsó stabilizáló kábelekre rögzítették.

A kábeltetők szerkezeti tervezési
szempontjai

Egy létesítmény leginkább kifejező része a tetőszerkezet, amely különösen meghatározó látvány egy olyan nagy tömegű épületnél, mint amilyen egy stadion. A stadionok építésekor az építészek közbenső alátámasztás nélküli térlefedésekre törekszenek, ezt a célt legjobban kábelek alkalmazásával (13. kép), kábeltetőkkel lehet elérni.

A kábeltetők fő teherviselő elemei a nagy szilárdságú acélból készített kábelek, melyek könnyű héjalást hordanak. A szerkezettervezők törekszenek az ilyen típusú tetőszerkezetek könnyítésére, így a tetőszerkezet önsúlya helyett a szél-, a hóteher, a felület rezgése lett kiemelt teher.

A szerkezet számítása hagyományos szerkezeti és anyagmodellek feltételezésével már nem lehetséges, figyelemmel kell lenni a meteorológia terhek okozta nagy alakváltozásokra, a másodrendű hatásra. A szokatlan hatásokra felkészületlen szerkezettervezőket meglepetés érheti a számítási eszközök és tudományos felkészültség hiánya miatt. Ezeknek tudhatók be a 80-as évektől ismerté vált tetőszerkezet-leszakadások. Megelőzésükre az építész és a tartószerkezeti tervező szoros együttműködésére van szükség, és törekedni kell a bevált tetőformák és építési technológiák alkalmazására.

Alábbi szempontokat, mindig be kell tartani felületszerkezet tervezésénél:

– a teljes tartószerkezet teherbírásának és állékonyságának biztonságos kielégítése,

– időálló szerkezet, beleértve a vízelvezetés, vízhatlanság, hó és kondenzációs lecsapódás elvezetését,

– külső hőmérsékleti hatások csökkentése, napsugárzás elleni védelem, hőtartás,

– tűzállóság, tűzvédelem.

Alábbi szempontokat tanácsos figyelembe venni:

– hózugok, hófelhalmozódások elkerülése, figyelemmel az uralkodó szélirányra, ezért a létesítmény helyének kijelölése a tervezés megkezdése előtt elkerülhetetlen;

– a széltehereloszlás meghatározásához a nagy felületek mentén az egyszerű szabványalkalmazások nem elégségesek. Újszerű felületeknél, újszerű környezet esetén meg kell gondolni a szélcsatorna-kísérletet;

– szélteher okozta dinamikus hatás, rezgések figyelembevétele;

– a feszített kábelek időfüggő hosszváltozásának figyelembevétele a felület alakjára;

– a lokális és globális szerkezeti stabilitásvesztés elkerülése;

– nemlineáris geometria és anyagmodellek figyelembevétele;

– megbízhatóság, biztonság megállapítása az új tartószerkezeti anyagokra;

– a peremív összeomlásának megakadályozására a mellékszerkezeti elemek biztonsági ellenőrzése (egyenbiztonság);

– a részletes és általános tervek egyöntetűségének ellenőrzése, független tervellen­őrzés;

– a tetőszerkezet és az alépítmény együttdolgozásának ellenőrzése.