Dobrodružství statiky

Představte si, že vám na střechu najede osm set octavií a dalších tři sta padesát si zavěsíte pod strop. To už chce víc než jen vilu!

Vstoupit pod samotnou střechu arény, jen pár metrů pod její vrchol, a mít pod sebou třicetimetrovou osvětlenou propast, je zážitek. Slabší povahy tam kosí závrať. Je nutné přejít po lávce napříč třemi modrými prstenci, které jako obří orloj protkaný zvěrokruhy železných tyčí dělí kupoli na stovky mnohoúhelníků. Ty se jako ve sci-fi rozbíhají a sbíhají zdánlivě bez jakékoliv logiky. Zdola však nic takového vidět není. Vše je černé na černém pozadí jako v divadle.

Varianta kruhu

„O střeše jsme začali uvažovat okamžitě,“ říká Jiří Vít, jeden z trojice architektů ateliéru Atip, kteří halu navrhli. „Tvar vznikl, aniž bychom museli příliš skicovat. Vycházel z hmotové představy celku a ze skutečnosti, že multifunkční jevištní prostor musí být jednoznačně obdélníkový. Dospěli jsme k řešení, že nejlepší bude kruhový tvar arény, protože do obvodu k delším stranám obdélníku se vejde spousta vybavenosti.“

To byl jeden důvod. Další danost, která souvisí s geniálním statickým řešením Vladimíra Janaty, je, že na kruhové zastřešení s radiálními vazníky lze nad kterýmkoli místem plochy zavěsit jakékoliv břemeno. To u obdélníkových vazníkových konstrukcí možné není. Tam existují hranice, které architekti Vladimír Vokatý, Martin Vokatý a Jiří Vít překročili. A konečně – kruhové řešení soustřeďuje pohled diváka na střed dění v aréně.

Výsledek: Do zvenčí zdánlivě nevysoké kruhové budovy by se pohodlně vešel desetipatrový panelák, přičemž průměr kupole činí 135 metrů.

„My jsme samozřejmě předurčili, jak střecha bude vypadat, ale jinak to byla věc statika,“ upozorňuje Vít. „Středověký architekt statika neměl, jako neměl zkušebního komisaře na kvalitu materiálu, jako neměl extra zvukaře. Kvalita statika je dnes jednou z podstatných součástí výsledku.“

Zavěšené příběhy

Martin Vokatý uvádí, že jen na projekci se podílely více než tři stovky specialistů. To, co se odehrává vysoko nad hlavami návštěvníků arény, je na samostatný příběh o tiché práci lidí i technologií.

Jaká byla zadání pro tvůrce střechy a jejího podkroví?

Architekt Vít vypočívává: „Jednak rozměry a váha zařízení, které musí konstrukce unést. Třeba desítky tun vážící kostku nebo jevištní a osvětlovací techniku. Zadání přitom obsahovalo také určitý estetický názor. Od začátku jsme měli představu, že to bude budova hi-tech, metal stříbrný, sklo a beton. Vše jsou to české konstrukce s výjimkou stříbrných táhel, což je britský výrobek. Jen tam jako jediní na světě umějí táhla, která to rozpínají. To ostatní si už ohlídal statik - třeba že napadne metr sněhu, do kterého zaprší.“

Jevištní technika, kterou projektoval akademický architekt Jindřich Smetana, umožňuje 26 různých druhů využití multidivadla. Tato část projektu se dokončuje postupně, podle provozu haly se tam budou navěšovat další a další komponenty. I ty musí unést kupole.

Létající talíř a Las Vegas

Při pohledu na arénu se nabízí myšlenka, že variantou mohlo být atraktivní zavěšení střechy na lanech, architekti však podle slov Jiřího Víta nechtěli opakovat to, co už je ve světě poměrně běžné.

Přitom si ale zakládají na tom, že celá aréna je řešena poměrně střízlivě. „Nechtěli jsme se zviditelňovat nějakou extravagantností,“ tvrdí Jiří Vít. „To má i racionální jádro: v okolí budou postaveny další objekty, pro které by přílišná hmotová odvázanost arény byla na závadu. A je to konec konců i náš názor na architekturu.“

Výsledek ale vykazuje řadu rysů příznivých pro provoz arény. Střecha na půdorysu kruhu nemá negativní vliv na akustiku, většina ploch nad ní je osazena antirezonančními panely, které zabraňují ozvěně. V aréně by měl dobře znít rock i Eva Urbanová. Akustik musí počítat i s tím, kolik zvuku pohltí čalouny sedadel a samotní diváci. Slyšet přitom musí první řady i obecenstvo těsně pod střechou.

Zajímavé je i řešení druhé střechy kolem vnějšího obvodu haly, která už dostala přezdívku Létající talíř. Překvapí netradiční sklon směrem dovnitř kruhu. „Primárním důvodem bylo odlehčit centrální konstrukci,“ říká Martin Vokatý a doplňuje další přednosti: dešťová voda je svedena dovnitř stavby proto, že by nevypadalo dobře, kdyby skleněný obvod hyzdily okapy a svody vody. Sklon je natolik příkrý, že ze střechy vnějšího pláště není vůbec vidět okolí. Naopak zvenčí nejsou zase vidět reflektory, které halu nasvěcují. Nezasvěceného návštěvníka ani nenapadne, že hala má vlastně střechy dvě.

Všechna schodiště, ať zvenčí viditelná nebo skrytá, vlastně slouží jen jako požární. Diváky k sedadlům a restauracím, přezdívaným tvůrci Las Vegas, rozvezou výtahy a eskalátory. K přezdívce přišel věnec barů prostě: navrhla je interiérová firma Yates&Silverman ze skutečného Las Vegas. Luxusní restaurace lze přitom speciálními fóliemi osamostatnit. Černé fólie lze po obvodu zatáhnout jako závěs, aby hosté nerušili dění uvnitř arény. Nebo naopak. Je to jediná opona, kterou v největším českém divadle spatříte.

Tempo

Když se Jiřího Víta zeptáte, co architekty při projektování a realizaci nejvíce potěšilo, odpoví: „Rekordně krátká doba na projekt i stavbu. Zpracování studie a projektu včetně získání všech povolení (žádný úřad nám nic neodpustil) trvalo jen něco málo přes rok, a stavba byla dokončena za 20 měsíců. Nejedná se u tak technologicky složité stavby o světový rekord?“

Představte si deštník
Kousek od arény, na druhém břehu říčky Rokytky, počítá ve druhém patře sídla společnosti EXCON statik Vladimír Janata. Autor řešení ocelové konstrukce střechy Sazka Areny.

„Zadání bylo jasné: střecha ve tvaru kulového vrchlíku o průměru 135 metrů a vzepětí devět metrů,“ vypráví Vladimír Janata. „Dostal jsem zadání a odjel lyžovat do Francie. Vzal jsem si literaturu a přemýšlel. Kulový vrchlík, který se protíná s oválnou arénou… Zásadní nosná struktura je ale vrchlík. A tomu logicky staticky odpovídá radiální klenba.“

Po jakých cestách se vlastně ubírá práce statika, který tvoří neobvyklé? Není asi mnoho případů, kdy stojí za to takovou pouť popsat, byť většinou neviditelní statici by si to i zasloužili častěji. Vrchlík Sazka Areny je však přeci jen mimořádný.

Buď, a nebo

„Cestou nejmenšího odporu by bylo naklást vazníky napříč halou,“ říká Vladimír Janata. „Obrovské vazníky jeden jako druhý, vzájemně propojené, a nahoře zakrýt plechem. Pak to ale vypadá jako průmyslová hala. Podobně to chtěli udělat na Hagiboru. U takového zakrytí mám za měsíc spočtené dimenze, pak se to nastřihá a nahází se to tam. Jenže to postrádá hlubší vazby a neumí ani třetinu toho, co naše řešení. Protože podobná šance přichází jednou za život, pokusil jsem se o něco, co by mělo smysl.

Začal jsem na tom dělat sám. Kreslil jsem si rovinné modely a hned zpracovával přibližné výpočty, s přesností tak plus minus dvacet procent konečného tvaru. Pak nastoupili kolegové a začali ladit počítačové modely. Aby se model choval jako ve skutečnosti, trvá to třeba měsíc. Potom se přibližujete od původního nápadu k tvaru, který vyhovuje všem profesím a zároveň se chová optimálně z hlediska statiky. Model se postupně optimalizuje, v deseti patnácti krocích, aby ty tisíce a desetitisíce trubiček správně fungovaly.“

Stouni pod deštníkem

Ale zpátky ke klenbě. Princip její funkčnosti přirovnává Janata k deštníku podepřenému po obvodě: když na něj zvrchu zatlačíte, horní drátky, potažené látkou, jsou tlačeny a ty spodní taženy. Stejně funguje i vzpínadlo: klenba je nahoře tlačená, táhla dole jsou tažená. To je nesmírně efektivní z hlediska poměru, kolik konstrukce váží a kolik unese i z hlediska variability zatížení. Výroba je sice náročná, ale ve výsledku váží konstrukce třeba polovic toho, co by při stejném zatížení vážilo řešení à la průmyslová hala. Cena je tedy nakonec podobná.

„Zvolili jsme 36 příhradových vazníků, které se sbíhají na tubusu uprostřed,“ pokračuje Vladimír Janata. „Mohli jsme zvolit buď plnou konstrukci, nebo takzvané vzpínadlo, kdy se nosník vzepře na táhle. Vzpínadlo se mi líbilo, protože mezi vazníky a táhly vznikl nádherný prostor a má i další výhody: když na konstrukci něco zavěsíte, nese váhu všech 36 vazníků, všechny spolupůsobí. Když doprostřed zavěsím sto tun kostky s monitory (třicet tun kostka, dvacet tun tahy plus dynamický účinek), střecha to nepozná, protože to nesou všechny vazníky najednou.“

Když potom architekt Jindřich Smetana viděl, jaký mu vznikl prostor mezi táhly a vazníky, bylo definitivně rozhodnuto. Umístil do něj divadelní techniku: tři kruhové mosty, mezi kterými jezdí hliníkové lávky. „Když dole třeba Stouni vybalí stotunové pódium, musí se zavěsit do střechy a vytáhnout,“ říká Janata. „Těch sto tun musí konstrukce unést excentricky - a radiální struktura klenby snáší jakékoli nerovnoměrné zatížení kdekoli ve střeše. Scénář haly je díky tomu možné změnit během několika hodin.

Další požadavek zněl, že kostka uprostřed by měla být při určitých příležitostech skrytá. Proto jsme zvolili dutý středový tubus. Kdyby tam byly jen vazníky, nebylo by to možné, protože s nimi nelze uhnout.“

Místo sněhu model

Proces ladění dispozičního schématu trval asi měsíc nebo dva. Pak se rodily detaily a kreslily výkresy pro výrobu, nakonec v počtu kolem dvaceti lidí. Ve finále architekt Vokatý řekl, že táhýlka budou stříbrná a konstrukce nad nimi černá.

„Největší napětí jsme ale prožívali při vlastní stavbě,“ popisuje Janata. „Nejprve, když jsme ukotvovali středový prstenec v prostoru. To znamenalo výškově a směrově ho posadit na pomocnou konstrukci, tzv. pižmo. Potom při montování vazníků, protože se postupovalo z jedné strany, a nikoli symetricky proti sobě. Prstenec ležel na hydraulických podporách a po montáži každého vazníku jsme geodeticky zaměřovali, jak se to pohybuje, a porovnávali to s výpočty.“

Následovalo předpínání táhel. Pro lepší představu o tomto procesu použil statik metaforu: „Je to jako napínání drátů u kola: když napnete čtyři, úplně se změní síly v ostatních.“

Konstrukce se vážila před předpínáním a po něm - to se samozřejmě nadlehčila. Když se potom spouštěla z hydraulických zvedáků, každé dva centimetry se znovu měřilo. Na všech 36 táhlech byly nalepené tenzometry, pomocí nichž konstruktéři sledovali, zda se konstrukce chová podle předpokladů.

„Povedlo se napoprvé,“ říká Janata. „Měl jsem spočítané, že konstrukce klesne o šest centimetrů. Klesla o pět. Vezmeme-li v potaz všechny působící faktory - například výrobní tolerance profilů, některé jsou silnější, jiné tenčí - chovala se konstrukce naprosto podle modelu. Znovu jsme měřili, když se položil střešní plášť - zase to kleslo, vzrostly síly v táhlech. Totéž, když se zavěsila kostka…

Maximální zatížení jsme samozřejmě vyzkoušet nemohli. To by se muselo místo sněhu na střechu navézt a zavěsit přes tisíc tun. Ověření spolehlivosti probíhalo průběžným měřením, zda se konstrukce chová podle modelu. Na závěr jsme ještě provedli dynamický test: při spouštění kostky jsme vypnuli proud, což je reálná situace. Mechanické zachycovače ji zachytily, konstrukce dostala dynamický ráz a opět jsme měřili. Může se přihodit cokoli, ale z našeho hlediska je všechno v pořádku.“

Slavné kupole

Pantheon, Řím
Současná podoba Pantheonu je výsledkem přestavby za vlády císaře Hadriána (117-138) a pozdějších úprav. Pantheon jako jediný z římských chrámů nikdy nepřestal být užíván jako místo pobožností. Kruhovitá hala je zaklenutá kupolí o průměru i výšce 43,2 metru. Jediným světelným zdrojem je kruhové okno ve vrcholu kupole. Pantheon je skvělou ukázkou, s jakým mistrovstvím dokázali Římané pracovat s betonem. Stěny mají šest metrů, tloušťka kupole se směrem k vrcholu postupně zužuje. Střechu původně pokrývaly pozlacené bronzové tašky.

Hagia Sofia, Istanbul
Chrám Boží moudrosti v Konstantinopoli, který dnes slouží jako mešita, byl postaven v letech 532-537, v době vlády císaře Justiniána. Původní kupole s plošším profilem se roku 558 zřítila. Hagia Sofia ve své době znamenala zcela nové pojetí chrámu a měla hluboký vliv na pozdější architekturu ve východním Středomoří, jak křesťanskou, tak islámskou. O tom, kolik pozornosti stavba přitahovala, svědčí i to, že známe jména jejích architektů: Isidor z Mílétu a Anthémius z Trallu.

Santa Maria del Fiore, Florencie
Stavba florentského dómu byla zahájena na konci 13. století. Teprve okolo roku 1420 vyvstala být aktuální otázka, jak zaklenout prostor nad křížením hlavní a příčné chrámové lodi. Vítězem veřejné soutěže, kterou město vypsalo, se stal zlatník Filippo Brunelleschi, který navrhl originální způsob klenutí spojující gotické a antické postupy. Výhodou jeho návrhu bylo, že kupole byla samonosná a k její stavbě nebylo třeba nákladného podpůrného lešení. Dvouplášťová kupole na osmibokém tamburu má průměr 39,5 metru a její stavba trvala 14 let.

Santa Sindone, Turín
Kaple Nejsvětějšího roucha, v níž je uložena jedna z nejcennějších křesťanských relikvií - údajný Kristův rubáš - je vrcholem iluzivní barokní architektury. Špičatá kupole je podložena šesti segmentovými tambury, z nichž každý je o několik stupňů pootočen, takže oblouk horní řady vždy dosedá na vrchol oblouků řady spodní. Kaple není příliš vysoká, ale perspektivní zkrácení oblouků vyvolává dojem značné výšky. Autorem návrhu byl matematik a filozof Guarino Guarini. Stavba kaple probíhala mezi lety 1667 až 1690.

Capitol, Washington D.C.
Stavba amerického Capitolu byla zahájena roku 1793 podle klasicizujícího návrhu Williama Thorntona. Kupole, dodávající stavbě charakteristický vzhled, byla dostavěna až roku 1863, nahradila starší a nižší stavbu, jejíž vnitřní konstrukce byla ještě dřevěná. Autorem projektu byl architekt Thomas U. Walter. Kupoli nese ocelová konstrukce o celkové hmotnosti přes čtyři tisíce tun. Socha Svobody na vrcholu Capitolu se tyčí do výšky 87 metrů. Vnitřní rotunda je vysoká 55 metrů, její průměr činí 30 metrů.

Jahrhunderthalle, Vratislav
Halu století, dnes přejmenovanou na Lidovou halu, postavil mezi lety 1911 až 1913 architekt Max Berg. Původně byla zamýšlena jako výstavní palác. Vratislav měla na počátku 20. století ambici stát se východní metropolí Německa. Šlo tehdy o největší centrální stavbu na světě, dovnitř se vejde až deset tisíc lidí. Průměr hlavní kupole je úctyhodných 67 metrů. Hala, jejíž architektonický výraz tvoří nezakrytá betonová konstrukce, v mnohém předznamenává pozdější funkcionalismus.

Palazzetto dello Sport, Řím
Malý sportovní palác, zbudovaný pro Olympiádu v roce 1960, je dílem architektů Piera Lugi Nerviho a Annibaleho Vitellozziho. Železobetonová skořepina střechy o průměru 60 metrů spočívá na mohutných šikmých podporách ve tvaru Y, které přenášejí tíhu na železobetonový kruh zapuštěný v zemi. Kupole byla vytvořena z prefabrikovaných betonových dílců, během montáže kladených na pomocnou ocelovou konstrukci. Po jejím odstranění vznikl nádherný vnitřní prostor bez jediné podpory. Hala pojme pět tisíc sedících diváků.

Americký pavilon, Montreal
Americký pavilon pro výstavu Expo 67 navrhl praotec současné high-tech architektury Richard Buckmister Fuller. Pavilon má tvar koule o průměru 76 metrů, jejíž spodní část je zapuštěna v zemi. Lehká ocelová konstrukce bez jakýchkoliv vnitřních podpěr byla zastřešena pohyblivými plastovými panely, které umožňovaly regulaci vnitřní teploty v závislosti na úhlu dopadu slunečních paprsků. Fuller byl prvním architektem, jenž se výrazně inspiroval světem biotechnologií a konstrukčními principy, s nimiž se lze setkat v živé přírodě.

Millennium Dome, Londýn
Střecha londýnského výstavního paláce postaveného k oslavám roku 2000 není v technickém slova smyslu kupolí, ale spíše zavěšeným stanem. Každopádně jde o impozantní stavbu o průměru neuvěřitelných 358 metrů. Dóm však do dějin nevstoupí díky technickým parametrům, ale hlavně kvůli finančním skandálům. Celkové náklady projektu totiž dosáhly jedné miliardy liber. To by ještě nebylo tak hrozné, kdyby dóm nemusel být již rok po svém otevření uzavřen pro malý zájem návštěvníků. Další osud nechtěného pomníku Blairovy vlády je stále ve hvězdách.