Vojko Kilar
IZVEDBA DVEH LUPINASTIH KONSTRUKCIJ
Execution of Two Shell Constructions
AR
2oo3/2
UDK 624.07 COBISS 1.04 strokovni članek prejeto 15.9.2003
izvleèek
Predstavljena je zasnova, analiza ter izdelava/montaža dveh v osnovi podobnih pa vendar po velikosti, uporabi in materialu zelo različnih lupinastih konstrukcij: a) stekleno-jeklene lupine, ki služi kot streha nad hotelskim bazenom (Soči, Rusija, 2000) in b) armirano betonske lupine, ki služi kot osnovna oblika konkavno-konveksnega vodnjaka (Solkan, Slovenija, 2002). Končni izgled ter faze analize in izdelave obeh lupin ter nekateri detajli in načrti so prikazani z ilustrativnimi skicami in diapozitivi.
abstract
The article presents the concept, analyses and execution/assembly of two essentially similar shell constructions that nevertheless significantly differ in size, use and materials: a) glass-steel shell, which serves as a roofover a hotel pool (Soèi, Russia, 2000) and b) reinforced concrete shell, which serves as the basic form of a concave fountain (Solkan, Slovenia, 2002). Illustrative sketches and slides show the final image, analyses and execution ofboth shells, as well as some details.
kljuène besede:
lupinaste konstrukcije, konstrukcija iz stekla in aluminija, fontana
key words:
shell construction, steel and aluminium construction, fountain
Lupina strehe nad bazenom
Lupina je bila postavljena leta 2000 v mestu Soči ob Črnem morju (Rusija). Investitor in izvajalecje bil Ruski "PEMOATB.", podizvajalec za aluminijaste konstrukcije pa podjetje ALU-TERM gradnje iz Izole. Statika in projekt za izvedbo sta bila izvedena na Katedri za konstrukcije na Fakulteti za arhitekturo v Ljubljani (Doc. V. Kilar). Lupina ima tloris elipse z veliko osjo 23.73 m in malo osjo 18.64 m. Višina kupole v temenu je 3 m. Kupolo sestavlja 15 jeklenih prečnih krožnih lokov (jekleni I nosilci IPE 160) z lomljeno osjo, in en vzdolžni lok v temenu (v smeri daljše osi elipse). Kupolo nosi betonski venec širine 0.5 m in višine 1.1 m, ki stoji na osmih stebrih in je povezan s ploščami nad ostalim delom objekta. Na zgornje pasnice jeklenih IPE nosilcev so pritrjeni aluminijasti vzdolžni nosilci, ki potekajo po vsej dolžini prečnih jeklenih lokov in so s posebnimi kotniki nagnjeni tako kot to zahteva polaganje stekel po obliki kupole. Aluminijasti vzdolžniki so povezani z aluminijastimi prečniki (diagonalami), ki preprečujejo uklon prečnih lokov izven ravnine. Aluminijasti prečniki in vzdolžniki nad lokovi imajo posebne utore z gumijasto oblogo, ki nosijo modro tonirana trikotna stekla.
Zaradi lažjega transporta in možnosti izvedbe kvalitetne zaščite proti koroziji (vroče cinkanje) je bila zahteva izvajalca, da je kupola izdelana iz manjših delov, ki se jih sestavi na mestu samem. Že v fazi osnovnih projektov je bilo odločeno, da bodo jekleni loki krožnih oblik in da se ustrezno prilagodi dolžine in kote prečnih in vzdolžnih nosilcev. Krožni lokovi so sestavljeni iz odsekoma ravnih delov in med seboj varjeni. Poleg določitve potrebnih dimenzij nosilnih elementov kupole in statičnega dokaza varnosti, je bilo potrebno narediti izvedbene načrte tako za jekleni del, kot tudi za aluminijaste vzdolžnike in prečnike in za posamezna stekla. Lokovi, vzdolžniki in prečniki niso enaki
med seboj, niti po dolžini, niti po odreznih kotih na obeh konceh (v dveh ravninah). Dimenzija trikotnih stekel je sicer določena s konstantnim razmakom med lokovi, dolžine stranic in koti trikotnih stekel pa se prav tako prilagajajo obliki kupole. Dodaten problem so predstavljala zaključna stekla ob stiku z betonskim vencem.
Ker je kupola dvojno simetrična, je bilo potrebno pripraviti rešitve le za eno četrtino kupole. Kratki roki in oddaljenost mesta postavitve kupole od domačih delavnic niso dovoljevali kakršnihkoli zastojev in popravkov, ki bi nastali zaradi napak v računalniškem modelu kupole in napak v kotih in dimenzijah. Iz tega razloga se je izvajalec odločil za poskusno montažo kupole. Ob poskusni postavitvi kupole so se preverile računalniško določene dimenzije jeklenih profilov, vzdolžnikov, prečnikov in trikotnih stekel.
Betonskalupina vodnjaka
Solkanski vodnjak, kije konkavno-konveksne matematično generirane oblike, je približno 9.5 m dolg, 4 m širok in 2 m visok. Vodnjak je bil dokončan septembra 2001. Investitor je bila Mestna občina Nova Gorica, naročnik postavitve vodnjaka in ureditve trga J. Srebrniča pa Krajevna skupnost Solkan. Arhitektura vodnjaka in ureditev trga je delo Sadar in Vuga arhitekti, d.o.o. iz Ljubljane. Študije in modeliranje vodnega toka je opravil Hidro oddelek Fakultete za gradbeništvo in geodezijo v Ljubljani (Doc. P. Banovec), predlog načina postavitve in projekt za izvedbo pa Katedra za konstrukcije na Fakulteti za arhitekturo v Ljubljani (Doc. V. Kilar). Izvajalcadel sta bila Cestno podjetje Nova Gorica in Marmor Hotavlje.
Lupino v osnovi sestavljata dva nasprotno obrnjena eliptična paraboloida, ki sta povezana s sedlom, preko katerega ena
površina prehaja v drugo. Osnovna ideja je bila, da bo vodni curek stekel po konkavnem delu navzdol in se nato dvignil na vrh konveksnega dela za okvirno en meter, nato pa se razlil v obliki zavese èez prosti konzolni rob. Najprej je bilo izvedeno hidravlièno oblikovanje lupine (FGG). Z enostavnim enodimenzionalnim matematiènim modelom so bili doloèeni osnovni parametri vodnega toka, kot je okvirni potrebni pretok in oblika natoène šobe. Po korekcijah doloèene osnovne oblike lupine, je bil izveden fizièni model omoèenega dela fontane v merilu 1:1. Na fiziènem modelu je bil doloèena oblika spodnjega in zgornjega usmerjevalnega kanala in potreben pretok ter pritisk, ki ga je potrebno zagotoviti na iztoèni šobi. Po postopnem spreminjanju geometrije fontane (zniževanje temena, oblikovanje spodnjega in zgornjega usmerjevalnega kanala) ter parametrov natoka vode na fontano (usmeritev natoène šobe, pretok, tlaki na iztoèni šobi), je bila dosežena sprejemljiva oblika vodnega toka po lupini.
Lupina je podprta v spodnjem delu konkavnega dela in na stranskem robu konveksnega dela. V statièno konstrukcijskem smislu fontana predstavlja debelo lupino, ki poleg nateznih in tlaènih osnih sil prevzema tudi znatne upogibne (v konzolnem delu) in torzijske (v sedlu) upogibne momente. Temelji lupine so povezani s tlemi bazena, ki se nahaja pod lupino. Bazen je izdelan iz vodo-nepropustnega betona in dodatno prevleèen z nepropustno epoksi prevleko. Lupina je z obeh strani obložena z marmorjem. Zaradi njene ukrivljenosti v obeh smereh, kot tudi zaradi zahtev po èim bolj gladki površini, je bila najprimernejša rešitev, da se lupina obloži s èim veèjimi kosi obloge, tako da bo èim manj stikov, ki ovirajo tok vode. Pripravljeni raèunalniško generirani model lupine je omogoèal povezavo z raèunalniško krmiljenimi stroji za rezanje marmorja s katerimi razpolagajo v podjetju Marmor Hotavlje. S pomoèjo teh strojev je bila izdelana prostorsko ukrivljena obloga iz marmornih plošè tlorisne velikosti približno 60 cmx 60 cm.
Za veèje lupine je potreben opaž, ki znatno poveèuje ceno betonskih lupin. Ker je vodnjak z obeh strani obložen z marmornatimi plošèami, smo se odloèili, da zgornji del spodnje obloge uporabimo kot opaž za betonsko lupino. Zaradi doloèanja potrebne debeline (višine) lupine smo poleg spodnjega opaža in spodnjih profilov uporabili tudi zgornje profile.
Lupina strehe nad bazenom
^ -




L
		
v-	—	_^
		J
u		k*»
		J
i		r
Slika 1: Izvedbeni naèrt za jekleni lok št. I.
Construction plan for steel arch No. 1.
Slika 2: Aluminijasti preèniki in vzdolžniki ter naèin pritrditve stekel. (vir: ALNOR Nuova Alluminio Nord A.p.A.) Aluminium beams and the method of attaching glass. (Source: ALNOR Nuova Alluminio Nord A.p.A.)
Slika 3: Preizkusna montaža lupine. (foto: Vojko Kilar) Test assembly of the shell.
Slika 4: Dejanska montaža lupine. (foto: Aluterm)
The actual assembly of the shell.
Sliki 5,6: Konèana kupola. (foto: Aluterm)
The completed dome.
Betonska lupina vodnjaka
Slika 7: Tok vode na fiziènem modelu, (foto: Primož Banovec) Flow of water on the physical model.
"REflET« VPETJU t TEÄBJ n m
mpiOm ifttflti uimE u
Slika 8: Matematièno modeliranje lupine in vertikalni poves pri lastni in koristni obtežbi.
Mathematical modelling of the shell and vertical displacement under self weight and live loads,
HI* «Hu

JfSiitai.
^ 4
iSa/Sa.	wj^jfl^ ^Itì/Sm
HU AWÜ»'	tì^Jat.
"" »mlbn jUAn.
Il* -.tt/^
Slika 9: Armatura lupine.
Reinforcement of the shell,
Slika 10: Skica armature - prerez konveksnega dela.
Sketch of reinforcement - section of the convex part,
Slika 11: Skica armature - prerez konkavnega dela.
Sketch of reinforcement - section of the concave part,
Slika 12: Izdelava hidravliènega modela omoèenega dela lupine v merilu 1:1. (foto: Primož Banovec)
Building the hydraulic model of the wetted part of the shell in scale 1:1.


V
r
Slika 13: Spodnji profili za izdelavo lupine. (foto: Marmor Hotavlje) Bottom profiles for building the shell.
Slika 15: Zgornji profili in betoniranje lupine. (foto: Marmor Hotavlje) The upper profiles and concreting of the shell.
Sliki 16: Konèana lupina in tok vode. (foto: Tomaž Slak) The completed shell and flow ofwater.
Sliki 17: Konèana lupina in tok vode. (foto: Tomaž Slak) The completed shell and flow ofwater.
Slika 14: Lupina med izdelavo. (foto: Marmor Hotavlje) Building of the shell.
doc dr Vojko Kilar Univerza v Ljubljani Fakulteta za arhitekturo vojko.kilar@arh.uni-lj.si