Krakowski Szkieletor: jak pustostan zmienił się w nowoczesny wieżowiec

Spis treści

1. Krakowski Szkieletor: Krótka historia budynku
2. Krakowski Szkieletor: Posadowienie
3. Krakowski Szkieletor: Przeciwpożarowe zabezpieczenie konstrukcji stalowej
4. Krakowski Szkieletor: Elewacja
5. Krakowski Szkieletor: Sterczyny

Artykuł opublikowany w "A-m" z sierpnia 2020 roku

Krakowski Szkieletor: Krótka historia budynku

Krakowski Szkieletor – niedoszła siedziba Naczelnej Organizacji Technicznej – był jedynym rozpoczętym (i niedokończonym!) budynkiem wchodzącym w skład założenia Nowego Centrum Krakowa. Jego koncepcja powstała w ramach konkursu ogłoszonego w 1968 roku. Zwyciężył zespół w składzie: Zdzisław Arct, Krzysztof Leśniodorski, Ludwik Konior i Ewa Dworzak. Budowa rozpoczęła się w 1975 roku. Obiekt miał składać się z dwóch części: wysokiej (ponad 96-metrowa wieża) – mieszczącej sale administracyjne, szkoleniowe i konferencyjne, taras widokowy z kawiarnią, jak również pokoje hotelowe – oraz niskiej – z dwupiętrową salą kongresową na 500 osób z zapleczem, garażem podziemnym, strefą gastronomiczno-usługową i pomieszczeniami technicznymi.

Z powodu kryzysu gospodarczego realizację Szkieletora wstrzymano pod koniec lat 70. Do tego momentu udało się wykonać część żelbetowego garażu podziemnego, skrzyniowy fundament i stalową konstrukcję wieży, stalową konstrukcję sali kongresowej, trzony komunikacyjne i instalacyjne oraz żelbetowe stropy na blasze trapezowej.

W części nadziemnej konstrukcja wieży została wykonana jako układ przestrzennych ram stalowych opartych na module 600 x 600 cm, natomiast w części podziemnej w postaci sztywnego, żelbetowego układu słupowo-belkowo-płytowego (skrzynia fundamentowa). W konstrukcji stalowej można było wyróżnić 12 różnych przekrojów słupów o wymiarach zewnętrznych od 529 x 529 mm do 714 x 714 mm.

Były to elementy spawane, wykonane z blach o grubości od 19 do 40 mm. Belki główne szkieletu to blachownice stalowe o wysokości od 400 do 700 mm i szerokości pasów od 200 do 260 mm. Stropy wykonano w postaci cienkich, żelbetowych płyt na szalunku traconym z blachy trapezowej. W obrysie środkowego traktu zlokalizowano żelbetowy pion ewakuacyjnej klatki schodowej, zespoły szybów windowych i instalacyjnych. Zaprojektowane jako elementy samonośne, oddylatowane od stalowej konstrukcji, nie spełniały żadnej roli usztywniającej. Pozwoliło to na ich rozebranie bez szkody dla stabilności samej wieży.

Przez 40 lat wielokrotnie podejmowano próby dokończenia budowy. Wszystkie okazały się jednak nieskuteczne. Kiedy w 2011 roku DDJM Biuro Architektoniczne (aktualnie BE DDJM Architekci) rozpoczęło projektowanie Centrum Kongresowego Nauki i Techniki Treimorfa (obecnie Unity Centre), dostaliśmy do ręki kilkunastotomową ekspertyzę ukazującą bardzo złożony stan budynku. Niektóre elementy, zwłaszcza żelbetowe stropy, uległy daleko idącej degradacji. Inne, jak na przykład konserwowana kilkukrotnie stalowa konstrukcja, zachowały się w dobrym stanie. Nowy projekt zakładał m.in.: nadbudowę istniejącej konstrukcji do wysokości 102,5 m, rozbudowę poprzez dodanie od strony północnej żelbetowego trzonu komunikacyjnego z windami dalekobieżnymi (budynek A – 102,5 m) oraz budynku biurowego (budynek B – 40 m), rozbiórkę zniszczonych i zbędnych elementów, a także wzniesienie kompleksu budynków towarzyszących: University Office, Luxury Residential, Eastern Office, Radisson Hotel.

W czasie trwających kilka lat prac projektowych natknęliśmy się na szereg problemów technicznych. Po pierwsze projektowaliśmy obiekt, który powstał w kompletnie innej rzeczywistości budowlanej (zmieniły się materiały, np. zabezpieczenie przeciwpożarowe elementów stalowych) i prawnej (zmieniły się warunki techniczne). Po drugie był to pierwszy w historii naszego biura projekt budynku wysokościowego. W tekście przedstawiamy kilka ciekawych zagadnień, z którymi musieliśmy się zmierzyć, projektując budynek Unity Tower.

Krakowski Szkieletor: Posadowienie

Jedną z podstawowych kwestii, którą musieliśmy rozstrzygnąć, było posadowienie nowego obiektu (budynek B), który miał powstać po północnej stronie wieży (budynek A). Zaprojektowano go w konstrukcji żelbetowej i docelowo miał stanowić fizyczną i funkcjonalną całość z istniejącym wieżowcem (obiekty A i B nie są od siebie oddylatowane). Aby rozwiązać problem różnicy osiadania budynków, firma GeKon zaproponowała zwiększenie nośności podłoża pod istniejącą skrzynią fundamentową wieży poprzez wykonanie 32 kolumn iniekcyjnych jet-grouting o długości 4 m i średnicy ok. 80 cm. Technologia polegała na wykonaniu przewiertów o średnicy 150 mm w istniejącym fundamencie skrzyniowym wieży. Przez te otwory następnie wykonano kolumny jet-grouting. Wtłaczanym medium był zaczyn cementowy, którego skład był odpowiednio korygowany w zależności od stwierdzonych warunków gruntowych i rozchodu iniektu. W celu ograniczenia i wyrównania osiadań pod nowo projektowanym budynkiem (B) wykonano 107 pali CFA o średnicy 60 cm i łącznej długości ok. 1 km. Ze względu na niski poziom wibracji i hałasu oraz brak rozluźnienia gruntu wzdłuż pobocznicy pala, możliwe było zastosowanie tej technologii w sąsiedztwie istniejących obiektów. Tak przygotowane podłoże pozwoliło na dociążenie istniejącej wieży, wykonanie nowego budynku i, pomimo różnicy wysokości i czasu wykonania, zmonolityzowanie obu obiektów w całość (Unity Tower).

Krakowski Szkieletor: Przeciwpożarowe zabezpieczenie konstrukcji stalowej

W trakcie opracowania projektu budowlanego mając na uwadze przede wszystkim względy bezpieczeństwa oraz występujące ograniczenia techniczne i konstrukcyjne, przyjęto rozwiązania odbiegające od wymagań zawartych w obowiązujących przepisach techniczno-budowlanych m.in. w zakresie wymaganej klasy odporności pożarowej wysokościowego budynku biurowego. Jako rekompensatę odstępstwa od zapisów zawartych w warunkach technicznych stropy wykonano w klasie R180 (EI 120), a wszystkie słupy nośne w klasie R180 odporności ogniowej. Ponadto w projektowanej instalacji zastosowano tryskacze szybkiego reagowania, a na każdej kondygnacji zabudowano zawory testowe i czujniki przepływu.

Do zabezpieczenia stalowych elementów wieży, w zależności od typu i lokalizacji, przyjęto różne rozwiązania. Stalowe słupy konstrukcyjne zabezpieczono poprzez wykonanie żelbetowej otuliny o odpowiedniej grubości, zmonolityzowanej z płytą stropową.

Nowe stropy dwóch pierwszych kondygnacji, oparte na istniejących belkach stalowych i wykonane na blasze trapezowej traktowanej jako szalunek tracony, nie stanowią głównej konstrukcji budynku. Wykonano je jako element żelbetowy w klasie odporności ogniowej REI120.

Istniejące belki stalowe w formie blachownic tworzą główną konstrukcję budynku. Zabezpieczono je do klasy odporności ogniowej R180 poprzez wykonanie natrysku w systemie Tecwool F o grubości ok. 50 mm. Na kondygnacjach powyżej antresoli (4-27) usunięto istniejące belki stalowe, stanowiące usztywnienie układu konstrukcyjnego wieży. Zastąpiono je żelbetowymi płytami stropowymi, które w całości przejęły rolę usztywniającą. Stropy te, będące elementem głównej konstrukcji budynku, zrealizowano w klasie R180 (EI120).

W związku z koniecznością wykonania dużych otworowań w płytach stropowych należało zastosować belki stalowe (HEB 240, 260) wzmacniające stropy. Jako główny element konstrukcji budynku zostały one zabezpieczone do klasy R180. Fragmenty zatopione w płycie ochroniono otuliną żelbetową, a części wystające z płyty zabezpieczono poprzez zastosowanie natrysku w systemie Tecwool F (np. klatki schodowe) lub zabudowę płytami Promatec (np. półki belek stalowych zlicowane z górną płaszczyzną płyty).

Od strony wschodniej do istniejącego szkieletu dobudowano dwukondygnacyjną przestrzeń powiększającą powierzchnie usługowe na parterze i na antresoli. Przekrywający ją stropodach to lekka płyta żelbetowa na szalunku z blachy trapezowej. Całość oparto na stalowej podkonstrukcji wspartej z jednej strony na istniejących słupach, z drugiej na nowej ścianie żelbetowej. Podkonstrukcję stropodachu, nie będącą częścią konstrukcji głównej, zabezpieczono do klasy R120 poprzez malowanie farbą pęczniejącą.

Krakowski Szkieletor: Elewacja

Wykonanie elewacji budynku Unity Tower było wymagającym zadaniem z uwagi na znaczne siły działające na budynek (parcie i ssanie wiatru), niejednolitą konstrukcję (połączenie żelbetu i stali), wysokość (102,5 m), projektowane ugięcia (od -8 mm do +2 mm) i przemieszczenia stropów sąsiednich kondygnacji względem siebie (drift > 8 mm) oraz względy funkcjonalne i estetyczne. Uwarunkowania te spowodowały, że zastosowano kilka rodzajów elewacji: ścianę osłonową słupowo-ryglową i elementową (projekt: ALUTECH Glassystems), wentylowaną (projekt i realizacja: MP Polska) oraz kamienną (projekt: Faskam Projekt).

Cokół budynku (kondygnacje 1-2), z uwagi na projektowaną elewację kamienną, wykonano jako ścianę żelbetową. Płyty (granit Strzegom) zamocowano na kotwach ze stali nierdzewnej. W części portalu wejściowego, o wysokości prawie 15 m, zamontowano stalową podkonstrukcję, która umożliwiła zróżnicowane ukształtowanie kolumn portalu (miejscami wysięg płyt kamiennych wynosi 70 cm). Okna zaprojektowano w systemie aluminiowym, izolowanym termicznie MB-70, przeszklenie stanowiące część portalu wejściowego w systemie słupowo-ryglowym MB SR-60.

Na kondygnacji 3-9, gdzie poziome przemieszczenie stropów względem siebie (drift) nie przekracza 5 mm, fasadę stanowi aluminiowy system słupowo-ryglowy MB SR70N UC mocowany do konstrukcji za pomocą stalowych konsoli, do których przykręcane są kształtowniki pionowe – słupy. Konsole wyposażone są w podłużne otwory: poziome umożliwiające dokładne ustawienie słupów względem siebie oraz pionowe kompensujące dylatację pionową. Rygle są nasuwane na dodatkowe łączniki przykręcane do słupów. Całość tworzy konstrukcję nośną kratową. W utworzone otwory między słupami i ryglami montowane są wypełnienia (szyby, okna lub wypełnienia nieprzezierne). Dla zapewnienia stabilności konstrukcji wykonano połączenia dylatacyjne, których zadaniem jest kompensacja przemieszczeń powstających na skutek pracy konstrukcji, rozszerzalności termicznej oraz tolerancji produkcyjnych i wykonawczych elementów. Dylatacja słupa aluminiowego wynosi 17 mm.

Ze względu na duże ugięcia oraz wzajemne przemieszczenia poziome stropów fasadę zamocowano na każdej kondygnacji, a poszczególne piętra oddylatowano. Okna zintegrowane z systemem fasadowym zaprojektowano w systemie aluminiowym izolowanym termicznie MB-70US UC. Części nieprzezierne ściany osłonowej od zewnątrz wykończono pilastrami z blachy aluminiowej. Z uwagi na niewielki ich wysięg mocowanie do listwy dociskowej słupa wykonano za pomocą zawiesi z systemowych profili WIDO-PROFIL. Na styku budynków A i B, na kondygnacjach K3-K9, zaprojektowano połączenie dylatacyjne zapobiegające rozszczelnieniu się ściany osłonowej. Obie jej części zamocowane są niezależnie – w przypadku wieży standardowo do stropu, w przypadku budynku B do stalowego wspornika.

Na kondygnacjach 10-25, z uwagi na jeszcze większe przemieszczenia poziome stropów (drift do 10 mm), konieczne okazało się wykonanie elewacji w systemie elementowym MB-SRD70N UC, z niezależnie połączonych prefabrykowanych modułów. Dzięki pionowym i poziomym połączeniom dylatacyjnym zapewniono kompensację ruchów fasady spowodowanych rozszerzalnością termiczną profili aluminiowych oraz odkształceniami konstrukcji nośnej budynku, do której fasada jest zamocowana. Ze względu na duże ugięcia oraz wzajemne przemieszczenia poziome stropów fasadę zamocowano na każdej kondygnacji.

Połączenia dylatacyjne kompensują także tolerancje wymiarowe elementów oraz niedokładności montażowe. Gotowe segmenty montowane są za pomocą specjalnych stalowych konsol na elementach wsporczych zamocowanych do stropu. Przenoszenie obciążeń między segmentami zapewnia specjalny kształt profili oraz pionowe łączniki zwane „mieczami”, które służą jednocześnie do ich transportu. Montaż elementów elewacji odbywał się za pomocą specjalnego wysięgnika gąsienicowego, który opuszczał elementy na linie z wyższego piętra. Analogicznie jak na kondygnacjach 3-9 nieprzezierne części ściany osłonowej od strony zewnętrznej zostały wykończone pilastrami z blachy aluminiowej.

Na poziomach 23 i 24, z uwagi na duże gabaryty pilastrów (wysięg ok. 70 cm) ich stalową podkonstrukcję usztywniającą zamontowano nie do listwy dociskowej, ale do czoła stropu za pomocą konsoli stalowych z przekładką z twardego PCV.

Ostatnia, 26 kondygnacja (wraz z antresolą) została całkowicie przeszklona. Dach od strony zachodniej i wschodniej wykonano jako typową ścianę osłonową w systemie aluminiowym słupowo-ryglowym MB SR-70 UC. Okna zintegrowane z systemem fasadowym zaprojektowano w systemie aluminiowym, izolowanym termicznie MB-70US UC, natomiast drzwi zintegrowane ze ścianą osłonową restauracji w systemie MB-70. Dostawcą systemu ścian osłonowych była firma Aluprof.

Trzon komunikacyjny od strony północnej, mieszczący hol windowy, zespół dźwigów dalekobieżnych, dźwig ratunkowy i gospodarczy oraz klatki ewakuacyjne, wykonano w konstrukcji żelbetowej metodą ślizgu. Oprócz doświetlenia holu jest on całkowicie pozbawiony okien. Fasadę tej części budynku (kondygnacje 10-26) wykonano jako elewację wentylowaną z paneli aluminiowych (grubość blachy 3 mm).

Krakowski Szkieletor: Sterczyny

Na kondygnacjach 25 i 26 zamontowano elementy dekoracyjne zwane sterczynami. Na poziomie K25 stanowią one część pilastrów fasady, na K26 (taras na dolnym poziomie szklanej latarni) elementy wolno stojące oddalone od fasady w zakresie od około 1 m (elewacja wschodnia i zachodnia) do 2 m (elewacja południowa). Sterczyny, podobnie jak pilastry na kondygnacjach 23 i 24, wykonano z blachy aluminiowej mocowanej do stalowej podkonstrukcji, połączonej ze stropem termicznymi łącznikami nośnymi Isokorb KST. Na powierzchnię sterczyn nałożono blaszane nakładki w kolorze złotym (blacha Nordic Royal™ firmy Aurubis jest stopem miedzi z aluminium i cynkiem, co nadaje mu złoty kolor; w odróżnieniu od innych produktów firmy ten stop nie wytwarza zielonkawej patyny). Ciężar typowej sterczyny wynosi ok. 1000 kg, narożnej ok. 1150 kg. W sumie na budynku zamontowano 19 sterczyn typowych i 4 narożne. Otwarcie Unity Tower planowane jest na koniec 2020 roku.

Z uwagi na znaczne siły działające na budynek na elewacji zastosowano m.in. system słupowo- -ryglowy i elementowy

Na elewacjach wieżowca zamontowano dekoracyjne sterczyny z blachy aluminiowej mocowanej do stalowej podkonstrukcji, połączonej ze stropem termicznymi łącznikami nośnymi