Budynek Pawilonu, który zlokalizowany jest wzdłuż Drogi Królewskiej – prowadzącej przez Rynek Główny na Wawel (róg ul. Grodzkiej i placu Wszystkich Świętych) wielokrotnie był omawiany pod kątem architektury oraz samej estetyki bryły.
Ze względów na wyjątkowe położenie, nietypową formę budynku oraz zróżnicowane warunki fundamentowania, przy niekonwencjonalnej koncepcji fasady ceramiczno-szklanej Pawilon stanowił projektowo-konstrukcyjne wyzwanie.
Pawilon Wystawowo-Informacyjny Wyspiański 2000 jest przykładem ciekawej i nietypowej konstrukcji w historycznej zabudowie Starego Miasta w Krakowie.
Twórcą idei powstania Pawilonu Wyspiański był Andrzej Wajda w 1998 r. Projektowaniem architektonicznymzajął się krakowski architekt dr Krzysztof Ingarden wraz z zespołem (Jacek Dubiel – kierownik zespołu). Konstrukcyjny projekt wykonany został przez prof. Jana Grabackiego wraz z zespołem (Samsoor Shaheed – kierownik zespołu). Projekt budowlany został sporządzony w 2005 r., proces projektowania budynku zakończył się wraz z oddaniem obiektu na inaugurację obchodów 750-lecia lokacji miasta Kraków w czerwcu 2007 r. Inwestorem była Gmina Miejska Kraków, generalnym wykonawcą Budostal 2. Obiekt został wzniesiony w miejscu, gdzie niegdyś znajdowała się XII-wieczna kamienica Pod Lipką, a główna idea pawilonu miała na celu wyeksponowanie witraży powstałych na podstawie kartonów Stanisława Wyspiańskiego. Na wszystkich etapach projektowania i wykonawstwa odbywały się konsultacje oraz uzgodnienia z miejskim konserwatorem zabytków i archeologami, którzy przy wykopach prowadzili prace odkrywkowe.
Prace przygotowawcze
Przed przystąpieniem do prac związanych z budową pawilonu konieczne było wykonanie wzmocnień bezpośrednio sąsiadującej, opuszczonej kamienicy będącej w bardzo złym stanie technicznym. Wzmocnienia – m.in. za pomocą stalowych ściągów – pozwoliły na rozebranie dwóch przypór, które kolidowały z obrysem projektowanego budynku.
Po wykonaniu wykopów sporządzono precyzyjną inwentaryzację zachowanych fragmentów sklepień i murów historycznych oraz występujących w podłożu dołów chłonnych. Konieczne było również wyznaczenie geometrii ściany przylegającej kamienicy.
Fot. 1. Odsłonięte historyczne mury
Opis warunków posadowienia i lokalizacji
Główna część obrysu budynku leży w bezpośrednim sąsiedztwie opuszczonej kamienicy, której przylegająca ściana cechuje się dużą nieregularnością. Część podłużna obiektu znajduje się nad fragmentami murów gotyckiej kamienicy, pozostała zaś zlokalizowana jest nad dołami chłonnymi oraz pozostałościami po drewnianej budowli.
Fot. 2. Widok na ścianę z witrażami podczas budowy
Opis sposobu fundamentowania
Założono posadowienie pośrednie za pomocą żelbetowych pali CFA (Continuous Flight Auger) zapewniających:
– zachowanie w największym stopniu pozostałości historycznych murów,
– najmniejszą ingerencję w stan naprężeń podłoża budynku sąsiedniej kamienicy,
– możliwość posadowienia w rejonie dołów chłonnych.
Lokalizacja pali była zdeterminowana przez konfigurację ścian historycznych, których nie można było naruszyć, oraz odpowiednią odległość od fundamentów ściany zewnętrznej sąsiedniej kamienicy. Problemem logistyczno-technicznym było wykonanie pali na bardzo wąskiej działce przy niejednorodnych warunkach gruntowych (podczas wykonywania pierwszego pala wiertło palownicy zostało urwane). W wielu przypadkach nie było możliwości zapuszczenia zbrojenia na zakładaną głębokość. Po wykonaniu pali konieczna była inwentaryzacja ich głowic (różnice długości pali w stosunku do zakładanych sięgały 0,5 m) oraz próbne obciążenia wybranych pali, a także weryfikacja obliczeniowa modelu. Głowice pali zostały spięte belkami i płytami oczepowymi, które przejmują obciążenie od całego budynku.
Rys. 1. Schemat warunków posadowienia
Fot. 3. Rusztowania podczas budowy
Opis ogólny konstrukcji pawilonu
Konstrukcja budynku składa się z dwóch oddylatowanych od siebie części – wyższej podłużnej i niskiej. Część niska pawilonu, spełniająca funkcję biurową, to czterokondygnacyjny obiekt o układzie żelbetowych ścian tarcz, na których wsparte są płyty żelbetowe. Krawędzie płyty wzdłuż części podłużnej wsparte są na wspornikach ściany budynku wyższego, z lokalnie zastosowanymi łącznikami zapewniającymi zmniejszenie smukłości ściany przy wysokości ok. 12 m i grubości 20 cm.
Część podłużna spełniająca funkcję wystawienniczo-ekspozycyjną to w zasadzie jednoprzestrzenna bryła z wyeksponowanymi witrażami. Poniżej w podziemiach można podziwiać zachowane gotyckie mury. Elewację tej części stanowi konstrukcja fasady aluminiowej oraz ceramiczne żaluzje zawieszone na stalowych elementach cięgnowych.
Rys. 2. Model obliczeniowy
Fot. 4. Widok na część podziemną
Fasada szklana i system elewacji ceramicznej
Koncepcje fasady szklanej wysokości ok. 12 m bez podpór pośrednich oraz elewacji ceramicznej dla niestandardowej bryły części wystawienniczej pawilonu zdeterminowały nietypowe i indywidualne rozwiązania projektowo-konstrukcyjne.
Fasadę szklaną zaprojektowano i wykonano jako wiszącą kurtynę z profili aluminiowych o zmiennym przekroju (pierwotnie projektowana była jako profile ze stali nierdzewnej), podwieszoną do płyty stropodachu budynku za pomocą wklejanych kotew, a na poziomie parteru wykonano podpory nieprzenoszące sił pionowych – zapewniające jedynie przenoszenie sił poziomych (od wiatru). Tak zaprojektowana fasada pozwalała na zastosowanie optymalnie smukłych słupów-wieszaków, tym samym implikowała nietypowe rozwiązanie żelbetowego stropodachu, który został obciążony ciężarem kurtyny w swojej wspornikowej części.
Elewację ceramiczną, również ze względu na brak możliwości założenia podpór pośrednich na długości ok. 13 m oraz możliwość późniejszej modyfikacji jej ustawienia, zaproponowano jako cięgna prętowe z nanizanymi na nich ceramicznymi blokami, wykonanymi indywidualnie na potrzeby pawilonu.
Cięgna prętowe występujące co 20 cm zostały zaprojektowane i dobrane tak, aby w okresach letnich nie tracić prostoliniowości przy obciążeniu wiatrem, a w okresach zimowych nie generować nadmiernych sił, które przekazywane są na wsporniki wyprofilowane z żelbetowych belek (rozpiętości ok. 17 m). W związku z tym konieczne było założenie wstępnego naciągu prętów oraz zastosowanie indywidualnie zaprojektowanych i dobranych kompensatorów. Problemem wykonawczym była niedostępność prętów stalowych odpowiedniej długości i odpowiedniego gatunku stali nierdzewnej. Ostatecznie cięgno wykonano w dwóch częściach z prętów ze stali kwasoodpornej OH18N9 o stosunkowo niskiej wytrzymałości, średnicy 16 mm, łączonych przez gwintowe, spęczane połączenie (gwint nie zmniejsza średnicy pręta). Połączenie takie pozwalało na otrzymanie optymalnego stosunku nośności do wytwarzanej przez pręt siły rozciągającej występującej przy dużych ujemnych temperaturach. Każdy pręt mocowany był w geodezyjnie wytyczonych gniazdach wykonanych z okuć z blachy nierdzewnej, zatopionych we wspornikach żelbetowych.
Dla kompensacji zastosowano włoski system poliuretanowych sprężyn elastomerowych AEM Dipol, stosowanych zwyczajowo w automatyce maszyn. Rdzeń kompensatora, stanowiący sprężynę o odpowiednio dobranej geometrii i parametrach pracy, został zamknięty w stalowym kołnierzu zapewniającym możliwość odpowiedniej pracy – kompensacji nadmiernych sił, nie powodując zbyt dużych deformacji układu cięgno–belka w każdej fazie pracy (siły rzędu 20 kN na cięgno co 20 cm).
Po wykonaniu zestawu trzech cięgien wykonano pomiary in situ potwierdzające poprawność założeń obliczeniowych. Parametrami pomiaru były: prędkość wiatru, temperatura, siła naciągu, przemieszczenia oraz podatność układu.
Siły wynikające z podwieszenia fasady i naciągu cięgien przy nietypowym układzie ścian w części wystawienniczej pawilonu mogły zostać przeniesione na ściany dzięki zaprojektowaniu stropodachu w nietypowej – rusztowej – konstrukcji, w której żebra poprzeczne usztywniają i przekazują siły ze wspornika na ściany (rys. 3).
Rys. 3. Schemat stropodachu – fasada
Model obliczeniowy
Projektowanie konstrukcyjne było wspomagane wieloma programami obliczeniowymi, m.in. do analizy MES Algor, Robot oraz Ansys. Ze względu na różnorodność nietypowych rozwiązań projektowych dla pawilonu (nie wszystkie zostały przedstawione w artykule) wykonanie przestrzennych modeli do precyzyjnej analizy konstrukcji było koniecznością. Od fazy projektu wykonawczego do zakończenia budowy wykonano 45 wersji całościowych modeli przestrzennych, z czego powstało sześć ostatecznych, które korespondują z istniejącym budynkiem.
Rys. 4. Przemieszczenia modelu
Podsumowanie
Pawilon Wyspiański 2000 jest przykładem projektu ambitnego, wielokrotnie nagradzanego, na którego ostateczny charakter mieli wpływ wszyscy uczestnicy procesu projektowego. W przypadku podejmowania się inwestowania, projektowania i wykonawstwa nietypowych obiektów, a co za tym idzie nieszablonowych rozwiązań konstrukcyjnych musimy mieć na uwadze produkt finalny i związane z nim jasno sformułowane a priori problemy. Projektant, podejmując się wykonania i nadzorowania tego typu obiektu, poza wykazaniem się niezbędną wiedzą i doświadczeniem zawodowym, musi liczyć się z projektowaniem do końca realizacji inwestycji.
Na zakończenie cytat z jednego z wielu pism urzędowo-projektowych powstałych podczas budowy, a związanego z nowo zaistniałymi warunkami: Pomijając odwagę projektowania, rozsądek każe w takich przypadkach wykonywać obliczenia sprawdzające (prof. Jan Grabacki).
mgr inż. Samsoor Shaheed
Biuro Konstrukcyjne, Kraków
