Mint a legtöbb sportlétesítmény megvalósítása és a környezet rendezése során, a tervezett projekt esetében is meghatározó szereppel bírnak az építőmérnöki tervezői szakágak, természetesen nem megfeledkezve az építészeti és egyéb mérnöki szakágak fontosságáról. Ugyanakkor az építőmérnöki tevékenység „láthatatlansága”, a társadalom előtti ismeretlensége okán nem lehet eléggé hangsúlyozni ezen mérnöki területek alapvető fontosságát.
A korábbi indusztriális terület rehabilitációja során az egykori épületeket, építményeket, közműrendszert, közlekedési útvonalakat alapvetően elbontották, átalakították, illetve újjáépítették. A terület alapvető adottsága, hogy északról a ferencvárosi szivattyútelep, délről a budapesti központi szennyvíztisztító telep határolja. A tervezési területen keresztül a szivattyútelepről a Nagy-Duna-ágba egy sodorvonali bevezető csatorna, két záporkiömlő csatorna, a szennyvíztisztító telepre egy szennyvízcsatorna, míg a Ráckevei (Soroksári)-Duna-ágba egy fővészkiömlő csatorna vezet. Ezeket a vezetékeket meg kell tartani, még akkor is, ha a tervezett stadionépület a szennyvízcsatorna (és ennek bukóaknája), valamint a fővészkiömlő felett épül.
A mérnöki/építőmérnöki feladatok
Nézzük, milyen építőméröki tevékenység szükséges a projekt megvalósításához.
Geodézia: A teljes terület alaprajzi és magassági felmérése, a bontandó épületek és meglévő növényzet bemérése az egyéb szakági tervezési faladatok alátámasztó munkarészeként.
Geotechnika: A teljes területre vonatkozó talajvizsgálati jelentés, hidrogeológiai szakvélemény és geotechnikai tervezési beszámoló kidolgozása a vízépítési műtárgyak, épületek, építmények, valamint útépítési feladatok tervezésének alátámasztó munkarészeként. Emellett a víztelenítési rendszerhez szükséges mélyszivárgórendszer tervezése.
Környezetvédelem: A teljes területre vonatkozó környezetvédelmi alátámasztó munkarész kidolgozása, az egyéb szakági tervezési feladatok alátámasztó munkarészeként.
Vízépítés: Árvízvédelem tervezése a tervezett épület körüli résfalas árvízvédelmi mű tervezésével, valamint a mélyszivárgórendszer tervezésével. A területen a felszín alatti vízáramlást szabályozó, a vízzáró réteg felett kialakított résfalas munkatérhatárolás, valamint a szabályozott vízszintű Ráckevei (Soroksári)-Duna-ágba bekötött mélyszivárgórendszer segítségével szabályozott maximális talajvízszint. Új hajókikötők tervezése.
Víziközművek: A meglévő közművek bontása, új közművek tervezése. A meglévő-megmaradó víziközművek megtartásának felülvizsgálata a tervezett létesítmények figyelembevételével. A vészkiömlő csatorna nyomvonalának áthelyezése (kihúzva az épület alapterülete alól). A meglévő-megmaradó közművek védelmének tervezése az építési terhekre. Új parti kiömlőműtárgyak tervezése.
Közlekedés: A meglévő úthálózat bontásának és a terület feltárásához szükséges külső, ill. a területen belüli közlekedési úthálózat tervezése.
Hídépítési feladatok: Az atlétikai edzőterületet és az atlétikai stadion területét összekötő új, 2 × 90 m-es fesztávolságú, többtámaszú, egypilonos, ferdekábeles gyalogoshíd tervezése. A terület gyalogos közönségforgalomi megközelítését biztosító 40 m-es fesztávolságú HÉV-aluljáró tervezése. A terület üzemeltetési és logisztikai megközelítését biztosító új HÉV- és közúti aluljáró tervezése, melynek megépítésére három ütemben kerül sor. Az első ütemben a HÉV-aluljárót építik ki a HÉV-vonal buszpótlásával, majd a Kvassay Jenő út alatti aluljárók kiépítése következik két ütemben, a tömegközlekedés fél útpályára való korlátozásával, ill. egy kapcsolódó közműhíd megvalósításával.
Tartószerkezet: A tervezett stadionépület alapozási rendszerének, monolit és előregyártott vb. tartószerkezetének, valamint az acélszerkezetű fedés acél homlokzati elemeinek és feszített kábelszerkezetű lefedésének tervezése, a megtartandó víziközművek és építészeti funkciók miatti kiváltásokkal. Emellett további feladat az atlétikai edzőközpont épületeinek, ill. a teljes területen telepített egyéb építmények, támfalak, egyéb elemek tartószerkezeti tervezése.
A tervezett stadionépület tartószerkezeti bemutatása
A tartószerkezeti rendszer tervezése már a pályázati időszakban megfogalmazott megjelenés, a „lebegő korongok” figyelembevételével történt. Sikerült megtalálni az építészeti megjelenés és a tartószerkezeti működés harmóniáját, amelyhez szoros építész-statikus együttműködésre volt szükség.
Az épület térszín feletti szerkezetei alapvetően két vasbeton szerkezetű födémszintből és a felső födémszintről induló acélszerkezetű homlokzati elemek által megtámasztott feszített kábelszerkezetes fedésből állnak. Ez biztosítja az egymás feletti szerkezeti korongok és a homlokzati koronamotívum megjelenítését. Az épület tömegét és építészeti megjelenítését a tartószerkezet adja.
Egyedülálló építészeti elképzelésként fogalmazódott meg a zárószint feletti úgynevezett városi gyűrű. (Itt futó- és görkorcsolyapálya, streetworkout, edzőterület és streetfood szolgáltatás állna a hétköznapokon a sportkedvelő nagyközönség rendelkezésre.) A városi gyűrűn belül helyezkedik el a stadionépület a 15 ezer fő befogadóképességű épített lelátóival. A világbajnokság-üzemmódban a zárófödémen (városi gyűrű) helyezik el az ideiglenes lelátórendszert, amellyel a befogadóképesség 40 ezer fősre bővíthető.
Az építészeti tervezés során alapvető szempont volt, hogy a világbajnokság-üzemmód funkcionális és területi igényeit az alapüzemmódhoz (Legacy) szükséges épített szerkezetek átalakítása nélkül, ideiglenes szerkezetekkel lehessen biztosítani. Alapos tervezés vezetett oda, hogy az alapüzemmódként (Legacy) megfogalmazott funkcionális igények kiszolgálásához szükséges alaprajzi kialakításhoz képest ne kelljen épített válaszfalakat átalakítani. Minden világbajnokság-üzemmódhoz szükséges funkció elhelyezhető a Legacy üzemmódban kialakítandó funkciók épített területein, a többletfunkciókat ideiglenes szerkezetek, konténeres kiegészítő elemek, valamint ideiglenes lelátószerkezetek biztosítják. Ez igazi építészmérnöki teljesítmény.
Térjünk át a tartószerkezeti vonatkozásokra, hiszen a kérdéses projektben ez nem elhanyagolható szempont. Az épület tartószerkezeti rendszerének alaprajzi, geometriai kialakítását alapvetően a tervezett lelátórendszer határozza meg. A tervezett lelátórendszer egyszerre közvetíti egy kis stadion küzdőtérrel való közvetlen nézői kapcsolatot biztosító kialakítását, valamint egy nagy stadion nagyvonalú vonalvezetését, az alsó épített lelátó vonalvezetése a célegyenes mentén leköveti a pálya vonalvezetését, míg az átellenes hosszoldalon íves vonalvezetést mutat. Az épület zárófödéme, az erre telepített ideiglenes lelátó és az épület lefedése íves alaprajzi vonalvezetésű. Az épület tartószerkezeti rendszerének sugárirányú raszterkiosztása (96 sugárirányú raszter) három-három, inflexiósan csatlakozó körív mentén lett kiszerkesztve. A gyűrűirányú raszterek az alépítményi és fedési szerkezeti szinteknek megfelelően változnak. Az épület pillérváza igazodik a raszterrendszerhez, míg a sugárirányban kiosztott merevítő magok (lépcsőház) és feszített kábelszerkezetű főtartók minden második raszterhez igazodva lettek betervezve.
Az épület alapozási rendszere és a tartózkodási szintekhez kapcsolódó vasbeton szerkezetű felépítménye a magyarországi gyakorlatban is megszokott kialakítást mutat. Az alapozási rendszert CFA cölöpözéssel, monolit vasbeton fejtömbökkel, talpgerendákkal és lemezszakaszokkal alakították ki. A felmenő szerkezet alapvetően monolit vasbeton falas, ill. pillérvázas szerkezeti rendszerű, monolit vasbeton lemezszerkezetű födémekkel és egy. vb. szerkezeti elemekből álló lelátórendszerrel. A kétszintes épület részben alápincézett kialakítású, hiszen északon és nyugaton a parti védmű terepszintjéhez, míg keleten és délen a terület jelenlegi terepszintjéhez igazodik. Az egy. vb. szerkezetű épített lelátó az üzemeltetési szint feletti födémhez kapcsolódva fut le a sportpályát határoló mellvédfalig, míg az állványszerkezetből megvalósítandó ideiglenes lelátó szerkezete a közönségforgalmi szint feletti födémre terhel vissza.
Egyedülálló megoldás – a feszített kötélgyűrűs lefedés
A talán „szokásos”, de nem kis feladatot adó vasbeton alépítményi tervezési feladat mellett újdonságot, és a magyarországi gyakorlatban egyedülálló tartószerkezeti megoldást a feszített kötélgyűrűs lefedés jelent.
Az eddigi stadionépítési hullámban alapvetően a kis stadionokra jellemző, sugárirányban kiosztott konzolos tartószerkezeti rendszerű lefedés alkalmazása jelentette a tartószerkezeti megoldást (magunk is több ilyet követtünk el, nem kis feladatként gondolva rá), a nézőtéri befogadóképességtől függetlenül.
Az általunk tervezett tartószerkezeti rendszer – az építészeti vízióhoz igazodóan – egy homlokzati koronamotívumot és egy lapos korongszerű lefedést adó tartószerkezeti rendszert fogalmaz meg. Megoldásunk – talán szerénytelenség nélkül is kimondhatóan – a nemzetközi stadionkultúrában is kiemelkedő építészeti-tartószerkezeti műszaki megoldást eredményezett. Az elképzelések igazolásához bevontuk a hasonló tartószerkezetek tervezésében nagy tapasztalattal bíró tartószerkezet-tervező irodát (Buro Happold), az együttműködésből sokat tanultunk. A projekt tervezési ütemezésével szemben a hasonló beruházásokban nagy tapasztalattal bíró angol kollégák gyakran értetlenül álltak, így az egyes tervfázisok leszállítására esetenként az általunk tervezett szerkezet visszaigazolását megelőzően került sor, ami szerencsére a tervezés során nem jelentet problémát.
A kötél/kábelszerkezetek viselkedésének alapvető jellegzetessége, hogy a kábeleknek nincs hajlítási merevségük, nyomási ellenállásuk, csak húzásra vehetők igénybe. Emellett a kötél/kábelszerkezetek az önsúlyterhelés hatására lapos görbe alakot vesznek fel. Amennyiben a szerkezetre a továbbiakban a beállt alaknak megfelelő ún. „kötélgörbeteher” hat, akkor arra a szerkezet kis elmozdulásokkal, ettől eltérő terhelésekre nagy elmozdulásokkal reagál. Ennek megfelelően a kábel vagy kötélszerkezetek esetében a szerkezet stabilitását vagy leterheléssel, vagy feszítőrendszer (tartó- és feszítőkábel) betervezésével kell biztosítani. Alapvető tartószerkezeti tervezői feladat a beállt kötélalak és az ezzel összefüggő előfeszítő erőrendszer megtalálása.
Az alaprajzilag íves, részlegesen fedett feszített kábeles gyűrűs szerkezetű tetők („biciklikerék”) esetében a belső kábelelrendezés célszerűen sugár- és gyűrűirányú. Ez esetben a homlokzati vonal mentén kialakított nyomott gyűrűvel megtámasztott, átlósan átmenő kábelek megszakadnak, melyek stabilitását belső húzott gyűrű biztosítja. A feszített kábeles gyűrűs tetőszerkezetek alapvetően több eltérő megtámasztási és geometriai kialakítást mutathatnak. A szerkezeti kialakítás szerint lehet egy vagy két nyomott, ill. húzott gyűrű, valamint konvex vagy konkáv kábel vonalvezetés. A két kábelt a kábelek vonalvezetésének megfelelően húzott vagy nyomott elemek kötik össze, ill. tartják távol. A dilatáció nélküli teljes tetőszerkezet vízszintes merevítését a körbefutó függőleges homlokzati tartószerkezeti rendszer homlokzati „síkban” történő merevítése adja.
Az általunk alkalmazott szerkezeti rendszert két nyomott és két húzott gyűrűvel rendelkező, konvex-konkáv kábel vonalvezetésű rendszerként terveztük, melynek felső nyomott gyűrűjét az alsó húzott gyűrűvel a tartókábel, míg az alsó nyomott gyűrűjét a felső húzott gyűrűvel a feszítőkábel köti össze.
A hagyományos szerkezeti kialakítás alapelveit megtartva, attól az építészeti megjelenés keltette elvárásoknak megfelelően eltérve az alábbi geometriai kialakítású kábelszerkezetű fedést és homlokzati acélszerkezetet terveztünk.
A homlokzati acélszerkezet az üzemeltetési szint feletti födémről, a lépcsőházi magok két oldaláról induló, párosával a homlokzat „síkjában” egymáshoz dőlő, két sorban körbefutó acél oszloppárokból áll, ezek az oszloppárok támasztják alá a nyomott gyűrűket. A belső-alsó nyomott gyűrűt alátámasztó oszloppárok függőleges síkúak, míg a külső-felső nyomott gyűrűt megtámasztó oszloppárok sugárirányban kifelé dőlő síkúak, követve a két nyomott gyűrű alaprajzi és magassági eltérését. A két nyomott gyűrű összerácsozva egy ferdén kifelé dőlő rácsostartót formáz. Az oszlopok, a rácsozások egy csomópontba futnak be, ahol a nyomott gyűrűk alaprajzilag megtörve, szegmensgeometriával követik le az íves alaprajzi vonalvezetést. A homlokzati acélszerkezet és az összerácsozott nyomott gyűrűk együttesen biztosítják a térlefedés vízszintes merevítését és a feszített kábelszerkezetű fedés megfelelő alátámasztását.
A sugárirányú kábeltartók egy dupla kábelezésű tartókábelből és egy szimpla kábelezésű feszítőkábelből állnak. A feszítőkábel a belső-alsó nyomott gyűrű csomópontjában, míg a dupla tartókábel a tartó- és feszítőkábel metszéspontjától szétnyílva a külső-felső nyomott gyűrű csomópontjában köt be. A belső húzott gyűrűk alaprajzilag és magasságilag eltérő íves vonalvezetést követnek. A belső-felső húzott gyűrű a feszítőkábelt, míg az külső-alsó húzott gyűrű a dupla tartókábelt fogadja. A húzott gyűrűket, valamint a tartó- és feszítőkábeleket nyomott rudak kötik össze. A húzott gyűrűk síkjában rácsozott merevítés készül.
A tervezett geometriai kialakítás a kábelszerkezetű fedés esetében törekedett a lehető legalacsonyabb szerkezeti magasság alkalmazására, mely lehetővé teszi a fedés korongszerű megjelenését. Ennek megfelelően a kábelszerkezet elegáns és könnyed, de statikai szempontból nem ideális geometriát mutat. A tervezés során meg kellett küzdeni az elliptikus alaprajz miatt a tetőszerkezet nyergesedésével, a feszítőkábelek kábelmetszésponttól kifelé történő lelazulásával, a feszítőkábelek kifordulásával. Mindezt az alaprajzi és magassági geometria kismértékű módosításával, az előfeszítő erők növelésével és a tető síkjában merevítések alkalmazásával oldottuk meg.
A részletek kidolgozása még előttünk áll, de már most kijelenthető, hogy akár nemzetközileg is meghatározó megjelenésű stadionépület adhat otthont a 2023-as budapesti atlétikai világbajnokság eseményeinek.