Oranžerie na Pražském hradě

Investor: Správa Pražského hradu
Projekt: Eva Jiřičná Architects Limited;
Statik: TECHNIKER Ltd Consulting Structural Engineers, zodpovědný statik – Mathew Wells
Kontrolní statik: Prof. Ing. Jiří Studnička, DrSc
Zodpovědný projektant: Ing. Zbyněk Ransdorf, AED Project, s. r. o.
ZTI, topení, VZT, elektroinstalace, MaR, technologie skleníku: Žemlička, projekční kancelář Praha, s. r. o.
Památkový dohled: arch. Petr Chotěbor
Hlavní dodavatel stavby:
Dodávka a montáž ocelové konstrukce: SEELE CZ, s. r. o.
Stavební příprava pro montáž OK a dokončovací stavbení práce: Dopravní stavby Praha, s. r. o.
Dodávka a montáž TZB a technologických zařízení: Ziegler, s. r. o.
Restaurátorské práce na kašně: Slezský kámen, a. s.
Příprava projektu a řízení stavby: Glockner Praha, s. r. o.
Studie: 1995
Realizace: 2/97-12/98
Náklady: cca 53 mil.
Foto: Libor Štěrba (1998), Ondřej Mika (2008)

Eva Jiřičná
Původní skleník umístěný při jižní straně opěrné zdi Královské zahrady na severním okraji Jeleního příkopu byl v dezolátním stavu a rychle se rozpadal — vypadávající tabulky skla ohrožovaly rostliny i obsluhující personál. Skleník byl postaven v roce 1947 na místě původní oranžérie ze 16. století, ve které se skutečně pěstovaly pomerančovníky, a to až do první světové války. Tvořily ho dvě kamenné zdi — opěrná zeď Královské zahrady a přední jižní zeď — a skleněná lomená střecha.
Tuto konstrukci jsme chtěli nahradit konstrukcí novou při zachování původních rozměrů i funkce. Zpočátku však byly naše znalosti poněkud neúplné: Nevěděli jsme, jaká je statická stabilita zmíněných zdí, otázky vyvolávala také jejich historická hodnota. Zhotovili jsme různé skici a diagramy a předložili je Správě Pražského hradu ke zvážení a porovnání s návrhy ostatních.
Následně jsme byli požádáni o vypracování dalších studií a odhad ceny — naše první návrhy počítaly s kompletní přestavbou bez jakýchkoli technologických či jiných vylepšení ve srovnání s původním stavem — nyní jsme posoudili situaci znovu a vypracovali tři následující varianty:

* První varianta měla v podstatě stejnou podobu jako původní skleník. Střecha měla být podepřena buď dvěma stávajícími zdmi, nebo soustavou sloupů, které by přenášely většinu zatížení.
* V druhé variantě měl skleník plochou, svažující se skleněnou střechu, vytvořenou prostorovým vazníkem umístěným na podporách. Vertikální zatížení bylo rovnoměrně rozloženo a přeneseno do nových základů podporami umístěnými ve středu stavby.
* Třetí variantu reprezentovala konstrukce polokruhového průřezu s nově vytvořenými základy. Vytvářela ji síť ocelových diagonálních prvků, která dostala přezdívku síťovaná punčocha nebo jednoduše punčocha. Měla se opírat o severní zeď (která by musela být zesílena) a překlenovat zeď jižní. V tomto překlenutí by vznikl prostor, který by mohl sloužit návštěvníkům Hradních zahrad pro odpočinek a kde by mohly být například umístěny sochy.

Nakonec jsme byli pověřeni provést třetí variantu, ale v poněkud jiné podobě. Zjistilo se totiž, že opěrná zeď nesmí být zatížena, ba naopak, musí být opravena a chráněna. Novostavba tedy potřebovala novou, na stávajících konstrukcích nezávislou statickou podporu. Dále bylo rozhodnuto, že jižní kamennou stěnu lze zbourat (v roce 1947 byla přestavěna a nebyla tedy původní) a že jako připomínka její existence se z ní ponechá opukou vydlážděná stopa v podlaze. Bylo také rozhodnuto, že prostor oranžerie bude rozčleněn do tří klimaticky nezávislých sekcí se stínicím a izolačním systém a s použitím vyspělých technologií vytápění podlahy a oteplování skla.
První sekce (západní) bude mít víceméně reprezentativní charakter, budou zde umístěny stromy a vyšší rostliny a na vydlážděné centrální ploše z opuky bude stát působivá restaurovaná fontánka z růžového mramoru. Do druhé sekce budou navraceny rostliny z hradních prostor pro regeneraci. Ve třetí sekci se budou na pracovních stolech pěstovat nové rostliny z cibulek a semen. Zde bude také vytvořeno zázemí pro pracovníky a skladovací prostory.
Po vypracování projektu bylo uspořádáno výběrové řízení na dodavatele ocelové konstrukce. V zadávací dokumentaci stálo, že celý prostor bude zasklen sklem s drátěnou vložkou, které má v české architektuře dlouholetou tradici a které bylo technickým odborníkem firmy Glavunion posouzeno jako vhodné k tomuto účelu. O předložený návrh projevilo zájem 24 výrobců. Cenový návrh nakonec předložili jenom tři, přitom však žádný z nich nebyl schopen dotáhnout svůj projekt do konce. Výběrové řízení bylo tedy zopakováno a nakonec je vyhrála německá firma Seele, která otevřela pobočku v Plzni.
Mezitím získal návrh podobu konstrukce podepřené podél severní opěrné stěny trojúhelníkovým nosníkem. Vnitřní prostorové rozdělení na tři části bylo dosaženo příčnými zdmi, které následně určily velikost stavebních prvků podle rozpětí sítě. Síť z nerezové oceli je umístěna z vnější strany zasklení, čímž je umožněna lepší údržba a vzniká tak i více prostoru pro rostliny. Zamezuje se tím i kondenzaci vody na kovových částech, která by mohla konstrukci škodit a případnému vzniku plísní.
V této fázi firma Seele oznámila, že podle německých norem nemůže být pro zasklení nad lidskými hlavami použito sklo s drátěnou vložkou. (České normy se k tomuto problému nevyjadřují.) Proto se pro tento účel zvolilo normami DIN jediné povolené zasklení — lepeným dvouvrsrvým tvrzeným sklem. Tato varianta bude nakonec znamenat snazší údržbu i celkovou delší životnost zasklení.
Vytvoření zdánlivě jednoduché konstrukce s demontovatelnými styčníky se nakonec stalo poměrně složitou záležitostí, vyžadující um, odhodlání, nadšení a odbornost ze strany všech zúčastněných včetně klienta.
Trvá roky, než se např. zavede výroba jízdního kola či auta. Ve stavebním průmyslu a u takového projektu však zpravidla nemáme dostatek času na to, abychom vyzkoušeli všechny možnosti a eventuality a vyvarovali se všech rizik. Práce na stavbě oranžerie nám všem přinesla mnoho nových zkušeností, mnohé jsme se na ní naučili. Zbývá jen doufat, že naše úsilí a investice nevyjdou naprázdno.



Rozhovor s Ivo Koukolem, ředitelem správy Pražského hradu

Co vedlo Správu Pražského hradu ke stavbě nové oranžerie?
Původní oranžérie, neboli skleník, byla postavena v 50. letech a sloužila jako regenerační prostor pro ošetřování stálezelených rostlin. V posledních letech již byla v naprosto desolátním stavu. Provádět její repliku (repasi) by nemělo velký smysl, protože neměla žádné zvláštní kvality a rekonstrukce by vyšla dráž nežli stavba nová. Rozhodli jsme se tedy pro novou stavbu.
Oranžérie stojí ve stopě historické fíkovny, tedy prostorů, které jsou v tomto místě už od 16. století. A má-li být v historickém prostředí — v sousedství míčovny a na hranici Královské zahrady a dolního Jeleního příkopu — vytvořena zcela nová stavba, vyžadující použití zcela nových konstrukcí, nemá smysl, aby se tvářila jako historizující. Rozhodli jsme se pro naprosto současný vstup do tohoto prostředí. Hledali jsme konstrukci, která by byla jednoduchá, čistá, účelná a zároveň elegantní a která by zároveň ukázala, že i v historickém prostředí je možné stavìt při současném zachování těch nejzákladnìjších kritérií, z nichž je na prvním místě pravdivost konstrukce, což u této stavby s jasným účelem využití platí dvojnásob. S paní architektkou Jiřičnou jsme pak probírali několik variant a dospěli jsme k té, která se zdála z mnoha rùzných hledisek optimální. Ta se nyní dokončuje.

Jak došlo k této spolupráci?
Paní architektka Jiřičná je světově známá a světově respektovaná, její konstrukce ze skla a oceli jsou pojmem. A protože my jsme jako klient hledali architekta pro konkrétní konstrukci do konkrétního místa a s jasným přáním, aby se stavba netvářila jako něco jiného, než je, zdálo se nám oslovení paní architektky jako správná volba.

Jaké byly vaše vstupní podmínky pro stavbu oranžérie?
Pro nás bylo například důležité, aby se oranžérie nacházela na místě původní stavby, tedy aby využívala výhodné polohy, kdy je ze severu chráněna zářezem pod Královskou zahradou a současně je otevřena k jihu. Chtěli jsme, aby zde pro návštěvníky Královské zahrady existoval jasný signál, že je tu skleník (ten předchozí zde byl úplně „utopený“). Měl být jasně viditelný, ale současnì nesměl zastiňovat panorama Hradu při pohledu z Královské zahrady. Proto jsme nějakou dobu hledali optimální výšku jeho hřebene.
Kromě výšky a umístění bylo pro nás samozřejmě důležité zachovat účel stavby, tedy regeneraci stálezelených rostlin. Oranžérie je pro nás skutečně významnou užitkovou stavbou.

V oranžérii tedy nebude žádný návštěvnický provoz?
Ne, oranžerie je stavbou výhradně účelovou. V západní sekci sice bude možno udržovat jakési respirium, ale stavba jako taková pro veřejnost otevřena nebude. Její provozní parametry by v tom případì musely vypadat zcela jinak.

Jak fungovala taková oranžérie dříve, například v 17. století?
Původní oranžérie a fíkovny, tedy obecně všechny prostory s teplomilnými rostlinami, se na zimu zakrývaly povalovou konstrukcí zateplenou slámou a chvojím. Někdy je stačilo zakrýt tak, aby teplota nešla pod nulu, někdy bylo nutné zřídit vytápění. Tento způsob byl mimo jiné možný proto, že pracovní síla byla tehdy poměrně levná. V archivech hradu se např. dochovaly zápisy o tom, jak vždy 25 tesařù na podzim zakrývalo a na jaře opět odkrývalo oranžérii. V 18. a 19. století však přišly nové konstrukce skleníků a zpùsob pěstování teplomilných rostlin se zásadně změnil.

Jak to bude s návštěvností v místech kolem oranžerie a míčovny?
Počítá se s otevřením nové cesty, která začíná již v Chotkových sadech, jde mezi fíkovnou a Belvederem, kolem letní míčovny a dále pod oranžérií a míčovnou a ústí na Prašný most. Tato cesta je velice zajímavá, na většině své trasy vede vlastně podél terénního zlomu a je z ní krásná vyhlídka k jihu na hradní budovy a vlastní katedrálu. Zahradníci také už 3—4 roky kultivují průhledy mezi vzrostlými stromy v Jelením příkopě a vlastní hranou tak, aby byl na Hrad volnější průhled. Cesta bude vlastnì představovat další alternativní příchod na Hrad od Letné a Chotkových sadù. Mine však Královskou zahradu, jež je z historických dùvodù udržována jako uzavřená enkláva. Bude to však spíše nabídka cesty pro Pražany a domácí návštěvníky, protože hlavní turistické trasy povedou i nadále jinudy.


Statické řešení ocelové konstrukce oranžerie
Jiří Studnička

Prof. Ing. Jiří Studnička, DrSc. (*1940) vystudoval Stavební fakultu ČVUT Praha (1962), kde je v současnosti vedoucím katedry ocelových konstrukcí. Zabývá se teorií ocelových konstrukcí (tenkostěnné za studena tvarované konstrukce, ocelobetonové konstrukce, ocelové a ocelobetonové mosty) a jako soudní znalec a expert i praktickými problémy. Podílí se též na tvorbě norem jako člen našich i evropských normalizačních komisí. Je členem našich a evropských norm. komisí. Je autorem několika knih a mnoha vědeckých a odborných článků. Při stavbě oranžerie působil jako kontrolní statik ve službách investora.

Nosnou konstrukci oranžerie tvoří válcová mřížová skořepina délky 84,5 m s netypickými styčníky, které leží na válcové ploše s poloměrem R = 4300 mm. Největší výška konstrukce nad základem je 5200 mm, vzdálenost podpor v příčném směru je 8025 mm. Konstrukce má ze stabilitních i tvarových důvodů na koncích a ve třetinách délky příčné výztužné polorámy vytvořené z prostorové příhradové konstrukce s rovněž speciálně tvarovanými styčníky. Polorámy jsou se samotnou mřížovinou propojeny přes speciálně vytvarované úchytné konzolky zasklení. Rámy jsou tak uvnitř skleníku, zatímco mřížovina je vně. Podélné okraje mřížoviny jsou podpírány na jižní straně betonovým základem, na severní straně trojbokým příhradovým svařovaným nosníkem, spočívajícím ve třetinách délky na podporách z ocelových trub většího průměru. Konstrukce je tak v příčném směru výrazně nesouměrná — zatímco podepření jednoho okraje mřížoviny je dokonale tuhé, druhá strana je, zejména v blízkosti středů rozpětí podélného nosníku, podepřena poddajně. Nadvýšení podélného nosníku bylo stanoveno výpočtem tak, aby konstrukce po smontování a zatížení sklem zaujala předpokládaný tvar. Pruty nosníku i podpor jsou z trubek z oceli S355, které mají ze vzhledových důvodů kónické konce.
Ocelová mřížovina vytváří pravidelnou polygonální plochu se čtvercovými otvory o straně 1500 mm. Jednotlivé pruty mřížoviny z kruhových trubek jsou spolu se styčníky vyrobeny ze svařitelné nerezavějící oceli s nižší mezí kluzu, než má obvyklá konstrukční ocel (pouze 205 MPa), a modulem pružnosti 190 GPa. Nižší mez kluzu zde však není na závadu, protože vzhledem k rozměrům konstrukce není pevnostní návrh dominantní.
Montážní díly mřížoviny tvořily svařené kříže čtyř trubek s konusy zašroubovanými na koncích (podobně jako u nosníku a jeho podpor), vysoustruženými z plného kruhového profilu. Konusy jednak vyhovují požadavku architekta na vzhled konstrukce, jednak jsou vytvarovány tak, aby tvořily součást samosvorného montovaného styčníku. Jednotlivé dílce-kříže se postupně ve styčnících přikládaly k sobě, a konstrukce tak mohla být smontována jen na úzkém pojízdném lešení.

Konstrukce byla navržena v souladu s předběžnou evropskou normou pro navrhování ocelových konstrukcí ČSN P ENV 1993-1-1. Navíc se uvažoval i dost nepravděpodobný stav, že z havarijních důvodů přestane být v zimě skleník vytápěn a na konstrukci napadne sníh. Z pohledu statika poněkud kuriózně se požaduje také patnáctiminutová požární odolnost konstrukce. Výpočet prokazuje, že všechny prvky konstrukce jsou při všech kombinacích zatížení v pružném stavu, a proto není nutné zabývat se např. nízkocyklovou únavou materiálu. Vysokocyklová únava pak při klimatických zatíženích nepřichází v úvahu.
Konstrukce byla posouzena z hlediska únosnosti a byla ověřena stabilita jednotlivých prutů i stabilita celé mřížoviny proti prolomení. Byl definován tvar, kterého má být dosaženo při montáži samotné ocelové konstrukce, a byly vypočítány deformace při jednotlivých zatěžovacích stavech.

Od počátku projektování bylo jasné, že velmi důležitým prvkem konstrukce bude montovaný styčník, jenž je originálním, dosud nikde jinde nepoužitým výrobkem. Jeho horní a dolní křížová část se při montáži mřížoviny spojí šroubem M16 se zapuštěnou hlavou poté, co se konusy trubek stýkajících se ve styčníku zaklesnou svojí drážkou do zubů obou styčníkových částí. Styčník proto musí být velmi přesně vyroben, neboť při přenosu vnitřních sil projektant počítal zejména se samosvorným účinkem spoje, který je zdůrazněn ještě stažením obou částí k sobě šroubem, utaženým na předepsaný moment. Ve všech výpočtech mřížoviny bylo předpokládáno, že styčník je prakticky nedeformovatelný.
Konstrukce byly vyrobeny s velmi přísnými tolerancemi (přísnějšími než požaduje ČSN 73 2611) dohodnutými smluvně s dodavatelskou firmou Seele CZ.
Při montáži konstrukce však přes všechnu pečlivost věnovanou výrobě došlo k určitým potížím. Ukázalo se totiž, že předpokládané přesnosti v dosednutí všech ploch styčníku nebylo reálně dosaženo, že nelze ve všech případech utáhnout šroub na požadovanou svěrnou sílu a že má v důsledku toho styčník určitou poddajnost. Skořepina na tuto poddajnost ve spojích reagovala nepříliš velkou, ale pozorovatelnou změnou tvaru. Přestože bezpečnost konstrukce nebyla zpochybněna, bylo ze vzhledových důvodů (požadovalo se, aby styčníky ležely přesně na válcové ploše a skořepina nebyla mezi ztužujícími polorámy pronesená) nutno tento nedostatek odstranit.
Ve zkušebně Stavební fakulty ČVUT Praha se proto za účasti všech zainteresovaných stran provedelo několik zkoušek původního i několika způsoby modifikovaného styčníku, přičemž se sledovalo zejména omezení deformací ve styčníku při působení zatížení kolmého k válcové ploše skleníku. Žádné úpravy ale nepřinesly potřebné zmenšení poddajnosti styčníku a nakonec bylo nutno deformaci ve styčnících již smontované konstrukce omezit krátkými montážními svary na koncích ozubů styčníkových křížů. Svary skutečně zamezily počátečnímu prokluzu ve spoji a mřížovina se po zatížení skly podstatně méně zdeformovala.
Druhým problémem bylo stanovení tvaru, kterého má být po smontování ocelové konstrukce dosaženo. Obvyklým cílem je, aby konstrukce pod běžným zatížením (u oranžerie tedy sklem) zaujala předpokládaný tvar, v našem případě tvar ležatého válce. Propočítají se proto deformace předpokládané od běžného zatížení a konstrukce se namontuje s navýšením odpovídajícím právě těmto průhybům. Zdá se však, že v případě oranžerie nebylo vypočítané navýšení trojbokého podélného nosníku stanoveno zcela správně a proto bylo nutno po smontování tvar konstrukce dále upravovat složitým uvolňováním a dotahováním styčníků.
Ukázalo se také, že způsob montáže mřížoviny použitý dodavatelem, při němž se hlídala prakticky jen poloha nejvyššího styčníku, bude nutno modifikovat tak, že se bude montovat na šabloně zachycující celý příčný řez, přičemž se musí upravovat tvar (navýšení) šablony i podle vzdálenosti montovaného místa od koncových polorámů, neboť do deformací mřížoviny se výrazně promítnou i velmi malé změny tvaru podélného trojbokého nosníku, k nimž dojde po jeho zatížení.
Přes uvedené potíže byla ocelová konstrukce oranžerie úspěšně dokončena a po uvedení do provozu bude nepochybně ozdobou Královské zahrady Pražského hradu.


Stavebně-technické řešení oranžerie
Zbyněk Ransdorf 

Ing. Zbyněk ransdorf byl zodpovědným projektantem na stavbě Oranžérie. 

Projekt vychází z těchto základních technicko-technologických provozních požadavků:
V každé ze tří sekcí je třeba vytvořit odlišný druh klimatu, centrálně automaticky regulovatelný, s možností přepnutí na ruční regulaci. Vstupní parametry vnějšího klimatu dodává vně osazená meteostanice.

Vytápění jednotlivých sekcí je zajištěno vždy dvěma okruhy, jedním v podlaze a druhým v prostoru pod střešním zasklením. Ty doplňuje třetí okruh, operativně vyrovnávající rychlé teplotní výkyvy vnitřního mikroklimatu. Zimní teplota ve skleníku nesmí poklesnout pod 10 OC.

Větrání je přirozené, vzduch je přiváděn pomocí ventilačních žaluzií na jižní straně nad soklem a na severní straně u paty zasklení. Odvětrání je zajištěno systémem výklopných trojúhelníkových oken ve vrcholu oranžerie. Stupeň otevření oken a žaluzií řídí centrální automatická jednotka. V jednotlivých horizontálních pasech jsou těsně pod prosklením osazeny stínicí a tepelné clony samostatně ovládané elektropohony tak, aby mohly být rostliny dostatečně zastíněny a současně aby letní teplota nepřestoupila 25 OC.

Založení bylo pro nevhodnost podloží (horizont nedostatečně ulehlých navážek) provedeno až do vrstev ulehlých sedimentů na systém armovaných betonových patek a základových pasových roštů, jejichž podloží bylo upraveno dohutněním s následným podbetonováním vrstvou „hubeného“ betonu.
Jelikož je ocelová konstrukce oranžerie odkloněna od svislice o 1,91 O, bylo geodetické vytyčení betonových základových prvků provedeno jako svislý průmět ze zvolené vztažné roviny, dané podélnou šikmou rovinou svahu oranžerie.
Při provádění základových konstrukcí byla zastižena základová spára severní opěrné stěny, což si vyžádalo úpravu podkladních konstrukcí oranžerie: Vv prvních dvou sekcích byl rozšířen konec podkladní betonové desky, působící jako opěra podzákladí stěny. Ve III. sekci byla provedena výztužná ŽB „hokejka“, jež je vytažena nad spodní líc základové spáry severní stěny.
Ochrana proti promrznutí základové spáry severní stěny je řešena tepelnou izolací, která je součástí skladby podlahové konstrukce, opěrná „hokejka“ je z vnější strany

Pro občasný výskyt povrchové vody ze srážek a ze zavlažování Královské zahrady byl do opěrné stěny proveden systém odvodňovacích návrtů. Vzhledem k provedenému systému drenáží pod podkladním betonem (vyúsťujícím do Jeleního příkopu), ke geologickému profilu podloží, odvodnění severní stěny a technologickým podmínkám požadujícím odvod zálivkové vody z prostoru objektu nebyla provedena plošná hydroizolační vrstva.

Z důvodů stability a na základě požadavků dohledu památkové péče, byly stavební zásahy do severní stěny prováděny jen ve velmi omezeném rozsahu. Vzhledem k její tvarové proměnlivosti, jak v podélném, tak svislém směru, byl mezi ní a ocelovou konstrukcí vytvořen „dilatační prostor“ se žlabem pro odvod vody. V rámci opravy rozpadlého zhlaví severní stěny byla v její koruně provedena ŽB nabetonovávka tvaru „L“, na níž byly osazeny vodicí sloupky čisticí lávky Oranžerie. Provedení nabetonovávky si vyžádalo částečné přezdění (snížení) stávajících cihelných klenebných výklenků v severní stěně. Špatné cihly byly opatrně, lokálně vyměněny a nahrazeny novými, jejichž patina připomíná původní zdivo. Z celé stěny byly pečlivě odstraněny nečistoty, prach, nátěry, solné květy, mech, řasy a lišejníky. Po oschnutí byla stěna penetrována ochranným nástřikem, zabraňujícím uchycení drobné zeleně a mechů.

Západní a východní stěna oranžerie je tvořena ŽB konstrukcí z pohledového betonu, ze kterého vystupuje ŽB stěnová výseč, respektující střed ocelového obloukového zastřešení. Mezikruží mezi ŽB výsečí a střešním sklem je proskleno, ocelová konstrukce mezikruží je kotvena svrchu do betonové stěny a zasklení předstupuje před betonovou konstrukci. Toto mezikruží je se střešním skleněným pláštěm spojeno silikonovým dilatačním spojem, který svou tloušťkou vyrovnává přetvoření střešního pláště. Vzhledem ke svislé betonáži štítových stěn a „šikmo“ osazené ocelové konstrukci byly vnější líce západní a východní stěny betonovány se sklonem 1,91 O od svislice.