Steel Tower

Charakterystyka inwestycji
Przedmiotem opracowania były obliczenia węzłów oraz wykonanie szczegółowego modelu 3D stalowej konstrukcji wsporczej wieży, wraz z pełną dokumentacją warsztatową i montażową. Zaprojektowana wieża stanowi podporę dla nowo projektowanych kanałów powietrza oraz dwóch kanałów gorącego gazu. Słupy w rozstawie 22×8,5m oparto na nowo projektowanych ścianach betonowych.
Wieża posiada 5 platform pośrednich oraz jedną platformę górną, które służą jako podparcie kanałów oraz umożliwiają prowadzenie prac konserwacyjnych. Dostęp do poszczególnych poziomów zapewniono poprzez komunikację z sąsiadującą, istniejącą wieżą. Pod pierwszą platformą zlokalizowano parę dźwigarów suwnicowych przystosowanych do obsługi dwóch 50-tonowych wciągników serwisowych.

Warunki projektowe i analiza konstrukcji
Obiekt zlokalizowano na obszarze sejsmicznym w Rumunii. Został zaprojektowany w klasie średniej ciągliwości z wykorzystaniem dysypatywnego zachowania konstrukcji, zgodnie z normami Eurokod i rumuńską normą P100-1/2013. Główny projektant zastosował analizę drugiego rzędu z uwzględnieniem imperfekcji przechyłowych, a dodatkowo dla głównych słupów wprowadzono imperfekcje łukowe.
METIB na wczesnym etapie projektu przeprowadził analizę konstrukcji pod kątem kruchego pękania oraz dokonał rewizji rodzaju stali, zastępując S235JR stalą S355J2. Dysypatywne elementy, o przekroju CHS406.4×16, zaprojektowano ze stali S235, co pozwoliło zoptymalizować połączenia pod względem sił. W jednym kierunku zastosowano stężenia typu X, w drugim – stężenia X oraz odwrócone V. Połączenia dysypatywne wykonano jako w pełni sprężane połączenia doczołowe.

Szczegóły konstrukcyjne
Dwa narożne słupy zaprojektowano jako krzyżowe – w dolnej partii z profili HEB800, przenoszące siły ściskające rzędu 15 000 kN. Od strony istniejącej wieży zastosowano skrzynkowe słupy, które na wysokości 6 m przechodzą w słupy krzyżowe. Dodatkowo wprowadzono słupy skośne o zbieżnym przekroju, tworzące układ przypominający literę Y.
Opracowano szczegółowy plan kontroli spoin. Dodatkowo dla skrzynkowych profili blachownicowych z przeponami wewnętrznymi oraz skomplikowanymi połączeniami przygotowano sekwencję spawania krok po kroku.
Ze względu na wspólną technologię przebiegającą pomiędzy istniejącą a nowo projektowaną wieżą, kluczowym zagadnieniem projektowym było „dostrojenie wież”. METIB odegrał w tym procesie istotną rolę, wykorzystując do analizy oprogramowanie RFEM. Początkowo zakładano niezależne funkcjonowanie nowej wieży, jednak różnice w sztywnościach oraz wynikające z nich odmienne częstotliwości drgań wymusiły połączenie obu konstrukcji. Rozwiązanie to nie tylko zapobiegło ryzyku zderzenia obu wież w trakcie wystąpienia obciążenia sejsmicznego, ale również znacząco ograniczyło poziome przemieszczenia nowej wieży pod wpływem działania wiatru.

Zakres działań METIB
● model 3D konstrukcji w Tekla Structures wraz z weryfikację geometryczną
● obliczenia połączeń w IDEA StatiCa
● wsparcie przy analizie dostrojenia pracy projektowanej wieży z istniejącą
● kompletna dokumentacja warsztatowa wraz z plikami numerycznymi dla robota SBA Compact+
● dokumentacja montażowa
● projekt sekwencji spawania
● eksport, udostępnienie oraz zsynchronizowanie modelu 3D w chmurze na platformie Trimble Connect w celu zapewnienia bieżącej koordynacji międzybranżowej

Parametry techniczne obiektu
● Wymiary w planie (rozstaw słupów): 22 × 8,5 m
● Wysokość konstrukcji stalowej: 59 m
● Tonaż konstrukcji: 750 ton
● Dostęp: pomosty komunikacyjne z istniejącej wieży
● Połączenia wież: w celu wyeliminowania przemieszczeń poziomych obu konstrukcji względem siebie zaprojektowano dodatkowe elementy spinające wieże na wielu poziomach
● Zakotwienia: siła wyrywająca – 7000 kN, siła ścinająca – 3500 kN. Kotwy M60. Do przeniesienia sił ścinających wykorzystano ostrogi o przekroju HEB 800
● Śruby w połączeniach sprężanych: Oprócz standardowych śrub M16–M30, zastosowano śruby na specjalne zamówienie: M36 10.9, M42 10.9, M48 10.9, M56 10.9. Połączenia elementów rozpraszających z rur 406.4×16 zaprojektowano na siłę ponad 7000kN z zastosowanie śrub M56 10.9. Sprężanie takich średnic odbywa się przy użyciu specjalistycznych urządzeń hydraulicznych
● Profile: oprócz standardowych profili hutniczych wykorzystano liczne profile blachownicowe, w tym skrzynkowe o zbieżnych przekrojach lub nieregularnych kształtach
● Grubość blach: do 55 mm

Organizacja montażu – plan dwuetaopowy
● Etap 1 obejmuje około 90% konstrukcji wieży i realizowany jest w sposób bezkolizyjny, w bezpośrednim otoczeniu istniejących, funkcjonujących obiektów przemysłowych, bez wpływu na ich pracę.
Każda z platform montowana jest na odkładzie w trzech niezależnych sekcjach, przy równoczesnym wspawywaniu blach ryflowanych oraz nanoszeniu powłok malarskich.
Podnoszone sekcje o wadze około 30 ton są montowane pomiędzy słupami dzięki specjalnie zaprojektowanym rozwiązaniom węzłowym oraz zastosowaniu przekładek dystansowych.
● Etap 2, stanowiący pozostałe 10% konstrukcji, zostanie zrealizowany podczas planowanego na wrzesień czasowego postoju zakładu. W tym czasie przewidziano:
– demontaż wielu istniejących kanałów o średnicach sięgających kilku metrów,
– połączenie nowej i istniejącej wieży za pomocą belek łączących oraz pomostów komunikacyjnych na wielu poziomach,
– montaż wszystkich pozostałych elementów stalowych znajdujących się poza obrysem słupów, od strony istniejącej konstrukcji.

Koordynacja i współpraca
Projekt cechował się wysokim stopniem złożoności i dynamiką – liczne zmiany wymagały szybkiej reakcji zespołu. METIB ściśle współpracował z klientem, rumuńskim projektantem, technologami z Austrii, montażystami ze Słowacji oraz zakładem prefabrykacji konstrukcji stalowych Zekon z Rudy Śląskiej. W trakcie prac przeprowadzono dziesiątki godzin spotkań koordynacyjnych, które pozwoliły utrzymać harmonogram prac i na bieżąco rozwiązywać złożone zagadnienia inżynierskie.

Podsumowanie
Zespół METIB skutecznie sprostał wyzwaniu. O wysokiej jakości wykonanych prac świadczą m.in.: pozytywna ocena wytwórni konstrukcji stalowych, brak uwag ze strony rumuńskiego inżyniera sprawdzającego, a także uznanie inwestora i jego deklarowana chęć kontynuowania współpracy przy kolejnych inwestycjach, co stanowi potwierdzenie wysokiego poziomu zaufania do zespołu projektowego.