NOVI TORANJ NA AVALI. KONSTRUKCIJA TORNJA

13. Kongres DGKS Zlatibor 22-24.09.2010. Šerif Dunica, Branislav Životić, Aleksandar Bojović: NOVI TORANJ NA AVALI. KONSTRUKCIJA TORNJA Saobraćajni institut CIP d.o.o., Beograd DEL ING d.o.o. Beograd (ex Delfin Inženjering d.o.o.) 1

Konstrukcija tornja na Avali Sadržaj 1964-1999. 1 Uvod 2 Istorijski osvrt 3 Projekt 1960. 4 Projekt 2005./2009. 5 Toranj u medijima 6 Učesnici izrade projekta 1999. 2009. 2

1 Uvod Stari toranj: projektovan 1959-1960. izgrađen 1960-1964. srušen u vazdušnom napadu 1999. Projektni zadatak za novi toranj: 2004,2005. Projekt novog tornja: 2005. i 2009. Izgradnja novog tornja: 2007-2009. Zašto je uopšte trebalo raditi novi projekt kad je mogao da se koristi stari? Ako je već urađen novi projekt u čemu je njegova originalnost? 3

2 Istorijski osvrt Stanje tehnike oko 1960: Izvedene konstrukcije 4

Istorijski osvrt. Oblici tornjeva na nogama Zapažanja o Avali: jedini Δ-preseka do 86; mali odnos h L /h c ; C f,δ /C f,o 2,4 ; mala debljina zida t c ; oko 1960. sličan h c /D ; oko 1960. slična n[hz]. Toranj Avala, 1964. Riga, 1986. Taškent, 1985. Broj nogu 3 3 4 Ukupna visina H [m] 203,5 375,0 375,0 Visina betonskog dela h c [m] 136,6 240,0 240,0 Visina nogu h L /h c 0,26 0,67 0,42 5

Istorijski osvrt. Stanje tehnike oko 1960: Tretman opterećenja vetrom Jugoslavija 1960: PTP-2:1948 (po uzoru na DIN 1055-1:1938) Posebno važno! (1,0+0,5)W=1,5W 1,05 do 1,80 kn/m 2 Ovo je kao neka vrsta dinamičkog koeficijenta G(n,I). 6

3 Statički proračun 1960: Tretman opterećenja vetrom Ključno važno!! W = 1,00 kn/m 2 < W PTP-2 = 1,05-1,80 kn/m 2 C f,δ = 1,2; 0,8 C f,o < 2 W C f (0,5 W C f ) potr. 7

Statički proračun 1960: Aerodinamički pritisak vetra Nekorektnost opterećenja vetrom utvrđena je još 1985. u Studiji Građ. fak. u Beogradu. 8

4 Projekt 2005/2009. Zašto je uopšte trebalo raditi novi projekt kad je mogao da se koristi stari? Projektni zadatak 2005: Toranj po izgledu isti kao stari; turistički objekat, komunikacioni koliko je to moguće. Čelični deo Tornja prema uslovima RTS 2004: visina, gabariti preseka, antene, uslovi upotrebljivosti. Stari projekt osim dispozicije konstrukcije i statičkog proračuna nije sačuvan, a i da jeste ne bi mogao da bude korišćen! Startna pozicija Projekta septembra 2005: projektovati konstrukciju sa istim dimenzijama i presecima pri više od dva puta većim opterećenjima; mogu li se uopšte postići svi dokazi nosivosti i upotrebljivosti prema savremenim normama? rok: decembar 2005. 9

Projekt 2005/2009. Projekt konstrukcije osnovne oblasti Opterećenje vetrom: toranj je na bregu uticaj orografije terena; hrapavost terena; dominantni pravci vetra; promenljivi C f po azimutu; razni povratni periodi v m,t ; T=50 god: nosivost T=10 god: vetar + led T=5 god: horizontalna ubrz. T=1 god: upotrebljivost UHF; norme: SRPS U.C7.110 do 114:1991, EN 1991-4:2005. Čelična konstrukcija: četvorozidna, ograničenih gabarita zbog antena; nosivost; upotrebljivost UHF-antena; aeroelastična stabilnost; zamor. Betonska konstrukcija: presek jednak starom; nosivost; aeroelastična stabilnost; norme: PBAB:1986, EN 1992-1-1:2004, EN 1998-1:2004. 10

Projekt 2005/2009. Opterećenje vetrom Opterećenje vetrom: osnovna brzina: v m,50,10 = 19m/s orografija terena; hrapavost terena; dominantni pravci vetra; promenljivi C f po azimutu; razni povratni periodi v m,t ; T=50 god: nosivost T=10 god: vetar + led T=5 god: horizontalna ubrz. T=1 god: upotrebljivost UHF. Orografija i hrapavost terena i v m vetra. Zima 2008/2009. Led na kranu. Promenljivi C f i T konstr. i kombinacije opterećenja. 11

Projekt 2005/2009. Vetar aerodinamički pritisak Projekt 1960. PTP-2:1948 Projekt 2005. SRPS U.C7.111:1991 DIN 1056:1956 12

Projekt 2005/2009. Vetar aerodinamički pritisak SRPS SE NW EN: SE EN: NW Osrednjena brzina vetra v m (z) po EN 1991-1:2005: min = SW, max = NW. Aerodinamički pritisak vetra po SRPS i EN. 13

Projekt 2005/2009. Vetar koeficijenti sile Deo konstrukcije 1960. 2005. Čelični deo C w,1960 = 2,80 (za oštroivičnu rešetku) Betonski deo C w,1960 = 1,20; 0,80 (kao za φ-presek) C w,2005 = 1,40 (reš. sa cilindr. štap.) C w,2005 = 1,65; 1,15 Ispitivanja C w nisu rađena u aerotunelu. Usvojeno: za betonski deo prema BSI CP3-V-2:1972, Za čelični deo prema SRPS U.E7.113:1991. 14

Projekt 2005/2009. Vetar deformacije Ugib vrha tornja pri vetru T = 10 god: Vetar + led: max δ res = 566-1534 mm Ugib vrha tornja pri vetru T = 50 god: Max vetar: max δ res = 661-2056 mm Ugib u nivou kafe-restorana pri vetru T = 50 god: max δ res = 163-450 mm Min ugib pri kombinaciji: čelik/frontalno + beton/na stranu = Vetar N. Max ugib pri kombinaciji: čelik/dijagonalno + beton/na stranu = Vetar: SE, SW. 15

Delovanje vetra. Deformacije. Učešće u max ugibu vrha od vetra, (vetar jugoistočni SE ): Vetar na betonski deo: max δ res,c = 674 mm (33%) Vetar na čelični deo: max δ res,s = 1382 mm (67%) 16

Deformacije. Nagib vrha UHF-sistema pri v max = 70 km/h = 19,4 m/s: max ϕ = 0,0047 0,0150 rad max ϕ = 0,27 o 0,86 o < 1 o. 17

Uslov upotrebljivosti. Horizontalna ubrzanja na koti kafe-restorana. U srpskim normama postoji jedino orijentaciona vrednost u SRPS U.C7.111:1991: max a(v m ) < 0,20 m/s 2. Evropske norme, kriterijum za pešačke mostove, (EN 1990:2002, Annex A2): Provera uvek pri n h < 2,5 Hz; (toranj na Avali: n 1 = 0,21 Hz << 2,5 Hz); Uslov upotrebljivosti: a h 0,20 m/s 2. 18

Uslov upotrebljivosti. Horizontalna ubrzanja na koti kafe-restorana. Pri osrednjenom vetru, SRPS U.C7.111:1991: a max = 2gI z B(R/B) 4π 2 n 12 Δ < a lim Rezultati: Pri v T=10 primetna ali prihvatljiva ubrzanja; Pri v T=50, zavisno od pravca i neprijatna ubrzanja. Komentar: Horizontalno ubrzanje zavisi isključivo od krutosti betonskog dela tornja: a = a(i ; H ; E) 19

Projekt 2005/2009. Vetar odvajanje vrtloga Čelični deo: Pri Strouhalovom broju St = 0,12 do 0,20 v cr = 4do 7m/s a pomeranja vrha su umerena (do oko 20 mm). Ekvivalentna bočna opterećenja su w y << w x pa je konstrukcija sigurna. Betonski deo: Pri Strouhalovom broju St = 0,12 do 0,20 v cr = 8 do 13 m/s a pomeranja vrha su umerena (do oko 15 mm). Ekvivalentna bočna opterećenja su w y << w x pa je konstrukcija sigurna. 20

4.2 Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija 21

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Projektni zadatak 2005: Novi toranj mora da bude isti kao stari! Problem sa nedovoljnim dimenzijama. Povećanje? Strana a=7,00m na npr. a=7,50m? NE! Zid t=0,15m na t = 0,20m? NE! Rogalj D=1,04m na npr. D = 1,20m? NE! 1965. Svaka izmena je narušavanje arhitekture! 2010. 22

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Glavni elementi armiranobetonske konstrukcije Gondole 23 ANTENSKI STUB POSTOLJE CELICNOG STUBA 2. PLATFORMA 1. PLATFORMA TERASA RAZGLEDNICA RESTORAN - KAFE TV SALA TERASA SA PARABOLAMA PTT SALA IZLAZ IZ LIFTA Stablo IZLAZ IZ LIFTA IZLAZ IZ LIFTA VERTIKALNI PRESEK KROZ TORANJ IZLAZ IZ LIFTA IZLAZ IZ LIFTA IZLAZ IZ LIFTA BETONSKI TORANJ Noge prilazna rampa energetski blok saobr. objekat predajnika i ploča na 19,10m PLATO k.439.0 objekti ispod platoa 434,80 430,80 435,00 432,80 435,00 postoj. plato k.435,0 konsolidacija tla

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Dimenzije elemenata armiranobetonske konstrukcije Ploča na vrhu (136,650m) t = 1,500 m Gondole: veza za stablo gredama i pločama; ploče t = 0,100 m Stablo, a = 7,000 m: Rogljevi φ 1,040 m Zidovi t = 0,150 m Stepen. t = 0,100 m Temelji: 6,00x7,30x2,00 m 24

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Stara i nova betonska konstrukcija, sličnosti i razlike Tema Toranj 1965-1999. Novi toranj 2009. Opšta geometrija debljine ploča gondola debljina ploče na 136,65 m Prema arh. projektu 1960. 0,090 m 0,800 m Prema arh. projektu 1960. 0,100 m 1,500 m Fundiranje Stope?x?x? Stope 6,00x7,30x2,00 m. Veza nogu i temelja Zglobna Kruta Ploča na dnu stabla Dimenzionisana na udar lifta. Prednaprezanje stabla Ne 3 kabla/1 rogalj, 17-59 m: N k =3F p = 10389 kn Čvrstoće betona temelj noge stablo do 102 m stablo 102-136 m Armatura stablo 19-136 m noge temelji ostali delovi konstrukcije Nepoznati podaci. (Izvođački projekt nije sačuvan) Glatka armatura u svim delovima konstrukcije MB35 MB60 MB60 MB50 B500 B500 Č0551-2 (RA 400/500) Č0551-2 (RA 400/500) Količina armature?? t 438 t Količina kablova 0 5 t 25

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Proračun konstrukcije računski modeli Model 1 elementi grede i pločasti el.; rezultati za dimenzionisanje nogu i stabla. Model 2 elementi kao kod M1, osim što je stablo od pločastih elemen.; rezultati za dimenzionisanje horizontalnih i kosih ploča i greda iznad 99,440 m. Model 3 elementi grede; rezultati za proračune ravnoteže i stabilnosti. 26

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Proračun konstrukcije statički i dinamički proračuni, opterećenja Opterećenja težina konstrukcije, stalni tereti; korisna opterećenja; prednaprezanje stabla; vetar (SRPS U.C7.110do114:1991); zemljotres (Pravilnik za inž. objekte, EN 1998-1:2004): akcelerogrami za Z1 i Z2. 27

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Proračun konstrukcije rezultati proračuna, normalne sile Težina i stalni tereti: N = -34.567 kn Korisno opterećenje: N = -3.863 kn Prednaprezanje stabla: N = -10.299 kn 28

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Proračun konstrukcije rezultati proračuna, momenti savijanja M 2005 /M 1960 = 2,12 M 2005 /M 1960 = 2,00 35 m Vetar na stranu stabla: k. 35 m: M = -147.540 knm 1960: M = -69.710 knm k.19 m: M = -187.392 knm Vetar na rogalj stabla: k. 35 m: M = -121.189 knm 1960: M = -60.660 knm k.19 m: M = -152.666 knm Seizmika : 1960: M =?? knm EN 1998-1:2004: M = 77.932 knm Pravilnik za inž. obj.: M = 88.183 knm 29

Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija Proračun konstrukcije dimenzionisanje Dimenzionisanje betonske konstrukcije: (a) po PBAB:1987: svi elementi osim pod (b); (b) po EN 1992-1-1:2002: noge i stablo, uz primenu teorije 2. reda. Dimenzionisanje prema PBAB:1987, čak i pri usvajanju najveće moguće marke betona MB60, zahtevalo bi povećanje dimenzija poprečnog preseka stabla, što je suprotno zahtevima Projektnog zadatka da nova konstrukcija arhitektonski bude ista kao stara. 30

4.3 Čelični deo konstrukcije 31

Čelični deo konstrukcije Tornja Dimenzije: ukupna visina = 67,980 m; poprečni presek (osno): 2040x2040, 960x960, 700x700, 600x600 mm. Materijali: čelik S235JR i S355J2G3 JUS EN 10025:2003; prednapregnuti zavrtnji : JUSM.B1.066:1983; zavrtnji klasa 10.9: JUS M.B1.023:1983; cevi bešavne: DIN 2448:1981; zaštita od korozije: toplo cinkovanje + cink-epoksidni premaz, (duplex-sistem). Konstrukcija: zavarena, na montaži spojena zavrtnjima; masa konstrukcije = 66,2 t. Oprema na stubu: dve platforme ledobrani; penjalice; nosači kablova; veze antena. Gornji deo: Konstrukcija se isporučuje sa UHF-antenama. Montažni nastavci pojaseva - čeone veze: Donji deo: HV M36 i M30-10.9, 1,00F p. Donji deo: HV M24-10.9, 1,00F p. Veze štapova ispune: HV M12,16,20-10.9, 0,50F p. 32

Čelični deo konstrukcije Tornja: Razvoj Projekta. 2005: Projekt urađen prema Projektnom zadatku RTS ET. 2009: Izmena Projektnog zadatka RTS ET Ponovni proračun delovanja vetra + Izmena projekta čelične konstrukcije. Izmena 2009: skraćen UHF-deo sa 24 m na 16 m; zadatak: produžiti čeličnu konstrukciju donjeg i srednjeg dela tako da ukupna visina Tornja ostane 203-204 m; opšte okolnosti: počela izrada čelične konstrukcije u fabrici; posledica: ponovni proračun delovanja vetra i Izmena projekta čelične konstrukcije. Predlog projektanata da se čelični deo ostavi kraćim za 8 m, zbog smanivanja momenata savijanja i deformacija tornja u celini, odbijen! Toranj mora da bude visok oko 204 m! 33

Čelična konstrukcija: Dimenzije elemenata konstrukcije. Gornji deo: Konstrukcija se isporučuje sa antenama. Srednji deo: Pojasevi = φ 323,9x25 i 12,5 Dijagonale = φ 76,1x5 Horizontale = φ 60,3x5. Donji deo: Pojasevi = φ 323,9x20 i 12,5 Dijagonale = φ 114,3x5 Horizontale = φ 88,9x5. 34

Čelična konstrukcija: Ankerovanje čeličnog stuba. Ubetonirana čelična konstrukcija. Reakcije se unose pritiskom na betonsku ploču d = 1500 mm. Ekstremne reakcije oslonaca: max R = 3829 kn ; min R = -3461 kn (pritisak) 35

Čelična konstrukcija: Platforme. Presek donjeg dela stuba sa odmorištem. Platforma na vrhu donjeg dela stuba. 36

Čelična konstrukcija: Konstrukcija stuba. Projektni zadatak RTS ET: Gabarit konstrukcije ograničen i unapred zadat. 37

Čelična konstrukcija: Veza donjeg i srednjeg dela stuba. Dijagonalne vertikalne i horizontalne veze zavrtnjima HV M24-10.9, 0,50Fp. 38

Čelična konstrukcija: Montažni nastavci pojaseva. Čeoni nastavci 1,00F p. Dinamički opterećena veza. Uslov nosivosti: N dop = 0,60F p, F p = 0,7 σ 0,2 A s. Donji deo: HV M36,M30 10.9; Srednji deo: HV M24-10.9. Čeone ploče: t = 40 mm Pritezanje: obrtnim momentom; u 2 koraka(0,70;1,00)m p ; kontrola: 1,10M p. Izmereni koeficijent k: k = 0,135 0,155. 39

Čelična konstrukcija: Donji i srednji deo stuba. 40

Toranj u medijima 41

Čelična konstrukcija. Generalni projektant: Saobraćajni institut CIP d.o.o., Beograd. Kooperant za Glavni projekt - proračun delovanja vetra i čeličnu konstrukciju: Delfin Inženjering d.o.o., Beograd. Tehnička kontrola (revizija) Glavnog projekta: Arhitektonski fakultet u Beogradu. Generalni izvođač: "Ratko Mitrović" Dedinje d.o.o., Beograd. Radionička izrada konstrukcije: SZP Zavarivač a.d., Vranje. Izvođački projekt radionički crteži: MAG Invest d.o.o., Beograd. Kooperant za montažu: Montena d.o.o., Beograd. HV-zavrtnji: MIN DIV Svrljig a.d., Svrljig. Reyher GmbH, Hamburg. Peiner Umformtechnik GmbH, Peine. Ispitivanje koeficijenta trenja zavrtnjeva: Laboratorija GP Mostogradnja a.d., Beograd. Nadzorna služba: Saobraćajni institut CIP d.o.o., Beograd. 42

Toranj na Avali. Konstrukcija. Odgovorna lica: Odgovorni projektanti betonske konstrukcije: Prof. Dr. Šerif Dunica, dipl.ing.građ. Branislav Životić, dipl.ing.građ. Odgovorni projektant čelične konstrukcije: Aleksandar Bojović, dipl.ing.građ. Tehnička kontrola Glavnog projekta: Prof. Dr. Milorad Ristić, dipl.ing.arh. Mr. Dragoslav Tošić, dipl.ing.građ. Gradnja tornja: Goran Milovanović, dipl.ing.građ. Šef nadzorne službe: Aleksandra Naumović, dipl.ing.građ. Nazorni inženjer na betonskoj konstrukciji: Sovjetko Jujnović, dipl.ing.građ. Nadzorni inženjer na čeličnoj konstrukciji: Biljana Rašeta, dipl.ing.građ. 43