NOVI TORANJ NA AVALI. KONSTRUKCIJA TORNJAZivotic,Bojovic-Toranj na... · Dunica,Životić,Bojović: Konstrukcija Tornja na Avali 1 13. Kongres DGKS Zlatibor 22-24.09.2010. Šerif

Dunica,Životić,Bojović: Konstrukcija Tornja na Avali

1

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.)


2

Konstrukcija tornja na Avali

Sadržaj

1

Uvod

2

Istorijski osvrt

3

Projekt 1960.

4

Projekt 2005./2009.

5

Toranj u medijima

6

Učesnici izrade projekta

1964-1999.

1999.

2009.


3

1 UvodStari 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?


4

2

Istorijski osvrt Stanje tehnike oko 1960:

Izvedene konstrukcije


5

Istorijski osvrt. Oblici tornjeva na nogama

Toranj Avala, 1964. Riga, 1986. Taškent, 1985.Broj nogu 3 3 4Ukupna visina H

[m] 203,5 375,0 375,0Visina betonskog dela hc

[m] 136,6 240,0 240,0Visina nogu

hL

/hc 0,26 0,67 0,42

Zapažanja o Avali:

• jedini Δ-preseka do ‘86;

• mali odnos hL

/hc

;

• Cf,Δ

/Cf,O

≈

2,4

;

• mala debljina zida tc

;

• oko 1960. sličan hc

/D

;

• oko 1960. slična n[Hz].


6

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/m2

Ovo je kao neka vrsta dinamičkog koeficijentaG(n,I).


7

3 Statički proračun

1960: Tretman opterećenja vetrom

Ključno važno!!W = 1,00

kN/m2

< WPTP-2

= 1,05-1,80 kN/m2

Cf,Δ

= 1,2; 0,8

≈

Cf,O

< 2

→ W Cf

≈

(0,5 W Cf

)potr

.


8

Statički proračun

1960: Aerodinamički pritisak vetra

Nekorektnost opterećenja vetrom utvrđena je još 1985. u Studiji Građ. fak. u Beogradu.


9

4 Projekt 2005/2009.

Zašto je uopšte trebalo raditi novi projekt kad je mogao da se koristi stari?

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.

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.


10

Projekt 2005/2009. Projekt konstrukcije –

osnovne oblasti

Opterećenje vetrom:

•

toranj je na bregu –

uticaj orografije terena;

• hrapavost terena;

• dominantni pravci vetra;

• promenljivi Cf

po azimutu;

• razni povratni periodi vm,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.


11

Projekt 2005/2009. Opterećenje vetrom

Opterećenje vetrom:

• osnovna brzina: vm,50,10

= 19m/s

• orografija terena;

• hrapavost terena;

• dominantni pravci vetra;

• promenljivi Cf

po azimutu;

• razni povratni periodi vm,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 vm

vetra.

Promenljivi Cf

i T

konstr. i kombinacije opterećenja.

Zima 2008/2009.Led na kranu.


12

Projekt 2005/2009. Vetar –

aerodinamički pritisak

Projekt 1960.PTP-2:1948

Projekt 2005.SRPS U.C7.111:1991

DIN 1056:1956


13


aerodinamički pritisak

NW

SEEN:SE

EN:NW

SRPS

Osrednjena brzina vetra vm

(z) po EN 1991-1:2005:

min = SW, max = NW

.

Aerodinamički pritisak vetra po SRPS i EN.


14

Projekt 2005/2009.

Vetar –

koeficijenti sileDeo konstrukcije 1960. 2005.

Čelični deo Cw,1960

= 2,80(za oštroivičnu rešetku)

Cw,2005

= 1,40(reš. sa cilindr. štap.)

Betonski deo Cw,1960

= 1,20;

0,80(kao za φ-presek)

Cw,2005

= 1,65;

1,15

Ispitivanja Cw

nisu rađena

u aerotunelu.

Usvojeno:

za betonski deo prema BSI

CP3-V-2:1972,

Za čelični deo prema SRPS U.E7.113:1991.


15

Ugib vrha tornja

pri vetru T = 10 god:

Vetar + led:

max δres

= 566

-

1534

mm

Ugib vrha tornja

pri vetru T = 50 god:

Max vetar:

max δres

= 661 -

2056

mm

Min ugib pri kombinaciji: čelik/frontalno

+ beton/na stranu = Vetar N.

Max ugib pri kombinaciji: čelik/dijagonalno + beton/na stranu = Vetar: SE, SW.


deformacije

Ugib u nivou kafe-restorana pri vetru T = 50 god: max δres

= 163 -

450

mm


16

Delovanje vetra.

Deformacije.

Učešće u max ugibu vrha od vetra, (vetar jugoistočni SE

):

Vetar na betonski deo:

max δres,c

= 674

mm

(33%)

Vetar na čelični deo:

max δres,s

= 1382 mm (67%)


17

Deformacije.

Nagib vrha UHF-sistema pri

vmax

= 70 km/h = 19,4 m/s:max ϕ

= 0,0047 –

0,0150 rad

max ϕ

= 0,27o

– 0,86o

< 1o

.


18

Uslov upotrebljivosti.Horizontalna ubrzanja

na koti kafe-restorana.

U srpskim normama postoji jedino orijentaciona vrednost u SRPS U.C7.111:1991:

max a(vm

) < 0,20 m/s2

.

Evropske norme, kriterijum

za pešačke mostove, (EN 1990:2002, Annex A2):

Provera uvek pri nh

< 2,5 Hz; (toranj na Avali: n1

= 0,21 Hz << 2,5 Hz);

Uslov upotrebljivosti: ah

≤

0,20 m/s2

.


19

Uslov upotrebljivosti.

Horizontalna ubrzanja

na koti

kafe-restorana.Pri osrednjenom vetru,

SRPS U.C7.111:1991:

amax

= 2gIz

B(R/B) 4π2

n12

Δ

< alim

Rezultati:

Pri vT=10

primetna ali prihvatljiva ubrzanja;

Pri vT=50

, zavisno od pravca i neprijatna ubrzanja.

Komentar:

Horizontalno ubrzanje zavisi isključivo od krutosti betonskog dela tornja:

a = a(I ; H ; E)


20


odvajanje vrtloga

Betonski deo:Pri Strouhalovom broju St

= 0,12

do

0,20 vcr

= 8 do 13 m/s a pomeranja vrha su umerena (do oko 15 mm). Ekvivalentna bočna opterećenja su wy

<< wx

pa je konstrukcija sigurna.

Čelični deo:Pri Strouhalovom broju St

= 0,12

do

0,20 vcr

= 4 do 7 m/s a pomeranja vrha su umerena (do oko 20

mm). Ekvivalentna bočna opterećenja su wy

<< wx

pa je konstrukcija sigurna.


21

4.2 Projekt 2005/2009.

Betonska konstrukcija


22

1965.

Projekt 2005/2009.


Projektni zadatak 2005:

Novi toranj mora da bude isti kao stari!

2010.

Problem sa nedovoljnim dimenzijama. Povećanje?

Strana a=7,00m na npr.

a=7,50m?NE!

Rogalj D=1,04m na npr. D

= 1,20m?NE!

Zid t=0,15m na t = 0,20m?

NE!

Svaka izmena je narušavanje arhitekture!


23

Projekt 2005/2009.


PTT SALA

TERASA SA PARABOLAMA

TV SALA

RESTORAN - KAFE

TERASA RAZGLEDNICA

1. PLATFORMA

2. PLATFORMA

POSTOLJE CELICNOG STUBA

IZLAZ IZ LIFTA

IZLAZ IZ LIFTA

IZLAZ IZ LIFTA

IZLAZ IZ LIFTA

IZLAZ IZ LIFTA

IZLAZ IZ LIFTA

435,00 postoj. plato k.435,0

PLATO k.439.0

BETONSKI TORANJ

predajnikaenergetski

blokobjekat

prilazna rampa

objekti ispod platoa

VERTIKALNI PRESEK KROZ TORANJ

ANTENSKISTUB

saobr.

konsolidacija tla430,80

434,80

432,80

435,00

Glavni elementi armiranobetonske konstrukcije

Gondole

Stablo

Noge

i ploča na 19,10m


24

Projekt 2005/2009.


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 mZidovi t

= 0,150 mStepen. t

= 0,100 m

Temelji:

6,00x7,30x2,00 m


25

Projekt 2005/2009.


Stara i nova betonska konstrukcija, sličnosti i razlikeTema Toranj 1965-1999. Novi toranj 2009.

Opšta geometrijadebljine ploča gondola

debljina ploče na 136,65 m

Prema arh. projektu 1960.0,090 m0,800 m

Prema arh. projektu 1960.0,100

m1,500

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:Nk =3Fp

= 10389 kN

Čvrstoće betonatemeljnoge

stablo do 102 mstablo 102-136 m

Nepoznati podaci.(Izvođački projekt nije sačuvan)

MB35MB60MB60MB50

Armaturastablo 19-136 m

nogetemelji

ostali delovi konstrukcije

Glatka armaturau svim delovima konstrukcije

B500B500

Č0551-2 (RA 400/500)Č0551-2 (RA 400/500)

Količina armature ?? t 438 t

Količina kablova 0 5 t


26

Projekt 2005/2009.


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.


27

Projekt 2005/2009.

Betonska konstrukcijaProračun 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.


28

Težina i stalni tereti:N

= -34.567 kN

Projekt 2005/2009.


rezultati proračuna, normalne sile

Korisno opterećenje:N

= -3.863

kNPrednaprezanje stabla:N

= -10.299

kN


29

Projekt 2005/2009.


rezultati proračuna, momenti savijanja

Vetar na stranu stabla:k. 35 m: M = -147.540

kNm1960: M = -69.710

kNmk.19 m: M = -187.392

kNm

35 m

Vetar na rogalj stabla:k. 35 m: M = -121.189

kNm1960: M = -60.660

kNmk.19 m: M = -152.666

kNm

Seizmika :1960: M = ?? kNmEN 1998-1:2004: M = 77.932

kNmPravilnik za inž. obj.: M = 88.183

kNm

M2005

/M1960= 2,12

M2005

/M1960

= 2,00


30

Projekt 2005/2009.


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.


31

4.3 Čelični deo konstrukcije


32

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, 1,00Fp

.

Donji deo: HV M24-10.9, 1,00Fp

.

Veze štapova ispune:

HV M12,16,20-10.9, 0,50Fp

.


33

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!


34

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.


35

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)


36

Čelična konstrukcija: Platforme.

Presek donjeg dela stuba sa odmorištem. Platforma na vrhu donjeg dela stuba.


37

Čelična konstrukcija: Konstrukcija stuba.

Projektni zadatak RTS ET: Gabarit konstrukcije ograničen i unapred zadat.


38

Čelična konstrukcija: Veza donjeg i srednjeg dela stuba.

Dijagonalne vertikalne i horizontalne veze zavrtnjima HV M24-

10.9, 0,50Fp .


39

Čelična konstrukcija: Montažni nastavci pojaseva.

Čeoni nastavci 1,00Fp

.

Dinamički opterećena veza.

Uslov nosivosti:

Ndop

= 0,60Fp

,

Fp

= 0,7 σ0,2

As

.

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)Mp

;

kontrola: 1,10Mp

.

Izmereni koeficijent k:

k

= 0,135 –

0,155.


40

Čelična konstrukcija: Donji

i srednji

deo

stuba.


41

Toranj u medijima


42

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.


43

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.

Documents

NOVI TORANJ NA AVALI. KONSTRUKCIJA TORNJAZivotic,Bojovic-Toranj na... · Dunica,Životić,Bojović: Konstrukcija Tornja na Avali 1 13. Kongres DGKS Zlatibor 22-24.09.2010. Šerif