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.)
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
1
Konstrukcija tornja na Avali
Sadržaj
1964-1999.
1 Uvod
2 Istorijski osvrt
3 Projekt 1960.
1999.
4 Projekt 2005./2009.
5 Toranj u medijima
6 Učesnici izrade projekta
2009.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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?
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
3
2 Istorijski osvrt
Stanje tehnike oko 1960: Izvedene konstrukcije
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
4
Istorijski osvrt. Oblici tornjeva na nogama
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].
Toranj
Avala, 1964.
Riga, 1986.
Taškent, 1985.
3
3
4
Ukupna visina H [m]
203,5
375,0
375,0
Visina betonskog dela hc [m]
136,6
240,0
240,0
Visina nogu hL/hc
0,26
0,67
0,42
Broj nogu
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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/m2
Ovo je kao neka vrsta
dinamičkog koeficijenta
G(n,I).
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
6
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
7
Statički proračun 1960: Aerodinamički pritisak vetra
Nekorektnost
opterećenja
vetrom utvrđena
je još 1985. u
Studiji Građ. fak.
u Beogradu.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
9
Projekt 2005/2009.
Projekt konstrukcije – osnovne oblasti
Opterećenje vetrom:
Čelična konstrukcija:
• toranj je na bregu – uticaj
orografije terena;
• četvorozidna, ograničenih
gabarita zbog antena;
• hrapavost terena;
• nosivost;
• dominantni pravci vetra;
• upotrebljivost UHF-antena;
• promenljivi Cf po azimutu;
• aeroelastična stabilnost;
• razni povratni periodi vm,T;
• zamor.
T=50 god: nosivost
Betonska konstrukcija:
T=10 god: vetar + led
• presek jednak starom;
T=5 god: horizontalna ubrz.
• nosivost;
T=1 god: upotrebljivost UHF;
• aeroelastična stabilnost;
• norme: SRPS U.C7.110 do
114:1991, EN 1991-4:2005.
• norme: PBAB:1986, EN
1992-1-1:2004, EN 19981:2004.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
10
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.
Zima 2008/2009.
Led na kranu.
Promenljivi Cf i T
konstr. i kombinacije
opterećenja.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
11
Projekt 2005/2009. Vetar – aerodinamički pritisak
PTP-2:1948
Projekt 1960.
Projekt 2005.
SRPS
U.C7.111:1991
DIN 1056:1956
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
12
Projekt 2005/2009. Vetar – aerodinamički pritisak
SRPS
Osrednjena brzina vetra vm(z)
po EN 1991-1:2005:
min = SW, max = NW .
SE
EN:
SE
NW
EN:
NW
Aerodinamički
pritisak vetra po
SRPS i EN.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
13
Projekt 2005/2009. Vetar – koeficijenti sile
Deo konstrukcije
Čelični deo
Betonski deo
1960.
2005.
Cw,1960 = 2,80
Cw,2005 = 1,40
(za oštroivičnu rešetku)
(reš. sa cilindr. štap.)
Cw,1960 = 1,20; 0,80
Cw,2005 = 1,65; 1,15
(kao za φ-presek)
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
14
Projekt 2005/2009.
Vetar – deformacije
Ugib vrha tornja pri vetru T = 10 god:
Ugib vrha tornja pri vetru T = 50 god:
Vetar + led: max δres = 566 - 1534 mm
Max vetar: max δres = 661 - 2056 mm
Ugib u nivou kafe-restorana pri vetru T = 50 god: max δres = 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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
15
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%)
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
16
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 .
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
17
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 .
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
18
Uslov upotrebljivosti.
Horizontalna
ubrzanja na koti
kafe-restorana.
Pri osrednjenom vetru,
SRPS U.C7.111:1991:
amax = 2gIzB(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)
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
19
Projekt 2005/2009. Vetar – odvajanje vrtloga
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.
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
20
4.2 Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
2010.
Svaka izmena je narušavanje arhitekture!
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
22
Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija
Glavni elementi armiranobetonske konstrukcije
Gondole
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
objekat
predajnika
PLATO k.439.0
saobr.
434,80
435,00
objekti ispod
platoa
435,00
432,80
430,80
postoj. plato k.435,0
i ploča na 19,10m
konsolidacija tla
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
23
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
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
24
Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija
Stara i nova betonska konstrukcija, sličnosti i razlike
Tema
Opšta geometrija
debljine ploča gondola
debljina ploče na 136,65 m
Fundiranje
Veza nogu i temelja
Toranj 1965-1999.
Novi toranj 2009.
Prema arh. projektu 1960.
0,090 m
0,800 m
Prema arh. projektu 1960.
0,100 m
1,500 m
Stope ?x?x?
Stope 6,00x7,30x2,00 m.
Zglobna
Kruta
Ploča na dnu stabla
Dimenzionisana na udar lifta.
Prednaprezanje stabla
Čvrstoće betona
temelj
noge
stablo do 102 m
stablo 102-136 m
Armatura
stablo 19-136 m
noge
temelji
ostali delovi konstrukcije
Ne
Nepoznati podaci.
(Izvođački projekt nije sačuvan)
3 kabla/1 rogalj, 17 - 59 m:
Nk =3Fp= 10389 kN
MB35
MB60
MB60
MB50
Glatka armatura
u svim delovima konstrukcije
B500
B500
Č0551-2 (RA 400/500)
Č0551-2 (RA 400/500)
Količina armature
?? t
438 t
Količina kablova
0
5t
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
Prednaprezanje stabla:
N = -10.299 kN
28
Projekt 2005/2009. Betonska konstrukcija
Proračun konstrukcije – rezultati proračuna, momenti savijanja
M2005/M1960
= 2,12
M2005/M1960
= 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
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
30
4.3 Čelični deo konstrukcije
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
31
Čelični deo konstrukcije Tornja
Dimenzije:
• ukupna visina = 67,980 m;
• poprečni presek (osno): 2040x2040, 960x960, 700x700,
600x600 mm.
Materijali:
Gornji deo:
Konstrukcija se isporučuje
sa UHF-antenama.
• 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).
Montažni nastavci
pojaseva - čeone veze:
Donji deo: HV M36 i M3010.9, 1,00Fp.
Konstrukcija:
Donji deo: HV M24-10.9,
1,00Fp.
• zavarena, na montaži spojena zavrtnjima;
Veze štapova ispune:
• masa konstrukcije = 66,2 t.
HV M12,16,20-10.9,
0,50Fp.
Oprema na stubu:
• dve platforme – ledobrani;
• penjalice;
• nosači kablova;
• veze antena.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
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!
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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)
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
35
Čelična konstrukcija: Platforme.
Presek donjeg dela stuba sa odmorištem. Platforma na vrhu donjeg dela stuba.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
36
Čelična konstrukcija: Konstrukcija stuba.
Projektni zadatak RTS ET: Gabarit
konstrukcije ograničen i unapred zadat.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
37
Čelična konstrukcija: Veza donjeg i srednjeg dela stuba.
Dijagonalne
vertikalne i
horizontalne veze
zavrtnjima HV M2410.9, 0,50Fp .
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
38
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
39
Čelična konstrukcija: Donji i srednji deo stuba.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
40
Toranj u medijima
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
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.
Dunica,Životić,Bojović:
Konstrukcija Tornja na Avali
43
Download

prezentaciju