O projekcie
Projekt dotyczył modernizacji i wzmocnienia kratowej stalowej wieży antenowej o wysokości ok. 39 m, stanowiącej część stacji bazowej telekomunikacyjnej w miejscowości Gizdavac, w żupanii splicko-dalmatyńskiej, dla Hrvatski Telekom d.d. Podczas prac ziemnych stwierdzono, że istniejący fundament betonowy jest znacznie płytszy, niż oczekiwano, a stanu i przyczepności oryginalnych kotew nie można było wiarygodnie zweryfikować. Odkrycie to unieważniło pierwotne założenia projektowe, które przewidywały rozbudowę fundamentu i uaktywnienie istniejących kotew na rozciąganie.
Konstrukcja składa się ze stalowej wieży kratowej wykonanej ze stali S355 i zaprojektowanej zgodnie z EN 1090-2, klasa wykonania EXC3.
Aby zachować wieżę i uniknąć rozległych prac wymiany, zmieniono koncepcję konstrukcyjną. W modelu globalnym istniejący fundament potraktowano jako podporę przenoszącą wyłącznie ściskanie, natomiast wszystkie reakcje rozciągające przekierowano do nowo wykonanego segmentu fundamentu za pośrednictwem stalowego adaptera nadfundamentowego. Takie podejście zminimalizowało ingerencję w ograniczonych granicach terenu i pozwoliło, aby wieża pozostawała w eksploatacji przez większą część procesu modernizacji. Jednocześnie niepewność konstrukcyjna została ograniczona do nowo zaprojektowanych, weryfikowalnych elementów.
W trakcie wykopów okazało się, że istniejący fundament jest położony znacznie płycej, niż zakładano, a nośności na rozciąganie starych kotew nie dało się wiarygodnie potwierdzić. W tych warunkach pierwotnie planowane rozwiązanie przestało być akceptowalne i konieczne było ponowne określenie koncepcji podparcia.
Dejan Stojaković
Inżynier konstruktor – DI PLAN d.o.o.
Wyzwania inżynierskie
Głównym wyzwaniem była niepewna nośność na rozciąganie istniejącego fundamentu i kotew, której nie udało się potwierdzić badaniami. Ponadto dostępna powierzchnia pod nowy fundament była poważnie ograniczona granicami działki, istniejącymi instalacjami i strefami ochronnymi. Asymetryczny rozkład anten i urządzeń na wysokości wieży powodował znaczne mimośrody i efekty skręcania, zwiększając reakcje rozciągające w poszczególnych podporach.
Projekt konstrukcyjny wykonano zgodnie z EN 1990 i EN 1991, ze szczególnym uwzględnieniem EN 1991-1-4 w zakresie obciążenia wiatrem. Przypadki obciążeń obejmowały obciążenia stałe, zmienne i montażowe, a kombinacje miarodajne zdefiniowano tak, aby uchwycić maksymalne reakcje rozciągające u podstawy wieży.
Na poziomie lokalnym stalowy adapter nadfundamentowy, wykonany z kształtownika HEB550, wymagał starannej weryfikacji stateczności ścianek i pasów. System kotwienia należało zaprojektować w wąskim bloku betonowym, przez co kluczowe znaczenie miały odległości od krawędzi, efekty grupy kotew oraz interakcja ze zbrojeniem.
Modelując istniejący fundament jako pracujący wyłącznie na ściskanie i przekazując wszystkie reakcje rozciągające na nową stalową podkonstrukcję zlokalizowaną powyżej fundamentu, wyeliminowaliśmy zależność od starego fundamentu, zachowując istniejącą wieżę i respektując rygorystyczne więzy terenowe.
Dejan Stojaković
Inżynier konstruktor – DI PLAN d.o.o.
Uwzględniono wszystkie istotne mechanizmy zniszczenia zakotwienia, w tym zniszczenie stożka betonu, zniszczenie przez wyrwanie, wyciągnięcie kotwy, zniszczenie przy ścinaniu oraz zniszczenie stali, wraz z efektami grupy kotew i udziałem zbrojenia.
Rozwiązanie i wyniki
Zmieniona koncepcja konstrukcyjna oddzieliła niepewność od elementów kontrolowanych. W globalnym modelu MES stary fundament zdefiniowano jako przenoszący wyłącznie ściskanie, eliminując zależność od jego nośności na rozciąganie. Siły rozciągające przekazano przez stalowy adapter HEB550 z lokalnie zoptymalizowanymi usztywnieniami do nowej strefy fundamentu betonowego, zakotwionej za pomocą kotew wbetonowanych.
IDEA StatiCa Connection posłużył do zamodelowania i weryfikacji podkonstrukcji nadfundamentowej. Oprogramowanie umożliwiło szczegółową ocenę złączy śrubowych, efektów siły podważającej, jednoczesnego ścinania i rozciągania w śrubach oraz stateczności lokalnej kształtownika HEB550. Iteracyjna korekta geometrii i rozmieszczenia usztywnień zmniejszyła naprężenia szczytowe i zapewniła racjonalny przepływ sił, co dało rozwiązanie szczegółowe przyjazne dla wykonawstwa.
IDEA StatiCa Detail 3D zastosowano do projektowania grup kotew wbetonowanych w nowym fundamencie. Wszystkie istotne mechanizmy zniszczenia sprawdzono zgodnie z EN 1992-4, w pełni uwzględniając efekty grupy kotew i beton zarysowany. Decydującą zaletą było jawne uwzględnienie udziału zbrojenia w strefie zakotwienia, co pozwoliło uzyskać wystarczającą nośność pomimo wąskich wymiarów fundamentu i ograniczonej głębokości osadzenia.
W stanie granicznym nośności (SGN) zweryfikowano nośność elementów stalowych, betonu i kotew. W stanie granicznym użytkowalności (SGU) oceniono przemieszczenia wieży, obroty podstawy oraz wpływ na zainstalowane urządzenia, w tym efekty skręcania wynikające z asymetrycznego rozmieszczenia anten.
Ostateczne rozwiązanie spełniło wszystkie wymagania stanu granicznego nośności i użytkowalności. Przemieszczenia wieży i obroty podstawy pozostały w dopuszczalnych granicach, efekty skręcania zostały skutecznie opanowane, a realizację zakończono na ograniczonym terenie bez konieczności prowadzenia większych prac tymczasowych. W porównaniu z alternatywami, takimi jak pełna wymiana fundamentu lub mikropale, przyjęta koncepcja zmniejszyła ryzyko, czas trwania i koszt budowy, zachowując przejrzystość i identyfikowalność projektu.
IDEA StatiCa umożliwiła nam szczegółową weryfikację złączy, usztywnień oraz grup kotew zabetonowanych, z uwzględnieniem udziału zbrojenia. Dzięki temu uzyskaliśmy przejrzysty i weryfikowalny projekt oraz jasne wytyczne do wykonania w warunkach ograniczonej przestrzeni i dużych efektów obciążenia.
Dejan Stojaković
Inżynier konstruktor – DI PLAN d.o.o.
Rozważono również rozwiązania alternatywne, w tym pełną wymianę fundamentu, mikropale i strategie ponownego kotwienia, jednak odrzucono je ze względu na większą złożoność budowy, dłuższe przerwy w pracy obiektu oraz wyższą niepewność geotechniczną.
Podsumowanie
Dzięki przedefiniowaniu koncepcji podparcia i przekazaniu sił rozciągających do nowo zaprojektowanej podkonstrukcji nadfundamentowej wzmocnienie wieży antenowej w Gizdavac zostało zakończone pomyślnie, bez polegania na niepewnej nośności istniejącego fundamentu. Łączne zastosowanie aplikacji Connection i Detail umożliwiło precyzyjną weryfikację złączy, usztywnień oraz grup kotew wbetonowanych, w tym interakcji ze zbrojeniem. Rezultatem jest weryfikowalne i możliwe do wykonania rozwiązanie, dostosowane do rygorystycznych ograniczeń przestrzennych i wymagań ciągłej pracy obiektu. Pokazuje ono, jak celowa analiza cyfrowamoże znacząco zmniejszyć ryzyko konstrukcyjne w projektach modernizacji.
O firmie DI PLAN d.o.o.
DI PLAN d.o.o. to chorwacka firma inżynierska specjalizująca się w analizie i projektowaniu konstrukcji stalowych i betonowych, ze szczególnym naciskiem na modernizację, rozbudowę i złożone układy nośne. Firma łączy zaawansowane modelowanie numeryczne z praktycznym doświadczeniem budowlanym, dostarczając rozwiązania poprawne technicznie, przejrzyste i dostosowane do rzeczywistych warunków na placu budowy. Dzięki konsekwentnemu wykorzystywaniu nowoczesnych narzędzi, takich jak IDEA StatiCa, DI PLAN d.o.o. wspiera klientów w osiąganiu bezpiecznych, wydajnych i ekonomicznie racjonalnych konstrukcji w projektach infrastrukturalnych i telekomunikacyjnych.
