Zaprojektowanie konstrukcji żelbetowej inwestycji Baltic Towers było prawdziwym inżynierskim wyzwaniem: hala ma powierzchnię blisko 6 hektarów i 35,5 metrów wysokości nawy głównej. Z wywiadu z Marcinem, konstruktorem Działu Projektowego Pekabex, dowiecie się jak powstawał ten projekt.

Budowa Baltic Towers to jedna z największych obecnie trwających inwestycji w Polsce, na którą składają się  gigantyczne prefabrykowane elementy konstrukcyjne. Jak duże?

Faktycznie jest to jeden z największych obiektów, z którym przyszło nam się zmierzyć, choć Pekabex jest znany właśnie z podejmowania inżynierskich wyzwań. Wielki obiekt wymaga wielkich elementów, a należy przypomnieć, że mówimy o obiekcie trójnawowym o szerokości 135 m i długości blisko pół kilometra. Największe, pod względem masywności, są słupy, których waga oscyluje w okolicach 80 ton. Jeszcze większe wrażenie robią wymiary przekroju poprzecznego – dłuższy z boków ma aż 2.8 m! Całkowita długość słupów dochodzi do 34 m.

Aby uzmysłowić sobie z jak dużymi elementami mamy do czynienia należałoby stanąć bezpośrednio pod ścianą 11 piętrowego bloku mieszkalnego i popatrzeć w górę.

Z jakimi problemami trzeba się było zmierzyć podczas projektowania konstrukcji?

Najtrudniejsze okazało się okiełznanie sił, a w szczególności momentów zginających, które działają na tak duże elementy. W dwóch nawach będą pracować po trzy 250 tonowe suwnice (także w tandemie!), których tory jezdne znajdują się 28 m nad ziemią. Ponadto wiatr działający na tak dużą powierzchnię… łatwo nie było.

W jakiej technologii zostały wykonane słupy?

Czasami można spotkać się z obiegową opinią, że słupy sprężone mają większą nośność. Nie do końca jest to prawdą, a w uproszczeniu można stwierdzić, że słup sprężony będzie miał taką samą nośność, jak słup żelbetowy. Zasadnicza różnica tkwi w tym, że dzięki sprężeniu możemy zapewnić pracę elementu w stanie niezarysowanym, co jest kluczowe w projektowaniu konstrukcji poddanych siłom poziomym od suwnic czy wiatru. To przekłada się na znaczące ograniczenie przemieszczeń całej konstrukcji.

Słup żelbetowy kojarzy się z elementem o przekroju kwadratowym lub prostokątnym, tymczasem na Baltic Towers słupy przypominają dwuteowe dźwigary o pasach równoległych. Skąd ten pomysł?

Grupa Pekabex ma ponad 50 lat i nasze fabryki m.in. w Poznaniu, Gdańsku i Bielsku-Białej powstawały właśnie wtedy. Okazało się, że nawet najwięksi socjalistyczni wizjonerzy nie przewidzieli, że 5 dekad później odważymy się produkować w tych zakładach tak wielkie elementy. Zatem kształt słupów wynika, po części, z ograniczenia wagi elementów, które możemy produkować, a po części jest efektem rachunku ekonomicznego. Skoro jesteśmy w stanie zaprojektować, wyprodukować, przetransportować i zmontować słupy o objętości 30 m3 betonu, to nie ma ekonomicznego uzasadnienia, aby stosować słupy prostokątne o objętości blisko 2x większej.

Jakie programy zostały wykorzystane do analizy statycznej obiektu?

W swojej pracy korzystamy głównie z oprogramowania Autodesk Robot oraz Dlubal RFEM. W przypadku Baltic Towers całość obliczeń statycznych wykonujemy w Dlubalu. Choć biegle posługujemy się zaawansowanymi programami do projektowania przestrzennego, to w przypadku prostych sprawdzeń elementów wydzielonych korzystamy z dobrze znanego RM-Wina.

…a wymiarowanie słupów?

Tu sprawa robi się bardziej skomplikowana. Oprogramowanie komercyjne jest przyjazne, jest przetestowane i zwykle jest bardzo dobre (szybkie) podczas projektowania typowych elementów. Gdy przychodzi do wymiarowania elementów jak słup półokrągły czy sprężony, to niestety zaczynają się schody. W takich przypadkach, opierając się na swojej wiedzy i zespole wszechstronnych inżynierów, tworzymy oprogramowanie „szyte na miarę”. Dzięki temu, choć na starcie tracimy kilka tygodni, takie oprogramowanie pozwala nam szybko i pewnie projektować nietypowe elementy.

Czy na etapie wymiarowania elementów została uwzględniona współpraca pomiędzy słupami?

Statykę konstrukcji analizowaliśmy w modelu przestrzennym, w którym staraliśmy się wiernie oddać wszystkie połączenia, sztywności, mimośrody czy sprężystość fundamentów opartych na palach. Jednakże na etapie wymiarowania słup analizowaliśmy jako element wydzielony.

Jakie są przemieszczenia graniczne w tego typu halach? Czy przy wyznaczaniu przemieszczeń zostało uwzględnione zarysowanie słupów?

Niestety nie istnieją wytyczne normowe, w oparciu o które można zaprojektować stan SGU żelbetowej hali z suwnicami. Z tego względu opieraliśmy się na wytycznych określonych w EC3-6, a w szczególności na tablicy 7.1. Umiejętne dobranie całkowitej siły sprężającej pozwoliło nam na pominięcie zarysowania słupów w stanie SGU.

W jaki sposób projektowanie konstrukcji wpłynęło na połączenie słupów z fundamentami?

Na początkowym etapie projektu rozważaliśmy różne rozwiązania. Ostatecznie postawiliśmy na doświadczenie i jakość firmy Peikko. Z fundamentów wystają kotwy PPM, natomiast w słupach zatopione są podstawy Bolda. Takie rozwiązanie wyeliminowało konieczność stabilizacji słupów podczas montażu. Rozwiązanie to wymaga wysokiego reżimu jakościowego, ale nasze fabryki oraz ekipy Erbud wykonujące fundamenty doskonale sprostały temu wyzwaniu.

Baltic Towers sprawia wrażenie naprawdę ogromnej budowli. Czy dźwigary dachowe także biją rekordy?

Zdecydowanie! Największe elementy mają blisko 55 metrów długości, 2,2 metra wysokości w kalenicy przy wadze ponad 60 ton. Oficjalne wymiary boiska piłkarskiego to 105 x 68 m. To obrazuje jak długie są to elementy.

Czy projektowanie takich dźwigarów można nazwać rutynowym zadaniem?

Na pewno jest to bardzo czasochłonny proces, ponieważ należy zmierzyć się z wieloma problemami. Jednym z podstawowych jest opanowanie bardzo dużej przeciwstrzałki poprodukcyjnej (wygięcia do góry), która może przekraczać nawet 20 cm. Dodatkowo należy przeanalizować fazę transportową, która przy tak długich elementach jest bardzo nietypowa, a wynika ona z dużego przewieszenia dźwigara poza wózek, na którym spoczywa. Z kolei projektując dach, a w szczególności stężenia dachowe, należy uwzględnić dodatkowe siły od wygięć bocznych dźwigarów. Gdy te elementy mamy już za sobą, pozostaje standardowe wymiarowanie dźwigara sprężonego w fazie SGN.