Kotol 2K11 Lenzing Energie – Rakúsko

• Foto

ANALÝZA KONŠTRUKCIE Z HĽADISKA NÁROČNOSTI NA PROJEKTOVÚ PRÍPRAVU
Výsledným efektom analýzy je zostavenie projektového tímu. To znamená personálne obsadenie špecialistov na určité posty a určenie ich kompetencií. Ďalšou zodpovednou úlohou je nasadenie vhodného software. V dobe moderných technológií sa často kladie dôraz na kompatibilitu softwaru, aby bolo možné v priebehu projektovania odstraňovať kolízie jednotlivých častí konštrukcie. Pri veľkých technologických projektoch s veľkou početnosťou prvkov a veľkou podlažnosťou je vhodné pracovať s identickými formátmi prenosu dát.

To znamená, že technologický software by mal umožniť načítať dáta zo softwaru pre spracovanie dielenskej výrobnej dokumentácie a opačne. Väčšina veľkých systémov tento komfort umožňuje. V mnohých prípadoch sa vyžaduje kompatibilita, alebo zhoda aj statického softwaru. Je to dôsledok priebežnej nezávislej kontroly statického výpočtu. V štátoch západnej Európy je potrebné statický výpočet spolu s pozičnými výkresmi nechať odúhlasiť u kontrolného statika. Pri normálnom priebehu projektu je možné zahájiť práce na výrobnej dielenskej dokumentácii až po odsúhlasení statiky.

V mnohých prípadoch je však vzhľadom na krátkosť času takýto postup nemožný a preto sa zo strany kontrolného statika vyžaduje priebežná kontrola výpočtu. Toto je však možné len v prípade kompatibilného, alebo identického software. Pri zložitých projektoch je často potrebné predložit kontrolnému statikovi najskôr koncepčnú statiku. Vzhľadom na časté zmeny umiestnenia technológie je potrebné aproximovať statický výpočet niekoľkokrát a súčasne zaznamenávať zmeny v programe na dielenskú dokumentáciu.

VÝSTAVBA SPAĽOVNE – KOTOL 2K11 LENZING ENERGIE – RAKÚSKO
Firma Stavokov projekt s. r. o. bola oslovená po úspešne zvládnutom  medzinárodnom projekte Funder Max St. Veit pri Grazi k dodávke kompletnej statiky oceľovej koštukcie a výrobnej dokumentácie na nový projekt neďaleko rakúskeho Linzu. Jednalo sa o výstavbu veľkého technologického celku spalovacieho kotla pod objektovým označením SODAKESSEL 2K11. Investorom je koncern LENZING Energie. V roku 2006 bol dokončený projekt nového kotla 2K10.

Vedľa neho bol starý kotol, ktorý bol predmetom asanácie. Nový kotol bol postavený na jeho miesto. Stavba byla realizovaná v zložitých stavebných podmienkach vzhľadom na stiesnené priestorové pomery a neprerušenú prevádzku susedných objektov. Naša firma pripravila výpočtový 3D model oceľovej konštrukcie v programe RSTAB. Súčasne bola celá konštrukcia modelovaná v programe Tekla Structures v ktorom boli generované výrobné dielenské výkresy. Pred samotným zahájením projektu prebehlo niekoľko pracovných rokovaní projektového tímu, kde boli dohodnuté postupy na projekte a spôsobe komunikácie jednotlivých softwérov.

Statický výpočet
Výpočet vnútorných síl a dimenzovanie jednotlivých prierezov je spracované podľa normy DIN 18 800. Klimatické zaťaženia sú uvažované podľa EC v zmysle národných aplikačných dokumentov:

• Zaťaženie vetrom OENORM B 4014-1
• Zaťaženie snehom OENORM B 1991-1-3
• Seizmicita OENORM B 4015

Zostavovanie výpočtového modelu v programe RSTAB sa prevádzalo paralelne s modelom Tekla Structures. Tieto dva programy umožňujú vzájomnú komunikáciu a je možné preberať geometriu, prierezy a dokonca zaťaženia vrátane kombinácií. Nová verzia Tekla Structures umožňuje dokonca namodelovať, zaťažiť konštukciu a vygenerovať potrebné kombinácie ako ich podporuje RSTAB. Tento komfort je veľmi dôležitý, pretože pri technologických stavbách dochádza počas projektu často k viacerým zmenám v geometrii a zaťažení.

Samotný výpočtový model v programe RSTAB ver. 6.03 obsahoval 6.736 prútov. V prípade tohto projektu dochádza ku komunikácii aj medzi technologickým softwérom a programom Tekla Structures. Pri takomto zložitom projekte je výhodné používať dva výpočtové modeli. Jeden s vypočítanými vnútornými silami (cca 500 MB), v ktorom sa nadimenzujú prierezy. V druhom nevypočítanom modeli (cca 50 MB) je možné editovať prierezy podľa navrhnutách a posúdených prierezov.

Tieto zmeny sú postupne integrované do Tekla Structures a následne zapracované do technologie. Výhodou vzájomnej komunikácie je aj opačný postup. Stále, užitné a technologické zaťaženia boli generované po jednotlivých podlažiach. Vietor bol uvažovaný pre rýchlost 130 km/h pre nadmorskú výšku 485 m. Zaťaženie snehom pre túto oblasť  bolo uvažované hodnotou 280 kg/m².

Dôležitou súčasťou statického výpočtu bolo posúdenie montážneho stavu konštrukcie. Vzhľadom na stiesnené priestorové podmienky pri montáži, ako aj skutočnosť, že jednotlivé steny kotla nemohli byť zmontované až po ukončení montáže oceľovej konštrukcie, bolo potrebné v programe RSTAB pracovať s tzv. montážnym výpočtovým modelom. V tomto modeli boli generované zaťaženia a ich kombinácie, pôsobiace v jednotlivých montážních štádiách. Súčasne boli v modeli zavedené prvky zabezpečujúce stabilitu stavby.

Extrémne zaťaženie od technológie
Na úrovni + 39,67 m je pomocou tiahel na nosnom rošte zavesený kotol o hmotnosti cca 550 t. Na úrovni +12,57 m je uložený filter o hmotnosti 183 t. Na ostatných podlažiach sú technologické zaťaženia rádovo v desiatkach tonách.

Extrémne podmienky pre medzný stav používateľnosti
Vzhľadom k tomu, že kotlové steny sú zavesené na nosnom rošte bolo potrebné navrhnúť konštrukciu tak, aby nedošlo ku kontaktu týchto stien s plošinami na jednotlivých úrovniach. Vzhľadom k situácii, že stavba je realizovaná pri jestvujúcich stavbách, bola stanovená ďalšia podmienka, aby hodnota max. vodorovného posunu vo výške 44,0 m bola H/1.000, tj. 44 mm. Vypočítaný vodorovný posun je max 35 mm v smere osi X aj Y.

Nezávislá kontrola statického výpočtu
Zaužívaným spôsobom v štátoch západnej Európy je nezávislá kontrola statického výpočtu. Tento bol kontrolovaný Prüfstatikom zo statickej kancelárie Ingeniurbüro Neuwirth Viedeň. Vzhľadom na rozsiahly projekt bola dopredu vypracovaná štruktúra kontroly. V prvom kroku boli skontrolované hodnoty zaťažení a ich pôsobenie na jednotlivé časti konštrukcie. V ďalších etapách boli postupne kontrolované návrhy a posúdenia prvkov po jednotlivých podlažiach, rámoch a stenách. Súčasne so statickým výpočtom boli kontrolované výrobné dielenské výkresy z Tekla Structures spolu so statikou prípojov.

Dielenská dokumentácia
Celá konštrukcia bola namodelovaná v progreme Tekla Structures. Pracovný tím pracoval v systéme multi user. Kontrola kolízií s technológiou bola riešená vkladaním jednotlivých technologických celkov do modelu, ktoré boli zasielané elektronicky v 3D. Hmotnosť primárnej konštrukcie bola 650 t a celková hmotnosť konštrukcie vrátane prvkov opláštenia a vonkajšieho schodiska bola 850 t.

Výroba a montáž konštrukcie
Výrobu a montáž vykonávala rakúska firma Haslinger Stahlbau GmbH. Podmienkou zaradenia jednotlivých prvkov do výroby bola podmienka, aby výrobné výkresy boli odsúhlasené Prüfstatikom. Aby výroba a montáž prebiehala kontinuálne, bola dielenská dokumentácia delená na jednotlivé etapy. Výhodou vzájomnej komunikácie bola skutočnosť, že aj fi rma Haslinger Stahlbau GmbH používa program Tekla Structures a je vybavená špičkovou výrobnou technológiou ktorá využíva CNC – kódy. Tieto boli našou firmou v elektronickej forme generovane přímo v programe Tekla Structures a zasielané priamo výrobcovi.

ZÁVER
Aj napriek komplikovanému projektu a vysokým nárokom na statiku, výrobnú dokumentáciu ako aj samotnú výrobu a montáž bol tento zvládnutý v priebehu 12 mesiacov. Počas doby výroby oceľovej konštrukcie, ako aj po jej montáži nedošlo k žiadnym statickým ani konštrukčným chybám.

ZHRNUTIE HLAVNÝCH VÝHOD PROGRAMU TEKLA STRUCTURES
Všeobecné výhody 3D programov a samozrejme aj programu Tekla Structures sú pravdepodobne už všeobecne známe. Je to možnosť vytvoriť a vidieť model (BIM) v reálnom prevedení a konštrukčne navrhnúť dané detaily tak, aby boli realizovateľné a všetko na stavbe prebiehalo bez problémov. S týmto samozrejme úzko súvisí kontrola kolízie daných prvkov v konštrukcii, ale aj kontrola kolízie s ostatnými konštrukciami od iných dodávateľov. Vo vyššie uvedenej realizácii sa jedná predovšetkým o konštrukciu kotla, filtra, rozvodov a ďalších technológii, ktoré boli do modelu importované od ostatných dodávateľov a potom skontrolované tak, aby nedochádzalo k ich vzájomným kolíziám pri montáži. Táto možnosť je veľmi dôležitá, pretože umožňuje vyvarovať sa prípadných problémov a podstatne zefektívniť, prípadne urýchliť realizáciu danej konštrukcie. Odpadajú z minulosti známe úpravy na stavenisku alebo výmeny celých častí a pod. Ďalším veľmi urýchľujúcim faktorom bola možnosť práce viacerých projektantov na danej konštrukcii, tzv. multiuser. Každý projektant pracoval na svojej časti konštrukcie a všetko sa nachádzalo v jednom modeli. Nasledujúcim stupňom, ktorý predchádza samotnej realizácii, je tvorba výkresovej a dielenskej dokumentácie. Tvorba tejto dokumentácie prebieha automaticky na základe jednotlivých nastavení podľa požiadaviek zákazníka z už spomínaného modelu. Vzhľadom na to, že sa konštrukcia vo fáze projektovania a realizácie vyvíja a dochádza tu k veľkému počtu zmien, je potrebné tieto zmeny zakomponovať do modelu a následne do výrobnej a dielenskej dokumentácie. Realizácia týchto zmien je veľmi rýchla a efektívna.

V modeli sa upraví daná časť konštrukcie a všetky zmeny sa následne premietnu do daných výkresov. Výpisy materiálov a ďalších častí konštrukcie spolu s NC údajmi pre každý prvok sú už samozrejmosťou. Ďalším dôležitým aspektom je vzájomná kompatibilita používaných softvérov. Táto skutočnosť bola už čiastočne spomenutá pri kontrole kolízií s ostatnými konštrukciami. Samostatnou kapitolou je vzájomná kompatibilita so statickým softvérom. Tu je potrebné použiť, pokiaľ je to možné, priame prepojenie statického programu a programu Tekla Structures, aby sme mohli premietnuť zmeny realizované v statike do programu Tekla Structures a naopak. Vo všeobecnosti sa dá povedať, že dané prepojenie je funkčné so všetkými statickými programami v našom regióne (Scia Engineer, RSTAB, StaadPro, Robot a pod.). Jednotlivé prepojenia sa líšia podľa používaného statického softvéru a ich využitie závisí práve na používanom programe. Keďže uvedená konštrukcia kotla bola navrhovaná v programe RSTAB, bude sa práve tu najviac spomínať prepojenie s týmto statickým programom.

Je potrebné najprv spomenúť, že ide v súčasnosti o jedno z najlepšie fungujúcich prepojení, ktoré je k dispozícii so statickými programami. Dané prepojenie môžeme rozdeliť na 2 smery. Prvý smer je prepojenie programu Tekla Structures s programom RSTAB. Druhý smer je opačný. Tekla umožňuje nastaviť si v rámci modelovania dané prvky konštrukcie tak, aby následne zodpovedali statickej schéme pre výpočet. To znamená, že tvorba, resp. prvotný „návrh“ konštrukcie, prebieha v tomto programe a následne je možné tento model načítať do programu RSTAB a tu ho spočítať a posúdiť. Program Tekla Structures umožňuje okrem vyššie uvedenej tvorby statickej schémy i zaťaženie danej konštrukcie a tvorbu kombinácií podľa jednotlivých noriem. Táto skutočnosť bola tiež spomenutá v návrhu konštrukcie kotla. Keď sa daná konštrukcia vymodeluje a zaťaží, je možné ju preniesť do programu RSTAB a následne spočítať.

Po posúdení profilov je možné prípadné zmeny automaticky premietnuť naspäť do Tekly. Toto spätné premietnutie je samozrejme už druhým smerom a je možné okrem zmien profilov premietať aj novovytvorené prúty a pod. Druhý smer z programu RSTAB do Tekla Structures je samozrejme možné použiť tiež ako východiskový. Počiatočný návrh sa v tomto prípade začína v statickom softvéri (RSTAB), kde je aj konštrukcia posúdená a následne načítaná po výpočte do Tekly. Vzhľadom na už spomínané zmeny v konštrukcii v priebehu návrhu a výstavby je asi jasné, že nie vždy sa jednoznačne použije jeden smer. Vždy je jeden program pre počiatočný návrh východiskovým a následne už prebieha obojstranná komunikácia podľa potrieb a zmien, ktoré sa viažu k danému softvéru. Týmto sa samozrejme dosiahne značná efektívnosť a rýchlosť návrhu. Ďalším významným aspektom je i obmedzenie chybovosti. Nemôžeme zabúdať ani na to, že sa vždy vytvára jeden model, ktorý sa následne použije v druhom programe, kde už nie je potrebné tento model náročným spôsobom vytvárať a je možné využiť už vytvorený model. Podobná vzájomná komunikácia funguje s väčšími či menšími obmedzeniami aj s ostatnými statickými programami. Na záver je nutné poznamenať, že statická schéma, respektíve statický výpočet, bude mať vždy určité špecifiká vzhľadom na výrobnú a dielenskú dokumentáciu a naopak.

Investor: LENZING Energie AG. Austria
Dodavatel: kotla SES TLMAČE a. s.
Technológia: KIB GmbH, Muenchen
Statika: STAVOKOV projekt s. r. o. Trenčín
Kontrolný statik: Ingeniurbüro NEUWIRTH, Wien

Boiler 2K11 Lenzing Energie – Austria
Current procedures of designing steel constructions in EU countries are strongly influenced by applying National Standards. The acceptance of a national law or an Eurocode in a specific project is one of the most important assignments when creating contracts. Another, frequently required condition is the acceptance of static software compatibility and software for creating production documentation. All the mentioned attributes encourage projection offices to use the most advanced software and supplying companies to invest in development of new technologies. The final effect of modern project-engineering and supplying company in the processes of design, production and assembly of steel constructions is to provide to a customer full service from contract signing to building handover.

Autor

• Ing. Repa Jaroslav PhD.