Technologické ocelové konstrukce pro spalovnu v Brně

• Foto

CHARAKTERISTIKA OCELOVÉ KONSTRUKCE
Konstrukcí, které v objektu spalovny vznikly je celá řada, od kotelny přes pomocné OK pro potrubí a čištění spalin, až po doplňkové konstrukce a úpravy stávajících konstrukcí mimo hlavní objekty. Tento příspěvek se soustředí pouze na rozhodující část stavby, kterou je kotelna. V prostoru omezeném existující halou bylo nutno vestavět 530 t velmi náročných a komplikovaných konstrukcí a následně celou technologii včetně kotlů, ekonomizéru, potrubních rozvodů a dalších zejména kontrolních a měřících zařízení. Staré konstrukce a technologie, které dosloužily, byly rozebrány a otvorem ve stávající hale vyneseny na skládku. Ve střeše haly byl vytvořen velký otvor pro montáž nových konstrukcí, přičemž nesměl být narušena statika haly. Uvnitř objektu byl postaven montážní věžový jeřáb, jehož přečnívající část se stala dominantou celého komplexu.

Po řadu měsíců byl jeřáb indikátorem postupu montážních prací. Jeřáb se ale také stal jedním z prvků, který výrazně komplikoval návrh a následně i realizaci. Všechny plošiny od +0,00 do +33,0 m bylo nutno navrhovat navíc na montážní stádia, kdy bylo nutno respektovat přítomnost jeřábu, který znemožňoval spojitost konstrukcí plošin. Nejdůležitější částí OK jsou konstrukce nesoucí kotle a rošty pod nimi. S tím souvisí obslužné plošiny a spojovací revizní a obslužné lávky umístěné ve výškových odstupech asi po 3 m. Další významně namáhanou částí OK je dvojice šachet sloužící pro ekonomizéry. Řešení konstrukce vycházelo opět z postupu montáže technologie. Jednotlivé bloky byly nejdřív ukládány na dílčí úrovně, pak od spodu postupně vyzvedávány a spínány k sobě a nakonec uloženy na jednu z horních nosných plošin. Součástí řešení OK jsou také schodišťová věž, výtahová šachta a složitá spleť propojovacích lávek se schodišti a žebříky.

STATICKÝ MODEL A PROJEKČNÍ ŘEŠENÍ
Z charakteristiky konstrukcí vyplývá, že se jednalo z hlediska prostorového uspořádání a četnosti zatížení o velmi komplikovaný výpočet. Rozměry objektu byly předem omezeny stávající halou, do které musely být všechny ocelové konstrukce a technologie doslova „našlapány“. Nedostatek prostoru nás nutil neustále revidovat statický model nejen s ohledem na zatížení a montážní omezení (stavy), ale také obousměrné korekce mezi návrhem OK a technologiemi. Vznikly tak desítky nestandartních řešení náročných uzlů a důsledkem byla prakticky nulová opakovatelnost prvků. V době zpracování statického výpočtu ještě neexistoval technologický projekt, a tak se pracovalo na základě informací od firmy CNIM předávaných formou tabulkových zatížení a tzv. analogických výkresů. Z nich jsme vytvořili statický model čítající tisíce prutů a následně projekt celé konstrukce.

Ten byl pak po jednotlivých úrovních posílán do Francie na koordinaci, vracel se zpět s korekcemi s ohledem na současně projektovanou technologii a znovu přepracován do konečného řešení. Toto „konečné“ řešení však bylo později ještě několikrát, s ohledem na změny technologie, revidováno. Z hlediska norem jsme pracovali s kombinací norem ČSN, Eurokódů a dále standardů CNIM. Tyto standardy vznikly na půdě generálního dodavatele jako odezva na dlouholeté zkušenosti s realizací podobných staveb. Šlo především o mnohem přísnější požadavky na přípustné deformace některých prvků OK pro kotel a rošty, a to až na hodnoty L/800. To mělo za následek, že prvky původně navržené z oceli S355 bylo s ohledem na požadované deformace možno provádět z oceli jakost S235, s jejímž použitím jsme původně vůbec u hlavní nosné OK neuvažovali. Další specialitou těchto konstrukcí je spousta zatížení od oteplení. OK uložené na konstrukci kotlů bylo nutno konstruovat s ohledem na rozpínavost kotle (tzv. „dýchání“) až o 80 mm. Povrchová ochrana konstrukce je s ohledem na charakter prostředí jednotná, a to v žárovém pozinkování. Výjimku tvoří několik prvků v oblasti roštů pod každým kotlem. Tyto konstrukce jsou nyní kvůli požární odolnosti a ochraně proti otěru zabetonovány. Pozinkované jsou i všechny podlahy plošin a lávek z rýhovaného plechu, rošty, zábradlí a samozřejmě kompletní spojovací materiál.

POUŽITÝ SOFTWARE
Zpracování projektové i dílenské dokumentace OK si vyžádalo mimořádný objem prací a bylo v maximální míře využito výkonného softwaru, aby bylo možno vůbec tento úkol splnit v rámci tvrdého harmonogramu, který příliš nedbal na komplikace vzniklé neexistencí kompletního technologického projektu. Vzhledem k pozdějším korekcím nebylo možné statický model převzít do 3D modeláře, ve kterém vzniklo projekční řešení. Bylo proto nutné celý model znovu vytvořit v Advance Steelu, který jsme později využili také pro zpracování podstatné části výrobní dokumentace. Nasazení 3D modeláře je prakticky jediné možné řešení, jak uhlídat případné kolize prvků s velkou hustotou a navíc s následnou montáží rozměrných technologických zařízení. Navíc nebylo z časových důvodů možné nejdříve dokončit a odsouhlasit celý projekt, takže se projekční a konstrukční práce překrývaly. Přesto byla velká většina výrobní dokumentace vygenerována z Advance Steelu.

Znamenalo to mimořádný objem prací na dořešení všech detailů a spojů v modelu. V období maximálního tlaku na výrobu jsme nasadili všechny naše licence Advance Steelu, AutoCADu a některé nejvyšší plošiny byly zadány externím konstruktérům. Pracovali jsme tehdy s verzí Advance Steelu 8.1, která ještě neměla k dispozici multiuživatelské rozhraní. Dnešní aktuální verze již tuto službu obsahují a tak skupinová práce konstruktérů je daleko komfortnější. Celkem tak vzniklo přes 200 výrobních a montážních výkresů ve formátu A0 a několik set výkresů se samostatnými dílci na menších formátech. Práce na statice byly zahájeny v roce 2008 a poslední dílenské výkresy byly vyexpedovány v první polovině roku 2009. Na kotelnu navázaly další konstrukce, které jsme postupně zpracovávali v průběhu uplynulého roku. Projekční část řešení kotelny byla přihlášena do soutěže CAD projekt 2009 a v kategorii Ocelových konstrukcí získala nejvyšší ocenění.

Technological steel structures for the incinerator in Brno
In connection with the extensive reconstruction of an incinerator in Brno, realization of complex steel structures for modern combustion technology and combustion product cleaning is being currently completed. French company CNIM, responsible for supply of construction and technological units engaged Czech suppliers in a subcontract. Design and construction department of company Aciercon Ltd., has provided design and working documentation of the majority of steel structures for this construction. This contribution will focus only on the critical part of construction, which is a boiler house and design and modelling of technological steel structures used here.

Autor

• Ing. Balšínek Oldřich