BŁĘDY W PROJEKTOWANIU, WYKONAWSTWIE I UTRZYMANIU WIEŻY TELEKOMUNIKACYJNEJ O WYSOKOŚCI 50m.pdf

Dr inŜ. Jacek HULIMKA

Politechnika Śląska w Gliwicach, Katedra InŜynierii Budowlanej

InŜ. Marcin SKWAREK

Mgr inŜ. Marcin DYREK

Pracownia Projektowa Marcin Skwarek, Zabrze

BŁ Ę DY W PROJEKTOWANIU, WYKONAWSTWIE I UTRZYMANIU

WIE ś Y TELEKOMUNIKACYJNEJ O WYSOKO Ś CI 50m

ERRORS IN DESIGNING, MANUFACTURING AND MAINTENANCE

OF THE 50m HIGH TELECOMMUNICATION TOWER

Streszczenie W referacie omówiono wady i uszkodzenia stalowej, kratowej wieŜy telekomunikacyjnej o

wysokości 50m oraz projektowany sposób naprawy. Zwrócono tu uwagę na szereg błędów popełnionych w

trakcie projektowania, wykonawstwa oraz eksploatacji obiektu. Czerpiąc z dotychczasowych doświadczeń

zawodowych autorów w zakresie tego typu konstrukcji, przedmiotowy przypadek odniesiono ogólnie do

problemów inŜynierskich pojawiających się w procesie projektowania, budowy oraz utrzymania wieŜ

telekomunikacyjnych o niewielkiej wysokości. Mając na uwadze masową ilość tego rodzaju obiektów,

wznoszonych w Polsce głównie w ostatnim dziesięcioleciu, co związane jest z szybkim rozwojem łączności

bezprzewodowej, zasygnalizowane problemy mogą mieć charakter typowych.

Abstract The paper presents defects and damages of the 50m steel truss tower for telecommunications, as well

as planned method of fixing them. Number of errors, caused during designing, manufacturing and operation of

the object, has been pointed out. Drawing from professional skills of authors of this type of constructions, the

subject case has been referred mainly to engineering problems arising during a process of designing, erection and

maintenance of small telecommunication towers. Considering a large number of objects of this kind erected in

Poland during past ten years, which relates to the fast development of wireless communication, problems that

has been indicated could be considered typical.

1. Krótki opis konstrukcji wie Ŝ y

Opisywana wieŜa zlokalizowana jest w południowej Polsce, na pograniczu Pogórza

Wiśnickiego i RoŜnowskiego, w środkowym biegu rzeki Dunajec. Obiekt wzniesiony został

w 2000r. na szczycie lokalnego wzniesienia, na wysokości około 462m npm.

Trzon wieŜy stanowi przestrzenna kratownica zbudowana na planie trójkąta

równobocznego. Całkowita wysokość konstrukcji wynosi 50,57m, a długość boku zmienia się

od 5,996m w poziomie fundamentów do 1,739m w poziomie 38,9m. PowyŜej trzon wieŜy

wykonany jest bez zbieŜności. Pasy kratownicy przestrzennej – krawęŜniki wieŜy, wykonano

z kątowników walcowanych równoramiennych, zmniejszających się od L200×200×20 przy

podstawie do L120×120×10 na szczycie. Skratowania wykonano z kątowników walcowanych

równoramiennych, od L150×150×12 przy podstawie do L90×90×10 w górnej części wieŜy.

Zastosowano skratowania typu „N”, jednakowe we wszystkich ścianach wieŜy (krawęŜniki

585

przestrzennie stęŜone). Trzon kratowy podzielono na dziewięć segmentów montaŜowych o

wysokości 3,890m dolny oraz 5,835m pozostałe. Wszystkie elementy konstrukcji wykonano

ze stali węglowej St3SY. Połączenia prętów skratowania z krawęŜnikami wykonano jako

zakładkowe, skręcane śrubami poprzez blachy węzłowe spawane do krawęŜników,

usztywniane poprzecznymi Ŝebrami. KrawęŜniki posiadają styki montaŜowe (przy

połączeniach poszczególnych segmentów), które wykonano jako połączenia zakładkowe

skręcane. Wszystkie połączenia wykonano na śruby o wysokiej wytrzymałości, klasy 8.8.

KaŜdy krawęŜnik kotwiony jest w fundamencie z wykorzystaniem trzynastu kotew M30

wykonanych ze stali niskostopowej 18G2. Na podstawie ustaleń przeprowadzonych z

właścicielem wynika, Ŝe wieŜa posadowiona jest na płycie fundamentowej kotwionej do

podłoŜa skalnego, na której wykonano trzy słupy Ŝelbetowe wyniesione ponad poziom

gruntu, stanowiące bezpośrednie punkty oparcia trójkątnego trzonu kratowego. Zaznaczyć tu

naleŜy, Ŝe właściciel nie posiada dokumentacji wykonawczej fundamentu, a projekt

budowlany zawiera jedynie lakoniczną notkę obliczeniową (wydruk programu

komputerowego) w postaci jednej kartki formatu A4. Nie są zatem znane szczegóły

wykonania fundamentu.

Rys.1. Przedmiotowa wieŜa a) schemat trzonu; b) widok; c) zakotwienie krawęŜnika

WieŜę wyposaŜono w odpowiednie konstrukcje wsporcze instalacji antenowych oraz

drabinę włazową, umieszczoną wewnątrz trzonu.

Masa całej konstrukcji stalowej, łącznie z elementami wyposaŜenia (konstrukcje wsporcze

anten, drabina) wynosi około 21 ton.

586

2. Opis zaobserwowanych wad i uszkodze ń

W zakresie wykonywanych przez autorów prac, przeprowadzono dwie wizje lokalne

obiektu – pierwszą w marcu 2006r., obejmującą ogólne oględziny wieŜy oraz drugą, w maju

2006r., celem dokonania szczegółowego przeglądu konstrukcji oraz niezbędnych pomiarów,

w tym geodezyjnego sprawdzenia pionowości trzonu wieŜy. Prace na obiekcie wykonywane

były pod kątem ustalenia moŜliwości dodatkowego obciąŜenia konstrukcji.

Pierwszą stwierdzoną istotną wadą obiektu były znaczne wychylania konstrukcji od pionu,

przy równie znaczącej krzywiźnie trzonu. PoniŜej przedstawiono rysunek obrazujący

wypadkowe wychylenia osi trzonu wieŜy oraz tabelę z wartościami pomierzonych

przemieszczeń.

Rys.2. a) Wykres wychyleń wypadkowych trzonu wieŜy; b) widoczna krzywizna pojedynczego krawęŜnika

Na rysunku 2a linią osiową zobrazowano dopuszczalne wychylenie montaŜowe trzonu

wieŜy zgodnie z PN-B-03204:2002, natomiast linią kreskową – pomierzone wychylenia

konstrukcji z pionu.

T ablica 1. Wartości pomierzonych wychyleń wypadkowych oraz kątów skręcenia trzonu wieŜ y

Poziom pomiarowy

Kąt skręcenia

względem fundamentu

Wypadkowe

wychylenie od pionu

Dopuszczalna wartość

wychylenia h /1000

[m]

[°]

[mm]

+3,80

0,239

+9,62

0,826

+15,48

0,860

+21,03

0,560

+27,03

0,575

+32,89

0,237

+38,72

1,544

+42,49

1,104

+50,01

0,057

Dopuszczalna wartość skręcenia trzonu wieŜy na całej wysokości nie powinna przekroczyć

, widoczne jest zatem przekroczenie drugiego z podanych

warunków. Istotnie przekroczone są dopuszczalne wychylenia w pośrednich poziomach

pomiarowych.

, natomiast na odcinku 3m – 0,5

587

Rys. 3. Przykłady skręcenia prętów skratowania przy blachach węzłowych

Kolejnymi zaobserwowanymi uszkodzeniami i wadami omawianej konstrukcji są:

skręcenie prętów skratowań przy węzłach w trzech dolnych segmentach montaŜowych wieŜy

(Rys. 3); brak łącznika w jednym ze styków montaŜowych i jednocześnie brak otworu na tę

śrubę w kątowniku (Rys. 4a); błędnie zaprojektowane usztywnienia węzłów poziomymi

przeponami z blach, z kolizją nakrętek ze spoiną (Rys. 4 b) oraz ułoŜenie spoin poprzecznych

na pasach kratownicy (na elementach pracujących takŜe jako rozciągane); uszkodzenie

mechaniczne ścianki kątownika, powodujące niepełne przyleganie nakładki w styku

montaŜowym (Rys. 4.c); luźne śruby w styku montaŜowym w miejscu zmiany zbieŜności

trzonu wieŜy, skutkujące wygięciem trzpieni śrub (Rys. 5).

Rys. 4. Przykłady błędów wykonawczych a) brak łącznika i otworu w kątowniku b) niewłaściwa konstrukcja

węzła – nakrętka oparta na spoinie; c) uszkodzenie ścianki kątownika (krawęŜnika) – brak przylegania nakładki

Ponadto, stwierdzono niedokładne wykonanie wielu nakładek w połączeniach

zakładkowych (stykach montaŜowych) krawęŜników. Większość z nich, zamiast

prostokątnego, ma kształt rombu, co w wielu przypadkach spowodowało zmniejszenie

odległości skrajnego łącznika od krawędzi blachy, poniŜej dopuszczalnej wartości 1,5 d .

Niedokładności w docięciu tych blach sięgają nawet 5mm.

Dodatkowo, naleŜy zwrócić uwagę na nierzetelnie wykonywane przeglądy okresowe

konstrukcji. Właściciel obiektu, do czasu wydania przez autorów stosownej opinii

technicznej, a więc do maja 2006r., był przeświadczony, Ŝe przedmiotowa wieŜa znajduje się

w co najmniej dobrym stanie technicznym. Wskazywały na to protokoły z przeglądów,

588

przekazywane rokrocznie przez firmę, której zlecono ich wykonywanie. Fakty wskazują

natomiast na powstanie wymienionych wyŜej uszkodzeń znacznie wcześniej. Świadczy o tym

chociaŜby warstwa farby, widoczna na powierzchni blachy, łba śruby, nakrętki i podkładki w

miejscu luźnych i wygiętych łączników (Rys. 5).

Rys. 5. Luźne łączniki i wygięte trzpienie śrub w styku montaŜowym

3. Obliczenia statyczno – wytrzymało ś ciowe trzonu wie Ŝ y

Kolejnym etapem prac nad przedmiotową wieŜą, było przeprowadzenie analizy

obliczeniowej, mającej na celu określenie nośności konstrukcji. Obliczenia przeprowadzono z

wykorzystaniem licencjonowanego programu komputerowego Robot Millennium v 19.0,

stosując przestrzenny model trzonu, z uciąglonymi pasami kratownicy przestrzennej.

ObciąŜenia zestawiono zgodnie z załoŜeniami normy PN-B-03204:2002. Przedmiotowy

obiekt zlokalizowany jest w trzeciej strefie obciąŜenia wiatrem wg PN-77/B-02011, w terenie

typu A oraz w drugiej strefie obciąŜenia oblodzeniem wg PN-87/B-02013. PoniewaŜ wieŜa

usytuowana jest na szczycie lokalnego wzniesienia (góry), analizowano ukształtowanie tego

terenu w oparciu o mapy topograficzne w skali 1: 10 000. Ustalono, Ŝe w świetle postanowień

normy PN-77/B-02011, lokalizacja wieŜy w pobliŜu zboczy wzniesienia nie wpływa na

zwiększenie ciśnienia prędkości wiatru, a zatem nie ma konieczności ustalania umownego

poziomu posadowienia konstrukcji. Wybrane dwa profile przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 6. Ukształtowanie terenu w pobliŜu wieŜy – wybrane profile (na podstawie mapy topograficznej 1:10 000)

Obliczenia przeprowadzono na teoretycznym modelu konstrukcji, nie uwzględniającym

znacznych jej deformacji montaŜowych. Weryfikację nośności prętów trzonu kratowego

wieŜy wykonano zgodnie z wymaganiami normy PN-90/B-03200, uwzględniając moŜliwość

utraty stateczności ogólnej, jak i miejscowej przy ściskaniu. Przyjęto przy tym moŜliwość

dowolnego kierunku wyboczenia pasów kratownicy przestrzennej, uwzględniając najmniejszy

589

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: