Partneři sekce:
  • Stavmat
  • REHAU
  • Českomoravský beton

Obnova nosné ocelové konstrukce halového objektu poškozené chemickými vlivy

Obnova nosné ocelové konstrukce halového objektu poškozené chemickými vlivy

Vlivy chemické výroby na nosnou ocelovou konstrukci se podařilo zdokumentovat v roce 1998 a 2012 během podrobné prohlídky. Nosná ocelová konstrukce halového objektu, který je součástí chemické továrny, byla realizována v roce 1975 a objekt v původním stavu s přiměřenou údržbou a s některými opravami slouží dosud původnímu účelu. V hale se připravují dusíkatá hnojiva, konkrétně ledek amonný s dolomitem (LAD).

Co tvoří nosnou konstrukci?

Nosnou ocelovou konstrukci tvoří příčně nosné plnostěnné ocelové rámy, které jsou uloženy v osových vzdálenostech 6,0 m. Rozpětí rámů je 19,5 m, jejich výška je 28,86 m. Celkem je to osm příčných plnostěnných rámů, tedy celkem sedm polí (obr. 1 a 2).

Schéma příčného nosného rámu

Schéma příčného nosného rámu

Sloupy nosných rámů

Základní podélný půdorysný rozměr haly je 42 m, zvětšuje se štítovými příčnými stěnami. Sloupy nosných rámů S1 až S8 a J1 až J8 jsou zakotveny do základových patek pomocí dvou dvojic kotevních šroubů M48 × 3 s délkou 1 700 mm. Spodní hrana kotevních šroubů je na úrovni –1,740 m. Rámové sloupy i průvlaky plnostěnných rámů jsou ze svařeného I-profilu, s výškou 1 500 mm, pásnice jsou silné 20 mm a široké 400 mm, stěna má tloušťku 12 mm a výšku 1 460 mm. Na východní a západní straně haly s provozem na výrobu LAD se v osách řad 1´ a 8´ nacházejí štítové stěny. Osová vzdálenost sloupů štítových stěn je 1 200 mm od řady 1 a 8. Štítové stěny jsou vytvořeny svařenými sloupy s průřezem I s výškou 660 a 720 mm. Osová vzdálenost sloupů, které jsou v řadách A, B, C a D, je 6 000 mm. Ztužení štítových stěn je mezi řadami B a C. Sloupy štítových stěn jsou zakotveny do základových konstrukcí pomocí dvojice kotevních šroubů M30 s délkou 700 mm.

Půdorys nosné konstrukce

Půdorys nosné konstrukce

Ztužení haly

Podélné ztužení celé haly je zabezpečeno svislým ztužením mezi sloupy J4–J5, J5–J6 a S5–S6, S6–S7. Příčné větrové ztužení v rovině střechy se nachází mezi vazbami 5 a 6. Všechny prvky nosné ocelové konstrukce jsou z oceli konstrukční třídy S235.

Nosná konstrukce střechy

Nosná konstrukce střechy haly byla původně vytvořena siporexovými panely s rozměry 600/60/25. Střecha je konstrukčně plochá se 4% spádem od středu objektu v příčném směru. V místech technologických prostupů – kruhových otvorů ve střeše – je střešní konstrukce vytvořena ocelovými nosníky, tvarovaným plechem a pěnobetonem. Podobná konstrukce střechy je i po obvodu objektu, v podélném směru na šířce přibližně 900 mm a v příčném směru na šířce přibližně 1 600 mm. Na siporexových panelech byl cementový potěr s tloušťkou 20 mm a hydroizolace. Mezi řadami B a C a v polích 1 až 7 se nachází nosná konstrukce ocelového světlíku.

Tab. Výsledky měření tloušťky stěny sloupu S8

MístoTloušťka (mm)
16,07
26,02
311,33
411,34
57,19
68,40
720,08

V roce 2000 byl vypracován projekt rekonstrukce střechy nad provozem na výrobu LAD. Na základě tohoto projektu byla odstraněna porušená původní konstrukce stropní desky ze siporexových panelů. V současnosti je nosná konstrukce střechy vytvořena z plechovo-betonové stropní desky. Spolupůsobení trapézových ocelových plechů s železobetonovou stropní deskou není zabezpečeno (plechy tvoří jen ztracené bednění). Podpěrnou konstrukci plechovo-betonové stropní desky tvoří válcované ocelové profily IPN 180 uložené kolmo na rámové průvlaky. Vzájemné osové vzdálenosti nosníků jsou převážně 1 600 mm. Kolmo na nosníky jsou uloženy ocelové pozinkované trapézové plechy VSŽ 10 011. Plechy jsou uchyceny na příruby nosníků IPN 180 nastřelenými kotevními hřeby HILTI v rozpětí 1 000 mm. Plechy jsou v podélném směru stykované přesahem, a to v jen místech příčných nosníků IPN 180.

Navrhovaná opatření

  1. Při každé výměně strojů s rotačním zařízením je potřebné mít na zřeteli zohlednění dynamických účinků na nosnou ocelovou konstrukci haly.
  2. Je třeba zesílit konstrukci ocelových rámů.
  3. Při zachování současného stavu se nedoporučuje žádné další zatěžování konstrukce.
  4. Nosné ocelové konstrukce haly jsou v daném provozu vystaveny velmi agresivnímu koroznímu prostředí a na mnoha místech vykazují různý stupeň napadení korozí. Proto je potřebná kompletní obnova protikorozní ochrany ocelových konstrukcí objektu, a jak ukázala konkrétní měření ve sloupech, jsou nutné i lokální opravy v podobě zesílení konstrukce.

Délka přesahu je 600 mm. V příčném směru jsou plechy stykované přeložením jednoho žebra, což představuje přesah 100 mm. Nosníky IPN 180 jsou natřeny protikorozním nátěrem. Na trapézových plechách VSŽ 10 011, které tvoří ztracené bednění, je jednosměrně vyztužená železobetonová stropní deska z betonu třídy B20 s tloušťkou 60 mm (tloušťka je uvedena od úrovně horního žebra plechu VSŽ). Stropní deska je vyztužena svářenými sítěmi s žebrovaným povrchem (Sz) –  5 × 4,2 mm – 100/250 mm. Hlavní nosný směr vyztužení železobetonové desky je kolmo na směr podpěrných nosníků IPN 180, tedy rovnoběžně s žebry plechu VSŽ. Svařené výztužné sítě jsou v hlavním směru stykované přesahem v jedné rovině. Délka přesahu sítí v hlavním směru je 800 mm. Sítě jsou stykovány jen v místech podpěr, tedy jen v místech příčných nosníků IPN 180. Ve vedlejším směru jsou sítě stykovány přeložením s přesahem 300 mm.

Trhlina v příčné výztuze sloupu D8´

Trhlina v příčné výztuze sloupu D8´

Konstrukce technologických plošin

Dvě nejdůležitější technologické plošiny jsou na úrovni +10,20 m a +13,50 m. Obě tyto plošiny jsou navrženy jako ocelové trámové konstrukce s železobetonovou stropní deskou, která byla vybetonována do plechového bednění vytvořeného z profilovaných VSŽ plechů. Nosná konstrukce těchto plošin měla být původně vytvořena z plnostěnných svářených průvlaků s výškou 1 000 mm a s pásnicemi s šířkou 400 mm (tloušťky pásnic a stěn jsou odstupňovány v závislosti na velikosti zatížení). Průvlaky jsou v osách hlavních nosných rámů. V rámci změn během zpracování projektu byla výška průvlaků v části plošiny +13,50 m snížena z 1 000 mm na 600 mm. V místech technologických prostupů a otvorů jsou použity výměny s touž výškou a šířkou pásnic jako u hlavních průvlaků. Průvlaky jsou většinou připojeny k hlavním sloupům haly pomocí čtyř šroubů M24. V ose haly řady B´ jsou průvlaky plošin podepřeny samostatnými svařenými sloupy s průřezem I s celkovou výškou 300 mm a s pásnicemi s rozměry 300 × 20 mm, stěna má rozměr 260 × 12 mm.

Tyto sloupy jsou stykovány na kótě +10,2 m. Stropní trámy (válcované I-nosníky) – rovnoběžné s podélnou osou haly – jsou připojeny k průvlakům montážními svary, jsou uloženy na podélných výztuhách stěn průvlaku a podepřeny svislou výztuhou pod příslušnou stropnicí. Celý půdorys obou plošin (kromě technologických prostupů a otvorů) je zakryt profilovaným ocelovým plechem VSŽ s výškou vlny 30 mm, který je bodově přivařen k stropním trámům. Na plechu je vybetonovaná železobetonová deska s tloušťkou 160 mm a vrstva cementového potěru s tloušťkou 50 mm. Další menší plošiny jsou na úrovních: +17,20; +16,00; +15,90; +15,00; +13,90; +21,20; +22,34; +20,30; +19,60; +19,00; +24,65; +23,23; +23,32 m. V přízemí haly jsou umístěny základy sušicího bubnu a bubnového chladiče.

Svařené a nové trhliny ve stěně sloupu S5

Svařené a nové trhliny ve stěně sloupu S5

Jak byl zjišťován současný stav ocelové konstrukce?

K zjištění současného stavu nosných ocelových konstrukcí bylo realizováno několik podrobných prohlídek. První prohlídka objektu byla realizována v roce 1998 a druhá v roce 2012. V roce 2012 byl zároveň vyhotoven i statický výpočet nosných ocelových konstrukcí haly s provozem na výrobu LAD. Statický výpočet byl realizován podle v současnosti platných technických norem. Na základě závěrů prohlídky z roku 1998 byly navrženy určité opravy a úpravy nosných ocelových konstrukcí. V roce 2000 byl vypracován už uvedený projekt rekonstrukce střechy.

Trhliny ve stěně sloupu S5

Obr. 5. Trhliny ve stěně sloupu S5

Co ukázala prohlídka prvků plošiny na úrovni +13,50 m?

V připojení průvlaku na sloup J8 byly původně odtrženy všechny čtyři šrouby M24. Šrouby byly doplněny a jsou na místě dosud. Mezi čelní deskou průvlaku a pásnicí sloupu zůstala mezera s šířkou asi 15 až 20 mm. V místě připojení nosníku na sloup D8´ se nachází trhlina v příčné výztuži sloupu (obr. 3). V připojení průvlaků na sloup S6 byla svařena dlouhá svislá trhlina ve stěně sloupu S6. V připojení průvlaku na sloup S5 je svařená starší trhlina. Vedle svaru však vznikají nové trhliny (obr. 4 a 5). V místě připojení průvlaku na sloup S5 jsou odtrženy šrouby M24. V připojení průvlaků k sloupu J6 je odtržen šroub (spodní) a spodní pásnice průvlaku je zkorodovaná (obr. 6). Šrouby byly odtrženy i v místě připojení průvlaku na sloup J7. Ve sloupu J5 pod připojením průvlaku se nachází trhlina ve stěně sloupu vedle svaru zavařené trhliny. Na úrovni plošiny +13,50 m v místě styku plošiny se sloupy nosných plnostěnných příčných rámů byla zjištěna největší koroze – hlavně stěn sloupů. V současnosti je možné pozorovat rozsáhlou korozi ve stěně sloupu S8 ze strany S7 (obr. 7 a 8).

Odtržený šroub v připojení průvlaku na sloup J6

Obr. 6. Odtržený šroub v připojení průvlaku na sloup J6

Co bylo zjištěno při prohlídce prvků svislých ztužovadel stěn?

V připojení diagonály svislého ztužení mezi sloupy J5 a J6 chybí šrouby v připojení na sloup J5. Připojení diagonály na sloup J6 je též bez šroubů, je však zabezpečeno svary. V připojení diagonál ve svislém ztužení mezi sloupy S5 a S6 jsou dvě připojení na sloup S6 bez šroubů a jedno připojení na sloup S5 též bez šroubů.

Měření tlouštěk stěny sloupu S8

Obr. 7. Měření tlouštěk stěny sloupu S8

Další poruchy nosných ocelových konstrukcí

V obvodové stěně mezi sloupy J2 a J3 je ve výšce přibližně +18,0 m deformovaný paždík. V rámovém rohu sloupu S5 je deformovaná ocelová výztuha a vyduté jsou i některé svislé výztuhy rámových příčlí.

Koroze a měřicí místa na stěně sloupu S8

Obr. 8. Koroze a měřicí místa na stěně sloupu S8

Koroze svařeného sloupu S8

Na úrovni podlahy plošiny +13,5 m ve styku sloupu S8 s plošinou je stěna I-průřezu sloupu S8 výrazně zkorodovaná. Proto byla v místě koroze vykonána měření tlouštěk stěny (obr. 7 až 9). Měřením byly zjištěny hodnoty uvedené v tabulce. Stěna je na délce 300 mm oslabena korozí tak, že má tloušťku 6,0 mm, přičemž původně měla 12 mm.

Poloha měřicích míst na stěně sloupu S8

Obr. 9. Poloha měřicích míst na stěně sloupu S8

Výrazná koroze na sloupech J5, J6 a S2

Rozsáhlá koroze byla zjištěna i na dalších sloupech.
Sloup J5 byl diagnostikován téměř po celé výšce. V úseku na úrovni podlahy plošiny +13,50 m byla určena tři místa měření. Místo 1 na stěně a 2 a 3 na pásnici. Měřením byly zjištěny následující tloušťky:

  • místo měření 1 – 11,65 mm,
  • místo měření 2 – 13,40 mm – (velká koroze, původní tloušťka 20 mm),
  • místo měření 3 – 11,96 mm – (velká koroze, původní tloušťka 20 mm).

Po celé výšce byl diagnostikován i sloup 6. V úseku na úrovni podlahy plošiny +10,20 m byla určena dvě místa měření. Měřením byly zjištěny tyto tloušťky:

  • místo měření 1 – 6,70 mm (velká koroze, původní tloušťka 12 mm),
  • místo měření 2 – 9,70 mm (velká koroze, původní tloušťka 20 mm).

V úseku na úrovni podlahy plošiny +13,50 m (obr. 10) byla určena dvě místa měření, a to na stěně sloupu. Měřením byly zjištěny tyto tloušťky:

  • místo měření 1 – 7,01 mm (velká koroze, původní tloušťka 12 mm),
  • místo měření 2 – 4,97; 4,00 mm (velká koroze, původní tloušťka 12 mm).

Na rámovém rohu (sloup S2) byla zjištěna povrchová koroze průvlaku a poměrně rozsáhlá koroze trapézových plechů střešní konstrukce. V přípoji sekundárního nosníku k průvlaku ze strany sloupu S3 je odpadlý šroub.

Sloup J6, úsek na úrovni podlahy plošiny +13,50 m

Obr. 10. Sloup J6, úsek na úrovni podlahy plošiny +13,50 m

Co prokázala prohlídka?

Na základě vykonaných prohlídek přístupných prvků, spojů a částí ocelové konstrukce objektu s provozem na výrobu LAD a vykonaného statického výpočtu lze konstatovat, že ve srovnání s vykonanou hlavní prohlídkou objektu v roce 1998 vykazovala nosná ocelová konstrukce méně poruch. Mnoho po­ruch bylo odstraněno, ale některé vznikají opětovně. Po vykonání hlavní prohlídky objektu v roce 1998 byla realizována dynamická měření a byly odstraněny některé technologické postupy, které zapříčiňovaly rezonanci části ocelové konstrukce. 

Literatura
1. Gramblička, Š. – Lapos, J. – Živner, T.: Statické posúdenie nosnej oceľovej konštrukcie prevádzky LAD. Experting, Bratislava, červen 2012.
2. Gramblička, Š.: Expertízne statické posúdenie siporexových strešných panelov a základov sušiaceho bubna vo výrobni LAD. Experting. Bratislava, červenec 1998.
3. Gramblička, Š.: Projektová dokumentácia oceľovej konštrukcie strechy LAD – objekt 3239. Experting. Bratislava, březen 2000.

TEXT: doc. Ing. Štefan Gramblička, PhD.; Ing. Tomáš Živner, PhD.
FOTO: autoři

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.