Odpowiadają: mgr inż. Marcin Skwarek (Pracownia Projektowa M. Skwarek, J. Hulimka Sp. j.) i dr hab. inż. Jacek Hulimka prof. nadzw. Politechniki Śląskiej w Gliwicach (Wydział Budownictwa).
Problem dotyczy wież i masztów telekomunikacyjnych, które w większości na terenie Polski zostały zrealizowane w czasie obowiązywania PN-B-02011:1977 ustalającej obciążenie wiatrem, czyli podstawowe obciążenie zmienne dla tego typu obiektów. W lipcu 2009 r. została wprowadzona poprawka do tej normy PN-B-02011:1977/Az1, w której – w pewnym uproszczeniu – nastąpiło zwiększenie obliczeniowej wartości obciążenia wiatrem.
Zwiększenie tego obciążenia zakłada również PN-EN 1991-1-4.
Obiekty wieżowe z założenia projektowane były na większą liczbę anten, niż wynikało to z aktualnych potrzeb operatorów. Obecnie dowieszenia kolejnych anten, które były ujęte w zatwierdzonym projekcie budowlanym, a które nie zostały zawieszone przed uzyskaniem decyzji o pozwoleniu na użytkowanie, kończą się – po przeprowadzeniu obliczeń wg aktualnych norm – potrzebą wzmacniania konstrukcji.
Czy niezbędne jest przeprowadzanie ponownych obliczeń w celu dowieszenia zalegalizowanych wcześniej anten? Czy właściwe jest w przypadku rozbudowy konfiguracji anten stosowanie przez inżynierów w obliczeniach aktualnych norm (pomijając problem obligatoryjności ich stosowania) do obiektów już istniejących przed zmianą norm? Czy zmiana konfiguracji anten (kierunków działania zawieszonych już anten) również powinna się wiązać z dokonaniem ponownych obliczeń?
Problem przedyskutować należy na dwóch płaszczyznach: formalnej, tj. przepisów prawnych, oraz inżynierskiej, tj. wpływu stosowania określonych norm projektowych na wynik obliczeń konstrukcji.
Rozważmy w pierwszej kolejności zagadnienia natury inżynierskiej. Rozpocząć należy od istotnej uwagi. Treść listu sugeruje bowiem, że czytelnik rozpatruje kwestie obliczeniowego uwzględniania oddziaływania wiatru na przedmiotowe konstrukcje jedynie przez pryzmat norm obciążenia wiatrem [1] (z poprawką [2]) lub [3]. Tymczasem należy pamiętać, że zagadnienie to sprowadza się w istocie do wyznaczenia odpowiedzi dynamicznej konstrukcji z zastosowaniem, w ujęciu normowym, zastępczej metody statycznej. W tym świetle podstawowe znaczenie przy wyznaczaniu obciążenia wiatrem mają odpowiednio regulacje norm [4] (wcześniej [5]) lub [6]. Rzutuje to bezpośrednio na efekty obliczeń, jakim są np. wartość odpowiedzi przemieszczeniowej (ugięcia) konstrukcji czy wartości sił wewnętrznych (wytężenia) prętów. Stwierdzenie o zwiększeniu obciążenia wiatrem po wprowadzeniu nowych norm, głównie na podstawie zmienionych charakterystycznych (bazowych) wartości prędkości lub ciśnienia prędkości wiatru, nie jest zatem pewnym, jak napisał autor listu, lecz zbyt daleko idącym uproszczeniem. Owszem, przyznać należy, że teza postawiona przez autora listu będzie w wielu przypadkach słuszna (a z pewnością dla obiektów zlokalizowanych w pierwszej strefie obciążenia wiatrem) przy porównaniu wyników obliczeń prowadzonych wg norm [4] i [1] oraz tego samego zestawu, lecz z uwzględnieniem poprawki [2]. Należy jednak zauważyć, że najistotniejsza ze zmian, o jakich mowa, a więc wprowadzenie zmian w makrorejonizacji kraju i nowych wartości charakterystycznych (bazowych) prędkości wiatru dla poszczególnych stref, to w istocie efekt prac nad załącznikiem krajowym do normy [3], co opisane zostało w pracy [7]. Dopiero ponad pół roku po wprowadzeniu tej normy (2008 r.) opublikowana została poprawka [2] do normy [1], a to ze względu na możliwe wówczas zamienne stosowanie norm PN i PN-EN. Trzeba tu powiedzieć o złożoności procedur norm PN-EN, a tym samym i czasochłonności obliczeń, co częściowo może usprawiedliwiać zauważalną niechęć do ich stosowania. Inżynier prowadzący obliczenia musi mieć przy tym świadomość, jaki efekt na ostateczny ich wynik przyniesie zastosowanie występujących w normach [6] i [3] zamiennych, ale równoprawnych procedur, co opisane zostało w pracy [8], a dodatkowo utrudnia korzystanie z Eurokodów w obliczeniach inżynierskich. Patrząc jednak na efekty końcowe obliczeń przedmiotowych konstrukcji (przemieszczenia, współczynniki wykorzystania nośności), okazuje się, że wyrywkowe przeniesienie zapisów norm [3] i [9] (w zakresie wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa) do zmiany [2] do normy [1] daje w większości przypadków istotnie większe wartości, niż ma to miejsce przy zastosowaniu norm [6] i [3]. Potwierdza to praktyka autorów niniejszego tekstu, a odpowiedni przykład omówiony został w pracy [10]. Okazuje się także, że wymierne efekty, w postaci zyskania pewnych rezerw nośności konstrukcji, przynieść może także zastosowanie metod doświadczalnych dopuszczanych normami PN-EN, szczególnie w przypadku obiektów powtarzalnych. Pewne aspekty związane z zastosowaniem jednej z takich metod opisano w pracy [11]. Podsumowując tę część rozważań, należy stwierdzić, że zmiany wprowadzone w normalizacji, związane z wyznaczaniem obciążenia wiatrem i obliczaniem wież i masztów telekomunikacyjnych, w szczególności wprowadzenie Eurokodów, nie spowodowały ogólnego zaniżenia obliczeniowej nośności przedmiotowych konstrukcji, jak to się mogło wydawać po pierwszej lekturze nowych norm. Co więcej, skrupulatne i pełne wykorzystanie procedur norm PN-EN, w tym metod doświadczalnych, w wielu przypadkach daje korzystniejsze lub zbliżone wyniki obliczeń.
Pozostają do rozstrzygnięcia kwestie formalne, związane z przepisami prawnymi, niestety zmieniającymi się znacznie częściej niż normy projektowe. Pytając o konieczność przeprowadzenia ponownych obliczeń dla „zalegalizowanych wcześniej anten”, autor listu musi mieć świadomość rozdzielności spraw związanych choćby z ochroną środowiska i bezpieczeństwem użytkowania konstrukcji, gdyż istotniejszymi dla niniejszych rozważań są tylko te drugie. Tutaj sprawa wydaje się dość prosta. Sama zmiana norm nie może i nie rodzi potrzeby ponownego obliczania konstrukcji. Jeżeli natomiast w procesie inwestycyjnym niezbędne jest opracowanie projektowe, które autoryzowane musi być przez uprawnionego projektanta w specjalności konstrukcyjno-budowlanej, oznacza to, że musi on wziąć odpowiedzialność za bezpieczeństwo konstrukcji. W tym przypadku sytuacja może kształtować się dwojako. Jeżeli planowana zmiana konfiguracji systemów antenowych nie powoduje zmiany układu obciążeń w odniesieniu do prawidłowo wykonanego (nawet na podstawie wycofanych norm) projektu pierwotnego konstrukcji, a więc i warunków jej pracy, bezcelowe jest ponawianie pełnych obliczeń. Wystarczy uproszczona analiza pozwalająca na potwierdzenie sformułowanego wyżej przypadku. W każdej innej sytuacji o bezpieczeństwie konstrukcji orzec można tylko na podstawie bieżących obliczeń. Należy pamiętać, że normy [4] oraz [1] ze zmianą [2] zostały wycofane, tj. wykreślone z katalogu Polskich Norm. Wiemy też, że żywot norm PN wycofanych w marcu 2010 r. i zastąpionych normami PN-EN przedłużają zapisy rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Co ciekawe, wiele osób nie zauważa, że w rozporządzeniu tym nie figuruje odniesienie do normy [4], podstawowej dla obliczeń wież i masztów. Oznacza to zatem, że od marca 2010 r. jedyną z zamieszczonych w aktualnym katalogu norm polskich podstawową normą do obliczania wież i masztów kratowych jest norma [6], a wraz z nią zbiór innych Eurokodów, do których się ona odwołuje, w tym norma [3]. Obliczenia konstrukcji prowadzone w zakresie bieżącego projektu powinny być sporządzone na podstawie aktualnych norm tak jak i sam projekt. Oczywiście wspomniane normy traktujemy tu nie jako dokumenty obligatoryjne, lecz najwłaściwsze i ogólnodostępne źródło wiedzy technicznej.
Literatura
1. PN-77/B-02011 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem.
2. PN-B-02011:1977/Az1:2009 Zmiana do Polskiej Normy. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem.
3. PN-EN 1991-1-4:2008 Eurokod 1 Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru.
4. PN-B-03204:2002 Konstrukcje stalowe. Wieże i maszty. Projektowanie i wykonanie.
5. PN-79/B-03204. Konstrukcje stalowe. Maszty oraz wieże radiowe i telewizyjne. Obliczenia statyczne i projektowanie.
6. PN-EN 1993-3-1:2008 Eurokod 3 Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 3-1: Wieże, maszty i kominy. Wieże i maszty.
7. J.A. Żurański, O pracach nad nową normą oddziaływania wiatru na konstrukcje budowlane w Polsce, „Inżynieria i Budownictwo” nr 9/2005.
8. M. Skwarek, J. Hulimka, Stalowa, kratowa wieża telekomunikacyjna zagrożona awarią? O ocenie nośności wież w diagnostyce konstrukcji, materiały XXV Konferencji Naukowo-Technicznej Awarie Budowlane Szczecin-Międzyzdroje 2011.
9. PN-EN 1990:2004 Eurokod Podstawy projektowania konstrukcji.
10. M. Skwarek, J. Hulimka, Wybrane problemy wyznaczania obciążenia wiatrem wież kratowych w ujęciu norm PN-EN, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, „Budownictwo i Inżynieria Środowiska”, z. 58 (3/11/II), Rzeszów 2011.
11. M. Skwarek, J. Hulimka, Pomiary charakterystyk dynamicznych jako element projektowania wspomaganego badaniami przy wyznaczaniu obciążenia wiatrem stalowych wież kratowych wg Eurokodu, „Budownictwo i Architektura” vol. 12(2) 2013, Politechnika Lubelska, Lublin 2013.
