Sluneční elektrárna v Dubaji

Nebylo tedy jiné cesty než modelovat současně celou konstrukci, vyměňovat si průběžně vstupní data a po časových intervalech sledovat vzájemnou shodu výsledků. Přezkoumávaná data byla vlastní frekvence prvních vlastních tvarů, posuny v určených elevacích od větru a zemětřesení   a v neposlední řadě výslednice reakcí v patě konstrukce. Data byla průběžně zasílána zákazníkovi, který rozhodoval, jestli je shoda dostatečná a zda deformace v místě tepelných výměníků nemají nepříznivý vliv na funkčnost elektrárny. Firma EA poskytla našim statikům tvar podstavce, třídu použitého betonu, redukovaný modul pružnosti, umístění a tuhosti pilot pod základovou deskou i rozmístění hmot od technologie a zatížení. AI předala na oplátku všechny potřebné charakteristiky ocelového přijímače k vytvoření náhradního prvku simulujícího přijímač v detailním modelu betonové části.

Výpočetní model konstrukce byl vymodelován v programu SCIA Engineer. Posudky jednotlivých prutů a styčníků se prováděly podle americké normy AISC 360-16, přičemž zákazníkem předepsaná norma pro tvorbu kombinací byla ASCE 7-10. Konstrukce byla vyráběna v Čínské lidové republice, čemuž odpovídal i původně zvolený sortiment válcovaných profilů GB a čínské třídy ocelí Q345B a Q235B. V průběhu projektu však generální dodavatel projevil přání použít místo čínských materiálů oceli americké. Výsledkem je, že ve statickém modelu se na hlavní nosnou konstrukci použila vysokopevnostní ocel A572 Gr50 a na sekundární konstrukci běžná ocel A36, respektive A53 GrB. Čínské profily s americkým materiálem šlo lehce zkombinovat ve statickém programu, pro dílenskou dokumentaci však musela být vytvořena tabulka pro převedení čínských profilů na ekvivalentní profily americké.

Celková   hmotnost   navržené konstrukce je 900 t. Hlavní statický systém tvoří šestnáct sloupů rovnoměrně  rozmístěných do šestnáctiúhelníkového půdorysu. Vnější hrana sloupů je dána geometrií zavěšených výměníků. V patě konstrukce z každého sloupu vybíhá radiální nosník, na jehož konci je umístěna podpora. Toto vzájemné spojení vytváří v bokorysu písmeno L. K eliminaci nadměrného ohybového momentu ve spojení těchto dvou prvků je použita masivní vzpěra vedoucí od místa podpory do sloupu pod úhlem 45°, která přebírá veškerou normálovou sílu. Důvod takovéhoto řešení namísto zalomení sloupů je ten, že na začátku projektu nebylo jasné, v kterých místech bude přijímač uložen na pojízdný podvozek během výstavby. Zalomení nosného systému v patě konstrukce zajišťuje více možností pro geometrii posunovacího podvozku. Sloupy vzájemně propojuje svislé ztužení a takto vytvořený „válec“ je v pěti úrovních vodorovně ztužen hlavními plošinami, dnem a střechou přijímače. Mimo hlavní nosný systém obsahuje konstrukce i části nesoucí tepelný štít ve spodní i vrchní části a také všechny sekundární plošiny nezbytné k obsluze instalované technologie.

Z důvodu cyklického namáhání vlivem větru byly pro všechny styčníky  na hlavní konstrukci použity předpjaté spoje. Jelikož únavová únosnost střižných spojů je velmi nízká, byly i na diagonály hlavního nosného systému použity přípoje s čelní deskou.

Zatížení větrem a seismicitou

Zatímco s posudkem prutů podle dané normy dokáže velice pomoci statický software, aplikace zatížení větrem a zemětřesením je stále z větší části mravenčí prací statika. Zadání zatížení větrem bylo prosté, převedení do praxe složité. Předpis zněl následně: vezměte rychlost větru z dubajské větrné normy a tlak větru na konstrukci aplikujte pomocí americké normy ACI 307-08. Ve volbě ACI 307-08 sehrály významnou roli úzké vztahy mezi koncovým zákazníkem a zhotovitelem návrhu betonového podstavce, jedná se totiž o standard pro betonové komíny. Jelikož udávané rychlosti větru v každé normě odpovídají jiným hodnotám trvání, pravděpodobnosti výskytu a návratnosti, bylo nutné převést zadanou hodnotu na rychlost odpovídající normě ASCE 7-02, která je kompatibilní s ACI 307-08. To bylo provedeno výpočtem podle rovnice C26.5.1 ASCE 7-10. Výsledná rychlost použitá pro výpočet zatížení vyšla 52 m/s. Celý postup vedoucí k tlaku větru v  podélném a příčném směru zahrnujícím vliv odtrhávání víru zabíral devět stran statického výpočtu. Posledním úkolem bylo zjistit součinitele tlaku na šestnáctiúhelník, k čemuž výpočtářům pomohla česká publikace z roku 1987 [1]. Výsledné hodnoty aplikovaného zatížení byly odsouhlaseny všemi stranami na společném jednání v Dubaji. Aplikované zatížení prošlo ještě následným ověřením na základě výsledků testů z větrného tunelu, který provedla Čeťiangská univerzita v Číně.

Odezva konstrukce od zatížení zemětřesením byla stanovena modální analýzou. Spektrum odezvy jsme sestavili na základě dubajské normy.  Zákazník  stanovil  úroveň  zemětřesení  E3,  což  je  stupeň   s největší intenzitou ve Spojených arabských emirátech odpovídající době návratnosti 2475 let. Jelikož výpočet konstrukce probíhal podle amerických norem IBC, součinitelé duktility, důležitosti, spolehlivosti a součinitel navýšení pevnosti vychází z  ASCE  7-16.  Konstrukce  byla zatříděna podle tabulky 15.4-1 ASCE 7-16 jako „Buiding Frame System – Steel Ordinary Concentrically Braced Frame“, čemuž odpovídá součinitel duktility 3,25. Oproti tomu pro betonový podstavec byla stanovena hodnota duktility 1,5. Použití rozdílné duktility pro oba konstrukční celky je  americkou  normou  povoleno  v  případě, že duktilita vrchní části je vyšší a síly vstupující z horního celku do nižšího jsou vynásobeny poměrem vyšší a nižší duktility. Zákazník také stanovil jako druhý krok přepočítání konstrukce pomocí časové analýzy. K němu do této chvíle nedošlo, jelikož se zatím nepodařilo sehnat potřebné histogramy.

Výstavba a zvedání

U dubajské solární věže se zákazník vrátil k postupu montáže přijímače, který použil již u projektu Atacama realizovaného v Chile. Zatímco u předešlého projektu Haixi byl přijímač montován prut po prutu na vrcholu betonového podstavce, v Dubaji bude použit již osvědčený systém ze zmíněné Atacamy. Vzhledem k tomu, že sestavení  konstrukce  vážící 900 t ve výšce 222 m je náročným úkolem, bylo rozhodnuto postavit celou konstrukci včetně veškeré technologie a opláštění na podvozek umístěný na kolejích vedoucích do útrob  betonového  podstavce.  Zde je odpověď na přítomnost otvoru ve spodní části betonové konstrukce – 36 m vysoký přijímač se po přesunutí do středu věže převěsí na šestnáct hydraulických zvedáků, které ho krok po kroku vyzvednou do finální polohy.