книги / Справочник проектировщика инженерных сооружений

Предварительно напряженные стены. Высокая степень трещиностой кости стен наиболее эффек­ тивно достигается предварительным напряжени­ ем. Круглые силосы с предварительно напряжен­ ной кольцевой арматурой могут выполняться мо­ нолитными, возводимыми в скользящей опалубке, или сборными, собираемыми из отдельных эле­ ментов.

В монолитных стенах отдельно стоящих силосов с одиночным армированием арматура нави­ вается или натягивается на наружные поверх­ ности стен или пропускается по оси стен в спе­ циальных каналах с последующим натяжением на упоры. В стенах предусматривается конструктив­ ная арматура, необходимая при возведении стен.

Предварительно напряженные сборные элемен­ ты стен силосов рекомендуется проектировать с симметричной двойной напряженной горизон­ тальной арматурой, допускается одиночное арми­ рование с расположением арматуры по оси сече­ ния элемента или навитой снаружи.

Предварительное напряжение может осуществ­ ляться непосредственно на месте строительства навивкой высокопрочной проволоки на бетонный (сборный или монолитный) сердечник с помощью намоточной машины. Однако технологические условия навивки арматуры не позволяют выпол­ нить такие конструкции стен силосов, сблокиро­ ванных в корпуса, поэтому предварительное на­ пряженное армирование такого типа рационально для отдельно стоящих силосов преимущественно большого диаметра. Возможно выполнение пред­ варительно напряженных стен отдельно стоящих силосов также натяжением стержней, прядей или пучков с помощью домкратов либо электротерми­ ческим методом. Другой способ предварительно напряженного армирования сборных стен — укрупнительная сборка колец с предварительным обжатием на стенде.

Наиболее рациональный метод возведения предварительно напряженных стен силосов круг­ лых и квадратных состоит в том, что предвари­ тельно напряженные сборные элементы заранее изготавливаются на заводе, а на месте строитель­ ства осуществляется их монтаж, или соединение отдельных элементов между собой, если элемен­ ты необъемные.

Колонны подсилосных этажей. Их проектиру­ ют сборными железобетонными из бетона класса В25 и выше, квадратного сечения, с арматурой, равномерно распределенной по каждой стороне сечения. Армирование колонны выполняют про­ странственными сварными каркасами. Колонны устанавливают в стаканы подколонников с после­ дующим замоноличиванием зазоров бетоном. В местах примыкания колонн к днищу устраи­ вают капители, уменьшающие напряжения смя­ тия в стенах силосов от усилий в колоннах.

Днища. В зависимости от хранимого материала днища силосов принимают: при тяжелых сыпучих материалах — в виде плоской железобетонной плиты с наклонной набетонкой и стальной полуворонкой (см. рис. 13.2, б, в); при легких — в виде конической стальной воронки на весь диа­ метр силоса (см. рис. 13.2, е). В силосах диамет­ ром 6 м и менее воронку выполняют из стали на весь диаметр силоса.

Плоские днища проектируют монолитными или сборными; они состоят из балок, плит, наклон­

ных набетонок и, в основном, стальных полуворонок. Толщина плиты назначается из условия, что поперечная сила полностью воспринимается бетоном без постановки поперечных или отогну­ тых стержней. Обычно плиту принимают толщи­ ной 400 мм. Плиты днищ могут иметь балочную схему или опираться по контуру и быть одноили многопролетными. В зависимости от схемы балок армируют плиты нижней и верхней арматурой, прямолинейные балки днищ — плоскими свар­ ными каркасами, объединенными горизонтальны­ ми стержнями в пространственные, кольцевые —

сзамкнутыми хомутами как конструкции, рабо­ тающие на изгиб с кручением. Полуворонки, бла­ годаря опорным кольцам, свободно устанавли­ ваются на плиты. Уклон днища к полуворонке выполняется набетонкой. Угол наклона образую­ щей полуворонки к набетонке должен быть не­ сколько больше угла естественного откоса хра­ нимого в силосе материала.

Конические воронки днищ силосов проекти­ руют стальными. Воронки конструируют с опор­ ными кольцами для свободной установки их на плиту или кольцевую балку днища. Толщину во­ ронок принимают переменной (не менее 6 мм), увеличивая ее к опорному кольцу в соответствии

сдействующими усилиями. При устройстве днищ в виде железобетонных конических воронок их толщину делают переменной с утолщением к верх­ нему опорному сечению. Минимальная толщина конической воронки внизу из условия бетониро­ вания 150 мм. В бортовое утолщение верха ворон­ ки в виде кольца (вдоль образующей воронки) укладывают арматурные стержни, выполняемые на всю длину без стыков. Кольцо армируют по конструктивным соображениям; площадь сече­ ния арматуры равна 0,8 % площади сечения коль­ ца. Арматуру кольца располагают равномерно по периметру поперечного сечения. Высота коль­ ца равна 1/10 верхнего диаметра воронки.

Для крепления затвора у выпускного отверстия воронки устраивают утолщение по контуру, в ко­ торое заделывают стальную раму с отверстиями для болтов либо болты.

Пирамидальные железобетонные воронки вы­ полняют одинаковой толщины, если она не превы­ шает 150...200 мм. Если толщина верхней части воронки более 200 мм, предусматривают перемен­ ную толщину, которая внизу должна быть не ме­

нее 150 мм.

Воронки толщиной 150 мм и более армируют двойной сеткой, а толщиной менее 150 мм — оди­ ночной арматурой.

Фундаменты. Фундаменты отдельно стоящих силосов и силосных корпусов проектируют в виде монолитных или сборно-монолитных железо­ бетонных безбалочных плит; их выполняют с небольшими консолями, размер которых опре­ деляется конструктивными решениями и расче­ том. В целях уменьшения концентрации реак­ тивных давлений фундаментные плиты силосных корпусов, состоящих из силосов диаметром 12 м, проектируют со срезанными в плане углами. Фун­ даменты круглых отдельно стоящих силосов иногда устраивают в виде круглой плиты или кольца. На скальных и крупнообломочных грун­ тах они могут быть кольцевыми ленточными или отдельными под каждую колонну.

При слабых и средних грунтах фундаменты от­

дельно стоящих круглых силосов целесообразно выполнять в виде круглых сплошных плит, уси­ лия в которых определяются как в круглых пли­ тах, опертых по контуру. Расчетная схема фун­ даментной плиты при этом принимается в зависи­ мости от характера опирания силосов на плиту. При опирании стен силосов непосредственно на плиту, а также при кольцевой расстановке ко­ лонн подсилосного этажа и наличии консольного выноса фундамента плита рассчитывается как круглая, защемленная по контуру. Устройство консолей в фундаментных плитах круглых от­ дельно стоящих силосов целесообразно даже в случаях, когда по грунтовым условиям не тре­ буется увеличение площади подошвы фундамента. Это объясняется тем, что момент в консоли умень­ шает момент в середине круглого участка фунда­ ментной плиты под силосом, который является определяющим при назначении толщины плиты.

Свайные фундаменты силосных корпусов реко­ мендуются в случаях, если: расчетные деформа­ ции основания превышают их предельные значе­ ния; расчет устойчивости естественного основания дает неудовлетворительные результаты; в основа­ нии залегают просадочные слои грунта, которые могут быть прорезаны сваями, опертыми концами на непросадочные грунты. Применяют их также в других случаях при надлежащем технико­ экономическом обосновании.

Фундаменты проектируют в виде свайного по­ ля, лент или кустов; при этом ростверк выполня­ ют соответственно в виде железобетонной плиты, ленты или отдельных ростверков под каждую колонну или группу колонн. Для установки сборных колонн предусматривают подколонники стаканного типа. Фундаменты проектируют с учетом работ нулевого цикла с отметкой верха подколонников при сборных колоннах — 0,150.

Надсилосные перекрытия. Их выполняют из сборных железобетонных плиг по сборным желе­ зобетонным или стальным балкам. Балки надсилосного перекрытия при диаметре силосов до 6 м могут быть сборными железобетонными и стальными; при диаметре 12 м и более они сталь­ ные. Главные балки надсилосного перекрытия располагают поперек оси транспортных устройств.

мером 3 X 3 м; при этом технологические отвер­ стия могут быть устроены в любом месте и направ­ лении.

По балкам укладывают плоские сборные желе­ зобетонные плиты размером 3 X 3 м толщиной 100 мм с заранее предусмотренными в них отвер­ стиями. Плиты по четырем углам прикрепляют к балкам сваркой закладных деталей. Поверху плит укладывают слой армированного бетона тол­ щиной 40 мм, создающего жесткий диск в уровне надсилосного перекрытия. Покрытия отдельно стоящих круглых силосов при отсутствии надси­ лосного помещения, а также силосов диаметром более 12 м могут выполняться в виде оболочек.

Надсилосные, помещения. Надсилосные поме­ щения проектируют со стальным каркасом. Стены и кровлю принимают из асбестоцементных вол­ нистых листов унифицированного профиля, ограждающие конструкции отапливаемых поме­ щений — из легких панелей, каркас и пролетное строение верхних соединительных галерей между

отдельно стоящими силосами или силосными корпусами — стальными. При проектировании галерей учитывают относительное смещение си­ лосов и силосных корпусов в горизонтальной плоскости вдоль оси корпуса, перпендикулярно оси и по вертикали, вызываемое неравномерными осадками и кренами. Смещение по вертикали учи­ тывают по результатам расчета осадок, но не ме­ нее 150 мм. Изменение расстояния между соору­ жениями на размер, определяемый их расчетными кренами, принимается не менее 0,005# в обе сто­ роны, где Н — растояние от низа фундаментной плиты до верха надсилосного перекрытия.

13.5. Типовые решения силосных корпусов

В серии 3.012-3 помещены рабочие чертежи конструкций железобетонных силосных корпусов для хранения сыпучих материалов, предназначен­ ные для использования при разработке типовых и индивидуальных проектов силосных складов для хранения сыпучих материалов любых отрас-

Т а б л и ц а 13.6. Классификация нагрузок основных сыпучих материалов, хранимых в силосах

лей промышленности. Серия содержит чертежи основных строительных конструкций железобе­ тонных силосных корпусов с круглыми в плане силосами диаметром 6 и 12 м, кроме фундаментов, которые должны проектироваться в каждом кон­ кретном случае с учетом геологических данных площадки строительства. Рабочие чертежи раз­ работаны для строительства в несейсмических районах.

1-6-48-96

Эскиз 1

1 -6-48-144

1-6-48-192

1-6-60-96

1-6-60-144

1-6-60-192

2-6-48-144

2-6-48-192

2-6-60-96

2-6-60-144

2-6-60-192

3-6-48-144

14.1. Общие сведения

Водонапорные башни — сооружения в систе­ мах водоснабжения, предназначенные для регу­ лирования расхода и напора воды в водопровод­ ной сети, создания ее запаса и выравнивания графика работы насосных станций. Их исполь­

зуют в системах производственного, хозяйствен­ но-питьевого и противопожарного водоснабжения промышленных объектов, сельскохозяйственных комплексов и населенных мест. Запас воды опре­ деляется вместимостью бака, интенсивность на­ пора — высотой башни (расстоянием по вертикали от уровня поверхности земли до низа бака или

его цилиндрической части). Указанные два па­ раметра и положены в основу габаритных схем водонапорных башен; СНиП 2.09.03-85 предусмот­ рены следующие параметры водонапорных ба­ шен:

вместимость баков — 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300, 500 и 800 м3;

высота до низа баков кратна 3 и 6 м для баков вместимостью соответственно до 50, 100 м3 и бо­ лее.

Башни с баками вместимостью до 25 м3 включи­ тельно применяет в основном в сельскохозяйст­ венном строительстве; 50...300 м3 — в промыш­ ленном, гражданском и сельскохозяйственном; 500 и 800 м3 в массовом строительстве не исполь­ зуют, так как типовые проекты их не разрабо­ таны.

При описании типовых проектов водонапорных башен приведена область применения башен в зависимости от климатических условий района строительства и характеристик источников водо­ снабжения.

Водонапорные башни оборудуют: центральным подводяще-разводящим стояком

диаметром 300...400 мм, используемым для на­ полнения и опорожнения бака;

переливным стояком диаметром 150...200 мм, предназначенным для предотвращения переполне­ ния бака;

запорной арматурой (ручные или электрифици­ рованные задвижки, тип которых определяется в зависимости от назначения башни и местных ус­ ловий), устанавливаемой в утепленной подземной камере или в специальном колодце;

датчиками уровня воды в баке, передающими информацию на диспетчерский пункт. В качестве молниеприемника используют стальной бак, со­ ответствующим образом заземленный.

Водонапорные башни легко поддаются типиза­ ции. В практике проектирования применяют ти­ повые или одобренные Госстроем СССР прогрес­ сивные экспериментальные проекты; разработка комплексных индивидуальных проектов связана с рядом трудностей.

Задание на проектирование водонапорных ба­ шен должно содержать: данные о назначении баш­ ни; требуемую вместимость бака и высоту башни; данные о климатических условиях района строи­ тельства; характеристику гидрогеологических условий. По ним подбирают типовой проект (с та­ кими или ближайшими большими параметрами) и, при необходимости, корректируют основания и фундаменты башни.

Водонапорные башни, будучи высотными со­ оружениями, играют важную роль в создании архитектурного облика промышленного пред­ приятия, промышленного узла или населенного пункта. При удачном решении башня может быть архитектурным акцентом, улучшающим облик всей окружающей застройки.

В случаях, когда архитектурное решение игра­ ет первостепенную роль, водонапорные башни, по согласованию с Госстроем СССР, можно осу­ ществлять по индивидуальным проектам. Кроме того, иногда требуется возведение башни с двумя или тремя баками различной вместимости, рас­ полагаемыми на разных отметках по высоте, на­ пример, в текстильной промышленности, где на­ личие нескольких баков обусловлено технологи­

ей. Индивидуальные проекты разрабатывают так­ же в тех случаях, когда параметры башни превос­ ходят параметры башен по типовым проектам, и замена одной башни двумя или тремя экономи­ чески нецелесообразна или невозможна по тре­ бованиям технологии или решению генерального плана.

14.2. Конструктивные решения

Основные конструктивные элементы водона­ порных башен — бак, ствол и фундамент. До не­ давнего времени башни проектировали с шатра­ ми — надстройкой, внутри которой размещали бак. Практика эксплуатации водонапорных ба­ шен показала, что устройство шатра необязатель­ но: при наличии обмена воды в баке она не про­ мерзает; если начинает замерзать, то на внутрен­ ней поверхности бака образуется слой льда, слу­ жащий теплоизоляцией и препятствующий даль-

нейшему замерзанию ее. В последние годы водо­ напорные башни проектируют бесшатровыми. При водоснабжении из открытых источников, а также в сложных климатических условиях (в северных районах) башни можно применять с утепленными с наружной стороны баками.

Наиболее опасные для промерзания места — центральный подводяще-разводящий стояк и узел его соединения с баком. Вследствие этого стояк проектируют утепленным, а в узле присое­ динения стояка к баку при сложных климатиче­ ских условиях предусматривают электроподо­ грев.

Теплоизоляцию стояков выполняют из минера­ ловатных плит.

Данные о требуемой толщине теплоизоляции из минераловатных плит с удельным весом у — ~ 1,25 кН/м3 (125 кгс/м3) и теплопроводностью 0,006 ккал/(м • ч °С) в зависимости от темпера­ туры воды источника водоснабжения и расчетной наружной зимней температуры воздуха приве­ дены в табл. 14.1.

Баки. Баки применяют стальные сварные, для башен массового строительства при малой вмести­ мости баков — цилиндрические с плоским дни­ щем, в остальных случаях — с коническим. Баки

ветра. Расчет на нагрузку от ветра производят в соответствии с указаниями «Руководства по рас­ чету зданий и сооружений на действие ветра».

Рассчитывают отдельно баки, стволы и фунда­ менты. При расчете бака одним из основных фак­ торов является горизонтальное (гидростатиче­ ское) давление воды на стенки и на коническое днище бака, на которое воздействует также вер­ тикальная нагрузка ее веса. Покрытие бака, кро­ ме собственного веса, рассчитывают на снеговую нагрузку, выполняют также проверку на отры­ вающее воздействие (отсос) ветра при отсутствии снеговой нагрузки. Ветровую нагрузку на бак учитывают при проверке незаполненного водой бака на отрыв от ствола башни и при расчете крепления бака к опорному кольну. Расчет ци­ линдрической и конической частей бака произво­

ности; г — радиус кривизны оболочки; t — тол­ щина листов оболочки;

для конической части бака

в меридиальном направлении ox — prl2t cos а; (14.3) в кольцевом направлении а2 = prit cos а, (14.4) где а — угол наклона образующей конической части к вертикали.

Приведенные формулы справедливы для всей поверхности оболочек, кроме тех участков, где возникает краевой эффект — в местах пересече­ ния оболочек различных форм, на участках по­ становки колец жесткости, перепадов толщин, сосредоточения или резкого перепада нагрузок. В этих участках помимо осевых усилий А/, опре­ деленных по безмоментной теории, возникают изгибающие моменты М и поперечные силы Q, которые быстро затухают и распространяются на сравнительно небольшую зону. Тем не менее учет их обязателен в расчетах и в конструкции баков. Усилия М и Q — неизвестные, определяемые методами строительной механики (сил либо пере­ мещений).

Расчет стволов и фундаментов башен произво­ дят на две комбинации нагрузок — с заполненным и незаполненным водой баком: с заполненным во­ дой баком и при облегченной конструкции ствола (например, при рамных стволах) допускается вы­ полнять расчет как для сооружений с сосредото­ ченной массой, расположенной в уровне центра тяжести бака; с незаполненным баком динамиче­ скую составляющую ветровой нагрузки опреде­ ляют, как для сооружений с распределенной по высоте ствола массой. Кроме этого выполняют проверку на резонанс колебаний в соответствии с требованиями «Руководства по расчету зданий и сооружений на воздействие ветра», а также удель­ ных краевых давлений на грунт, крена и осадки.

Эпюра давлений под подошвой фундамента на грунт принимается при баке:

заполненном водой — трапециевидная с отно­ шением

° т ^ ° т а х > 0 >25'>

незаполненном — треугольная

Двузначная эпюра давлений под подошвой не допускается.

Крен башни в пределах tg а ^ 0,004. Если в результате расчета получить крен башни в ука­ занных пределах невозможно, следует переходить к искусственным (например, свайным) основани­ ям. Сечения элементов башни подбирают по соот­ ветствующим нормативам в зависимости от мате­ риала конструкции. Крен и осадку фундамента определяют по СНиП 2.02.01-83.

14.4. Типовые проекты башен

Типовые проекты башен с кирпичными ствола­ ми (рис. 14.1, табл. 14.2...14.6). Башни с баками вместимостью 15 и 25 м3 предназначены для систем сельскохозяйственного водоснабжения и в водо­ проводах небольших предприятий; вместимостью 50.. .300 м3 — для систем хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения при расчет­ ной зимней температуре —20, —30 и —40 °С (типовые проекты 901-5-14/70 и 901-5-20/70 только для районов с температурой —20 и —30 °С), с обычными геологическими условиями (при от­ сутствии грунтовых вод), с нормативнЫхМ давле­ нием снегового покрова 1,00 кПа (100 кгс/м2) для типовых проектов 901-5-14/70, 901-5-20/70 и 901-5-21/70 и 1,5 кПа (150 кгс/м2) для остальных типовых проектов, с нормативным напором ветра 0,450 кПа (45 кгс/м2) и сейсмичностью не выше 6 баллов.

Башни состоят из стального бака, кирпичного ствола и железобетонного фундамента.

Баки с плоским днищем при их вместимости 15.. .50 м3 и коническим для всех остальных объ­ емов из стали ВК СтЗкп при расчетной зимней температуре воздуха —20...—30 °С и из стали марки ВК СтЗпс при —40 °С.

Вариант с неутепленным баком рекомендуется к применению при водоснабжении из подземных источников с температурой воды не ниже + 4 °С и обмене ее в баке не реже двух раз в сутки. При расчетной зимней температуре воздуха до —30 °С, а также при водоснабжении из открытых источников при расчетной зимней температуре воздуха до —20 °С бак утепляют минераловатны­

и предусматривают электроподогрев верхней час­ ти напорно-разводящего стояка. Бак служит молниеприемником, для чего его соединяют токоотводом с заземляющим устройством. Лестницы на бак стальные, для малых башен с вместимостью баков 15...25 м3 — наружные; при большей вме­ стимости и высоте лестницы и площадки распо­ лагают внутри ствола и предусматривают на­ ружную вертикальную лестницу только в преде­ лах высоты бака.

Стволы башен приняты цилиндрической формы из кирпича марки 75 и 100 на растворе марки 50.

Фундаменты из монолитного железобетона со­ стоят из цилиндрической части, в объеме которой расположена запорная арматура, и круглой фун­ даментной плиты с консолями.

Типовой проект стальных башен 901-5-29 (рис. 14.2, табл. 14.7). В его составе башни с ба­ ками вместимостью 15, 25 и 50 м3 при высоте опор высотой 12, 15 и 18 м, используемые в сель­ скохозяйственном строительстве.