Краткий курс лекций (учебно-методическое пособие для студентов строительных специальностей) Харьков 2003 (стр. 6 из 9)
В бункерах, предназначенных для твёрдых кусковых материалов, внутреннюю поверхность наклонных стенок (воронок) футеруют — для предохранения несущей стенки от стирания и образования вмятин при ударах. Тип футеровки зависит от образивности сыпучего материала, так, например, бункера для руды и скрапа футеруют листовой марганцовистой сталью марки 30Г2 толщиной t=6—10мм, иногда применяют деревянную футеровку, сам сыпучий материал, пластик и т.д.
Основные несущие конструкции бункеров с плоскими стенками изготавливают из углеродистой стали, а гибких бункеров — из низколегированной стали.
Конструкции выполняют сварными с соединением элементов встык. Соединения внахлёстку допускаются только при монтаже. Наименьшая толщина стенки бункера t>4мм.
Расчётная схема жёсткого бункера
Для расчёта любого элемента бункера надо знать давление на его стенки и днище. Давление зависит от высоты столба материала, расположенного над рассматриваемой элементарной площадкой, его физических свойств и угла наклона площадки к горизонту.
Давление принимается нормальное к стенке или днищу. Расчётное вертикальное давление на горизонтальную плоскость в любом месте сыпучей массы:
Pв=1,3γсып.h; где h —высота столба материала; γсып— удельный вес материала; 1,3 — коэффициент перегрузки.
Рис. 29 - Схема жёсткого бункера
Расчётное горизонтальное давление на вертикальную плоскость:
Pг=1,3kγсып.h;
где k — отношение горизонтального давления к вертикальному,
k=tg2(45 –φ/2);
φ — угол естественного откоса материала.
Расчётное давление материала на наклонные стенки бункера:
Pн=1,3mоγсып.h;
где mо=cos2α + ksin2α ;
α — угол наклона стенки к горизонту;
Квадраты тригонометрических функций получаются в результате проекции вертикальных и горизонтальных сил и площадок на наклонную плоскость.
Конструктивные особенности бункера с плоскими стенками
Они являются жёсткими конструкциями, которые состоят из верхней призматической и нижней части (воронки), имеющей форму усечённой пирамиды или лотка большой протяжённости.
Верхние стенки образуются, как правило, бункерными балками и имеют вертикальные и горизонтальные рёбра жёсткости.
Обшивка воронки обычно укрепляется только горизонтальными рёбрами.
Одиночные бункера имеют размеры по длине и ширине до 12м и по высоте до 8м при V
500м.Опираются бункера на колонны или перекрытия через бункерные балки. Бункерные балки с колоннами образуют рамные или связевые схемы (при шарнирном опирании их на колонны).
Расчёт бункерных балок: G = Mx/Wx + My/Wy ≤ γсR;
Расчёт рёбер жёсткости воронки: G = N/F×φ + Mx/Wxл ≤ γсR;
Расчёт стенки (обшивки) воронки:
 |
G = S/t + 6M/t < R;
Mпр = ql2o/8 – fS = ql2o/8 [1 – 1,035(S/(S+SЕ))];
SЕ = 2,1*106 (t3/l2) = П2Et3 /10,9*l2о;
Mоп = (q'+q")l2о/16;
f = 4ql2о/П3 * 1/(S+SЕ) = 0,129 ql2о/(S+SЕ),
f — прогиб в середине пролёта.
Все расчёты взяты на 1см обшивки.
Гибкие бункера
Гибкие бункера представляют собой открытую цилиндрическую оболочку нулевой Гаусовой кривизны, подвешенную к двум продольным балкам, которые опираются на колонны (см. рис.30).
  | 1 — торцовая стенка; 2 — продольная балка; 3 — оболочка; 4 — выпускное отверстие; 5 — тяжи; 6 — поперечная балка-распорка; 7 — колонны. |
Рис. 30
По торцам устанавливают жёсткие вертикальные стенки-диафрагмы. Благодаря отсутствию рёбер жёсткости и работе стенок в основном на растяжение, гибкие бункера являются наиболее экономичными по расходу стали. Гибкие бункера могут иметь ширину 6—18м и практически любую длину.
Их применяют при большой вместимости склада сыпучих материалов (например, руды, угля), составляющей тысячи тонн.
Для восприятия распора от оболочки бункера противоположные колонны и продольные балки раскрепляют поперечными балками-распорками, которые, помимо этого, могут поддерживать продольные балки для железнодорожных путей или транспортерных конвейеров, необходимых для загрузки бункера.
В висячем бункере при правильном выборе его профиля и при полной равномерной загрузке возникают лишь растягивающие напряжения.
Формулы для расчёта параболического бункера:  Рис. 31 |
1) Уравнение кривой очертания днища: y = f/2b2 (3x2 – x3 /b);
2)Площадь поперечного сечения бункера: F = 4/5fb;
3)Объём бункера: V = FL;
4)Максимальная ордината нагрузки: Pmax = 4/5f γс.м.;
5)Горизонтальное состояние реакции в точке подвеса: H=Pmaxb2 /3f=5/12γс.м. Х b2 ;
6)
 |
Vверт.р.= Pмах b/2 = 5/8 γс.м.bf;
G = T/t < R; t = T/R.
Раздел 3. Стальные каркасы многоэтажных зданий
Такие здания, как правило, многофункциональны — административные помещения, учебные заведения, магазины, гостиницы и т.д.
При большой этажности зданий, рационально разделение их конструкций на несущие и ограждающие.
Несущие функции выполняет каркас из высокопрочных материалов.
Ограждающие функции — лёгкие стеновые панели с эффективными теплоизоляционными материалами.
Такие конструкции высокоиндустриальны, что резко сокращает сроки строительства. Строительная площадка при этом минимальная.
Каркасы таких зданий могут быть стальными, железобетонными и смешанными. С повышением этажности здания, целесообразность стального каркаса увеличивается.
Главным преимуществом стального каркаса является высокая прочность материала, позволяющая принимать минимальные размеры сечений колонн и ригелей и тем самым увеличивать полезную площадь и объём помещений.
Колонны первых этажей проектируют, как правило, из низколегированных сталей.
Для защиты стального каркаса от пожара и коррозии, элементы его конструкций обетонируют, облицовывают керамическими блоками, оштукатуривают и покрывают защитными составами.
Каркас многоэтажных зданий воспринимает значительные нагрузки:
- Вертикальные — собственный вес конструкций здания, полезные нагрузки на перекрытие и снеговые нагрузки на перекрытие.
- Горизонтальные — ветровые, сейсмические (в соответствующих районах) и от температурных воздействий.
3.1 Компоновка каркаса
В зависимости от планировки помещений и высоты здания применяются три типа несущих систем многоэтажных зданий:
— Каркасные
— Бескаркасные (в виде пластин и оболочек)
— Смешанные
Наиболее распространёнными являются каркасные системы, которые подразделяются на связевые, рамные и рамно-связевые (см. рис.32).
Рис. 32 - Схемы стального каркаса (а — со связями в виде вертикальных ферм, б — рамная система, в — с подвесными перекрытиями: 1— горизонтальные диски перекрытий, 2 — вертикальные диски связи, 3 — рамы, 4 — траверса, 5 — тяги, 6 — вертикальная ферма).
Основные элементы каркаса — это колонны и балки (ригели), которые образуют систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, и передают их на фундамент.
Фундаменты обычно проектируют в виде сплошной плиты или свайного поля с плитным ростверком.
Передача нагрузок:
Вертикальные нагрузки через балки (или ригели) передаются на колонны, а затем на фундамент.
Для восприятия горизонтальных нагрузок и передачи их на фундамент создаются жёсткие по высоте связевые системы в горизонтальном направлении.
— Связевые системы проектируют в виде вертикальных связей, расположенных на некотором расстоянии одна от другой и соединённых между собой горизонтальными жёсткими дисками (в районе перекрытий и покрытий).
— Рамные системы — в виде рамных конструкций в двух направлениях, как правило, в каждом ряду колонн также связанных и горизонтальными дисками (перекрытиями).
— Рамно-связевые системы —, как правило, рамы расположены в одном направлении, а связевые блоки в другом плоскостном направлении, но бывают и смешанные варианты, также связанные горизонтальными жёсткими дисками (перекрытий).
В первом случае горизонтальная жёсткость каркаса обеспечивается системой вертикальных (продольных и поперечных) связей (дисков), принимающих на себя всю горизонтальную ветровую нагрузку. Остальные элементы каркаса — колонны и балки, не входящие в систему дисков, — конструируются как обычная балочная схема с шарнирным сопряжением в узлах. Они воспринимают лишь вертикальные нагрузки.
Во втором случае горизонтальная жёсткость каркаса обеспечивается жёсткостью рам, расположенных в двух направлениях, или устанавливаются рамные пространственные блоки с определённым шагом в плане здания.
В третьем случае горизонтальную жёсткость здания обеспечивается в одном направлении жёсткостью рам, а в другом — вертикальными связями, или совместные варианты при других вариантах компоновки.
Связевые системы более жёсткие, узлы сопряжения конструкций более просты и менее трудоёмки, позволяют типизировать элементы каркаса, поэтому связевые системы являются предпочтительными.