klimek konstrukcja 4 2012

7/21/2019 Klimek Konstrukcja 4 2012

http://slidepdf.com/reader/full/klimek-konstrukcja-4-2012 1/5

PRZEGL•D BUDOWLANY 4/2012

ZBIORNIKI NA MATERIA!Y SYPKIE I CIECZE

A R T Y K

U ! Y

P R O B L E M

O W E

84

1. Wprowadzenie

W artykule przedstawiono rozwi•-

zanie konstrukcyjne komory silo-

sowej na popió! lotny, zrealizowa-

nej w 2010 r. w Gda"sku przy ul.Wielopole 6. Silos jest #elbetowy,monolityczny, niespr$#ony, opró#-

niany aeracyjnie na du#ym mimo-

%rodzie. Nie wzgl$du na g!$bokozalegaj•ce grunty nieno%ne, silosposadowiony jest w sposób po-

%redni na palach. Wymiary silo-

su pokazano na rysunku 1b. Omó-

wiono podstawowe za!o#enia kon-

strukcyjne a nast$pnie ich mo-

dyfikacj$, spowodowan• koniecz-

no%ci• ograniczenia kosztów orazczasu i stopnia trudno%ci wznosze-

nia konstrukcji, podano równie#rozwi•zania wa#niejszych elemen-

tów i szczegó!ów konstrukcyjnych,powsta!ych w wyniku wykonanejmodyfikacji.

2. Koncepcja i modyfikacjakonstrukcji silosu

Za!o#enia odno%nie do geometrii si-losu podano na rysunku 1. Na ry-

sunku 1a przedstawiono „klasycz-

ne”, stosowane powszechnie roz-

wi•zanie geometrii silosu na popió!lotny, z pogrubion• %cian• podsilo-

sow• oraz z du#ym, #elbetowym,prefabrykowanym, odwróconym le-

jem sto#kowym. Rozwi•zanie to po-

stanowiono zmodyfikowa& w takisposób, aby mo#liwe by!o wyko-

nanie ca!ego p!aszcza komory silo-

sowej wraz ze %cian• podsilosow•w deskowaniu %lizgowym w jednym

ci•gu, bez przerywania betonowa-

nia i bez zmiany grubo%ci %cianyna poziomie jej po!•czenia z lejem.

Opracowano w ten sposób kon-

cepcj$ projektow•, przedstawion•na rys. 1b. W stosunku do rozwi•-

zania „klasycznego” wprowadzononast$puj•ce zmiany:

wprowadzono dodatkowo p!a-sk•, monolityczn• p!yt$ denn•o grubo%ci 600 mm;

przewidziano obwodowe pod-parcie w/w p!yty na %cianie podsi-

losowej oraz na 6 okr•g!ych s!u-

pach o %rednicy 700 mm zlokalizo-

wanych w przestrzeni pod komo-

r• silosu, wewn•trz %ciany podsi-losowej;

zastosowano znacznie mniejszyni# w rozwi•zaniu „klasycznym”sto#ek wewn$trzny o lekkiej, pre-

fabrykowanej konstrukcji stalowej(rys. 1b, rys. 9);

Konstrukcja !elbetowego silosu na popió"

lotny o pojemno#ci 5500 tDr in". Adam Klimek, Politechnika Wroc#awska

Rys. 1. Koncepcje geometrii silosu: a) klasyczne rozwi•zanie silosu z duym

prefabrykowanym elbetowym lejem stokowym oraz z pogrubion• cian• pod -

silosow•, bez s!upów wewn"trznych; b) przyj"ta do realizacji komora silosowa z p!ask• p!yt• denn• podpart• s!upami oraz z ma!ym stokiem stalowym





ART

YK U! Y

PR OBL

E M OWE

85

ujednolicono grubo%ci %cian ko-mory oraz %ciany podsilosowej: dlaobu %cian przyj$to grubo%& 300 mm;

w celu unikni$cia k!opotliwegodeskowania na du#ej wysoko%ci,

zrezygnowano ze stosowanegozwykle obwodowego poszerzenia%ciany (szerokiego wie"ca) na gór-nej kraw$dzi komory silosu, maj•-

cego na celu usztywnienie komo-

ry silosowej na jej górnej kraw$dzi(przeciwdzia!anie owalizacji prze-

kroju komory wskutek niesyme-

trycznych oddzia!ywa" materia!usypkiego);

zaplanowano wykonanie lekkie-go dachu w postaci dwukierunko-

wego, ortogonalnego rusztu z ty-powych profili walcowanych typuIPE; wskutek przyj$cia poprzed-

niego za!o#enia, zadaniem kon-

strukcji stalowej dachu b$dzie rów-

nie# usztywnienie górnej kraw$dzi#elbetowej %ciany silosu.W stosunku do rozwi•zania „kla-

sycznego” zmodyfikowana koncep-

cja posiada nast$puj•ce zalety:umo#liwia wykonanie %ciany

podsilosowej oraz %ciany komory

silosu w jednym %lizgu, bez prze-

rywania betonowania w miejscupo!•czenia tych %cian ze sto#kiemwewn$trznym, skraca zatem czaswykonania p!aszcza;

pozwala na znaczne zmniejsze-nie wymiarów sto#ka wewn$trzne-

go (rys. 1b, rys. 9), a konsekwen-

cji daje mo#liwo%& zrezygnowa-

nia z masywnej wewn$trznej prefa-

brykowanej konstrukcji #elbetoweji wykonania lekkiego sto#ka stalo-

wego z blach, skr$canych %rubamina budowie;

pe!niej wykorzystuje obj$to%&komory silosowej;

poprawia przekazanie ci$#arusilosu na grunt w warunkach po-

sadowienia po%redniego na pa-

lach, poniewa# w sposób bardziejrównomierny rozk!ada obci•#eniena p!yt$ fundamentow•, która na-

st$pnie przekazuje je na pale; pro-

jekt palowania nie jest przedmio-

tem niniejszej publikacji.

Przyj$cie tej koncepcji stawiaprzed projektantem nast$puj•cezadania:

doprojektowanie p!yty dennej(rys. 1b), a zw!aszcza rozwi•zaniepoddanego znacznym obci•#e-

niom pionowym oparcia p!yty den-

nej na wykonanej wcze%niej w ca-

!o%ci cylindrycznej %cianie silosu;zaprojektowanie s!upów podpie-raj•cych ww. p!yt$ (rys. 1b), które nieistniej• w koncepcji „klasycznej”;

konieczno%& szczegó!owychuzgodnie" oraz dopasowaniauk!adu s!upów do wymaga", uk!a-

du i rozmiarów urz•dze" techno-

logicznych odbieraj•cych popió!z silosu, zlokalizowanych w prze-

strzeni pod lejem sto#kowym, gdy#w tej koncepcji projektowej w sto-

sunku do koncepcji „klasycznej”przestrze" ta ulegnie ogranicze-

niu;wykonanie specyficznych obli-

cze" stalowego rusztu dachowe-

go (rys. 4, rys. 5), uwzgl$dniaj•-

cych poza momentami zginaj•cy-

mi od obci•#e" pionowych tak#eznacznych si! osiowych, przeka-

zywanych na rygle rusztu ze %cia-

ny komory #elbetowej, obci•#o-

nej niesymetrycznym parciem po-

pio!u.Po wykonaniu wst$pnych oszaco-

wa" wytrzyma!o%ciowych stwier-dzono, #e istnieje mo#liwo%& skon-

struowania silosu jako #elbetowe-

go, bez spr$#enia komory silo-

sowej, i takie za!o#enie przyj$todo projektu wykonawczego.

3. Za"o!enia projektowedotycz$ce obci$!e%

Podstawowe znaczenie dla ustale-

nia obci•#e" od parcia materia!u

sypkiego maj• jego cechy mecha-

niczne. Dla popio!u lotnego cechyte istotnie ró#ni• si$ w poszczegól-nych normach i wynikach bada",co przedstawiono w tabeli 1.Ostatecznie przyj$to:

ci$#ar obj$to%ciowy g : 13,5 kN/m3;wspó!czynnik tarcia o beton:

0,72±7';

Tabela 1. Dane mechaniczne popio!u lotnego wed!ug danych literaturowychoraz bada# w!asnych autora

Pozycja literaturowaCi•ar obj•tociowy,

kN/m3

Wspó!czynnik tarciao beton

Iloraz parcia bocz-

nego

[1] 12,0 0,60 0,58

[2] 14,0 0,45 0,45[3] 15,0 – 0,55

[4] 15,0 0,72±7% 0,46 ±20%

[5] 13,4 – –

[6] 13,2–13,5 – –

[7] 10,3 – –

Rys. 2. Wyznaczone wartoci symetrycznych obci•e# ciany komory silosowej

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100 120 140

W y s o k o • p

a s z c z a , m

Parcie normalne, kPa

!ciana -parcie normalne,napenianie (char.) i opró"nianie (obl.)

phf(z)

ph =phe+ps

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

W y s o k o • p

a s z c z a , m

Tarcie, kPa

!ciana -siy tarcia,napenianie (char.) i opró"nianie (obl.)

pwf(z)

pwe





A R T Y K

U ! Y

P R O B L E M

O W E

86

iloraz parcia bocznego: 0,46±20'.Silos wed!ug normy [4] jest silosem%redniosmuk!ym i zalicza si$ do kla-

sy oceny oddzia!ywa" AAC 2.

4. Wa!niejsze wyniki oblicze%

Obci•#enia %ciany silosu wyznaczo-

no wg normy [4], otrzymane warto-

%ci symetrycznych obci•#e" nor-

malnych i stycznych przedstawionona rysunku 2. Nie wyznaczono par-cia miejscowego popio!u, ponie-

wa# zgodnie z [4] dla materia!ówsypkich, które podczas nape!nia-

nia ulegaj• napowietrzeniu, parciamiejscowego nie uwzgl$dnia si$.Poza parciem symetrycznym prze-

analizowano uzupe!niaj•cy przypa-

dek obci•#enia dla opró#niania silo-

su na du#ym mimo%rodzie wed!ugp. 5.2.4.3.2 normy [4]. Pomimo,#e silos nale#y do klasy AAC 2, ob-

liczenia wykonano metod• dok!ad-

niejsz•, jak dla klasy oceny oddzia-

!ywa" AAC3, która daje w efekciemniejsze warto%ci momentów zgi-naj•cych %cian$ wskutek uwzgl$d-

nienia parcia w strefie przep!ywu.

Wyznaczone t• metod• warto%ciobci•#e" w uzupe!niaj•cym przy-

padku obci•#enia przedstawionona rysunku 3.W literaturze dotycz•cej obci•#e" si-losów brak jest wytycznych dla ob-

ci•#e" odwróconych lejów sto#ko-

wych. Obci•#enia sto#ka wewn$trz-

nego przyj$to jako !•cznie dzia!aj•-

ce obci•#enia poziome i pionowe:

obci•#enie poziome: równemaksymalnemu parciu poziome-

mu popio!u na %cian$ komory pod-

czas opró#niania, dzia!aj•ce w od-

niesieniu do rzutu pionowego po-

wierzchni sto#ka;obci•#enie pionowe: równe

maksymalnemu parciu pionowe-

mu popio!u na dno komory silosupo nape!nieniu, dzia!aj•ce w od-

niesieniu do rzutu poziomego po-

wierzchni sto#ka.Szczegó!owe obliczenia wytrzyma-

!o%ciowe sto#ka stalowego oraz jego konstrukcja nie s• przedmio-

tem niniejszej publikacji.Ponadto uwzgl$dniono nast$puj•-

ce drugorz$dne obci•#enia komo-ry silosu:obci•#enie wiatrem;obci•#enia dachu: technologicz-

ne oraz obci•#enie %niegiem;obci•#enie %ciany silosu gra-

dientem temperatury;obci•#enie %ciany silosu dodat-

kowym parciem wywo!anym och!o-

dzeniem %ciany.Konstrukcj$ przeanalizowanow kilku kombinacjach obliczenio-

wych, z których najbardziej nie-

korzystn• kombinacj$ obliczenio-

w• tworz• nast$puj•ce przypad-

ki obci•#e":niesymetryczne obci•#enie %cia-

ny parciem popio!u;gradient temperatury;obci•#enie dachu;obci•#enie wiatrem.

Konstrukcj$ obliczono poprzez jej

Rys. 4. Obliczone wartoci piercieniowych si! rozci•gaj•cych oraz poziomych momentów zginaj•cych cian" silosu

Rys. 3.Wyznaczone mak - symalne wartoci niesymetrycznych

obci•e# ciany komory silosowejw uzupe!niaj•cym przypadku obci•-

enia wg normy[4]

Rys. 5. Odkszta!cenia ciany silo-

su w wariancie obci•enia niesyme-

trycznego





ART

YK U! Y

PR OBL

E M OWE

87

rozbicie na schematy podstawo-

we. Analizowano kolejno:p!aszcz komory silosu od pozio-mu p!yty dennej do górnej kraw$dziwraz z dachem stalowym (rys. 4);

sto#ek stalowy;p!yt$ denn• o grubo%ci 60 cm;%cian$ podsilosow•;p!yt$ fundamentow•;pale.

Otrzymane warto%ci pier%cienio-

wych si! rozci•gaj•cych oraz po-ziomych momentów zginaj•cychw p!aszczu komory (bez %cianypodsilosowej) przedstawiono na ry-

sunku 4. Jak wida& na wykresach,obszary maksymalnego rozci•ga-

nia nie pokrywaj• si$ z obszaramimaksymalnego zginania poziome-

go %ciany. W miejscach maksymal-

Rys. 6.Rozwi•zanie

projektowe po!•czenia

p!yty dennej ze cian•

komory siloso-

wej za pomoc• pr"tów skr"ca-

nych

Rys. 7.Wykonana ciana silosu i oczeku-

j•ca na zabeto-

nowanie p!ytadenna silosu

Rys. 8.Po!•czenie spa-

wane pr"tówodgi"tych, !•cz•-

cych p!yt" denn• ze cian• komory

silosowej

nych si! %cian$ komory silosowejzazbrojono poziomo od zewn•trzpr$tami Ø20 co 10 cm, od we-

wn•trz pr$tami Ø16 co 10 cm, przyczym wi$ksza cz$%& zastosowa-

nego przekroju zbrojenia wynikaz momentu zginaj•cego w niesy-

metrycznym przypadku obci•#e-

nia, a mniejszy wp!yw na zbrojeniepoziome maj• si!y rozci•gaj•ce.Zbrojenie pionowe przyj$to jed-

nakowe na ca!ej wysoko%ci p!asz-

cza: Ø16 co 20 cm. Zastosowanostal zbrojeniow• BSt500 w gatun-

ku AIIIN oraz obliczeniowo betonC25/30, jednak ze wzgl$du na lo-

kalizacj$ silosu w blisko%ci morza

i s!one %rodowisko zwi$kszonoklas$ betonu do C35/45. Oblicze-

niowo rozwarto%& rysy ograniczo-

no do szeroko%ci 0,3 mm.Odkszta!cenia %ciany silosu w wa-

riancie obci•#enia niesymetryczne-

go pokazano na rysunku 5. Jakwida& na rysunku, stalowy rusztdachowy spe!nia swoje zadanie –tworz•c poziom• tarcz$ (przepon$)przeciwdzia!a owalizacji komory si-losowej na jej górnej kraw$dzi.

Ze wzgl$du na warunki %rodowi-

skowe, na ca!ym p!aszczu wykona-

no od zewn•trz pow!ok$ ochronn•.

5. Rozwi$zanie po"$czeniap"yty dennej ze #cian$ silosu

Po!•czenie p!yty dennej silosuze %cian• rozwi•zano w projekcie

jak na rysunku 6. Zaprojektowa-

no oparcie p!yty dennej w gnie*-

dzie %ciany, wype!nionym tym-

czasowo styrodurem, przewidzia-

nym do usuni$cia po zabetono-

waniu %ciany. Po!•czenie zbrojeniap!yty dennej ze zbrojeniem %cia-

ny zaplanowano jako skr$cane –w %cianie zaplanowano osadzeniepr$tów z mufami gwintowanymi,do których planowano dokr$ceniepr$tów odgi$tych p!yty. Ze wzgl$-

du na ma!• szeroko%& gniazda(100 mm), po!•czenie skr$canezaprojektowano tak, aby mog!oono przenie%& ca!• si!$ poprzecz-

n• w miejscu po!•czenia. Na bu-

dowie zamieniono to po!•czeniena spawane doczo!owe (rys. 7, 8).





A R T Y K

U ! Y

P R O B L E M

O W E

88

6. Podsumowanie

W publikacji przedstawiono zrealizo-

wan• koncepcj$ konstrukcji silosuna popió! lotny o pojemno%ci 5500 t.Istot• przy%pieszenia i uproszczeniarealizacji silosu by!o wykonanie %cia-

ny komory silosu wraz ze %cian•podsilosow• w ci•g!ym %lizgu (rys.9), bez przerwy roboczej w miej-scu po!•czenia tych elementów z le-

jem, co poci•gn$!o za sob• jednakkonieczno%& wprowadzenia dodat-kowych elementów konstrukcyj-nych: p!yty dennej wraz z podpie-

raj•cymi j• s!upami. Korzystnymefektem zastosowanych zmian by!o

równie# zmniejszenie wielko%ci od-

wróconego leja sto#kowego (rys.9), co umo#liwi!o jego wykonanie

jako lekkiego elementu stalowego.Wprowadzenie s!upów by!o korzyst-ne równie# z punktu widzenia po-

sadowienia silosu, poniewa# znacz-

ne obci•#enia w po!•czeniu z du#•mi•#szo%ci• gruntów nieno%nychwymaga!y wykonania pali pod wi$k-

sz• cz$%ci• powierzchni p!yty fun-

damentowej, która wskutek wpro-

wadzenia s!upów zosta!a obci•#onabardziej równomiernie.Po ponad rocznej eksploatacji silosustwierdzono poprawne zachowaniesi$ konstrukcji, nienaruszony stan

Rys. 9. Wykonany silos na popió!lotny: widok zewn"trzny oraz p!ytadenna ze stokiem stalowym w wido-

ku z góry

pow!oki ochronnej oraz brak zary-

sowa" konstrukcji #elbetowej. Pro-

jekt konstrukcji silosu opracowa! ze-spó! w sk!adzie: dr in#. Adam Klimek(projektant) we wspó!pracy z dr. in#.

Zbigniewem Sacharukiem (spraw-

dzaj•cy) i mgr in#. +ukaszem Kory-

ciakiem (asystent projektanta), pra-

ce budowlane wykona!a firma Ver-tex z Siechnic k. Wroc!awia.

BIBLIOGRAFIA

[1] PN-89/B-03262, Zbiorniki #elbetowe

na materia!y sypkie i kiszonki, obliczenia

statyczne i projektowanie

[2] PN-B-03262:2002, Silosy #elbetowe

na materia!y sypkie, obliczenia statyczne

i projektowanie, wykonawstwo i eksploatacja;

[3] PN-B-03202, Konstrukcje stalowe, silosyna materia!y sypkie, obliczenia statyczne

i projektowanie

[4] PN-EN-1991–4: Eurokod 1, Oddzia!ywania

na konstrukcje, cz$%& 4: silosy i zbiorniki

[5] Raport bada" nr 28/09/P, dotycz•cy

badania popio!u lotnego wg Proc. Badawczej

nr 6 Laboratorium K.J Pollytag S.A., Gda"sk,

2009–10–08, (w posiadaniu autora)

[6] Badania w!a%ciwo%ci fizyko-

-mechanicznych popio!u lotnego

z elektrofiltru bloku energetycznego

w elektrowni P•tnów, Sylwester Kobielak,

Adam Klimek, Wroc!aw, Raport z Bada"

Instytutu Budownictwa Politechniki

Wroc!awskiej, pa*dziernik 2000 r.[7] Badania w!a%ciwo%ci fizyko-

-mechanicznych popio!u lotnego

z EC Gda"sk i EC Gdynia, Edward Hutnik,

Tadeusz Kiwacz, Adam Klimek, Sylwester

Kobielak, Wroc!aw, grudzie" 2008 r.

(w posiadaniu autora)

Tytu•: Projektowanie zbiorników elbetowych. Zbiorniki na materia•y sypkie

Autor: Anna Halicka, Dominika Franczak

Wydawnictwo Naukowe PWN

Warszawa 2011

<elbetowe zbiorniki i materia!y sypkie s• obiektami in#ynierskimi, a wi$c ich projekto-

wanie odbiega od cz$%ciej realizowanego projektowania budynków. Kszta!ty, wymiaryi wyposa#enie zbiorników s• podporz•dkowane technologii. W przypadku silosów jestto technologia sk!adowania materia!ów sypkich, w przypadku zbiorników na ciecze, b$-

d•cych elementami ci•gów technologicznych w zak!adach przemys!owych – technologiaprodukcji, a w obiektach gospodarki wodno-%ciekowej – technologia oczyszczania %cie-

ków lub uzdatniania wody. Podstaw• w projektowaniu konstrukcyjnym obiektów budow-

lanych jest okre%lenie obci•#e" i oddzia!ywa" wywieranych na konstrukcj$ oraz oblicze-

nia na ich podstawie warto%ci si! wewn$trznych. Pierwszym celem tej publikacji jest ze -

stawienie w sposób wspó!czesny danych dotycz•cych zbiorników na materia!y sypkiei ciecze z uwypukleniem kwestii obci•#e" i ich wp!ywu na powstaj•ce si!y wewn$trzne. Drugim celem ksi•#ki jest przy -

bli#enie norm europejskich dotycz•cych zbiorników na ciecze i materia!y sypkie. Trzecim celem jest przedstawienie

przyk!adów obliczeniowych zbiorników o ró#norodnej geometrii. Opracowanie przygotowano w dwóch tomach: pierw-

szy dotyczy zbiorników na materia!y sypkie drugi zbiorników na ciecze. W tym tomie podano klasyfikacj$ silosów, zasa-

dy okre%lania obci•#e" takich zbiorników oraz obliczania si! wewn$trznych metodami tradycyjnymi i za pomoc• MES.

klimek konstrukcja 4 2012

Documents