Виды расчетов железобетонной оболочки градирни

Градирня представляют собой очень ответственную конструкцию, поэтому в процессе ее проектирования необходимо провести большое количество расчетов.

Подбор основных габаритных размеров проектируемой оболочки осуществляется на основании функционального назначения сооружения с учетом заданных эксплуатационных требований, а также экономических условий строительства и эксплуатации конструкций. Расчеты, но определению несущей способности оболочек являются основой строительного проектирования в части выбора оптимальных размеров и главных параметров строительных конструкций, интенсивности армирования, марки бетона и стали, сортамента стали и других параметров. Расчет определяет необходимость предварительного напряжения оболочки и способ его реализации, конструкции стыковых соединений основных элементов. В свою очередь, несущая способность оболочек определяется их геометрической формой, применяемыми строительными материалами и характером воздействий.

При выборе формы и размеров оболочки или других пространственных систем следует учитывать не только современные архитектурные замыслы, новые методы расчета или современные строительные материалы, но и экономическую сторону вопроса. Калькуляция стоимости сооружения, эксплуатационные расходы являются одним из решающих критериев выбора типа сооружения.

В настоящее время проектирование градирен в Российской Федерации осуществляется на основании Инструкции по возведению монолитных железобетонных труб и башенных градирен (ВСН-430−82, ММСС СССР, 1982) и СНиП 1.01.01−82* «Промышленные предприятия, производственные здания и сооружения, вспомогательные здания. Инвентарные здания» .

Руководство «Железобетонные градирни в форме гиперболических оболочек», подготовленное Американским институтом бетона (США), с комментариями отдельных положений по расчету и проектированию железобетонных оболочек градирен содержит следующие разделы: 1) общие положения; 2) материалы; 3) сооружение; 4) расчет. Последний раздел включает учет таких элементов, как сила тяжести, ветровая нагрузка, сейсмические силы, температурные силы и нагрузки от намораживания льда, устойчивость, требования к прочности и эксплуатационным качествам, арматура, стыки арматуры. Определенную помощь в проектировании могут оказать также Рекомендации по проектированию гиперболических или других подобных по форме градирен, одобренные Международной ассоциацией по пространственным конструкциям (ИАСС).

На основе имеющихся материалов можно сделать некоторые обобщения по учету внешних воздействий на гиперболические оболочки. Для сооружений средних размеров в диаметре и по высоте преобладают осесимметричные воздействия. Для высотных сооружений доминируют несимметричные нагрузки, прежде всего от ветра и землетрясений. Неравномерные осадки основания и местные несовершенства срединной поверхности могут стать причиной возникновения существенных напряжений в оболочке. На монолитные оболочки вращения помимо силовых воздействий существенное влияние могут оказывать несиловые воздействия: перепады температуры и влажности, набухание и усадка бетона. В ряде случаев необходимо учитывать суточные и годичные колебания температур. Имеют место также воздействия в процессе строительства (монтажные нагрузки).

Теоретические исследования гиперболических оболочек вращения в процессе проектирования включают в себя изучение распределения внутренних силовых факторов в теле оболочки от действия собственного веса, ветровой нагрузки, неравномерной осадки нижнего края. Необходимо учитывать несовершенства срединной поверхности и рассмотреть работу градирни с трещинами. При строительстве оболочки используется башенный кран (см. рис. 11.16), следовательно, необходимо предусмотреть расчет мест приложения сосредоточенных нагрузок в оболочке градирни от башенного крана.

Требуется проанализировать величины температурных напряжений от осесимметричного нагрева оболочки и от несимметричного температурного поля.

Неравномерное влажностное воздействие в отличие от равномерного вызывает искривление элемента и появление в стенках оболочек кольцевых и меридиональных изгибающих моментов и усилий. Относительные кольцевые и меридиональные деформации, возникающие при одностороннем увлажнении стен оболочек вращения, растут по их высоте, причем абсолютные величины относительных внешних деформаций больше, чем величины внутренних. Для большинства сечений наиболее опасными по условию трещинообразования являются кольцевые деформации и в меньшей степени — меридиональные, кроме самых верхних зон оболочек, в которых имеет место краевой эффект. Наиболее интенсивному воздействию градиента влажности степы гиперболических ободочек вращения подвергаются в летние периоды их эксплуатации, когда изменение влагосодержания бетона приводит к возникновению наибольшего самонапряженного состояния. Увлажнение наружных слоев бетона вызывает его набухание и появление сжимающих напряжений, а на внутренней поверхности стенок — растягивающих напряжений.

Исследование собственных частот колебаний и динамического отклика башен-градирен па ветровое воздействие также является важной частью проектирования, так же как и расчет на сейсмические воздействия.