Краткий курс лекций (учебно-методическое пособие для студентов строительных специальностей) Харьков 2003 (стр. 8 из 9)

Высота таких башен Н=30—300м. Основание В=1/8—1/15Н. В — ширина призматической части, исходя из сечения газоотводящего ствола и обеспечения проходов вкруг него (ширина прохода не менее 0,7м).

По всей высоте необходимо устраивать горизонтальные диафрагмы с шагом 1,5—2,0В, а также в плоскости излома граней башни. Диафрагмы следует использовать для горизонтального закрепления газоотводящего ствола.

Для обеспечения наилучших аэродинамических свойств и экономии металла несущую башню следует, как правило, проектировать из элементов трубчатого сечения, реже из крестовидного сечения.

Вертикальная нагрузка от газоотводящего ствола должна передаваться в нижних уровнях вытяжной башни. В зависимости от уровня ввода газоходов, следует принимать один из следующих вариантов опирания газоотводящего ствола:

— на собственный фундамент;

— на специальную дополнительную опору;

— на одну из нижних диафрагм несущей башни, при условии, что расход металла на опорную диафрагму не будет превышать расхода металла на дополнительную специальную опору.

Горизонтальное раскрепление газоотводящего ствола в районе диафрагм не должно препятствовать его температурному росту.

Нагрузки на высотные сооружения:

— собственный вес;

— вес оборудования или газоотводящих газоходов;

— перепад температур (особенно для оттяжек);

— гололёдная нагрузка;

— нагрузка от ветра (она является доминирующей).

Величина ветрового воздействия на сооружение зависит не только от скоростного напора, но и от формы и габаритов самого сооружения и его отдельных элементов:

qр=qоnk1CхB,

n — коэффициент перегруженности (=1,4);

B — коэффициент динамического состава, B=1,4—1,6 Х (2);

Cх — определяется по СНиП "Нагрузки и воздействия", характеризует аэродинамические явления, возникающие при обтекании сооружения ветровыми потоками (завихрения, лобовой напор, относ), величина его зависит от формы и размеров обдуваемых элементов сооружения;

Cх =(0,8+0,6)=1,4; Cх =1,2—0,45 в зависимости от числа Рейнольдса.

Rе =Vd/U,

где V — скорость, м/с; d — диаметр, м, U — кинематическая вязкость воздуха (при =15 С и атмосферном давлении 1,13атм=10,13Т/м, V=145*10 м/с);

kдин.сос.— динамическая составляющая ветровой нагрузки, определяется согласно СНиП "Нагрузки и воздействия" отдельно для каждой формы колебания сооружения в виде системы инерционных сил, приложенных в середине каждого из участков, на которые условно разбивается сооружение.

Динамическая составляющая, вызываемая пульсациями скоростного напора, должна учитываться при расчёте высотных сооружений с периодом собственных колебаний более 0,25 секунды.

При предварительном расчёте динамических воздействий, ветровые нагрузки можно учесть путём умножения статической составляющей на коэффициент В=1,4—1,6 для башен и В=1,6—1,8 для мачт.

Основы расчёта башен Башню рассчитывают как пространственную конструкцию, защемлённую в основании, на одновременное действие веса конструкций, нагрузок от технологического оборудования и ураганного ветра. Пояса башни рассчитываются на продольный изгиб Если башня имеет n граней, то наибольшее сжимающее усилие для расчёта пояса, и растягивающее для расчёта фланцевых стыков и анкерных болтов, определяют по формулам

Рис. 38

Nпояса = ∑P/n*cos α ± [2(∑M'+ ∑M")*cos φ i] /[ n*ri*cos α i ];

∑M' — суммарный изгибающий момент от ветра в i-м сечении;

∑M" — от оборудования, вызывающий изгиб башни;

∑P — вес ствола и оборудования с коэффициентом перегрузки;

n — число сторон правильного многогранника ;

ri — радиус окружности, проходящий через центр сечения поясов;

φ i — угол в горизонтальной плоскости между линией, проходящей через

центр башни и центр пояса, и направлением ветра;

α i — угол между осью рассматриваемого пояса и вертикальной линией.

Для 8-ми и 4-х-гранных башен ветер рассчитывают на ребро, а для 3-х и 6-ти-гранных — на грань.

При чётном числе граней башни "n" поперечная сила, действующая на грань:

Qгр =2Qi/n;

Для трёхгранной башни: Q гр.=0,866Qi;

Qi — общая поперечная сила в i-том сечении.

Рис. 39

4.2 Мачты

Мачты состоят из: ствола (1), оттяжек с креплениями (2), изоляторами (3) и винтовыми стяжками, опора (4) под ствол мачты, центрального фундамента (5) и анкерных фундаментов (6), для крепления нижних концов вант.

Рис. - 40

Число ярусов оттяжек (от одной до шести) зависит от технологических требований, высоты мачты и размеров поперечного сечения ствола.

Отношение высоты мачты к диаметру описанной окружности ствола:

200 ≥ Н/Д ≥ 60.

При этом расстояние между креплениями вант соседних ярусов к стволу мачты:

30Д ≥ l ≥ 15Д.

Ствол мачты обычно делают из углеродистой или низколегированной стали, оттяжки — из стальных канатов, оттяжечные и опорные изоляторы — из фарфора.

Перед использованием в вантах канаты должны быть вытянуты усилием, равным половине разрывного усилия каната в целом на протяжении получаса или трёхкратным натяжением и отпуском от нуля до 0,5Gвр,с целью повышения модуля упругости, устранения остаточных деформаций и уменьшения упругих деформаций вант при эксплуатации.

Нагрузки на мачты

При расчёте учитывают собственный вес мачты, вес оборудования, вес вант и изоляторов, гололёд, предварительное натяжение вант, ветровые воздействия (не только на ствол, но и на ванты), дополнительные усилия в вантах при их сокращении из-за понижения окружающей температуры.

Значение ветрового напора при расчёте вант можно принимать постоянным по всей длине и равным напору, соответствующему 2/3 высоты верхнего конца оттяжки. Гололёд учитывают везде.

Упругое перемещение ствола мачты при эксплуатации в местах крепления оттяжек не должно превышать 1/100 высоты этих сечений над центральным фундаментом. Упругое смещение верхнего сечения мачты не должно быть более 1/100 длины консоли. Перемещение определяется от нормативных нагрузок.

Мачту рассчитывают в два этапа:

На первом (предварительном) этапе — на основе опыта проектирования и путём простейших расчётов назначают схему мачты (число ярусов и количество вант в ярусе), размеры сечения ствола и решётки, а также сечения оттяжек.

Рассматривая мачту как систему однопролётных балок (шарнирно закреплённых в местах прикрепления вант), нагруженную ветром, определяют опорные реакции и рассчитывают оттяжки. При этом места крепления вант предполагают не смещаемыми.

Продольные силы определяют как сумму весов вышерасположенных элементов оборудования и вертикальных составляющих тяжения оттяжек. Далее, по обычным формулам проверяют прочность и устойчивость участков ствола между соседними креплениями вант и, если напряжение мало отличается от расчётного сопротивления (R), переходят ко второму этапу расчёта.

На первом этапе расчёта назначать сечения элементов мачты можно по аналогии с имеющимися или по формулам

1) для ванты по усилию

Nт= k*H/sin α < 0,5Nр;

Н — реакция в оттяжечном узле, как разрезной многопролётной балке от поперечной нагрузки;

k — коэффициент, зависящий от числа вант в плане от длины оттяжки, от её начального натяжения, от неразрезности ствола и т.д., k=1,2;

Nт — ориентир усилия в наветренном ванте;

Nр — разрывное усилие ванта;

— угол между хордой оттяжки и осью ствола.

2) для ствола по моменту

M=0,1ql ;

q — усреднённая равномерно распределенная поперечная нагрузка в данном пролёте ствола.

3) для ствола по продольной силе

N=0,5nNтcos α + Nе + Nоб;

Nе — вес выше расположенного сечения ствола;

Nоб — вес выше расположенного оборудования;

n — число выше расположенных оттяжек.

На втором этапе оттяжку рассчитывают как предварительно напряжённую упругую нить, подвешенную в двух точках разной высоты, загруженную равномерно распределённой нагрузкой от веса ванты, ветра, гололёда и т.д.

Расчётной схемой ствола мачты является многопролётный сжато-изогнутый стержень, прикреплённый к нижней неподвижной и к остальным упругоподатливым опорам (какими являются верхние места крепления оттяжек).

Коэффициент упругости опор ствола мачты зависит от геометрических и физических характеристик вант, изгибной жёсткости ствола, а также от действующих на сооружение нагрузок, в том числе от интенсивности начального (монтажного) натяжения оттяжек.

Для определения неизвестных используют уравнение неразрывности упругой линии ствола и уравнения равновесия узлов крепления оттяжек в плоскости действия горизонтальной нагрузки.

Продольные силы в стволе: N = Nствола + Nоборуд. + Nвант + Nтяжение вант.

По найденным усилиям M, Q и N проверяют сечения ствола на прочность и устойчивость, а также рассчитывают стыки. Более точно расчёт выполняют на ЭВМ.

Список литературы

1.	Мельников Н.П. и др. Справочник проектировщика. Металлические конструкции. — М.: Стройиздат, 1980. — 776с
2.	Мельников Н.П. Металлические конструкции. Современное состояние и перспективы развития. — М.: Стройиздат, 1983. — 541 с
3.	Беленя Е.И., Стрелецкий Н.Н. и др. Металлические конструкции. Специальный курс. — М.: Стройиздат, 1991. — 685 с
4.	Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. — М.: Стройиздат, 1986. — 560 с
5.	Лесинг Е.Н., Лилеев А.Ф, Соколов А.Г. Листовые металлические конструкции. — М.: Стройиздат, 1970. — 488 с
6.	Москалёв Н.С. Конструкции висячих покрытий. — М.: Стройиздат, 1980. — 336 с
7.	Кирсанов Н.М. Висячие и вантовые конструкции. — М.: Стройиздат, 1982. — 158 с
8.	Диховичный Ю.А. Большепролётные конструкции сооружений олимпиады — 80 в Москве. — М.: Стройиздат, 1982. — 277 с
9.	СНИП 2.09.03 – 85. Сооружения промышленных предприятий. — М.: Стройиздат, 1986. — 58 с

Содержание