PROJEKT WSTĘPNY
WARIANT I
Dane ogólne
Średnica wewnętrzna silosu - D = 5,0 m.
Wysokość komory silosu - H = 25,0 m.
Grubość ściany komory - h = 0,25 m.
Wysokość leja wysypowego - hl = 4,20 m.
Wysokość przejazdowa leja - hw = 4,50 m
Objętość całkowita silosu - V = 2072 m3
Konstrukcja wsporcza - oparcie na 4 słupach żelbetowych
Przekrycie - stożek żelbetowy ścięty (gr. 0,1 m, nachylenie α = 25°)
Fundament - żelbetowa płyta kwadratowa
Lej wysypowy - żelbetowy, stożkowy (kąt nachylenia leja α = 40°)
1.2. Geometria silosu
Obliczenia statyczne i wymiarowanie
Płaszcz silosu
Obliczenie naporu materiału sypkiego na ściany silosu
Dane charakterystyczne dla materiału zasypowego (pszenica):
Ciężar objętościowy - γ = 8,5 kN/m3
Kąt tarcia wewnętrznego - ϕ = 28°
Iloraz naporu poziomego i pionowego - λ = 0,53
Współczynnik tarcia o ścianę silosu - f = 0,35
Dane charakterystyczne dla komory silosu:
Promień wewnętrzny - r = 5,0 m
Powierzchnia wewnętrzna komory - A = 78,54 m2
Obwód wewnętrzny komory - U = 31,41 m
Promień hydrauliczny - rh = A/U = 2,5 m
Rzędna od stożka nasypowego - zmax = 25,9 m
Określenie rodzaju przepływu
Rodzaj przepływu określono na podstawie rys. 2 normy PN-89/B-03262. Dla wartości f =0,35 i kąta pochylenia ścian leja α = 40° przepływ ustalono jako rdzeniowy.
Napór po napełnieniu komory
Napór poziomy materiału sypkiego
- wartość charakterystyczna naporu poziomego
- wartość obliczeniowa naporu poziomego
γf = 1,4 - współczynnik obciążenia
Napór pionowy materiału sypkiego
- wartość charakterystyczna naporu pionowego
- wartość obliczeniowa naporu pionowego
Napór styczny materiału sypkiego
- wartość charakterystyczna naporu stycznego
- wartość obliczeniowa naporu stycznego
Napór poziomy podczas opróżniania
Równomierny napór poziomy
n1 = 1,20 - współczynnik wzrostu naporu przy opróżnianiu
ph0k = n1⋅phnk - wartość charakterystyczna naporu równomiernego
ph0 = γ f⋅ph0k - wartość obliczeniowa naporu równomiernego
Miejscowy napór poziomy
Napór ten oddziaływuje w dowolnym punkcie ściany komory na powierzchni o wymiarach 0,5rhx0,5rh
n2 = 0,15 - współczynnik wzrostu naporu przy opróżnianiu
phlk = n2⋅ph0k - wartość charakterystyczna naporu równomiernego
phl = γ f⋅phlk - wartość obliczeniowa naporu równomiernego
Pierścieniowy napór poziomy
Napór ten oddziaływuje w paśmie o szerokości 2rh powyżej leja ukrytego
Hu = 9⋅f⋅rh = 7,875 m - wysokość leja ukrytego
phrk = 0,2⋅ph0k - wartość charakterystyczna naporu pierścieniowego
phr = γ f⋅phrk - wartość obliczeniowa naporu pierścieniowego
Wpływ jednoczesnego napełniania i opróżniania
Wg PN-89/B-03262 uwzględnia się przez zwiększenie wartości równomiernego naporu poziomego ph0 o 20%.
Wpływ pochylenia górnej powierzchni materiału sypkiego.
Należy uwzględnić w silosach, w których rh>3,0 m. W naszym przypadku rh = 2,5 m zatem możemy pominąć wpływ nachylenia powierzchni górnej materiału.
Wpływ gazowania
Uwzględnia się przez przyjęcie do obliczeń ciśnienia gazu działającego na ściany silosu w tabl. 1 normy. Przyjęto: php = 2,0⋅z kN/m2
Zestawienie wyników obliczeń
Wyniki obliczeń parć poziomych po napełnieniu oraz przy opróżnianiu komory zestawiono w tabeli zamieszczonej poniżej.
z |
K |
phn |
ptn |
ph0 |
phl |
phr |
php |
m |
- |
kN/m2 |
kN/m2 |
kN/m2 |
kN/m2 |
kN/m2 |
kN/m2 |
0,0 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
2,0 |
0,138 |
11,723 |
4,103 |
14,067 |
2,110 |
0,000 |
4,000 |
3,0 |
0,200 |
16,963 |
5,937 |
20,356 |
3,053 |
0,000 |
6,000 |
4,0 |
0,257 |
21,829 |
7,640 |
26,194 |
3,929 |
0,000 |
8,000 |
5,0 |
0,310 |
26,346 |
9,221 |
31,616 |
4,742 |
0,000 |
10,000 |
6,0 |
0,359 |
30,541 |
10,689 |
36,649 |
5,497 |
0,000 |
12,000 |
7,0 |
0,405 |
34,435 |
12,052 |
41,323 |
6,198 |
0,000 |
14,000 |
8,0 |
0,448 |
38,051 |
13,318 |
45,662 |
6,849 |
0,000 |
16,000 |
10,0 |
0,524 |
44,526 |
15,584 |
53,432 |
8,015 |
0,000 |
20,000 |
10,5 |
0,541 |
46,000 |
16,100 |
55,200 |
8,280 |
0,000 |
21,000 |
12,0 |
0,590 |
50,108 |
17,538 |
60,130 |
9,019 |
0,000 |
24,000 |
12,5 |
0,604 |
51,379 |
17,983 |
61,655 |
9,248 |
0,000 |
25,000 |
13,0 |
0,619 |
52,603 |
18,411 |
63,124 |
9,469 |
12,625 |
26,000 |
13,5 |
0,633 |
53,783 |
18,824 |
64,540 |
9,681 |
12,908 |
27,000 |
14,0 |
0,646 |
54,920 |
19,222 |
65,904 |
9,886 |
13,181 |
28,000 |
14,5 |
0,659 |
56,016 |
19,606 |
67,219 |
10,083 |
13,444 |
29,000 |
15,0 |
0,671 |
57,071 |
19,975 |
68,486 |
10,273 |
13,697 |
30,000 |
15,5 |
0,683 |
58,089 |
20,331 |
69,706 |
10,456 |
13,941 |
31,000 |
16,0 |
0,695 |
59,069 |
20,674 |
70,882 |
10,632 |
14,176 |
32,000 |
16,5 |
0,706 |
60,013 |
21,005 |
72,016 |
10,802 |
14,403 |
33,000 |
17,0 |
0,717 |
60,923 |
21,323 |
73,108 |
10,966 |
14,622 |
34,000 |
17,5 |
0,727 |
61,800 |
21,630 |
74,160 |
11,124 |
14,832 |
35,000 |
18,0 |
0,737 |
62,645 |
21,926 |
75,174 |
11,276 |
15,035 |
36,000 |
18,5 |
0,747 |
63,459 |
22,211 |
76,151 |
11,423 |
0,000 |
37,000 |
19,0 |
0,756 |
64,244 |
22,485 |
77,092 |
11,564 |
0,000 |
38,000 |
19,5 |
0,765 |
65,000 |
22,750 |
78,000 |
11,700 |
0,000 |
39,000 |
20,0 |
0,773 |
65,728 |
23,005 |
78,874 |
11,831 |
0,000 |
40,000 |
22,0 |
0,805 |
68,386 |
23,935 |
82,063 |
12,309 |
0,000 |
44,000 |
24,0 |
0,831 |
70,677 |
24,737 |
84,813 |
12,722 |
0,000 |
48,000 |
25,0 |
0,844 |
71,701 |
25,096 |
86,042 |
12,906 |
0,000 |
50,000 |
25,5 |
0,849 |
72,186 |
25,265 |
86,623 |
12,993 |
0,000 |
51,000 |
25,9 |
0,854 |
72,561 |
25,396 |
87,073 |
13,061 |
0,000 |
51,800 |
Obliczenie sił wewnętrznych w płaszczu
Wartość naporu wiatru na komorę silosu
Wg punktu 2.7.2.2. normy obciążenie konstrukcji wiatrem należy uwzględniać w obliczeniach sił wewnętrznych dla ścian komór okrągłych, dla których rh>3,0 m. W naszym przypadku wpływ parcia wiatru można pominąć (rh = 2,5 m).
Równoleżnikowe siły rozciągające
Nk = ph0k⋅r - wartość charakterystyczna
Nk = (ph0+phr)⋅r - wartość charakterystyczna w miejscu działania parcia pierścieniowego
No = Nk⋅γf - wartość obliczeniowa (γf = 1,4)
Zestawienie sił równoleżnikowych
z |
ph0 |
ph0+phr |
Nk |
No |
m |
kN/m2 |
kN/m2 |
kN/m |
kN/m |
0,0 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
2,0 |
14,067 |
14,067 |
70,336 |
98,470 |
3,0 |
20,356 |
20,356 |
101,778 |
142,489 |
4,0 |
26,194 |
26,194 |
130,972 |
183,360 |
5,0 |
31,616 |
31,616 |
158,078 |
221,309 |
6,0 |
36,649 |
36,649 |
183,245 |
256,543 |
7,0 |
41,323 |
41,323 |
206,613 |
289,258 |
8,0 |
45,662 |
45,662 |
228,309 |
319,633 |
10,0 |
53,432 |
53,432 |
267,158 |
374,021 |
10,5 |
55,200 |
55,200 |
276,002 |
386,403 |
12,0 |
60,130 |
60,130 |
300,649 |
420,909 |
12,5 |
61,655 |
61,655 |
308,274 |
431,583 |
13,0 |
63,124 |
75,749 |
378,745 |
530,243 |
13,5 |
64,540 |
77,448 |
387,240 |
542,136 |
14,0 |
65,904 |
79,085 |
395,426 |
553,596 |
14,5 |
67,219 |
80,663 |
403,314 |
564,639 |
15,0 |
68,486 |
82,183 |
410,914 |
575,280 |
15,5 |
69,706 |
83,648 |
418,238 |
585,533 |
16,0 |
70,882 |
85,059 |
425,295 |
595,412 |
16,5 |
72,016 |
86,419 |
432,094 |
604,932 |
17,0 |
73,108 |
87,729 |
438,647 |
614,105 |
17,5 |
74,160 |
88,992 |
444,960 |
622,944 |
18,0 |
75,174 |
90,209 |
451,044 |
631,461 |
18,5 |
76,151 |
76,151 |
380,755 |
533,057 |
19,0 |
77,092 |
77,092 |
385,462 |
539,647 |
19,5 |
78,000 |
78,000 |
389,998 |
545,997 |
20,0 |
78,874 |
78,874 |
394,368 |
552,116 |
22,0 |
82,063 |
82,063 |
410,315 |
574,442 |
24,0 |
84,813 |
84,813 |
424,063 |
593,689 |
25,0 |
86,042 |
86,042 |
430,209 |
602,293 |
25,5 |
86,623 |
86,623 |
433,115 |
606,361 |
25,9 |
87,073 |
87,073 |
435,363 |
609,509 |
Równoleżnikowe momenty zginające
Mαk = ± 0,00006⋅(155-0,375⋅D/h)⋅phl⋅D2/4
Mα = Mαk⋅γf
Momenty zginające wywołane różnicą temperatur
Wpływ temperatury uwzględnia się na podstawie punktu 2.7.2.3. normy.
Przyjęto obliczeniową temperaturę zewnętrzną te = -18°C oraz temperaturę wewnętrzną
ti = +20°C.
Ri = 0,12 m2K/W - opór przejmowania ciepła powietrza wewnątrz
Re = 0,04 m2K/W - opór przejmowania ciepła powietrza na zewnątrz
R1 = h/λ1 = 0,147 m2K/W - opór przejmowania ciepła płaszcza silosu
k = 1/(Ri+R1+Re) = 3,257 W/(m2K) - wsp. przenikania ciepła płaszcza
Obliczenie temperatury na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni płaszcza
ϑi = ti - k⋅(ti - te)⋅Ri = 5,15°C - temperatura na powierzchni wewnętrznej
ϑe = ti - k⋅(ti - te)⋅R1 = - 13,04°C - temperatura na powierzchni zewnętrznej
Δt = ϑi - ϑe = 18,19°C - gradient temperatur
Is = 1⋅h3/12 = 1,3⋅10-3 m4 - moment bezwładności przekroju ściany
Es = 30,5⋅103 MPa - moduł sprężystości materiału ściany (beton B30)
αt = 0,00001 1/°C -współczynnik rozszerzalności termicznej ściany
Obliczenie momentów
Mtk = (αt⋅Δt⋅ Es⋅ Is)/h = 29,293 kNm/m - wartość charakterystyczna momentu
M.t = γ f⋅Mtk = 32,222 kNm/m - wartość obliczeniowa γf = 1,1
Całkowite momenty zginające
M.ck = Mαk + Mtk - wartość charakterystyczna
M.c = Mα + Mt -wartość obliczeniowa
Zestawienie wszystkich momentów zamieszczono na następnej stronie.
Zestawienie momentów zginających w płaszczu
z |
phl |
Mk |
Mtk |
Mck=Mk+Mtk |
M |
Mt |
Mc=Ma+Mt |
m |
kNm/m2 |
kNm/m |
kNm/m |
kNm/m |
kNm/m |
kNm/m |
kNm/m |
0,0 |
0,000 |
0,000 |
29,293 |
29,293 |
0,000 |
32,222 |
32,222 |
2,0 |
2,110 |
0,443 |
29,293 |
29,736 |
0,620 |
32,222 |
32,843 |
3,0 |
3,053 |
0,641 |
29,293 |
29,934 |
0,898 |
32,222 |
33,120 |
4,0 |
3,929 |
0,825 |
29,293 |
30,118 |
1,155 |
32,222 |
33,377 |
5,0 |
4,742 |
0,996 |
29,293 |
30,289 |
1,394 |
32,222 |
33,617 |
6,0 |
5,497 |
1,154 |
29,293 |
30,447 |
1,616 |
32,222 |
33,839 |
7,0 |
6,198 |
1,302 |
29,293 |
30,595 |
1,822 |
32,222 |
34,045 |
8,0 |
6,849 |
1,438 |
29,293 |
30,731 |
2,014 |
32,222 |
34,236 |
10,0 |
8,015 |
1,683 |
29,293 |
30,976 |
2,356 |
32,222 |
34,579 |
10,5 |
8,280 |
1,739 |
29,293 |
31,032 |
2,434 |
32,222 |
34,657 |
12,0 |
9,019 |
1,894 |
29,293 |
31,187 |
2,652 |
32,222 |
34,874 |
12,5 |
9,248 |
1,942 |
29,293 |
31,235 |
2,719 |
32,222 |
34,941 |
13,0 |
9,469 |
1,988 |
29,293 |
31,281 |
2,784 |
32,222 |
35,006 |
13,5 |
9,681 |
2,033 |
29,293 |
31,326 |
2,846 |
32,222 |
35,069 |
14,0 |
9,886 |
2,076 |
29,293 |
31,369 |
2,906 |
32,222 |
35,129 |
14,5 |
10,083 |
2,117 |
29,293 |
31,410 |
2,964 |
32,222 |
35,187 |
15,0 |
10,273 |
2,157 |
29,293 |
31,450 |
3,020 |
32,222 |
35,243 |
15,5 |
10,456 |
2,196 |
29,293 |
31,489 |
3,074 |
32,222 |
35,296 |
16,0 |
10,632 |
2,233 |
29,293 |
31,526 |
3,126 |
32,222 |
35,348 |
16,5 |
10,802 |
2,268 |
29,293 |
31,561 |
3,176 |
32,222 |
35,398 |
17,0 |
10,966 |
2,303 |
29,293 |
31,596 |
3,224 |
32,222 |
35,446 |
17,5 |
11,124 |
2,336 |
29,293 |
31,629 |
3,270 |
32,222 |
35,493 |
18,0 |
11,276 |
2,368 |
29,293 |
31,661 |
3,315 |
32,222 |
35,537 |
18,5 |
11,423 |
2,399 |
29,293 |
31,692 |
3,358 |
32,222 |
35,581 |
19,0 |
11,564 |
2,428 |
29,293 |
31,721 |
3,400 |
32,222 |
35,622 |
19,5 |
11,700 |
2,457 |
29,293 |
31,750 |
3,440 |
32,222 |
35,662 |
20,0 |
11,831 |
2,485 |
29,293 |
31,778 |
3,478 |
32,222 |
35,701 |
22,0 |
12,309 |
2,585 |
29,293 |
31,878 |
3,619 |
32,222 |
35,841 |
24,0 |
12,722 |
2,672 |
29,293 |
31,965 |
3,740 |
32,222 |
35,963 |
25,0 |
12,906 |
2,710 |
29,293 |
32,003 |
3,794 |
32,222 |
36,017 |
25,5 |
12,993 |
2,729 |
29,293 |
32,022 |
3,820 |
32,222 |
36,042 |
25,9 |
13,061 |
2,743 |
29,293 |
32,036 |
3,840 |
32,222 |
36,062 |
Obliczenie mimośrodów i zbrojenia równoleżnikowego (wg PN-B-03264)
Pojawienie się w przekroju ściany silosu momentów zginających powoduje, że przekrój jest rozciągany mimośrodowo. Rozciąganie to może odbywać się na dużym bądź małym mimośrodzie.
Mały mimośród występuje wtedy, gdy w rozpatrywanym przekroju sił znajduje się między zbrojeniem rozciąganym i ściskanym (mniej rozciąganym). W praktyce oznacz to spełnienie warunku: e < 0,5⋅h-a'. Gdy warunek ten nie jest spełniony mamy do czynienia z dużym mimośrodem.
Do obliczeń przyjęto:
a1 = 0,03 m a2 = 0,03 m. - otulina zewnętrzna i wewnętrzna
h = 0,25 m - wysokość przekroju
ho = h - a = 0,22 m -wysokość efektywna przekroju
Beton B-30 fck = 30 MPa; fctk = 1,8 MPa;
fcd = 16,7 MPa; fctd = 1,20 MPa; Ecm = 30,5⋅103 MPa
Stal A-III fyd = 350 MPa; Es = 200⋅103 MPa;
Mimośrody
MSd = M.cmax = 36,062 kNm/m. NSd = Nomax = 609,509 kN/m
ee = MSd/NSd = 0,06 m < 0,5⋅h - a = 0,095 - mały mimośród
ea = 0,01 m.
eo = ee + ea = 0,07 m
es1 = (h/2 - a1) - eo = 0,025 m
es2 = eo + (h/2 - a2) = 0,165 m
Przekrój zbrojenia
As1 = (No⋅es2)/(fyd⋅(ho-a1) = 15,123⋅10-4 m2/m - przyjęto φ16 co 130 mm
As2 = (No⋅es1)/(fyd⋅(ho-a2) = 2,291⋅10-4 m2/m - przyjęto φ16 co 130 mm