Как проектируются и строятся железобетонные силосы большой вместимости?

Силос — это не просто большой железобетонный резервуар, в который загружается материал. Вес и характер течения хранимого продукта могут создавать очень высокие горизонтальные усилия на стенах силоса. Во время загрузки и выгрузки направление и распределение этих усилий также могут изменяться.

По этой причине при строительстве силоса важны не только вместимость хранения, но и свойства продукта, система выгрузки, конструкция стен, схема армирования и метод строительства. Особенно в высоких и крупнодиаметральных силосах железобетонный проект и применение скользящей опалубки должны рассматриваться совместно.

Правильно спроектированный и качественно выполненный железобетонный силос обеспечивает длительный срок эксплуатации, низкую потребность в обслуживании и высокую вместимость хранения. Последствия ошибочного исполнения могут не ограничиться только железобетонной конструкцией; они могут напрямую повлиять на производственную линию и работу завода.

Какие нагрузки воспринимают стены силоса?

Материал внутри силоса не является жидкостью. Поэтому давление на стены нельзя определить простым гидростатическим расчетом, исходя только из высоты заполнения.

Удельный вес, зерновая структура, влажность, трение о стену и характер течения цемента, сырьевой муки, клинкера, золы-уноса, гипса, зерна или угля различаются между собой. Давление, возникающее при загрузке, также может отличаться от давления при выгрузке.

Особенно при эксцентричной выгрузке или неравномерном течении на одной стороне силоса могут возникать более высокие усилия, чем на другой. Сводообразование материала внутри и его последующее внезапное движение также могут создавать дополнительные воздействия на конструкцию.

Поэтому при проектировании силоса рассматриваются не только состояния «силос заполнен» и «силос пуст». Совместно оцениваются загрузка, выгрузка, различные режимы течения, температура, сейсмические и ветровые воздействия.

В многокамерных силосах особое значение приобретают такие схемы нагружения, как ситуация, когда одна соседняя ячейка заполнена, а другая пуста. Внутренние стенки, разделяющие ячейки, должны надежно воспринимать эти перепады давления.

Как хранимый материал влияет на проектирование силоса?

Первый фактор, определяющий форму силоса, — это то, что именно будет храниться внутри.

Силосы для сырьевой муки обычно представляют собой более узкие и высокие сооружения. Потребность в гомогенизации, система аэрации и геометрия внутреннего бункера становятся определяющими в проектировании конструкции.

Силосы для клинкера, напротив, могут строиться очень большого диаметра, поскольку способны достигать очень большой вместимости. В проектах, где диаметр достигает 60–70 metre, необходимо комплексно решать вопросы усилий в стенах, системы преднапряжения, большепролетной кровли, разгрузочных галерей и строительной логистики.

Если в силосах для цемента, золы-уноса и гипса на первый план выходят течение материала, герметичность и контроль пыли, то в зерновых силосах важное значение приобретают другие эксплуатационные условия, такие как влажность, аэрация, гигиена и взрывобезопасность.

На некоторых предприятиях вместо одного большого объема предпочитают многокамерный силос. Таким образом, разные продукты или разные партии одного и того же продукта могут храниться в отдельных отсеках внутри одной конструктивной оболочки.

Почему для больших вместимостей выделяется железобетонный силос?

Не существует единого предела вместимости, подходящего для любой потребности хранения. Однако по мере увеличения вместимости, диаметра и высоты железобетонные силосы становятся более сильным вариантом с технической и экономической точек зрения.

Основные преимущества железобетонных силосов заключаются в следующем:

• Они образуют прочную и жесткую оболочку, устойчивую к высоким горизонтальным давлениям.
• Они могут быть адаптированы к большим диаметрам и вместимостям.
• Они устойчивы к пожару и воздействиям внешней среды.
• При правильном подборе бетона, защитного слоя, конструктивных деталей и регулярном обслуживании они обеспечивают длительный срок эксплуатации и низкую стоимость жизненного цикла.
• Они позволяют реализовывать многокамерные или специальные по геометрии решения для хранения.

Чтобы получить эти преимущества, необходимо правильно решить вопросы контроля трещинообразования железобетонной оболочки, непрерывности армирования и деталей швов; необходимые защитные покрытия должны определяться в зависимости от условий проекта.

Горизонтальное давление воспринимается арматурой или преднапряжением?

Когда круглый силос заполняется, горизонтальное давление материала создает в стене силоса кольцевые растягивающие усилия. Говоря проще, конструкция стремится расшириться под действием внутреннего давления.

В традиционном железобетонном проектировании эти усилия могут восприниматься плотным горизонтальным армированием. По мере увеличения диаметра силоса и давления, создаваемого хранимым материалом, возрастает и необходимое количество арматуры. Необходимо не только рассчитать арматуру, но и обеспечить возможность ее укладки на платформе скользящей опалубки в правильной последовательности и с правильными деталями нахлеста.

В силосах большого диаметра и большой вместимости эффективным решением может быть и преднапряжение. Канаты преднапряжения заранее создают в стене силоса кольцевое сжатие. Таким образом, уравновешивается растягивающее воздействие от хранимого материала, улучшается контроль трещинообразования, а потребность в традиционном армировании может быть оптимизирована.

Не каждый силос обязательно должен быть преднапряженным. Решение должно приниматься по результатам оценки диаметра, усилий в стенах, пролетов, предельных значений трещин и экономического сравнения.

Как совместно применяются преднапряжение и скользящая опалубка?

Преднапряжение — это не отдельная операция, добавляемая к конструкции после завершения скользящей опалубки. Важная часть системы подготавливается вместе с железобетонной оболочкой по мере подъема скользящей опалубки.

Каналы для канатов, зоны анкеровки, анкерные плиты, закладные детали и опорные элементы преднапряжения могут формироваться в ходе работы скользящей опалубки. В зависимости от используемой системы установка канатов может выполняться либо в процессе продолжения скольжения опалубки, либо после завершения оболочки.

Натяжение выполняется после того, как бетон достигнет требуемой прочности. Усилия натяжения и удлинения канатов измеряются и сравниваются с проектными значениями; затем выполняются необходимые инъекционные и защитные работы.

SİBA имеет опыт в совместном планировании и выполнении работ по скользящей опалубке и преднапряжению. Здесь успех зависит не столько от отдельного знания двух систем, сколько от способности выполнять их совместно в правильной последовательности и с высокой точностью.

Можно ли изменять толщину стен силоса?

В силосах основная оболочка хранения чаще всего имеет постоянный диаметр, и толщина стены на протяжении большого участка остается неизменной. Однако из-за уровня бункера, больших проемов или высоких местных усилий в нижней части может потребоваться более толстая стена.

В этом случае систему скользящей опалубки можно сузить на заданной отметке, чтобы перейти к более тонкой основной оболочке. В зависимости от проекта возможно в течение нескольких дней перейти от нижней стены на уровне 80–100 santimetre к толщине основной оболочки в диапазоне 30–50 santimetre.

Как достигается скорость при повторяющихся силосах?

Расположенные рядом или повторяющиеся в пределах одного предприятия силосы относятся к тем видам работ, где скользящая опалубка особенно эффективна.

Если на проект выделено достаточное количество систем скользящей опалубки, гидравлического оборудования и опытных бригад, разные группы силосов могут возводиться в близкие сроки или одновременно. Таким образом, производственная программа не зависит от демонтажа одного комплекта опалубки и его последовательного переноса на другие силосы.

Одним из наглядных примеров такого подхода является проект Adoçim Samsun Liman Siloları, реализованный SİBA. В проекте, включавшем четыре железобетонных силоса диаметром 20 metre и высотой 45 metre каждый, одновременно использовались три комплекта скользящей опалубки, и оболочки силосов поднимались параллельно.

Широкий парк оборудования для скользящей опалубки SİBA позволяет компании задействовать несколько систем в один и тот же период в проектах повторяющихся или многокамерных силосов. Однако скорость зависит не только от количества оборудования; необходимо совместно управлять производительностью опалубки, опытностью бригад, подготовкой арматуры, производством бетона, планом работы крана, сменной организацией и резервным оборудованием. Таким образом, график проекта может строиться не по циклу перемещения одного комплекта опалубки, а в соответствии с целевым сроком сдачи.

Клинкерный силос Baştaş: железобетонная оболочка диаметром 67,8 metre

Клинкерный силос Baştaş, реализованный SİBA для цементного завода Vicat Baştaş в Анкаре, имеет вместимость 150.000 ton и диаметр 67,8 metre.

Ключевая особенность проекта — очень большой диаметр силоса. Подъем скользящей опалубкой железобетонной оболочки диаметром около 68 metre требует высокой производительности опалубки, непрерывной организации бетонных и арматурных работ, а также точного контроля отметок.

Этот проект является одним из важных референсов SİBA, показывающих, что скользящая опалубка является эффективным решением не только для высоких сооружений, но и для силосов очень большого диаметра и большой вместимости.

Norm Cement Баку: шестикамерный многокамерный силос вместимостью 14.500 m³

Проект многокамерного силоса Norm Cement Баку, реализованный SİBA в Азербайджане, имеет вместимость 14.500 m³ и шесть независимых ячеек.

В проекте после завершения уровня бункера внутренние стенки ячеек и наружные стены силоса поднимались совместно в рамках одной операции скользящей опалубки. Таким образом, большая железобетонная оболочка, образующая шесть отдельных камер хранения, была завершена в рамках одной производственной схемы.

В таких многокамерных сооружениях одновременное возведение внутренних и наружных стен требует крупногабаритной системы скользящей опалубки, правильного распределения гидравлической нагрузки и непрерывной организации арматурных работ.

Качество выполнения работ напрямую влияет на эксплуатацию завода

Отсутствующая или дефектная арматура в оболочке силоса, неправильный нахлест, недостаточный защитный слой, плохая поверхность бетона или неправильно расположенная закладная деталь могут привести к серьезным проблемам после ввода сооружения в эксплуатацию.

Под высоким горизонтальным давлением трещины могут увеличиваться, герметичность может нарушаться, а защита арматуры от коррозии может ослабевать. Деформации, влияющие на схему выгрузки, или проблемы в соединениях бункера также могут нарушить работу предприятия.

Для выполнения капитального ремонта в большом силосе зачастую требуется выгрузить продукт и остановить соответствующую производственную линию. В этом случае затраты могут выйти далеко за рамки стоимости ремонта железобетона и превратиться в производственные потери завода.

Основная ценность состоит не в том, чтобы искать решение после возникновения проблемы, а в том, чтобы предотвратить ее появление за счет правильного проекта и качественного выполнения.

Поэтому проект силоса должен выполняться опытными командами, которые комплексно понимают железобетонное проектирование, течение материала, скользящую опалубку, армирование и, при необходимости, систему преднапряжения.

Часто задаваемые вопросы

Почему в стенах силоса используется большое количество арматуры?

Горизонтальное давление хранимого материала создает в стенах круглого силоса большие кольцевые растягивающие усилия. Эти усилия воспринимаются горизонтальной арматурой, преднапряжением или совместным применением обеих систем.

Нужно ли каждый большой силос выполнять с преднапряжением?

Нет. Решение о преднапряжении принимается в зависимости от диаметра силоса, нагрузки хранения, пролетов, требований по контролю трещин и экономического сравнения. В силосах большого диаметра и большой вместимости оно может давать существенные преимущества.

Каких размеров могут быть железобетонные силосы?

Железобетонные силосы могут выполняться, в зависимости от проекта, диаметром примерно от 6–8 metre до 80–100 metre. Их высота может начинаться от 15–20 metre и достигать 100 metre, а иногда и более высоких значений.

Какие продукты могут храниться в железобетонных силосах?

Железобетонные силосы могут использоваться для хранения цемента, сырьевой муки, клинкера, золы-уноса, гипса, зерна, угля, удобрений и подобных сыпучих материалов. Геометрия силоса и его внутренние системы определяются в зависимости от свойств хранимого продукта.

Можно ли изменять толщину стен силоса во время работы скользящей опалубки?

Да. Систему опалубки можно сузить на определенной отметке, чтобы в течение нескольких дней перейти от более толстой нижней части к более тонкой основной оболочке силоса.