Башня для котельной в г.Шимкент на территории животноводческого комплекса.

Описание

Где-то в Казахстане, в славном городе Шымкент, на территории птицекомплекса в с. Бадам, замерла жизнь. Осень, степь, желтая трава и пронзительно серое небо. На фоне серых сендвич-панелей комбикормового завода одинокий работник в 12 часов дня грустно пинает свежезалитый фундамент. Фундамент есть, дымовые трубы куплены, а башни, которая должны их держать — нет. Их не просто забыли, их «тупо не сделали», потому что проект на бумаге не сошелся с реальностью.

Бюджет — спартанский (всего 750 000 тенге), рынок металла в регионе капризный (берем то, что есть на складе), а ТЗ суровое: 8 баллов сейсмики. Шымкент — это не только тепло, но и внезапная тряска. Если башню собрать «на глаз», при первом же подземном толчке она превратит котельную в груду металлолома. Клиент понял: нужен не просто сварщик, а инженер со знанием FEM-анализа, который докажет, что конструкция выстоит, когда земля уйдет из-под ног.

Решение

Первым делом мы взяли прайс-лист местной металлобазы — наш единственный источник «деталей конструктора». На основе наличия был выбран суровый профиль: квадратная труба 80х80х6 для основных стоек и 50х50х6 для раскосов. Сначала хотели сэкономить и взять раскосы «троечку» (3 мм), но расчеты по СП 16.13330.2017 (Приложение Д) быстро остудили пыл: в сейсмике 8 баллов такая «фольга» просто схлопнется из-за потери местной устойчивости.

Когда модель была готова, выяснился классический строительный сюрприз: залитый фундамент оказался уже, чем предполагалось в старых чертежах. Пришлось на ходу «ушивать» мачту с 860 мм до 750 мм. Сужение базы мгновенно задрало нагрузки на анкеры и стойки. Пришлось пересчитать всё заново, прогнав модель через сито конечных элементов (FEM), где проверили каждый болт М27 на фланцевом стыке и каждый анкер М30.

Итог: по прочности прошли с коэффициентом использования всего 16-23%. Запас такой, что на эту башню можно повесить еще пару труб, и она даже не заметит.

Результат

В ходе реализации проекта была разработана рабочая документация (раздел КМ) и выполнен поверочный расчет опорной мачты высотой 12,3 метра для дымовых труб в сейсмически активном районе (г. Шымкент, 8 баллов).

Ключевые этапы и достижения: Адаптация под условия площадки: В связи с несоответствием фактических геометрических параметров фундамента проектным данным, база мачты была оперативно пересчитана и сужена с 860 мм до 750 мм. Это потребовало полного пересмотра расчетной схемы из-за изменения плеча усилий и увеличения нагрузок на стойки и анкерные группы.

Верификация методом конечных элементов (FEM): Проведена комплексная проверка напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции. Расчеты подтвердили, что при использовании основного профиля 80×80×6 мм для поясов и 50×50×6 мм для раскосов, коэффициент использования сечений по прочности не превышает 23%, что обеспечивает необходимый запас надежности для сейсмических воздействий.

Нормативное обоснование сечений: Был проведен сравнительный анализ возможности оптимизации веса конструкции. На основе требований СП 16.13330.2017 (Приложение Д, Таблица Д.1) расчетом доказана недопустимость перехода на профиль с толщиной стенки 3 мм. Было установлено, что отношение ширины стенки к толщине (b/t) для 3 мм профиля составляет 14,67, что превышает нормативный предел 12,6, установленный для предотвращения местной потери устойчивости в сейсмических районах.

Узлы и соединения: Рассчитаны и законструированы фланцевые монтажные стыки на болтах М27 и анкерные крепления к фундаменту (М30 с глубиной заделки 750 мм). Расчет подтвердил полную безопасность конструкции при опрокидывающем моменте 6.0 тс·м. при возможности транспортировки части и сборке на объекте.

Несколько ночей было проведено внутри FEM-симулятора. Я и мой чертежник, превозмогали невероятное желание сначала бросить проект, а потом разговаривать в стиле Бората Сагдиева и восклицать «Нравится!» (It’s nice!) при виде удачного распределения напряжений. Слишком долго я и мой чертежник Никито (он номер два умный парень в весь область, после мой брат Било и после мой дядя, который изобрести новый способ доить кобыла) сидеть внутри большой компьютер FEM-симулятор. Мы смотреть на красивый цветной напряжение, и внутри душа очень хотеть кричать «ИТС НАЙС! ВЭРИ НАЙС!», но мы держать себя в руки, как настоящий мужчина, и делать проект.
Потом как бы мы пойти на большой базар покупать металл. Там лежать много-много труба 80х80 и 50х50, очень блестящий! Никито сказать: «Давай брать тонкий-толстый 3 мм, будет дешево, ещё на кумыс хватит, и на новый шапка для моя сестра!» Я как закричать: «НИЧЕГО ПОДОБНОГО! ТЫ ЧТО, СОВСЕМ С УМА СОШЁЛ? ХОЧЕШЬ ЧТОБЫ ПРИ ПЕРВЫЙ ТРЯСИ-ТРЯСИ ВСЯ БАШНЯ СЛОЖИЛАСЬ, КАК ШЕЯ ОЧЕНЬ ГЛУПОЙ КУРИЦЫ, КОТОРАЯ НЕ УМЕЕТ БЕГАТЬ?!»
Мы открыть великий священный книга СП 16.13330.2017, Приложение Д — там всё написано большой буква: если в сейсмика b/t больше чем 12.6, то ты не инженер, ты глупый-глупый цыган! У 3 мм это число 14.67 — ой-ой-ой, большой беда! Мы взять толстый металл 6 мм и 4 мм, крепкий, как любовь к моей мама. Засунуть всё в компьютер FEM — напряжение только 55 МПа, а предел 240! Запас такой большой, а! Никто не брить налысо за ошибка! Никто не убирать за конь-жена! Никто не чистить туалет на объект! Мои лобки в полный безопасность!
Мы закончить проект. Мы чистый перед перед заказчик и перед мама. Мы поднять большой стакан квасо-кумыс, чокнуться и крикнуть все вместе:

— ОЧЕНЬ НАРРАВИЦЦА!

Внимание: В презентации некоторые изображения - не настоящие. Возможно, сделано нейросетью.

Работа выполнена в соавторстве

Чертежную работу выполнял Мошкин Никита Львович.

Презентация проекта