Автор: А.В. Федоров (ООО «ИНТРА ПРОЕКТ»)
Опубликовано в журнале Химическая техника №2/2018
Благодаря своей форме, широко распространенной в природе, такое хранилище при сравнительно тонких стенках способно воспринимать весьма значительные нагрузки без каких-либо деформаций и с большим запасом устойчивости. Например, бетонные купольные конструкции по опыту их использования способны устоять перед ураганами,землетрясениями, пожарами и большинством техногенных катастроф. Аэродинамические свойства купола уменьшают сопротивление к ветровому воздействию и спокойно воспринимают скорость ветра в 50 м/с и выше, в то время как для традиционных сооружений ветер скоростью 35…40 м/с уже является критичными может вызвать разрушение конструкции.
Другим неотъемлемым преимуществом сооружения является легкость при операциях погрузки/разгрузки. Погрузка осуществляется сверху через отверстие в куполе, выгрузка – снизу, через туннель в полу, что не позволяет продукту залеживаться. Двери в склад спроектированы так, что позволяют осуществлять доступ в хранилище с любой целью. В большинстве случаев заполнение куполообразного хранилища может быть осуществлено до отверстия в крыше, что увеличивает объем заполнения по сравнению с традиционными хребтовыми хранилищами.Компактность куполообразного хранилища позволяет уменьшить длину подающих конвейеров и упростить их конструкцию по сравнению с конструкцией конвейеров, необходимых для вертикальных бетонных силосных хранилищ. Операции по загрузке и выгрузке со склада автоматизированы,производительность выгрузки может составлять до 1600 т/ч.
Обобщая вышесказанное, можно уверенно утверждать, что хранилища данного типа экономичны, удобны в использовании, чрезвычайно прочны, быстро и легко возводимы. Также их важным преимуществом является то, что монолитный купол использует на 50% меньше энергии для отопления и охлаждения, чем склад, построенный по традиционной технологии.
Технология возведения купольных складов
Купольные сооружения широко используются для хранения любых сыпучих материалов, будь то зерно, сахар, минеральные удобрения, древесные гранулы, уголь, сера или различные концентраты. Такого типа хранилища позволяют обеспечить превосходную сохранность продукта внутри склада: они экономичны, эффективны и способны вместить до 100 000 и более т продукта в одном складе.
В основе процесса строительства купольных сооружений лежат материалы, разработанные во 2-й половине 20-го века: сэндвич из гидроизоляции, термоизоляции, бетон и стальная арматура. Возведение оболочки куполообразного хранилища занимает всего несколько часов, после чего весь процесс строительства продолжается внутри купола, что обеспечивает защиту от атмосферных воздействий. Это позволяет осуществлять строительство при неблагоприятных погодных условиях и способствует более безопасной реализации и быстрому завершению процесса.
В начале строительства подготавливается фундамент, который проектируется в зависимости от назначения склада и вида грунтов либо в виде кольцевой фундаментной ленты, либо в виде сплошной плиты. Благодаря конструктивным особенностями высокой несущей способности, а также армированию кольцевой и радиальнойарматуройобеспечивается высокая надежность фундамента.
На следующем этапе укладывается специальный надувной элемент в виде полусферы из прочной ПВХ-армированной ткани – так называемая аэроформа. Она изготавливается на заводе по размерам и форме, соответствующим будущему сооружению, растягивается на земле и прикрепляется к фундаменту с помощью болтовых соединений.
Далее в аэроформу нагнетается воздух двумя компрессорами (основным и резервным) и создается небольшое избыточное давление 0,6…0,8 кПа. После надувания оболочки все дальнейшее строительство происходит в закрытом пространстве внутри купола.
На внутреннюю поверхность аэроформы наносится слой полиуретановой пены, играющей роль термоизоляционного слоя. На этом этапе в пену также закладываются металлические пластины для последующего крепления к ним арматуры. После затвердевания пенополиуретана начинается процесс «вязки» арматуры: начиная с нижнего уровня, постепенно, ярус за ярусом связываются вертикальная и горизонтальная арматура и прикрепляется к пластинам, вмонтированным в слой пены. Этот процесс довольно кропотливый и трудоемкий, в это время учитываются все технические и эксплуатационные особенности вроде второго и третьего армированного слоя в наиболее нагруженных местах для придания большей прочности зданию.
Завершающим этапом строительства является нанесение торкрет-бетона поярусно снизу вверх из корзины, размещенной на стреле крана и/или погрузчика.После схватывания и отвердевания торкрет-бетон совместно с арматурой образует единый высокопрочный железобетонный каркас сооружения, способный воспринимать расчетные нагрузки с большим запасом прочности и устойчивости, жесткий и несгораемый. Правильно построенные бетонные купола могут поддерживать нагрузки от тяжелых конвейерных галерей без каких-либо внутренних опор. Более того, данные монолитные сооружения способны противостоять ветру силой более 200 км/ч, и землетрясению силой до 8 баллов по шкале Рихтера.
Сроки сооружения купольных складов также являются конкурентным преимуществом. Так, купольный склад вместимостью 35 000 т возводится всего за 12…14 недель. При этом он строится одним подрядчиком, т.е.заказчик имеет одного ответственного за проектирование и строительство.
Эксплуатационные свойства купольных хранилищ
Бетонные склады купольного типа вместимостью до 100 000 т получили широкое распространение в промышленности и сельском хозяйстве, так как они являются эффективной и экономичной альтернативой хребтовым и силосным складам для хранения широкого спектра сыпучих материалов. Они обеспечивают необходимые оптимальные критерии сохранности продукта, стоимости и скорости строительства и при этом занимают мало места.
При хранении сыпучих продуктов (минеральные удобрения, цемент, уголь, сахар, зерновые культуры) в помещении очень важную роль играют параметры окружающего воздуха – температура и влажность.
Основные проблемы, с которыми можно столкнуться при ненадлежащих условиях хранения сыпучих продуктов:
- изменение свойств продукта при воздействии влаги;
- слеживаемость;
- порча продукта вследствие неблагоприятных условий окружающей среды или вредителями;
- сложность организации высококачественной гидро– и термоизоляции хранилища;
- нерациональное заполнение складских площадей;
- неравномерная выгрузка.
В этом и состоят главные задачи для разработчиков – сохранение продукта в течение заданного периода времени и поддержание его качества без изменений, при затратах,меньших или сопоставимых с затратами при стандартных условиях хранения.
Первый монолитный склад купольного типа был возведен в США, в штате Айдахо в 1970 г. для хранения картофеля. С тех пор большая часть куполов строится именно с подобными целями – обеспечение оптимальных условий хранения для минеральных удобрений, зерновых и других сыпучих продуктов. В этом купольные конструкции имеют ряд неоспоримых преимуществ перед другими типами складов:
1. Герметичность,вследствие которой исключен воздухообмен с внешней средой, так как купольные сооружения обеспечивают высококачественную защиту от атмосферных воздействий.С точки зрения защиты от появления конденсата влаги внутри склада бетонные и стальные силосы значительно уступают купольным. По конструкции купольный склад напоминает термос, где верхний слой является гидроизоляцией, средний – теплоизоляцией, а внутренний –несущим. При этом влияние перепадов температуры окружающей среды на внутренний микроклимат склада сведено к минимуму.
2. Термоизоляция, выполненнаяпосредствомнапыленияпенополиуретановой пены, создающей сплошной массив. Вследствие ее низкой теплопроводности в купольном хранилище сохраняется постоянная температура.
3. В отличие от гидроизоляции, применяющейся при обычных строительных работах, качество гидроизоляции куполообразных хранилищ контролируется с самого начала строительства и обеспечивается за счет верхнего слоя – наружной цельной ПВХ-мембраны.
4. Максимальная вместимость при минимальной площади основания.При одинаковом объеме хранения площадь хребтового склада в ~1,8 раз больше купольного.
5. Экономичность. Практика эксплуатации существующих в настоящее время бетонных купольных складов показывает, что затраты на электроэнергию в 2–3 раза меньше, чем при эксплуатации складов традиционных конструкций. В купольных хранилищах на тысячи тонн полностью автоматизированы процессы погрузки/выгрузки, вентиляции, аспирации, что также позволяет экономить на обслуживающем персонале.
Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, что главным преимуществом складов купольного типа является обеспечение наилучшего качества хранения продукта при соизмеримой стоимости строительства и меньших затратах в эксплуатации. Представьте себе склад, который сушит продукты даже в условиях постоянных ураганов или тайфунов. Этому способствует водонепроницаемая наружная мембрана, предотвращая попадание влаги. Непосредственно под этой мембраной находится слой толщиной 5…8 смс полиуретановой пеной, который сводит практически к нулю изменения температурного цикла и устраняет образование конденсата. В результате материалы могут сохранять в течение длительного времени те свойства, с которыми они поступили в хранилище. Именно такое здание представляет собой изолированный бетонный купол.
Компания «ИНТРА ПРОЕКТ» предлагает заказчикам готовые решения по проектированию и строительству «под ключ» купольных складов для самых разнообразных сыпучих продуктов, будь то карбамид, пшеница, сера, цемент, сахар или апатитовый концентрат. Проект реализуется с учетом всех требований заказчика и может быть спроектирован и построен в максимально сжатые сроки и в комплексе со всей необходимой сопутствующей инфраструктурой.
