ДОНЕЦКИЙ ПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ

РУКОВОДСТВО

ПО РАСЧЕТУ БАШЕННЫХ КОПРОВ УГОЛЬНЫХ И РУДНЫХ ШАХТ

МОСКВА 1975

ДОНЕЦКИЙ ПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ

РУКОВОДСТВО

ПО РАСЧЕТУ БАШЕННЫХ КОПРОВ УГОЛЬНЫХ И РУДНЫХ ШАХТ

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

1975

Таблица 3 Расчетные пролеты железобетонных плит и балок

Конструкция Метод расчета по упругой стадии с учетом перераспределений усилий средний пролет к и Плита крайний пролет . , bi + Ьг loi- 2 1 4- bi Балка 6х<0,05 /0и £>2^0,05 Iq j , ^1+^2 1 i~ 2 &1^0,05/оИ 0,05Iq 1,05 /0 Между поддерживающими балками — /0 Между стеной и поддерживающей балкой при бетонировании балок после возведения стен — Между стенами при бетонировании балок после воз-. . bi+bt ведения стен —10 + 2 Между стеной и поддерживающей балкой или между стенами при бетонировании балок в скользящей опалубке — /0

ными опорами; если балки возводятся в скользящей опалубке одновременно со стенами, то опорные моменты следует определять по грани последних; если балки выполняются после бетонирования стен, то по оси последних.

2.13. При расчете балки машинного зала, опирающейся на внутреннюю шахту в одной точке, изгибающий момент в сечении над средней опорой (рис. 2) с учетом податливости несущих стен и шахты надлежит определять по формуле

ю

a)_x, a_x — площадь эпюры изгибающих моментов от внешней нагрузки, действующей на левый шарнирно-опертый пролет балки, и расстояние от центра тяжести этой эпюры до левой опоры; о>₂, Ь_г — площадь и расстояние от центра тяжести эпюры второго пролета до опоры 2;

/?₀, Ri, R₂ — соответственно опорная реакция в левой опоре 0, в средней опоре /ив опоре 2 от внешней нагрузки, действующей на шарнирно-опорные балки.

При вычислении податливости несущих стен в формуле (4) учитываются высоты h и площади поперечного сечения F отдельных частей стен.

При вычислении податливости внутренней шахты (станка) в формулах (5) и (6) учитывают высоты h_x и площади

поперечного сечения F_x отдельных частей станка, а также момент инерции У₀ и площадь поперечного сечения F₀, которые равны сумме моментов инерции и сумме площадей поперечного сечения опорной балки и железобетонных перегородок, опирающихся обеими концами на наружные стены.

Участки перегородок, ослабленные проемами, при определении F₀ и J₀ не учитываются.

Рис. 3. План расположения опор- Поимео 2 1

ных балок под внутренние стены    Определить    изгибающие

моменты в балке машинного зала, изображенной на рис. 4. Балка опирается на наружные стены и диафрагму, передающую давление на внутреннюю шахту. Наружные стены в нижней части на высоте 10 м имеют площадь поперечного сечения 21,6 м², а в верхней части высотой 42 м площадь сечения 14,4 м². Внутренняя шахта имеет площадь поперечного сечения 6 м², высоту 44 м и опирается на фундамент. Размеры диафрагмы: площадь поперечного сечения 5,2 м², высота 8 м. Сечение балки машинного зала 0,8x3 м²,

12

2.15.    Расчетные внутренние усилия в несущих стенах надлежит определять раздельно от следующих видов нагрузок:

а)    постоянных, временных длительно действующих нагрузок и воздействий, а также особых воздействий, связанных с просадкой основания (вследствие его природной просадочности или влияния горных выработок);

б)    временных кратковременных нагрузок и воздействий, а также особых нагрузок (связанных с резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования, в том числе с внезапным защемлением сосуда, обрывом каната) и воздействий (сейсмических воздействий, связанных как с естественной сейсмичностью района, так и с введением взрывных работ в проходимом или реконструируемом стволе).

Полученные раздельно внутренние усилия затем складываются.

2.16.    Расчетные усилия рекомендуется определять в нескольких горизонтальных сечениях по высоте копра. Следует выбирать самые нагруженные и самые ослабленные сечения, а также сечения в местах изменения толщины стены, например:

а)    сечение над фундаментной плитой или лентой, или, при наличии примыкающих вентиляционных каналов — над низом проема в месте их примыкания;

б)    сечение над низом проема для заводки сосудов;

в)    сечение над верхом этого проема;

г)    еще 2—3 сечения через 10 м по высоте копра.

2.17.    Нормальные внутренние усилия в поперечных сечениях несущих стен от внецентренно приложенных вертикальных нагрузок следует определять по формуле

N_z(x, у) = Ь(х, у)    + -—f/+— *)>    (¹³)

гдеЛ^(х, у) — нормальное, усилие в точке сечения с координатами х, у;

Р — суммарная продольная сила в рассматриваемом сеченищ

М_х, М_у — изгибающие моменты в рассматриваемом сечении от внецентренного приложения вертикальной нагрузки относительно осей х, у;

17

J_xy Jy — моменты инерции относительно осей х, у\ x_t у, — расстояния от осей х и у до волокна, в котором определяются внутренние усилия;

F — площадь рассматриваемого поперечного сечения;

6(х, у) — толщина стены в точке рассматриваемого сечения с координатами х, у.

2.18. Момент вертикальных нагрузок следует определять с учетом изменения их эксцентриситета из-за крена копра, происходящего как вследствие просадки грунта (естественной и вызванной горными подработками), так и деформации основания под нагрузкой. Изменение эксцентриситета (t-й вертикальной нагрузки относительно центра тяжести рассчитываемого /-го сечения от крена) следует определять по формуле

^eij — Vh — hj) (*п + Ф)»    (И)

где h_i9hj — высота точки приложения i-й нагрузки и высота рассчитываемого /-го сечения над подошвой фундамента;

in — прогнозируемый наклон свободной земной поверхности в месте расположения копра вследствие горных подработок;

<р — дополнительный крен копра вследствие податливости основания под нагрузкой.

2.19. При линейной зависимости между моментом, передаваемым на основание, и креном сооружения крен может быть найден по формуле

м₀

—2N_thi

Ф1 т

где М₀ = /И^г + 2МДе₀г + i_ah_t) —начальный момент нагрузок до деформации основания;

М^г — момент горизонтальных нагрузок;

N_t — i-я вертикальная нагрузка; e_oi — ее эксцентриситет относительно центра тяжести площади подошвы фундамента до крена;

— крен копра от момента М₀ = 1, определяемый в соответствии с указаниями настоящего Руководства (п. 3.11).

2.20.    Нормальные внутренние усилия в поперечных сечениях несущих стен от горизонтальных нагрузок следует определять по формуле

м

N_z(x, у) = 8 {х, у) —— у,    (16)

J X

где использованы обозначения п. 2.17*

Для башенных копров без внутренних стен значения нормальных внутренних усилий, найденные по формуле (16), на участке протяженностью I (где I — длина стены, перпендикулярной плоскости изгиба) от опорного сечения следует умножать на коэффициент 1,2.

2.21.    Расчет нормальных внутренних усилий в поперечных сечениях несущих стен рекомендуется выполнять при помощи расчетных бланков № 1,2, 3 (табл. 4, 5, 6).

Таблица 4 Расчетный бланк № 1 определения моментов нагрузок относительно исходных осей

Отметка и № нагрузки Величина нагрузок, Р Координаты нагрузок Рх РУ X У

Примечание. Координаты нагрузок вводятся с поправками, определенными по формуле (14).

В бланк № 1 вносятся величины вертикальных постоянных и временных нагрузок и координаты их в произвольной системе координат и вычисляются моменты этих нагрузок относительно осей этой системы. При заполнении бланка № 1 следует пользоваться рис. 6 и 7.

Определение изгибающих моментов в принятых горизонтальных (поперечных) сечениях от ветровой нагрузки рекомендуется производить при помощи расчетного бланка № 2. Сюда заносятся данные о габаритах сооружения в плане и по высоте и ветровой напор в уровне земли.

Определение вертикальных нормальных усилий рекомендуется выполнять в расчетном бланке № 3.

Сюда заносятся для каждого принятого сечения его геометрические характеристики, суммы вышележащих вертикальных нагрузок и их моментов относительно осей принятой системы координат и моменты ветровых нагрузок,

19

Руководство по расчету башенных копров угольных и рудных шахт. М., Стройиздат, 1975, 140 с. (Донецкий Пром-стройниипроект).

Настоящее Руководство составлено на основе действующих нормативных документов по расчету строительных конструкций и результатов научно-исследовательских работ, выполненных в Донецком Промстройниипроекте и Донецком политехническом институте.

Руководство содержит основные положения расчета строительных конструкций и оснований башенных копров и материалы, связанные с их спецификой.

Руководство разработано Донецким Промстройниипроек-том Госстроя СССР (кандидаты техн. наук В. Е. Андреев, В. М. Левин, В. Р. Шнеер, А. С. Поверский, И. И. Михеев, инженеры В. Д. Передерей, И. Я. Нежурко, В. М. Копылов, В. Е. Жигарев, Р. Е. Щербаковский, Д. С. Ермак) при участии Донецкого политехнического института МВ и ССО УССР (канд. техн. наук, доцент В. Ф. Грибиниченко) и Макеевского инженерно-строительного института МВ и ССО^УССР (канд. техн. наук, доцент Ю. М. Гусев).

Руководство предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Табл. 33, ил. 44.

Р 04 7(01)—75— Инструкт.-нормат.—2 вып.—17—76

© Стройиздат, 1975

Расчетный бланк № 2

определения моментов в горизонтальных (поперечных) сечениях от ветровой нагрузки

Высота зоны над уровнем земли	к	т	1	H-fim	f	<п	Я1 АЛ*	Qlbbih 1	<n&hili2
1	2	3	4	5	6	7	8 :	9	10	11
								Л*2 = = HqiAhiln	м2= — 2^АЛ;/,*2	м3=

Примечания: 1. Величины k, т, £ определяются для различных зон копра по главе СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия».

2.    f = k$ = k (1 +1т).

3.    qt = Af_t A = nqic В — постоянная для данного копра; п, qo, с—по указанной главе СНиП;

В—ширина копра в направлении, перпендикулярном направлению ветра

4.    A hi—высота i~ й зоны, —расстояние от середины i-й зоны до /-го рассчитываемого сечения.

5.    Разбивку на зоны принимать в соответствии с указанной главой СНиП.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящее Руководство содержит материалы по расчету строительных конструкций и оснований башенных копров угольных и горнорудных шахт.

1.2.    Расчет строительных конструкций и оснований следует производить в соответствии с действующими главами СНиП и другими нормативными документами.

2. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ БАШЕННЫХ КОПРОВ

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Общие указания

2.1. Расчет башни и ее элементов следует производить по следующим предельным состояниям:

а)    для всей башни — первое предельное состояние (устойчивость положения против опрокидывания и скольжения по грунту под влиянием расчетных горизонтальных и вертикальных статических и динамических нагрузок, с учетом деформации грунта в результате воздействий усилий от башни, рядом расположенных сооружений, влияния горных выработок) и второе предельное состояние (достижение осадкой основания и креном башни предельных значений);

б)    для несущих стен и каркасов — первое предельное состояние (прочность, устойчивость формы и выносливость);

в)    для перекрытий и покрытий — первое предельное состояние (прочность, выносливость) и второе предельное состояние (статические и динамические деформации и перемещения);

г)    для основания башни — первое предельное состояние (выпучивание грунта и разрушение шейки ствола) и второе предельное состояние (достижение осадкой и креном башни предельных значений). Для определения предельного состояния следует учитывать совместное действие силовых факторов на поверхности земли и влияние горных выработок (в самом невыгодном сочетании);

д)    для внутренней шахты башни — первое предельное состояние (прочность), для герметических станков — первое

3

(прочность) и второе (трещиностойкость) предельные состояния.

2.2. Для расчета несущих конструкций копра необходимы следующие данные:

а)    инженерно-геологическое заключение, согласно «Инструкции по инженерным изысканиям для промышленного строительства» (СН 225-62). Программа на производство инженерно-геологических изысканий должна дополнительно предусматривать:

проведение изысканий после проходки (любым способом) устья ствола и отрывки котлована под фундамент; если проектированию копра предшествует проходка ствола, изыскательские работы проводятся один раз после проходки устья ствола;

отбор образцов грунта, взятых с контакта крепь-породы, для лабораторных исследований в количестве, достаточном для статистического обобщения;

б)    коэффициент бокового давления грунта (для расчета крепи шейки ствола);

в)    возможные осадки, а также крен копра вследствие неравномерного сжатия и нарушения структурного строения грунтов основания в результате проходки ствола, подработок и др.;

г)    генеральный план поверхности угольного или горнорудного предприятия;

д)    данные о сечении ствола;

е)    схема подъема;

ж)    технологические чертежи (планы и разрезы); спецификация оборудования; данные о подъемно-транспортном оборудовании и оборудовании для заводки и смены сосудов, навески и смены канатов, о месте приложения, направлении, величинах и характеристиках нагрузок (длительно действующие, кратковременные, статические, динамические);

и)    характеристика динамического оборудования (в объеме, обусловленном соответствующими нормативными документами и требованиями раздела, приведенного ниже);

к)    нагрузка от примыкающих зданий и сооружений;

л)    дополнительные данные, по подпунктам «д», «е», «ж» и «и» для оборудования проходки (при использовании копра или его части для проходки или углубления ствола) и монтажа оборудования (величины и места приложения нагрузок при производстве строительно-монтажных работ);

м)    при строительстве копра в особых условиях (наличие

4

подработки, вечной мерзлоты, сейсмический район и т. п.) — дополнительные данные согласно соответствующих глав СНиП;

н)    район строительства;

о)    схемы расположения оборудования на перекрытиях и других элементах копра с указанием характера нагрузки (статическая, динамическая), величины, места приложения и рода (сосредоточенная, распределенная, моментная);

п)    задание на устройство подкрановых путей;

р)    схемы емкостей и объемные веса заполняющих их сыпучих;

с)    величины депрессии и компрессии в помещениях копра, связанные с шахтной вентиляцией при прямой и реверсивной работе шахтных вентиляторных установок, и схемы герметизации помещений копра;

т)    конструктивная схема копра, для копров с несущими стенами — со схемами проемов в последних.

Исходя из района строительства производится определение снеговых и ветровых нагрузок, температурно-влажностных и сейсмических воздействий.

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.3.    Классификация нагрузок и коэффициенты перегрузки приведены в табл. 1.

2.4.    Величины нагрузок и коэффициенты перегрузки (кроме указанных в табл. 1) должны определяться по главе СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия».

Таблица 1 Классификация нагрузок и коэффициенты перегрузки

Вид нагрузки Нагрузки Коэффициент перегрузки Я Я Собственный вес строительных конструкций 1,1 « к Q Вес утеплителя и засыпок ........ 1,2 н о Вес и давление грунтов .......... 1,2 с

5

Продолжение табл. I

Вид нагрузки Нагрузки Коэффициент перегрузки Вес стационарного технологического оборудования: а) собственный вес стационарного технологического оборудования (многоканатные подъемные машины, редукторы, электромоторы, насосы, грохоты, отклоняющие шкивы, жесткие и гибкие проводники, амортизаторы и т. п) . 1,2 б) вес заполнения оборудования и емкостей полезным ископаемым............ 1,2 О) Э Рабочие усилия в подъемных канатах (вес канатов, подъемных сосудов, прицепных устройств и материалов в подъемном сосуде) . . 1,2 «Q Ч Ф н Рабочие усилия в канатах проводников . . . 1,2 ЕЙ § Давление, вызванное депрессией или комп си 3 ЕС рессией .................. 1,2 ЕЙ Ф а Воздействия осадок основания от рядом рас ф а« PQ положенных зданий и сооружений...... 1,0 Распределенная нагрузка при хранении материалов, деталей и т. п........... 1,3 Нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, в том числе усилия в канатах (сбегающая и набегающая ветвь) при предохранительном торможении всех подъемных машин................. 1.0 Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, используемого при строительстве и эксплуатации (монтаж оборудования, его смена и ремонт, откатка) . . . 1.2

Продолжение табл. /

Вид нагрузки На грузки Коэффициент пе регрузки Нагрузки, возникающие при использовании постоянного копра для проходки ствола . . . 1,2 Распределенная полезная нагрузка на пло- ф I К щадях, не занятых оборудованием (вес людей, деталей, ремонтных материалов в зонах обслуживания оборудования)......... 1.3 3 Ф Нагрузки, возникающие при перевозке, пе- о. ю рестановке и монтаже оборудования, а также w н строительных конструкций, складываемых ма" я а. териалов и изделий при реконструкции или Ы строительстве................ 1,2 Температурные, климатические воздействия 1.0 Снеговые нагрузки ............ 1.4 Ветровые » ............ 1.3 Нагрузки от гололеда........... 1,3 Нагрузки от посадки к лети на кулаки . . . 1,2 Усилия в подъемных канатах при защемле нии сосуда в стволе ............. 1.0 Усилия в подъемных канатах при пере- ф 2 подъеме ................... 1,2 \о о Сейсмические воздействия......... 1,0 3 Влияние взрывных работ в зоне соору жения ................... 1,0 Нагрузки от неравномерной осадки грунтов основания .................. 1,0

Примечание, Нагрузки от сооружений, опирающихся на башенный копер, обусловленные действием на них постоянных, временных, длительных, кратковременных и особых нагрузок, принимаются из расчета этих сооружений.

2.5. Расчет конструкций башенных копров и их элементов, а также оснований следует производить с учетом неблагоприятных комбинаций нагрузок в следующих сочетаниях: а) основные сочетания, составляемые из постоянных, временных длительных и кратковременных нагрузок и воздействий;

7

б) особые сочетания, составляемые из постоянных, временных длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.

При этом при расчете прочности и устойчивости конструкций и оснований на основные сочетания нагрузок и воздействий расчетные величины кратковременных нагрузок и воздействий или соответствующих им усилий (напряжений) в конструкции или основании следует умножать на коэффициенты, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Коэффициенты сочетания нагрузок

Число одновременно учитываемых кратковременных нагрузок

Одна.....

Две-три .... Четыре и более

При расчете прочности и устойчивости конструкций и оснований на особые сочетания нагрузок и воздействий расчетные величины кратковременных нагрузок (за исключением ветровой) следует умножить на коэффициент 0,8. Расчетную величину ветровой нагрузки разрешается принимать с коэффициентом сочетания 0,5.

2.6. Нагрузки от подвижного состава узкой колеи (откатка) следует учитывать при рабочем (снаряженном) его состоянии с коэффициентом перегрузки 1,3 и условным коэффициентом динамичности 1,25.

РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ

2.7. Для башенных копров с каркасом и навесными панелями стен принимают следующие расчетные схемы:

а)    для каркаса без связей — рамная, со связями — рам-но-связевая;

б)    для стен (в зависимости от конструкции закрепления панели) — косоизгибаемый стержень или, в своей плоскости, изгибаемый стержень, а из плоскости — плита, опертая по трем сторонам;

8

в) для перекрытий — однопролетные и многопролетные балочные плиты и балки; плиты, опертые по контуру.

2.8. Для башенных копров с несущими стенами принимают следующие расчетные схемы:

а)    для стен — консольный сжато-изогнутый стержень (при расчете общего распределения усилий вне мест приложения местных нагрузок) и упрощенная модель складки (при расчете распределения усилий в зонах приложения местных нагрузок); материал стен при расчете внутренних усилий от кратковременных нагрузок принимается упругим, при расчете на длительные силовые и температурно-влажностные воздействия: бетон — упруго-ползучее тело, арматура — упругая;

б)    для перекрытия — согласно п. 2.7.

РАСЧЕТ ПЕРЕКРЫТИЙ

2.9.    Плиты перекрытий рассчитываются аналогично расчету плит перекрытий многоэтажных промышленных зданий согласно общепринятой методике.

Для неразрезных многопролетных плит и балок, если они не несут динамическую нагрузку, допускается определять изгибающие моменты и поперечные силы с учетом пластического перераспределения в соответствии с действующими нормами.

Плиты с отношением большей стороны к меньшей менее чем 2:1 должны рассчитываться как опертые по контуру, разрезные или неразрезные, в соответствии со схемой перекрытий.

Для перекрытий, разделяющих помещения с различным давлением воздуха (когда одно из помещений сообщается с шахтной вентиляционной сетью, а второе — с атмосферой), в нагрузку должен быть включен перепад давлений.

2.10.    Расчетные пролеты железобетонных плит и балок должны определяться по табл. 3 и рис. 1.

2.11.    Опорные моменты в плитах должны определяться по граням поддерживающих балок, являющихся промежуточными опорами; стены могут служить только крайними шарнирными опорами.

2.12.    Опорные моменты в балках должны определяться по граням поддерживающих балок, являющихся промежуточными опорами; стены также могут служить промежуточ-

9