โครงสร้างถังเก็บวัสดุ (Bin structures)

เป็นโครงสร้ำงสำหรับใช้เก็บวัสดุต่ำงๆ ทั้งวัสดุที่มีลักษณะเป็นเม็ด เช่น เม็ดธัญพืช ถ่ำนหิน แร่ต่ำงๆ หรือที่เป็นเม็ดละเอียด เช่น แป้ง ผงปูนซีเมนต์ อีกทั้งยังสำมำรถใช้เก็บของเหลว เช่น น้ำหรือน้ำมัน และสำมำรถทำเป็นถังเก็บก๊ำซได้ โครงสร้ำงลักษณะนี้สำมำรถทำได้ทั้งเป็นโครงสร้ำงที่มีผังเป็นรูปกลม และสี่เหลี่ยม หรือเป็นรูปหลำยเหลี่ยม โดยทั่วไปถ้ำโครงสร้ำงถังมีขนำดควำมจุไม่มำก นิยมใช้เป็นโครงสร้ำงเหล็ก ในกรณีที่ต้องกำรควำมจุมำกหรือถังมีขนำดใหญ่ นิยมใช้เป็นคอนกรีตเสริมเหล็กหรือ คอนกรีตอัดแรง (เฉพำะที่มีผังเป็นรูปกลม)

ส่วนประกอบของถังบำงส่วนอำจจะตัดทิ้งไป โดยขึ้นอยู่กับลักษณะกำรใช้งำน เช่น อำจจะไม่จำเป็นต้องมีหลังคำ หรือใช้หลังคำเป็นโครงสร้ำงหลังคำเหล็กหรือโครง Truss หรือถ้ำเป็นถังเก็บของเหลวหรือก๊ำซ ส่วนใหญ่จะไม่มี Hopper หรือเป็นฐำนแบนเพรำะโครงสร้ำง Hopper เตรียมไว้สำหรับลำเลียงวัสดุที่เป็นเม็ดหรือผงออกจำกถัง

ในการออกแบบโครงสร้างถัง ส่วนที่สาคัญคือ การคานวณหาแรงกระทากับผนังเนื่องจากวัสดุที่เก็บอยู่ภายใน โดยมีปัจจัยที่มีผลต่อการคานวณแรงดังกล่าวดังนี้

1. ประเภทของโครงสร้างถัง

2. ชนิดของวัสดุที่บรรจุ

3. รูปแบบการเติมวัสดุเข้าหรือระบายวัสดุออก

1. ประเภทของโครงสร้างถัง

ในแต่ละ Code มีข้อกำหนดในกำรคำนวณแรงกระทำต่อโครงสร้ำงถัง โดยแรงดังกล่ำวจะแตกต่ำงกันตำมประเภทของโครงสร้ำงถัง ซึ่งแบ่งตำมอัตรำส่วนระหว่ำงควำมสูงและเส้นรอบรูปของโครงสร้ำงถัง ทฤษฎีพื้นฐำนที่นิยมใช้ในกำรหำแรงกระทำต่อโครงสร้ำงถัง ดังรูป

ประเภทของโครงสร้างถังเก็บวัสดุ สามารถแบ่งได้ดังนี้

- Silo เป็นโครงสร้ำงถังเก็บวัสดุที่มีลักษณะเป็นถังสูง

ซึ่งสำมำรถแยกประเภทตำมอัตรำส่วนระหว่ำงควำมสูงและเส้นรอบรูปได้เป็นประเภทตำม Code ต่ำงๆ ที่มีกำหนดไว้ต่ำงกัน สรุปได้ดังนี้

- Bunker เป็นโครงสร้ำงถังเก็บวัสดุที่มีควำมสูงไม่มำก มีลักษณะเหมือน retaining wall ที่เปิดขอบไว้ด้ำนหนึ่ง เพื่อสำมำรถนำรถเข้ำไปลำเลียงวัสดุ

- Tank เป็นโครงสร้ำงที่เก็บของเหลวหรือก๊ำซ

2. ชนิดของวัสดุที่บรรจุ

กรณีเช่น น้ำ จะมีแรงดันแบบ Hydrostatic และถ้ำวัสดุเป็นเม็ดลักษณะดังรูป

สำหรับวัสดุที่เป็นเม็ด สำมำรถคำนวณแรงดันได้จำก ค่ำสัมประสิทธิ์ต่ำงๆ จำกคุณสมบัติของเม็ดวัสดุ เช่น ค่ำควำมหนำแน่นของวัสดุ, ค่ำสัมประสิทธิ์แรงเสียดทำงระหว่ำงวัสดุกับผนัง และ ค่ำมุมทรงตัว angle of repose หรือ angle of internal friction

3. รูปแบบการเติมวัสดุเข้าหรือระบายวัสดุออก

รวมทั้งกำรระบำยออกวัสดุออกที่ไม่ตรงแนวศูนย์กลำงจะมีผลทำให้เกิดภำวะแรงดันที่ไม่เท่ำกันในถังเก็บวัสดุ ซึ่งทั้งหมดนี้จะต้องนำมำคำนวณเป็นแรงกระทำเพิ่มกับโครงสร้ำงถัง

ข้อกำหนดหรือ Code ในการออกแบบมีหลายประเทศที่ทาออกมา โดยมีสมมติฐานในการคานวณแรงที่กระทาต่อโครงสร้างถังในสภาวะต่างๆ แตกต่างกัน ขออนุญาตนำตารางเปรียบเทียบที่ได้มีการศึกษาไว้มาให้เป็นข้อมูลในการเลือก code ที่ใช้ในการออกแบบ ดังตาราง

นอกจากแรงกระทาภายในโครงสร้างถังเนื่องจากวัสดุที่เก็บแล้ว ในการออกแบบโครงสร้างถังจาเป็นต้องคานึงถึงแรงอื่นๆ ด้วย เช่น แรงกระทาจากแรงลม แรงจากแผ่นดินไหว และแรงที่เกิดขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิ เป็นต้น

References:

1. IS 4995, Indian Standard: Criteria for Design of Reinforced Concrete Bins for The Storage of Granular and Powdery Materials

2. EN 1991-4, Eurocode 1- Actions on structures – Part 4: Silos and Tanks

3. AS 3774, Australian Standard: Loads on Bulk Solids Containers

4. DIN 1055-6, Actions on structures - Part 6: Design loads for Buildings and Loads in Silo Bins

5. ACI 313-97, Standard Practice for Design and Construction of Concrete Silos and Stacking Tubes for Storing Granular Materials

6. S.Chithra and G.Indupriya, Contributions of Different Standards and Codes for The Design of Silo

เรียบเรียงโดย

- ภำคภูมิ วำนิชกมลนันท์ (วย. 1924)