Конструирование и основы расчета крыши

Крыша выполняется из транспортабельных щитов на ЗМК и представляет самонесущий купол в виде одной из схем:

а) ребристый конический – при V до 5000 м³

б) ребристый, сферический – V=6000 м³ и более

в) сетчатый сферический – V от 1000 до 5000 м³.

Структура каркаса по схеме "в" сетчатая, с большой повторяемостью ячеек одинаковой формы – всего пять типоразмеров щитов. Расход стали снижается на 12%, стоимость – на 13%, трудоемкость изготовления – в 1,5 – 2 раза по сравнению с крышами типовых резервуаров.

При расчете необходимо учитывать две комбинации нагрузок

1) Нагрузки, действующие сверху вниз: вес конструкций крыши и теплоизоляции, снег, вакуум:

Р_↓=Р_кр+Р_изол+(Р_s+Р_{р вак})·y (18)

y=0,9; Р_кр=g_кр·γ_кр; и т.д.

2) Нагрузки, действующие снизу вверх: избыточное давление, ветровой отсос, собственный вес крыши

Р_­ =[( γ_рP_n+ γ_w ·W₀·c) y- g_кр· γ_кр], (19)

где γ_р=1,2; γ_w=1,4; с=0,8; y=0,9; γ_кр=0,9

Если, Р_­ <0, то рассматривается только первая комбинация.

В щитовых конических или сферических крышах основными несущими элементами являются радиальные ребра из прокатных профилей, рассчитываются по схеме трехшарнирной арки (рисунок 7а).

а – схема нагрузок; б – расчетная схема радиальных ребер; в – схема нагружения опорного кольца Рисунок 7 – Схема нагружения крыши «сверху-вниз»

Для первой комбинации нагрузок опорные реакции и усилие в ребрах определяются по формулам

V₁= Р_↓·в·r/2, (20)

Н₁= Р_↓·в·r²/6f, (21)

М_{1 max}= Р_↓·в·r²/q , (22)

N₁=H₁· (23)

Высота ребер ориентировочно назначается h_р » r/40.

Ребро проверяют на устойчивость

σ =N_{1 max}/φ_е A ≤R_y γ_с (24)

Опорное кольцо при этом растянуто, тогда

σ =N_1к/A_к ≤R_y γ_с (25)

N_1k=H₁r/b; к А_к включают 1,3t_w .

Если Р_­ >0 рассматривается и вторая комбинация нагрузок, усилия и опорные реакции в кольце имеют обратные знаки (рисунок 7б). Здесь ребро оказывается растянуто-изогнутым и рассматривается на прочность

σ =N₂/A М₂/W≤R_y γ_с (26)

Опорное кольцо сжато и проверяется на устойчивость на усилие N_rк.

Эффективными крышами являются сферические щитовые с радиальными ребрами жесткости и кольцом жесткости.

При расчете на равномерно распределенную нагрузку покрытие расчленяют на плоские арки – двухшарнирные с условной затяжкой (рисунок 8).

Площадь затяжки определяется из условия равенства деформаций D_з=D_к в радиальном направлении по формуле:

А_з=2p×А_к/n (27)

где n – число ребер в куполе.

За основную систему принимается арка с разрезанной затяжкой. От воздействия Х₁=1 в арке возникает изгибающий момент М₁= -у, продольная сила N₁ = -cos j и Q₁ = sin j, а в затяжке – сила Н₁=1.

Из решения каноническго уравнения

Х₁=D_1р/δ₁₁, (28)

где δ₁₁=(1/ЕJ)·∫М²·dx; М=∑М_i⁰;

М_i⁰ – балочные изгибающие моменты от всех нагрузок.

Суммарные значения М_х и Q_х в сечении х

М_х=М_х⁰+М_н=(р·ℓ_х/4)(1-х/ℓ+4х²/3ℓ²)-у·Н, (29)

Q_х=Q_х⁰+Q_н=(р·ℓ_х/4)(1-2х/ℓ)+Н·sin φ, (30)

М_х⁰ и Q_х⁰ – балочные М и Q от распора Н=х.

а – двухшарнирная арка с затяжкой (расчетная схема и основная система); б – арка для определения сечения условной затяжки; 1 – ребра Рисунок 8 – Расчетные схемы

Резервуары с понтоном (рисунок 1) применяют для уменьшения потерь на испарение нефти и нефтепродуктов. Понтон состоит из понтонного кольца из замкнутых коробов и центральной части из плоских стальных листов t=4 мм. Между стенкой и понтоном имеется зазор 200-275мм, где устанавливают уплотняющие затворы жесткого и мягкого типа.

Понтон в нижнем положении опирается на стойки, расположенные по окружности.