Сбор нагрузок на кровлю

При расчёте покрытия резервуаров низкого давления учитываются 2 комбинации нагрузок: «сверху вниз» и «снизу вверх».

Нагрузки, действующие на крышу «сверху вниз»: вес конструкции крыши и теплоизоляции, снег, вакуум.

Нагрузки, действующие на крышу «снизу вверх»: внутреннее избыточное давление в паровоздушной среде, ветровой отсос, собственный вес крыши.

Нормативная нагрузка по первой комбинации определяется по формуле:

Расчётная нагрузка по первой комбинации определяется по формуле:

Нормативная нагрузка по второй комбинации определяется по формуле:

Горизонтальные составляющие избыточного давления и ветровой нагрузки допускается не учитывать

Расчѐт поперечных рѐбер

Поперечные рѐбра щитов покрытия рассчитываются по схеме простых двухопорных балок, несущих равномерно распределѐнную нагрузку (комбинация нагрузок, действующих на крышу «сверху вниз»), собираемую с соответствующей грузовой площади.

Сечение поперечных рѐбер принимается, как правило, из прокатных швеллеров или уголков.

Сечение продольного ребра назначается по требуемому моменту сопротивления:

 

Wтреб

.                                      

 

 

где R_y – расчѐтное сопротивление материала;

с – коэффициент условий работы;

n – коэффициент надѐжности по назначению.

 

Определение грузовых площадей для поперечных рѐбер

 

Расчѐтная схема поперечных рѐбер

 

Поперечное ребро проверяется на прочность:

 

M           .                                          

W

Принятое сечение ребра необходимо проверить по                         предельному прогибу:

 

f max

[ f ],                                            

 

где [f] – предельный прогиб.

Усилия и прогибы могут быть получены как численными, так и аналитическими методами.

Расчѐт радиальных рѐбер

В щитовых конических и сферических крышах основными несущими элементами являются радиальные рѐбра, установленные с шагом по окружности корпуса резервуара b, определяемым дорожным габаритом кровельного щита.

Рѐбра удобно конструировать из швеллеров, что обусловлено конструкцией щита. В качестве сечения могут быть приняты двутавры.

Расчѐтное значение нагрузки p определяется по формуле:

 

p q  b ,                                             

 

где q – расчѐтная равномерно распределѐнная нагрузка по площади;

b – ширина грузовой площади.

Для расчѐта принимается комбинация нагрузок с максимальным по модулю значением («сверху вниз» или «снизу вверх»).

 

Расчѐт радиальных рѐбер резервуара с центральной стойкой

Расчѐт радиальных балок щитов при наличии центральной стойки выполняется по схеме просто балки на двух опорах (стенки и центральной стойки), воспринимающей нагрузки от грузовой площади в виде треугольника.

 

Определение грузовых площадей для радиальных рѐбер

 

Расчѐтная схема радиальных рѐбер резервуара с центральной стойкой

Максимальный прогиб шарнирно опѐртой балки,                                   нагруженной сплошной нагрузкой треугольного вида:

 

f max

,                                      

 

 

где p_n – нормативное значение нагрузки, определяемое по формуле:

 

p n  q n

b ,                                           

 

q_n – нормативная равномерно распределѐнная нагрузка по площади;

Е – модуль упругости прокатной стали и стальных отливок;

I_x – момент инерции сечения.

Сечения радиальных рѐбер принимают обычно в виде                      прокатных двутавров или швеллеров.

Расчѐт радиальных рѐбер резервуара без центральной стойки

Для резервуаров без центральной стойки щитовая крыша представляет собой распорную конструкцию. Распор вызывает сжимающие усилия в радиальных балках и требует для своего восприятия опорного кольца.

Покрытие расчленяется на отдельные плоские арки, включающие по два диаметрально противоположных ребра.

Радиальные рѐбра могут быть рассчитаны по схеме трѐхшарнирной или двухшарнирной арки, в зависимости от узла примыкания радиальных рѐбер к центральному опорному кольцу. Поскольку покрытие имеет по наружному контуру общее для всех щитов кольцо жѐсткости, то оно может рассматриваться как общая затяжка для всех арок. Поэтому каждую арку можно рассчитать как плоскую арку с условной затяжкой.

Расчѐт может быть выполнен численно с помощью компьютерных программ или аналитически – методами строительной механики.

 

 

а)

б)

а) двухшарнирные арки, б) трѐхшарнирные аркиВарианты расчѐтных схем радиальных балок

 

Конструктивный расчет

Проверку прочности сплошных арок производят как для внецентренно- сжатых элементов при упругой работе стали для наиболее неблагоприятных сочетаний усилий:

 

N M

A W x

 

,                                     

 

где N – продольное усилие в радиальном ребре;

A – площадь поперечного сечения ребра;

M – момент в радиальном ребре;

W_х – момент сопротивления сечения;

с – коэффициент условий работы, равный 1.

Проверка устойчивости арки в плоскости действия                          момента приближенно выполняется как для центрально сжатого стержня:

 

 

1,4N               ,                                    

 

 

где s – длина полуарки:

 

для конической кровли s

lрад.р.                            ;

 

для сферической кровли s

β Rпов ,

 

β – угол в радианах, β arctg            ;

 

μ – коэффициент расчетной длины, учитывающий кривизну арки и зависящий от отношения стрелки арки к пролѐту.

 

Коэффициенты μ расчѐтной длины арки

 

Арка	hкр l
	0,05	0,2	0,3	0,4
Трехшарнирная	1,2	1,2	1,2	1,3
Двухшарнирная	1	1,1	1,2	1,3

 

Общая устойчивость арки из плоскости проверяется по формуле:

 

N                .                                   

 

 

Для обеспечения устойчивости сплошной арки из плоскости расстояние между точками закрепления (поперечные ребра) не должно превышать 16-20 ширин пояса.

 

6.1.1 Расчѐт опорного кольца

Опорное кольцо кровли, располагаемое по верхнему краю стенки резервуара, является одновременно и кольцом жесткости резервуара. Поэтому помимо распора от кровли кольцо воспринимает воздействие вакуума, избыточного давления и ветрового напора на 0,4 высоты стенки.

Расчетная схема опорного кольца на действие распоров – бесконечная балка, нагруженная сосредоточенными силами. При комбинации загружений

«сверху-вниз» опорное кольцо растянуто-изгибаемое, при комбинации «снизу-вверх» – сжато-изгибаемое.

 

а)
б)

а) при нагрузке «сверху-вниз»; б) при нагрузке «снизу-вверх» Расчѐтные схемы опорного кольца на действие распоров