Купольная крыша резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м

Полезная модель относится к стационарным крышам резервуара для нефти и нефтепродуктов. Купольная крыша резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м, состоящая из центрального щита, настила крыши, радиальных элементов жесткости, кольцевых элементов несущего каркаса, причем радиальные элементы жесткости выполнены из нижних радиальных элементов несущего каркаса, средних радиальных элементов несущего каркаса, верхних радиальных элементов несущего каркаса, нижних переходных элементов, верхних переходных элементов, накладок нижних переходных элементов, накладок верхних переходных элементов, монтажных накладок нижних переходных элементов и монтажных накладок верхних переходных элементов. Предложенная полезная модель обеспечивает снижение металлоемкости купольной крыши резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м при обеспечении ее прочности и устойчивости к восприятию собственного веса, равномерных и неравномерных снеговых нагрузок.

Полезная модель относится к стационарным крышам резервуара для нефти и нефтепродуктов.

В резервуарах для нефти и нефтепродуктов диаметром свыше 60 м применяются купольные крыши.

Купольная крыша вертикального стального резервуара представляет собой радиально-кольцевую каркасную систему с настилом, образующую поверхность сферической оболочки.

Из уровня техники известна крыша для резервуара, состоящая из вальцованных радиальных балок, основных и промежуточных, кольцевых элементов каркаса, центрального щита и листов настила, свободно опирающихся на элементы каркаса. По периметру стенки имеется кольцо жесткости, воспринимающее распорные усилия купола и обеспечивающее фиксацию и неизменяемость формы стенки при монтаже (см. сайт Самарского резервуарного завода «Конструктивные элементы резервуаров» http://reservoid.ru/reservoid/konstruktivnyie - elementyi-rezervuarov/ - дата обращения 14.03.2014).

Недостатком аналога является избыточная металлоемкость крыши для резервуара, так как радиальные балки каркаса имеют одинаковое сечение, хотя нагрузка по длине являются переменной величиной.

Известна так же «Стационарная крыша резервуара для нефти и нефтепродуктов», содержащая центральный щит; листовой настил (настил крыши), выполненный в виде рулонируемого полотнища; радиальные элементы жесткости, кольцевые элементы жесткости; обвязочный уголок, опирающийся на стенку резервуара; полигональную затяжку, выполненную из прокатного уголка. Радиальные элементы жесткости выполнены в виде перфорированных тавров, образованных плазменной или иной резкой из прокатных балок. Кольцевые элементы жесткости также изготовлены в виде перфорированных тавров, образованных плазменной или иной резкой из прокатных двутавровых балок (см. патент РФ RU 131775 на полезную модель, МПК E04H 7/04, дата публикации 27.08.2013).

Данное устройство по технической сущности наиболее близко к предлагаемому техническому решению и принято в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются центральный щит, листовой настил (настил крыши), радиальные элементы жесткости (нижние радиальные элементы несущего каркаса, средние радиальные элементы несущего каркаса, верхние радиальные элементы несущего каркаса, нижние переходные элементы, верхние переходные элементы), кольцевые элементы жесткости (кольцевые элементы несущего каркаса).

Недостатком прототипа является избыточная металлоемкость конструкции, так как все радиальные элементы жесткости выполнены из перфорированных тавров с постоянной высотой по всей длине элементов.

Задачей технического решения является обеспечение прочности и устойчивости стационарной крыши резервуара к восприятию собственного веса, равномерных и неравномерных снеговых нагрузок при минимальном весе конструкции.

Технический результат заключается в снижение металлоемкости купольной крыши резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м при сохранении ее прочности и устойчивости к восприятию собственного веса, равномерных и неравномерных снеговых нагрузок.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в устройстве применяют радиальные элементы несущего каркаса из сортамента двутавровых балок с изменением их сечения в зависимости от необходимой несущей способности при заданной нагрузке на область крыши. Применяемые сечения двутавров были определены расчетным путем с применением метода конечных элементов для купольных крыш резервуаров диаметром свыше 60 м при восприятии равномерной и неравномерной снеговой нагрузки согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85».

При этом в купольную крышу резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м, состоящую из центрального щита, настила крыши, радиальных элементов жесткости, кольцевых элементов несущего каркаса, дополнительно введены нижние радиальные элементы несущего каркаса, средние радиальные элементы несущего каркаса, верхние радиальные элементы несущего каркаса, нижние переходные элементы, верхние переходные элементы, накладки нижних переходных элементов, накладки верхних переходных элементов, монтажные накладки нижних переходных элементов и монтажные накладки верхних переходных элементов, причем радиальный элемент жесткости выполнен из нижнего радиального элемента несущего каркаса, среднего радиального элемента несущего каркаса, верхнего радиального элемента несущего каркаса, нижнего переходного элемента и верхнего переходного элемента.

Нижний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки.

Средний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки, имеющей уменьшенную на 19-28% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса.

Верхний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки, имеющей уменьшенную на 13-26% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса.

Нижний переходный элемент выполнен из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.

Верхний переходный элемент выполнен из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.

Нижний радиальный элемент несущего каркаса, нижний переходный элемент, средний радиальный элемент несущего каркаса, верхний переходный элемент и верхний радиальный элемент несущего каркаса состыкованы при помощи сварных соединений и накладок, с возможностью усиления соединений нижнего радиального элемента несущего каркаса, нижнего переходного элемента, среднего радиального элемента несущего каркаса, верхнего переходного элемента и верхнего радиального элемента несущего каркаса.

Сущность технического решения поясняется фиг. 1-13, где представлены на:

фиг. 1 - общий вид купольной крыши резервуара диаметром свыше 60 м;

фиг. 2 - общий вид нижнего, среднего и верхнего радиальных элементов несущего каркаса с узлами крепления;

фиг. 3 - общий вид нижнего переходного элемента;

фиг. 4 - общий вид верхнего переходного элемента;

фиг. 5 - общий вид нижнего радиального элемента несущего каркаса и нижнего переходного элемента;

фиг. 6 - общий вид среднего радиального элемента несущего каркаса;

фиг. 7 - общий вид верхнего радиального элемента несущего каркаса и верхнего переходного элемента;

фиг. 8 - схема заводского стыка нижнего переходного элемента и нижнего радиального элемента несущего каркаса;

фиг. 9 - схема монтажного стыка нижнего переходного элемента и среднего радиального элемента несущего каркаса;

фиг. 10 - схема заводского стыка верхнего переходного элемента и верхнего радиального элемента несущего каркаса;

фиг. 11 - схема монтажного стыка верхнего переходного элемента и среднего радиального элемента несущего каркаса;

фиг. 12 - схема крепления нижнего радиального элемента несущего каркаса к опорному кольцу;

фиг. 13 - схема крепления верхнего радиального элемента несущего каркаса к центральному щиту.

На фиг. 1-13 приняты следующие обозначения:

1 - нижний радиальный элемент несущего каркаса;

2 - средний радиальный элемент несущего каркаса;

3 - верхний радиальный элемент несущего каркаса;

4 - кольцевой элемент несущего каркаса;

5 - настил крыши;

6 - центральный щит;

7 - опорное кольцо;

8 - верхний пояс стенки резервуара;

9 - косынка;

10 - нижний переходный элемент;

11 - верхний переходный элемент;

12 - накладка нижнего переходного элемента;

13 - монтажная накладка нижнего переходного элемента;

14 - накладка верхнего переходного элемента;

15 - монтажная накладка верхнего переходного элемента.

В общем виде купольная крыша резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м состоит из вальцованных нижних радиальных элементов несущего каркаса 1, средних радиальных элементов несущего каркаса 2 и верхних радиальных элементов несущего каркаса 3, количество которых определяется геометрическими характеристиками резервуара, кольцевых элементов несущего каркаса 4, настила крыши 5, свободно опирающегося на элементы каркаса, и центрального щита 6. По периметру стенки имеется опорное кольцо 7, воспринимающее распорные усилия и обеспечивающее фиксацию купольной крыши.

В отличие от прототипа радиальный элемент жесткости выполнен из пяти частей: нижнего радиального элемента несущего каркаса 1, среднего радиального элемента несущего каркаса 2, верхнего радиального элемента несущего каркаса 3, нижнего переходного элемента 10 и верхнего переходного элемента 11.

Нижний радиальный элемент несущего каркаса 1 предназначен для восприятия основной части собственного веса купольной крыши и неравномерной снеговой нагрузки. Он выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки с характеристиками сечения, определяемыми в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки и геометрических параметров резервуара.

Средний радиальный элемент несущего каркаса 2 предназначен для восприятия основной части нагрузки от собственного веса вышележащих металлоконструкций купольной крыши. Он выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки с характеристиками сечения, определяемыми в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки, массы вышележащих металлоконструкций купольной крыши и геометрических параметров резервуара, и, как правило, имеет уменьшенную на 19-28% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса 1.

Верхний радиальный элемент несущего каркаса 3 предназначен для восприятия основной части равномерной снеговой нагрузки. Он выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки с характеристиками сечения, определяемыми в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки и геометрических параметров резервуара, и, как правило, имеет уменьшенную на 13-26% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса 1.

Нижний переходный элемент 10, предназначенный для соединения нижнего радиального элемента несущего каркаса 1 и среднего радиального элемента несущего каркаса 2, выполнен из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.

Верхний переходный элемент 11, предназначенный для соединения среднего радиального элемента несущего каркаса 2 и верхнего радиального элемента несущего каркаса 3, выполнен из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.

Нижний радиальный элемент несущего каркаса 1, нижний переходный элемент 10, средний радиальный элемент несущего каркаса 2, верхний переходный элемент 11 и верхний радиальный элемент несущего каркаса 3 состыкованы при помощи сварных соединений и накладок. Причем, накладка нижнего переходного элемента 12 усиливает соединение нижнего радиального элемента несущего каркаса 1 и нижнего переходного элемента 10, а монтажная накладка нижнего переходного элемента 13 усиливает соединение нижнего переходного элемента 10 и среднего радиального элемента несущего каркаса 2. Накладка верхнего переходного элемента 14 усиливает соединение верхнего радиального элемента несущего каркаса 3 и верхнего переходного элемента 11, а монтажная накладка верхнего переходного элемента 15 усиливает соединение верхнего переходного элемента 11 и среднего радиального элемента несущего каркаса 2.

Нижние радиальные элементы несущего каркаса 1 нижним концом соединены с опорным кольцом 7 верхнего пояса стенки резервуара 8 через косынки 9.

Верхние радиальные элементы несущего каркаса 3 верхними концами опираются на центральный щит 6.

Кольцевые элементы несущего каркаса 4, предназначены для обеспечения прочности и устойчивости купольной крыши при действии равномерной и неравномерной снеговой нагрузки, а также выполняют функцию опоры для настила крыши 5. Они выполнены из прямых прокатных швеллеров или двутавров с характеристиками сечения, определяемыми расчетным путем в зависимости от применяемого для изготовления материала, предполагаемой снеговой нагрузки и геометрических параметров резервуара.

Нижние радиальные элементы несущего каркаса 1, средние радиальные элементы несущего каркаса 2, верхние радиальные элементы несущего каркаса 3, кольцевые элементы несущего каркаса 4, нижние переходные элементы 10 и верхние переходные элементы 11 образуют несущий каркас купольной крыши.

В отличие от прототипа настил крыши 4 выполнен из рулонируемых полотнищ или листовых заготовок, опирается на несущий каркас и крепится при помощи сварных соединений.

Применение предложенного устройства.

По результатам прочностных расчетов с применением метода конечных элементов установлено, что нижние радиальные элементы несущего каркаса воспринимают основную часть собственного веса, неравномерной нагрузки. Соответственно, средние радиальные элементы несущего каркаса воспринимают основную часть собственного веса вышележащих металлоконструкций купольной крыши, а верхние радиальные элементы несущего каркаса воспринимают основную часть равномерной снеговой нагрузки. Этим объясняется большее сечение нижних и верхних радиальных элементов несущего каркаса и отсутствие необходимости увеличения сечения средних элементов несущего каркаса.

Типы двутавровых балок по СТО АСЧМ 20-93 для радиальных элементов несущего каркаса приведены в таблице 1.

Таблица 1
- Типы двутавровых балок для радиальных элементов несущего каркаса
п/п	Снеговая нагрузка по СП 20.13330.2011	Тип двутавровых балок нижних элементов несущего каркаса	Тип двутавровых балок средних элементов несущего каркаса	Тип двутавровых балок верхних элементов несущего каркаса
1	До 1800 Па	25Б2	20Б1	25Б1
2	До 2400 Па	30Б2	25Б2	30Б2
3	До 3200 Па	35Б2	30Б2	35Б1

Сборка купольной крыши выполняется на монтажной площадке из заготовок заводского исполнения, представляющих собой укрупненные сборочные единицы.

В заводских условиях изготавливаются укрупненные сборочные единицы: нижняя заготовка несущего каркаса, состоящая из нижних радиальных элементов несущего каркаса 1 с приваренными к ним через накладки нижних переходных элементов 12 нижними переходными элементами 10 и кольцевых элементов несущего каркаса 4, средняя заготовка несущего каркаса, состоящая из средних радиальных элементов несущего каркаса 2 и кольцевых элементов несущего каркаса 3 и верхняя заготовка несущего каркаса, состоящая из верхних радиальных элементов несущего каркаса 3 с приваренными к ним через накладки верхних переходных элементов 14 верхними переходными элементами 11 и кольцевых элементов несущего каркаса 4.

Настил крыши 5 опирается на несущий каркас и крепится при помощи сварных соединений. Приварка настила крыши 5 к нижней, средней и верхней заготовкам несущего каркаса может осуществляться в заводских условиях или на монтажной площадке.

Монтаж крыши на резервуар выполняется после сборки днища и стенки резервуара.

На монтажной площадке нижние и средние заготовки несущего каркаса свариваются между собой в области нижнего переходного элемента 10 через монтажную накладку нижнего переходного элемента 13, а средние и верхние заготовки несущего каркаса свариваются между собой в области верхнего переходного элемента 11 через монтажную накладку верхнего переходного элемента 15.

На центральный щит 6 при помощи сварных соединений крепится верхняя заготовка несущего каркаса, после чего к центральному щиту 6 приваривается настил крыши 5.

Нижняя заготовка несущего каркаса крепится к опорному кольцу 7 при помощи косынки 9, после чего к верхнему поясу стенки резервуара 8 приваривается настил крыши 5. Опорное кольцо 7 приваривается к верхнему поясу стенки резервуара 8 до начала монтажа крыши.

После установки и крепления верхней и нижней заготовок несущего каркаса к резервуару, настил крыши 5 приваривается к центральному щиту 6.

Предложенная полезная модель обеспечивает снижение металлоемкости купольной крыши резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м при обеспечении ее прочности и устойчивости к восприятию собственного веса, равномерных и неравномерных снеговых нагрузок.

1. Купольная крыша резервуара вертикального стального диаметром свыше 60 м, состоящая из центрального щита, настила крыши, радиальных элементов жесткости, кольцевых элементов несущего каркаса, отличающаяся тем, что дополнительно введены нижние радиальные элементы несущего каркаса, средние радиальные элементы несущего каркаса, верхние радиальные элементы несущего каркаса, нижние переходные элементы, верхние переходные элементы, накладки нижних переходных элементов, накладки верхних переходных элементов, монтажные накладки нижних переходных элементов и монтажные накладки верхних переходных элементов, причем радиальный элемент жесткости выполнен из нижнего радиального элемента несущего каркаса, среднего радиального элемента несущего каркаса, верхнего радиального элемента несущего каркаса, нижнего переходного элемента и верхнего переходного элемента.

2. Купольная крыша, отличающаяся тем, что нижний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки.

3. Купольная крыша, отличающаяся тем, что средний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки, имеющей уменьшенную на 19-28% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса.

4. Купольная крыша, отличающаяся тем, что верхний радиальный элемент несущего каркаса выполнен из вальцованной прокатной двутавровой балки, имеющей уменьшенную на 13-26% площадь сечения по сравнению с нижним радиальным элементом несущего каркаса.

5. Купольная крыша, отличающаяся тем, что нижний переходный элемент и верхний переходный элемент выполнены из трех листовых заготовок, соединенных тавровыми сварными соединениями.

6. Купольная крыша, отличающаяся тем, что нижний радиальный элемент несущего каркаса, нижний переходный элемент и средний радиальный элемент несущего каркаса состыкованы при помощи сварных соединений и накладок нижнего переходного элемента, реализующих усиление соединений нижнего радиального элемента несущего каркаса, нижнего переходного элемента и среднего радиального элемента несущего каркаса.

7. Купольная крыша, отличающаяся тем, что средний радиальный элемент несущего каркаса, верхний переходный элемент и верхний радиальный элемент несущего каркаса состыкованы при помощи сварных соединений и накладок верхнего переходного элемента, реализующих усиление соединений среднего радиального элемента несущего каркаса, верхнего переходного элемента и верхнего радиального элемента несущего каркаса.