Расчет конической самонесущей крыши

Самонесущая (бескаркасная) коническая крыша и в виде конической оболочки применяется для вертикальных резервуаров низкого давления малых объемов (до 12,5 м в диаметре) и сложна в исполнении. Ее геометрические параметры должны удовлетворять следующим требованиям: максимальный и минимальный угол наклона образующей крыши к горизонтальной плоскости должны составлять соответственно 30° и 15° (. Минимальная толщина настила крыши должна быть не менее 4 мм, но не более 7 мм [10]. Если толщина настила более 7 мм, то оболочку необходимо укреплять кольцевыми ребрами жесткости, устанавливаемыми с наружной стороны крыши.

По периметру крыша опирается на стенку резервуара с использованием кольцевого элемента жесткости. Минимальный размер кольцевого уголка 63x5 мм. Узел крепления крыши к верху стенки может выполняться по одному из вариантов, представленных на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Узлы соединения самонесущей крыши со стенкой

 

Расчетная схема крыши является коническая безмоментная оболочка, опирающаяся на опорное кольцо стенки согласно рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 – Расчетная схема самонесущей крыши

 

Минимальная расчетная толщина настила бескаркасной крыши должна быть не менее 4 мм [10], и определяется из условия устойчивости оболочки по формулам:

— минимальная расчетная толщина:

                                   (1.1)

— минимальная номинальная толщина:

,                                      (1.2)

где:

r – радиус резервуара, м;

α – угол наклона крыши;

Е – модуль упругости стали, 2·10⁵ МПа;

p_r – расчетная нагрузка на крышу резервуара, МПа.

 

Расчетная нагрузка на крышу, определяется по формуле:

   (1.3)

G_r - вес крыши, МН. Определяется по формуле:

                           (1.4)

γ_ст – удельный вес стали, равен 7850 кг/м³;

 – образующая конуса крыши, м;

g – ускорение свободного падения, принимаем равным 9,81 м/с²;

G_r0 - вес оборудования крыши, примем 100..200 кН;

G_rt - вес теплоизоляции, кН;

p_S - расчетное значение снеговой нагрузки, определяется по таблице 8;

p_V - нормативное значение вакуума, определяется по таблице 1.

Формула (1.1) применима для углов a< 30° и при выполнении условия:

                                          (1.5)

которое следует проверять после вычисления первого приближения для  Поскольку p_r, в свою очередь, зависит от предварительно неизвестной толщины  (в формуле (1.3) вес крыши G_r зависит от предварительно неизвестной толщины настила крыши), для расчета требуется несколько последовательных приближений.

Определив толщину настила крыши проектируемого резервуара, необходимо выбрать схему сопряжения узла настила крыши и верхнего пояса стенки согласно рисунку 1. Для проверки опорного кольца на устойчивость необходимо определить площадь поперечного сечения узла и его элементов:

,                               (1.6)

Где:

 – площадь сечения сопряжения узла со стенкой верхнего пояса, м²;

 - площадь сечения сопряжения узла с настилом крыши, м²;

 – площадь сечения выбранного по сортаменту металлопроката, м².

Размеры участков, включенных в узел сопряжения, согласно рисунку 1.1, определяются по формулам:

                   (1.7)

,                                         (1.8)

Где:

 – фактическая толщина стенки верхнего пояса стенки резервуара, сопряженного с крышей, м;

 – припуск на коррозию верхнего пояса стенки и настила крыши, м;

 – принятая толщина настила крыши, м.

Опорное кольцо должно рассчитываться из условия:

                                     (1.9)