Версия для печати

9 Основные расчетные положения

9.1 Методы расчета и коэффициенты надежности

9.1.1 Расчет конструкций ИР следует выполнять по предельным состояниям в соответствии с ГОСТ 27751.

9.1.2 Дополнительно, для ИР, как для объекта повышенного уровня ответственности класса КС-3, при расчетах по первой группе предельных состояний должен быть учтен коэффициент надежности по ответственности γ_n, значение которого принимают в соответствии с ГОСТ 27751.

9.1.3 Расчет металлоконструкций ИР должен проводиться для всех наиболее неблагоприятных, т.е. вызывающих максимальные напряжения и деформации сочетаний нагрузок в соответствии с СП 20.13330 и ГОСТ 27751.
Расчеты должны проводиться для режимов монтажа, гидропневмоиспытаний, эксплуатации и вывода из эксплуатации. Для режима вывода из эксплуатации проводят расчет на устойчивость внутренней
стенки ИР с засыпной теплоизоляцией с учетом увеличения давления сыпучей среды и компенсационных матов при расхолаживании ИР.

9.1.4 Классификацию видов нагрузок (постоянные, длительные, кратковременные, особые, аварийные), значения коэффициентов надежности по нагрузкам и коэффициентов сочетаний нагрузок следует принимать в соответствии с СП 20.13330 и ГОСТ 27751.

9.1.5 Коэффициенты условий работы элементов металлоконструкций ИР следует принимать в соответствии с СП 16.13330 и СП 43.13330.

9.2 Нагрузки и воздействия

9.2.1 Перечень возможных сочетаний нагрузок приведен в таблице 9.1.

Т а б л и ц а 9.1 – Возможные расчетные сочетания нагрузок

9.2.2 К особым и аварийным нагрузкам относят:

- воздействие на стенку резервуара плоской воздушной ударной волны от внешнего взрыва;
- воздействие температуры от пожара на соседнем объекте (существующем трубопроводе горючего газа);
- тепловое воздействие при утечке продукта из внутреннего корпуса ИР;
- исключение из работы любой из подвесок подвесной крыши.

9.2.3 Параметры воздушной ударной волны и теплового воздействия при пожаре должны быть приведены в техническом задании на проектирование ИР.

9.3 Нагрузки при расчете стенок изотермического резервуара на прочность и устойчивость

9.3.1 При расчете внутренней стенки ИР с перлитовой тепловой изоляцией на прочность и устойчивость необходимо учитывать следующие нагрузки:

1) гидростатическое давление при эксплуатации;
2) гидростатическое давление при гидроиспытании;
3) вес стенки;
4) вес колец жесткости на стенке;
5) вес перлита в резервном пространстве над стенкой;
6) вес компенсирующих матов;
7) сила трения перлита о стенку;
8) боковое давление перлита.

9.3.2 Коэффициенты надежности и условий работы для расчетов стенки резервуара на прочность приведены в таблице 9.2.

Т а б л и ц а 9 . 2 – Коэффициенты надежности и условий работы

9.3.3 Значения коэффициентов в расчетных сочетаниях нагрузок на внутренний корпус ИР приведены в таблице 9.3.

Т а б л и ц а 9.3 – Сочетания нагрузок на внутренний корпус ИР

9.3.4 Сочетания нагрузок на наружный корпус ИР приведены в таблице 9.4.

Т а б л и ц а 9 . 4 – Сочетания нагрузок на наружный корпус ИР

9.3.5 Требования к расчетам стенок резервуара приведены в подразделах 9.5–9.8.

9.4 Нагрузки на подвесную крышу

9.4.1 Подвесная крыша должна проектироваться на следующие виды
нагрузок:

- собственный вес подвесной крыши и теплоизоляции на ней;
- нагрузки от оборудования и патрубков;
- нагрузки от трубопроводов, поддерживаемых подвесной крышей;
- нагрузки при строительстве.

9.4.2 Конструкция подвесной крыши должна гарантировать, что теплоизоляция не попадет в хранимый во внутреннем корпусе ИР продукт.

9.5 Активное давление на стенки резервуара от перлитовой засыпки

9.5.1 Нормативное значение активного горизонтального давления на стенки резервуара 𝑝_ℎ, кПа, образующегося при засыпке перлита в межстенное пространство, следует вычислять по формуле

(9.1)

где γ – удельный вес перлита (γ = ρ_перлg); g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²); ρ_перл – плотность перлита, т/м³;
ξ – гидравлический радиус;
f – коэффициент трения перлита;
e – основание натурального логарифма, e = 2,71828;
л – коэффициент бокового давления перлита;
z – расстояние от верха засыпки до расчетного уровня, м.

Гидравлический радиус ξ для ИР, в котором сыпучий материал находится между двумя стенками, вычисляют по формуле

(9.2)

где F – площадь поперечного сечения засыпки, м²;
O – периметр наружной стенки, м;
o – периметр внутренней поверхности засыпки, м;
R – внутренний радиус наружной стенки, м;
r – радиус внешней поверхности матов с учетом деформации, м, вычисляют по формуле

(9.3)

где R₀ – внутренний радиус внутренней стенки, м;
t₁ – толщина первого пояса стенки, м;
t_m – толщина матов с учетом деформации после засыпки перлита, м.

9.5.2 Нормативное вертикальное давление перлита 𝑝_𝑣, кПа, определяют по формуле

(9.4)

9.5.3 При отсутствии значений, для конкретной марки перлита допускается принимать λ = 0,5, f = 0,58.

9.5.4 Засыпка перлита должна сопровождаться его виброуплотнением не менее чем на 10 %, при этом толщина уплотняемого слоя должна быть не более 4 м.

9.5.5 Расчетную плотность уплотненного перлита для расчета активного давления по формуле (9.1) принимают с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1,3 к его максимальной для данной марки перлита насыпной плотности.

9.5.6 Условие равновесия массы перлита в межстенном пространстве над расчетным уровнем:

(9.5)

Силы трения перлита о внутреннюю F_{тр вн} и наружную Fт_{р нар} стенки и ИР, кН, определяют по формулам:

(9.6), (9.7)

где R₂ – радиус наружной поверхности перлита, м;
R₁ – радиус внутренней поверхности перлита, м.

Равнодействующую силу вертикального давления перлита на уровне низа рассматриваемой секции 𝑄_давл, кН, определяют по формуле

(9.8)

где 𝑝_𝑣 – вертикальное давление перлита, кПа.

Вес перлита в межстенном пространстве над расчетным уровнем 𝑃_перл, кН, вычисляют по формуле

(9.9)

где Н_перл – высота перлитной засыпки от уровня низа рассматриваемой секции до верха массы перлита, м.

9.6 Требования к компенсационным матам

9.6.1 При захолаживании ИР, колебании уровня жидкости, изменении климатической температуры, остановке ИР на обследование или техническое обслуживание происходит температурная деформация внутреннего или наружного корпусов ИР и, как следствие, изменение расстояния между внутренней и наружной стенками. Для уменьшения давления теплоизоляционного сыпучего материала на стенки резервуара, при сокращении межстенного расстояния, следует предусмотреть компенсационный слой в виде упругих стекловолокнистых матов по ГОСТ 34337, ГОСТ 21880 и ГОСТ 10499. Компенсационные маты размещают на наружной поверхности стенки внутреннего корпуса ИР. При уплотнении перлита в процессе засыпки до максимальной плотности (не менее чем на 10 %) дальнейшего уплотнения его не происходит, и впоследствии при температурной или силовой деформации стенок резервуара упруго деформируются только маты.

9.6.2 Коэффициент упругости матов kмат определяют как разность деформаций k_мат =A – B, где А – полусумма деформаций при трехкратном нагружении до давления p₁ =1,676 кПа и разгрузке образца матов, а В – полусумма деформаций при трехкратном нагружении до значения давления p₂ = 0,239 кПа и разгрузке.

9.6.3 Модуль упругости материала матов определяют по формуле

(9.10)

Коэффициент упругости матов должен быть не менее 0,44.

Для значения k_мат = 0,44 модуль упругости Е_мат = 3,266 кПа.

9.6.4 Необходимую расчетную первоначальную толщину матов L_0мат = x и значение их первоначального сжатия при засыпке перлита Δ1=y определяют из решения системы нелинейных уравнений

(9.11), (9.12)

где L_МС – ширина межстенного пространства до захолаживания, м;
p₁ – давление матов на стенку резервуара при выводе ИР из эксплуатации, кПа;
∆𝑅 – изменение радиуса внутреннего резервуара при захолаживании, м;

Толщина матов должна быть не менее расчетной. Маты могут состоять из нескольких слоев.

9.6.5 Давление p1 – параметр, указанный в техническом задании, или определяется проектировщиком ИР. Давление p1 не должно быть ниже удвоенного значения активного значения перлита, определенного по формуле (9.1).

Давление p₁, умноженное на коэффициент надежности γf = 1,3, не должно превышать верхнее давление испытаний матов 1,68 кПа (или другое  верхнее значение давления испытаний конкретной марки матов). Рекомендуемое значение давления p1 от 1,0 до 1,2 кПа.

На давление p1 с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1,3 должен проводиться расчет на устойчивость внутренней стенки ИР.

9.6.6 При засыпке перлита маты, имеющие первоначально толщину L_0мат, под действием давления перлита p₀ деформируются, и толщина их сокращается на величину Δ1.

При захолаживании ИР радиус внутреннего корпуса уменьшается на величину ∆𝑅 = α ∙ ∆T ∙ 𝑅, где α – коэффициент линейного расширения металла корпуса; ∆T – изменение температуры, ºС. При этом
освободившееся межстенное пространство заполняется перлитом из резервного запаса, но его давление на стенку при этом не изменяется.

При выводе ИР из эксплуатации для технического обслуживания, обследования или при аварийной ситуации радиус внутреннего корпуса увеличивается, и межстенное расстояние сокращается на величину ∆𝑅 = α ∙ ∆𝑇 ∙ 𝑅.

Уплотненный перлит не деформируется, деформируются только упругие маты, их толщина сокращается также на величину ΔR. При этом давление матов на перлит p₁, кПа, определяют по формуле

(9.13)

9.6.7 При выборе взаимосвязанных параметров – давления p₁ и толщины матов L_{0 мат} следует руководствоваться условием, что толщина матов не должна превышать 40 % ширины межстенного пространства, и деформация матов не должна превышать 33 %. При несоблюдении этих условий следует назначить новое значение p1 и произвести повторный расчет толщины матов и их деформации при засыпке.

9.6.8 За температуру внутри резервуара после расхолаживания допускается принимать среднюю максимальную температуру наиболее теплого месяца, согласно СП 131.13330.2018 (таблица 4.1).

9.6.9 При наливе хранимого продукта радиальное перемещение i-го пояса стенки резервуара 𝑤_𝑖, м, под действием гидростатического и избыточного давления составит:

(9.14)

ρ_прод – плотность хранимого продукта, т/м³;
Н – высота налива, м;
z_i – расстояние от днища до нижней кромки i-го пояса, м;
n₂ – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления газа, для режима эксплуатации n₂ = 1,2, для режима гидроиспытаний n₂ = 1,25;
pр.изб – расчетное внутреннее избыточное давление газа в пространстве под кровлей резервуара, кПа;
R – радиус стенки резервуара, м;
Ес – модуль упругости стали при температуре хранения продукта, кПа;
𝑡_𝑖 – толщина i-го пояса стенки, м.

9.6.10 После назначения проектной толщины матов LM расчет их радиального перемещения w под нагрузкой можно проводить с использованием жесткости матов как пружины

9.7 Требования к проектированию цилиндрических стенок изотермических резервуаров

9.7.1 Расчет на прочность стенки внутреннего корпуса изотермического резервуара

9.7.1.1 При расчетах на прочность стенки внутреннего корпуса ИР учитывают следующие нагрузки:

- гидростатическое давление;
- внешнее давление перлита;
- весовые нагрузки;
- сила трения перлита о стенку.

Стенка внутреннего корпуса должна удовлетворять как критериям прочности при всех видах воздействий, так и критериям устойчивости.

9.7.1.2 Толщину i-го пояса стенки 𝑡_𝑖 , м, достаточную для обеспечения прочности при действии гидростатического и внутреннего избыточного давлений, рассчитывают для каждого пояса стенки резервуара по формуле

(9.15)

где γ_n – коэффициент надежности по ответственности сооружения;
γ_с – коэффициент условий работы:
- для режима хранения продукта, γ_с = 0,7 – для первого пояса;
γ_с = 0,8 – для остальных поясов;
- для режима гидроиспытаний γ_с = 0,9 для всех поясов в соответствии с СП 43.13330;
S_y – расчетное сопротивление материала по пределу текучести, кПа.

9.7.1.3 Толщина верхнего n-го пояса как для резервуара со стационарной крышей, так и для резервуара, не имеющего стационарной крыши, принимается равной не менее 40 % толщины первого пояса 𝑡_𝑛 ≥ 0,4𝑡₁. Минимальная толщина любого пояса стенки ИР независимо от объема составляет 6 мм.

9.7.1.4 Толщина каждого i-го пояса: i = n–1, n–2 и т.д. сверху вниз назначается не менее толщины следующего за ним сверху i+1-го пояса, но так, чтобы выполнялось требование прочности (9.16).

9.7.1.5 Для проверки правильности назначения толщин нижних поясов стенки резервуара и их возможной корректировки рекомендуется провести расчет НДС резервуара численным методом под действием всей совокупности действующих нагрузок. Используют следующую расчетную схему:

1) стенка резервуара переменной толщины с кольцами жесткости, опирающаяся на днище или окрайку днища;
2) резервуар в сборе, т.е. стенка, днище и крыша.

9.7.1.6 Численный расчет стенки и днища, включающий расчет подъема окрайки днища под действием внутреннего давления газа, находящегося над жидкостью, следует выполнять с учетом геометрической нелинейности.

9.7.1.7 Критерий прочности стенки резервуара: интенсивность напряжений σ_𝑖 , кПа, и абсолютные значения главных напряжений, σ₁ и σ₂, кПа, не должны превышать расчетного сопротивления материала стенки по пределу текучести S_y с учетом коэффициента условий работы и коэффициента надежности:

(9.16)

где σ_𝑥 – осевое напряжение, кПа;
σ_𝑦 – кольцевое напряжение, кПа;
γ_c =0,9 – коэффициент условий работы;
γ_n – коэффициент надежности по ответственности сооружения.

Главными напряжениями в данном случае являются осевые и кольцевые напряжения, так как τ_xy = 0.

9.7.2 Расчет стенки внутреннего корпуса изотермического резервуара на устойчивость

9.7.2.1 Устойчивость стенки внутреннего корпуса обеспечена при выполнении условия:

(9.17),(9.18),(9.19),(9.20),(9.21)

где µ – параметр устойчивости (стенка устойчива, если μ ≤ 1);
γ_n – коэффициент надежности по ответственности сооружения;
σ_1i – расчетное осевое напряжение для i-го пояса стенки, кПа;
σ_01i – критическое осевое напряжение, кПа;
p_р – расчетное внешнее давление, кПа;
p_кр – критическое внешнее давление, кПа;
Р_верт – расчетная суммарная вертикальная сжимающая нагрузка, кН, составляет сумму снеговой, весовых нагрузок, силы трения перлита и т.п.;
R – радиус стенки резервуара, м;
t_i – толщина i-го пояса стенки резервуара, м;
С_i – коэффициент, рассчитывают по формулам (9.22 – 9.24);
E – модуль упругости материала стенки резервуара, кПа;
Н_экв – высота цилиндрической оболочки однородной толщины, эквивалентная по устойчивости под действием внешнего давления (по величине критического давления);
t_min – толщина самого тонкого пояса стенки резервуара, м;
h_i – толщина i-го пояса стенки резервуара, м;

Коэффициент С вычисляют по формулам

(9.22),(9.23),(9.24)

9.7.2.2 Расчетное внешнее давление 𝑝вв, кПа, при расчете на устойчивость стенки внутреннего корпуса вычисляют по формуле

(9.25)

где γ_f =1,3 – коэффициент надежности по нагрузке.
p₁ – давление, возникающее при выводе ИР из эксплуатации, кПа;

Если внутренний корпус ИР проектируется с собственной стационарной крышей, то к давлению перлита добавляют расчетный вакуум с коэффициентом надежности γ_f =1,2:

(9.26)

где 𝑝_вак – расчетный вакуум, кПа.

9.7.2.3 Расчетное внешнее давление 𝑝_вн, кПа, при расчете на устойчивость стенки наружного корпуса вычисляют по формуле

(9.27)

где р_ветр – давление ветра, кПа;

1,2 и 1,4 – коэффициенты надежности по нагрузке к вакууму и давлению ветра;
0,5 – коэффициент приведения давления ветра к эквивалентному вакууму.

9.7.2.4 При невыполнении критерия устойчивости следует провести анализ причин. При значении параметра устойчивости μ в пределах 1,0 < μ ≤ 1,5 следует либо увеличить толщину поясов стенки резервуара, либо добавить одно или несколько колец жесткости в зависимости от следующих условий:

1) если невыполнение критерия устойчивости обусловлено вертикальными нагрузками, требуется увеличение толщины верхних поясов стенки резервуара, для которых отношение ттт близко к 1 (0,8 и более);
2) если невыполнение критерия устойчивости обусловлено внешним давлением, т.е. отношение ттт близко к 1 (0,8 и более), требуется установка промежуточных колец жесткости (дополнительно, кроме верхнего
ветрового кольца).

При μ > 1,5 рекомендуется как увеличение толщины верхних поясов стенки резервуара, так и установка колец жесткости.

9.7.2.5 После размещения на стенке резервуара колец жесткости и определения их сечений в соответствии с 9.8 следует произвести поверочный расчет на устойчивость стенки внутреннего корпуса ИР под действием внутреннего давления и осевой силы по приведенным выше формулам. Расчет производят по секциям. Под секцией понимают часть цилиндрической оболочки, заключенной между парой колец жесткости (или днищем и кольцом жесткости). Дополнительными осевыми нагрузками в этом случае являются вес вышерасположенных секций и сила трения перлита о расположенную выше данной секции часть стенки внутреннего корпуса.

9.7.2.6 Формула (9.20) для расчета внешнего критического давления применима для оболочек средней длины (или секций оболочки при расчете по секциям), для которых высота оболочки или высота секции оболочки между кольцами жесткости больше половины радиуса оболочки.

Для коротких оболочек при невыполнении этого условия расчет верхнего критического давления следует проводить по общей формуле

(9.28)

где n – число волн в окружном направлении;
ν – коэффициент Пуассона.

Выбирают значение n, при котором давление достигает минимума.

9.7.2.7 Формулы расчета верхнего критического давления (9.20), (9.28) применяют для цилиндрических оболочек с шарнирным закреплением торцов. Для стенки резервуара, у которой нижний торец опирается на окрайку днища, а верхний торец подкреплен ветровым кольцом, и, кроме того, имеются дополнительные кольца жесткости, применение указанных формул обеспечивает дополнительный запас устойчивости до 15 %. Для учета условий закрепления торцов секций оболочки допускается в расчет эквивалентной высоты вводить дополнительный корректирующий множитель 𝐻_экв∗ = 0,9𝐻_экв, где Нэкв вычисляют по формуле (9.21).

9.7.2.8 Расчет верхней критической нагрузки внутреннего корпуса ИР выполняют численными методами в программе, основанной на линейной теории устойчивости оболочек. Критические параметры потери устойчивости следует находить раздельно:

1) при загружении только осевой силой – напряжение σ₀₁;
2) при нагружении только внешним давлением – критическое давление p₀.

Критерий устойчивости μ^∗ в этом случае вычисляют по формуле

(9.29)

где k₁ , k₂ – коэффициенты согласования численного решения задачи устойчивости по Эйлеру (бифуркации) и экспериментальных значений критических нагрузок, учитывающие несовершенства формы оболочки, k₁ = С / 0,605, k₂ = 0,6; С – коэффициент, вычисляемый по формулам (9.22) – (9.24).

9.8 Расчет сечений промежуточных колец жесткости

9.8.1 Сечения промежуточных кольцевых ребер жесткости определяют расчетом колец на устойчивость под действием внешнего давления.

9.8.2 Для обеспечения устойчивости кольца необходимо, чтобы момент инерции сечения кольца J, м₄, удовлетворял условию

(9.30)

где p_р – расчетное внешнее давление, кПа (МПа);
R – радиус стенки резервуара, м;
Н_эквmax – эквивалентная высота оболочки толщиной t_min, максимальная сверху или снизу, м;
n – число волн в кольцевом направлении при потере устойчивости;
Е – модуль упругости материала, кПа (МПа).

При вычислении момента инерции в сечение кольца допускается включать части оболочки, расположенные выше и ниже кольца на высоту 16t в каждую сторону, где t – толщина стенки обечайки в месте расположения кольца. Момент инерции находится относительно нейтральной оси такого сечения.

9.8.3 Расчетное число волн в кольцевом направлении, n, определяют из условия:

Число волн n* определяют по формуле

(9.31)

где R – радиус стенки резервуара, м;
H – высота налива, м;
t – средняя толщина обечайки (секции обечайки), м.

9.8.4 Минимально допускаемое сечение кольца жесткости – равнополочный уголок 65х6 мм.

9.9 Требования к проектированию днищ резервуаров

9.9.1 Днища резервуаров для хранения сжиженных газов следует проектировать плоскими.

9.9.2 Днища должны выступать наружу за стенку резервуара, ширина выступающей части – не менее 50 мм.

9.9.3 Днища внутреннего и наружного корпусов ИР должны состоять из центральной части и утолщенной кольцевой окрайки.

9.9.4 Толщина центральной части днищ tb должна быть не менее 5 мм без учета припуска на коррозию.

9.9.5 Толщину кольцевой окрайки ta без учета припуска на коррозию определяют при условии: 0,77t₁ ≤ t_a < t₁, где t₁ – толщина первого пояса стенки резервуара, при этом ta должна быть не менее 8,0 мм.

9.9.6 Необходимую ширину окрайки днища L_a, м, вычисляют по формуле

(9.32)

где t_a – толщина окрайки, м;
S_y – расчетное сопротивление материала окрайки днища по пределу текучести, кПа;
ρ_прод – плотность жидкости, т/м³;
g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;
Н – высота налива жидкого продукта, м.

9.9.7 Ширина окрайки днищ L_a должна удовлетворять условию

0,5м ≤ 𝐿𝑎 ≤ 0,035𝐷,   (9.33)

где D – диаметр резервуара, м.

9.10 Расчет пеностекла

9.10.1 При расчетах на прочность допускается считать пеностекло упругим изотропным материалом.

9.10.2 При отсутствии конкретных значений, допускается принимать модуль упругости пеностекла E = 900 МПа, коэффициент Пуассона ν = 0,05.

9.10.3 Критерий прочности пеностекла: 𝑝 ≤ 0,9𝑅𝑏пс . Давление 𝑝, оказываемое на пеностекло, не должно превышать предел прочности пеностекла на сжатие 𝑅𝑏пс, умноженный на коэффициент условий работы γ_c = 0,9.

9.11 Требования к проектированию стационарной крыши
9.11.1 Кроме веса металлоконструкций, снеговой и ветровой нагрузки дополнительно необходимо учесть следующие нагрузки на крышу, которые следует отнести к кратковременным:

- равномерно распределенная нагрузка 1,2 кН/м² на расчетную площадьнеподвижной крыши, воздействующая на крышу наружного корпуса ИР; эта нагрузка не должна сочетаться со снеговой нагрузкой и нагрузкой от внутреннего отрицательного давления;
- равномерно распределенная нагрузка 2,4 кН/м², воздействующая на платформы и переходные лестницы снаружи ИР;
- равномерно распределенная нагрузка 0,5 кН/м², воздействующая на подвесную крышу и платформы и переходные лестницы внутри корпуса ИР во время монтажа и обслуживания;
- сосредоточенная нагрузка 5 кН, на площадь 300 × 300 мм, прилагаемая к платформам и переходным лестницам снаружи ИР; сосредоточенная нагрузка не сочетается с равномерно распределенной;
- сосредоточенная нагрузка 1,5 кН, на площадь 300 × 300 мм, прилагаемая к подвесной крыше, платформам и переходным лестницам внутри корпуса ИР во время монтажа и обслуживания; сосредоточенная нагрузка не сочетается с равномерно распределенной нагрузкой.

9.11.2 Стационарную крыша ИР проектируют в виде самонесущей или подкрепленной каркасом оболочки одной из следующих форм:

- конусная;
- сферическая купольная двоякой кривизны;
- сферический ребристо-кольцевой купол типа «зонт».

9.11.3 Конусная крыша допускается для резервуаров диаметром не более 20 м. Угол наклона конусной крыши к горизонту α должен лежать в диапазоне

9,5° ≤ α ≤ 37° (1/6≤ tgα ≤ 0,75),  (9.34)

9.11.4 Радиус кривизны сферической купольной крыши Rкр (в т.ч. ребристо-кольцевого купола) рекомендуют выбирать в диапазоне

0,8𝐷 ≤ 𝑅кр ≤ 1,2𝐷, (9.35)

где D – диаметр резервуара, м.

9.11.5 Ребристо-кольцевой купол состоит из ряда одинаковых секторов, образованных путем изгиба плоских листов металла по цилиндрической поверхности радиусом R_кр.

9.11.6 Для резервуаров, диаметр которых не превышает 12 м, допускается бескаркасная – самонесущая крыша, у которой оболочка без каркаса может нести нагрузки. Допускается также «полукаркасная» крыша, каркас которой состоит только из набора кольцевых ребер жесткости –
шпангоутов.

9.11.7 Бескаркасную самонесущую крышу резервуара рассчитывают на прочность и устойчивость под действием внешних нагрузок и внутреннего давления, согласно ГОСТ 34233.2. Параметры «полукаркасной» крыши определяют численным расчетом. Необходимое число шпангоутов и расстояния между ними должны быть определены из расчета на устойчивость под действием собственного веса, веса дополнительного оборудования, переходов, рабочих площадок, трубопроводов, снеговой и ветровой нагрузок.

9.11.8 Крыша ИР диаметром больше 12 м должна иметь каркас, состоящий из набора радиальных и кольцевых ребер жесткости. При расчете крыши должна быть учтена совместная работа каркаса и покрытия. Расчет НДС элементов крыши следует выполнить МКЭ. Расчетная схема должна содержать стержневые элементы каркаса и оболочечные или пластинчатые элементы покрытия. Каркас крыши ИР проектируют по общим правилам проектирования стержневых металлических конструкций, согласно СП 16.13330.

9.11.9 Для ИР максимальной по абсолютной величине нагрузкой на крышу является избыточное внутреннее давление газа. Минимальную толщину покрытия конусной крыши ИР вычисляют по
формуле

(9.36)

где p_р.изб. – расчетное внутреннее избыточное давление, кПа;
R – номинальный радиус стенки резервуара, м;
α – угол конусности крыши от горизонта;
S_y – расчетное сопротивление материала по пределу текучести, кПа;
φ – коэффициент прочности сварного шва:
- для одностороннего шва с усилением (валиком) при сварке только сверху φ = 0,35;
- для шва с валиками при сварке с обеих сторон φ = 0,65;
- для стыкового шва с полным проплавлением с подкладным листом или без него φ = 0,70;
- для стыкового шва с полным проплавлением и выборочным радиографическим контролем φ = 0,85;
- для стыкового шва с полным проплавлением и 100 % радиографическим контролем φ = 1.

9.11.10 Минимальную толщину покрытия самонесущей купольной крыши 𝑡,м, вычисляют по формуле

(9.37)

где γ – коэффициент формы:
- для сферической крыши двоякой кривизны γ =0,5;
- для ребристо-кольцевого купола типа «зонт», состоящего из набора секторов одинарной кривизны, γ =1,0.
R_R – радиус кривизны крыши, м.

9.11.11 Узел стыка конусной или купольной сферической крыши и стенки резервуара выполняют в соответствии со схемами, приведенными на рисунках 9.1, 9.2. На рисунке 9.3 показаны недопустимые варианты исполнения опорного узла крыши резервуара.

9.11.12 При действии внутреннего давления (рисунки 9.1, 9.2) в опорном кольце на контуре бескаркасной купольной крыши возникает сжимающее напряжение, σ_конт, кПа, определяемое по формуле

(9.38)

где 𝑅кр – радиус кривизны крыши, м;
𝑟 – радиус стенки резервуара, м;
F – площадь сечения опорного кольца крыши, м2.

На удалении от края крыши напряжение в покрытии становится равным безмоментному напряжению в сферической оболочке. Безмоментное напряжение σ, кПа, определяют по формуле

W_h – эффективная ширина крыши (участок, включенный в расчет), мм;
W_с – эффективная ширина стенки (участок, включенный в расчет), мм;
L – величина свеса крыши, мм; t – толщина элементов, мм

Рисунок 9.1 – Варианты исполнения опорного узла крыши резервуара

Wh – эффективная ширина крыши (участок, включенный в расчет), мм;
Wс – эффективная ширина стенки (участок, включенный в расчет), мм;
t – толщина элементов, мм

Рисунок 9.2 – Варианты исполнения опорного узла крыши резервуара при толщине листа крыши ≤ 6 мм

Рисунок 9.3 – Недопустимые варианты исполнения опорного узла крыши резервуара

9.11.13 Из формулы (9.38) следует, что для обеспечения прочности, площадь сечения опорного кольца F, м², должна быть 

(9.40)

где γ_с = 0,6 – коэффициент условий работы.

В площадь сечения опорного кольца F допускается включать часть крыши длиной 𝑤𝑟 = 0,6√𝑅𝑡𝑟 и часть стенки резервуара общей длиной 𝑤_𝑤 = 0,6√𝑅𝑡𝑤 (рисунки 9.1, 9.2).

9.11.14 За предельное состояние принимают ситуацию, когда напряжение в кольце жесткости достигнет предела текучести. Аварийное давление 𝑝_𝑓, кПа, при котором достигается предельное состояние верхнего кольца жесткости, рассчитывают по формуле

(9.41)

где p – расчетное давление, кПа;
PLR – вес стенки, крыши и всех прочих элементов (рабочих площадок, люков, теплоизоляции и т.п.), передающийся на днище через стенку, кН.

<< назад / к содержанию СП 495.1325800.2020 / вперед>>