Конический ребристый купол покрытия вертикального цилиндрического резервуара
Владельцы патента RU 2502850:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к купольным покрытиям вертикальных цилиндрических резервуаров. Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления и монтажа купола. Купольная крыша образована путем сопряжения двух конических поверхностей с различными углами наклона образующих к горизонтальной плоскости, содержит верхние и нижние меридиональные прямолинейные ребра, которые опираются на нижнее, верхнее и промежуточное опорные кольца. К меридиональным ребрам примыкают кольцевые прогоны, опоясывающие купол. В местах сопряжения нижних меридиональных ребер с промежуточным опорным кольцом устанавливаются V-образные распорки. В двух смежных секторах купола расположена система крестообразных связей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к металлическим конструкциям покрытий вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения жидких продуктов.
Известно решение покрытия вертикального цилиндрического резервуара в виде сферического сетчатого купола (патент РФ №2308588, МПК E04B 7/10 от 31.08.2005 г.), включающее распорное кольцо, внутренние и опорные раскосы, кольцевые балки, наружную кольцевую балку, элементы обшивки, соединяемые с элементами каркаса при помощи винтов.
Недостатками описанного решения являются необходимость поэлементной сборки, повышенная трудоемкость устройства узловых соединений несущих элементов и монтажа обшивки, а также повышенная материалоемкость.
Известно также сферическое купольное покрытие (патент РФ №2354787, МПК E04B 7/08, от 25.07.2007 г.), которое содержит горизонтальное опорное кольцо, элементы с верхними Т-образными и нижними Г-образными полками, тонколистовые обшивки, соединяемые с элементами каркаса при помощи сварки.
Недостатком данного решения является необходимость поэлементной сборки на строительной площадке, повышенная материалоемкость.
Наиболее близким к предлагаемому решению является ребристо-кольцевое покрытие вертикального цилиндрического резервуара в форме сферического купола, состоящее из центрального кольца, верхнего купола, промежуточного кольца, нижнего купола, опорного кольца, соединенного со стенкой резервуара, и поперечных ребер, (см. Металлические конструкции. В 3 т. Т.3. Специальные конструкции и сооружения: Учеб. для строит, вузов; Под ред. В.В. Горева. - М.: Высш. шк., 1999 г. - с.32.). Ребристо-кольцевое покрытие решено в виде сборных щитов, по длинным сторонам которых расположены двутавры, являющиеся элементами стропил. Поперечные ребра щитов изготавливают из равнополочных уголков, прикрепляемых к продольному ребру посредством фасонок. Стальная обшивка прикрепляется к продольным и поперечным ребрам при помощи сварки.
Недостатками такой конструкции являются: использование большого количества продольных ребер для обеспечения требуемой несущей способности и жесткости купола, необходимость выполнения операций гибки продольных ребер на заводе-изготовителе. Перечисленные обстоятельства приводят к дополнительным трудозатратам при изготовлении и монтаже купола. Из-за того, что основные несущие элементы сферического купольного покрытия должны воспринимать несимметричную снеговую нагрузку, формирующуюся на покрытиях сферической формы, данная конструкция имеет повышенную материалоемкость.
Задача изобретения - снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления и монтажа купола покрытия вертикального цилиндрического резервуара для хранения жидких продуктов в условиях действия высоких снеговых нагрузок.
Поставленная задача решается тем, что ребристый конический купол покрытия вертикального цилиндрического резервуара образован путем сопряжения двух конических поверхностей с различными углами наклона образующих к горизонтальной плоскости, содержит нижние прямолинейные двухпоясные меридиональные ребра, которые нижним концом соединяются с нижним опорным кольцом, а верхним - с промежуточным двухпоясным опорным кольцом; верхние прямолинейные двухпоясные ребра нижним концом соединенные с промежуточным опорным кольцом, а верхним - с верхним опорным кольцом, V-образные распорки, установленные в местах примыкания нижних меридиональных ребер к промежуточному опорному кольцу, кольцевые прогоны, шарнирно примыкающие к верхним и нижним меридиональным ребрам и опоясывающие купол, и систему крестообразных связей. Кроме того, верхние и нижние меридиональные ребра, а также промежуточное опорное кольцо могут выполняться однопоясными, сплошного сечения
Ребристый купол, в отличие от прототипа, был образован путем сопряжения двух конических поверхностей с различными углами наклона образующих к горизонтальной плоскости. Меридиональные ребра купола, состоящие из двух конструктивных элементов, расположенных под углом друг к другу, выполнены двухпоясными. К меридиональным элементам примыкают кольцевые прогоны, которые выполнены сплошного сечения и опоясывают купол. Сопряжение кольцевых прогонов с меридиональными ребрами шарнирное. Меридиональные ребра купола снизу опираются на нижнее опорное кольцо, которое сопряжено со стенкой резервуара. В куполе устанавливается промежуточное кольцо, выполненное двухпоясным. Нижние меридиональные ребра устанавливаются в два раза чаще, чем верхние. Верхние меридиональные ребра в вершине купола жестко соединяются с верхним опорным кольцом. В местах сопряжения меридиональных ребер с промежуточным опорным кольцом устраиваются дополнительные V-образные распорки. Тонколистовой металлический настил соединяется с несущими элементами купола при помощи сварки. Пространственная жесткость и общая устойчивость купола обеспечивается металлическим настилом и системой крестообразных связей.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где:
на фиг.1 общий вид купольного покрытия (вид сверху);
на фиг.2 разрез купола по меридиональному ребру (разрез А-А на фиг.1);
на фиг.3 изометрия купольного покрытия.
Ребристое купольное покрытие содержит нижние меридиональные ребра 1 и верхние меридиональные ребра 2, выполненные двухпоясными. Нижние меридиональные ребра нижним концом шарнирно сопряжены с нижним опорным кольцом 3, а верхним концом жестко сопряжены с промежуточным двухпоясным опорным кольцом 4. Верхние меридиональные ребра нижним концом жестко сопряжены с промежуточным опорным кольцом 4, а верхним концом с верхним опорным кольцом 5. К верхним и нижним меридиональным ребрам 1, 2 примыкают кольцевые элементы 6, которые опоясывают купол. В местах сопряжения меридиональных ребер 1 с промежуточным опорным кольцом 4 устанавливаются дополнительные V-образные распорки 7, которые одним концом сопряжены с промежуточным опорным кольцом 4, а другим - с верхними меридиональными ребрами 2. Для обеспечения пространственной жесткости и общей устойчивости купола в двух смежных секторах устраиваются крестообразные связи 8. В качестве материала основных несущих элементов купола могут быть использованы конструкционная сталь или алюминиевые сплавы.
Основное отличие предлагаемого купола от прототипа, позволяющее решить поставленную задачу, заключается в том, что образующая купола состоит из двух прямолинейных элементов, сопрягаемых под углом. Использование такой геометрической формы купола позволяет перераспределить изгибающие моменты в меридиональных ребрах. На куполе предлагаемой конструкции снеговые массы формируются более равномерно, что уменьшает влияние несимметричной снеговой нагрузки, которая является определяющей для купольных покрытий сооружений. Использование V-образных распорок в местах сопряжения нижних меридиональных ребер с промежуточным опорным кольцом позволяет исключить работу промежуточного опорного кольца на изгиб в плоскости наименьшей жесткости. Вышеописанные особенности позволяют уменьшить размеры поперечных сечений меридиональных ребер и промежуточного опорного кольца, следствием чего является снижение материалоемкости купола. Все конструктивные элементы купола выполнены прямолинейными, что позволяет исключить трудоемкие операции гибки элементов на заводе-изготовителе. Конструктивные элементы купола могут быть доставлены на строительную площадку и смонтированы как поэлементно, так и в виде укрупненных блоков. Это позволяет снизить трудоемкость изготовления и монтажа купольного покрытия.
При проведении патентных исследований не выявлены технические решения куполов вертикальных цилиндрических резервуаров, образованных путем сопряжения двух конических поверхностей с различными углами наклона образующих к горизонтальной плоскости, что подтверждает соответствие критерию патентоспособности «новизна».
1. Ребристый конический купол покрытия вертикального цилиндрического резервуара, образованный путем сопряжения двух конических поверхностей с различными углами наклона образующих к горизонтальной плоскости, содержащий нижние прямолинейные двухпоясные меридиональные ребра, нижним концом соединенные с нижним опорным кольцом, а верхним - с промежуточным двухпоясным опорным кольцом; верхние прямолинейные двухпоясные ребра, нижним концом соединенные с промежуточным опорным кольцом, а верхним - с верхним опорным кольцом, V-образные распорки, установленные в местах примыкания нижних меридиональных ребер к промежуточному опорному кольцу, кольцевые прогоны, шарнирно примыкающие к верхним и нижним меридиональным ребрам и опоясывающие купол, и систему крестообразных связей.
2. Ребристый конический купол покрытия вертикального цилиндрического резервуара по п.1, отличающийся тем, что верхние и нижние меридиональные ребра, а также промежуточное опорное кольцо выполнены однопоясными сплошного сечения.
