Zarys kształtowania, ustalania obciążeń oraz wyznaczania sił
wewnętrznych wg momentowej teorii powłok w zbiornikach
cylindrycznych

Zbiorniki żelbetowe na ciecze są często kształtowane jako konstrukcje w kształcie kolistej powłoki walcowej, zwanej
prościej cylindryczną. Zbiorniki cylindryczne są wykonywane w trzech wersjach, jako: naziemne, zgłębione w
gruncie (podziemne) lub wyniesione (wieżowe). Dnem zbiorników jest płyta żelbetowa lub konstrukcja powłokowa.
Dno zbiornika może spoczywać na gruncie (zbiorniki naziemne i podziemne) lub być wsparte na płaszczu trzonu lub
słupach żelbetowych (zbiorniki wieżowe). Przekrycia zbiorników mogą być płaskie lub sklepione (powłokowe). W
przypadku dużych wymiarów zbiornika w rzucie poziomym, stosuje się podparcia pośrednie, w postaci jednego lub
kilku słupów. Zróżnicowane rozwiązania konstrukcyjne ścian, den i przekryć zbiorników cylindrycznych pokazano na
rysunkach 10-1 do 10-4. Na rysunkach tych ujęto niektóre rozwiązania konstrukcyjne zbiorników ze ścianami w
kształcie innych, niż cylindryczne, powłok obrotowo - symetrycznych.

Obliczenia statyczne zbiorników cylindrycznych wykonuje się przy założeniu, że: ściany, dna
i przekrycia są cienkościennymi i izotropowymi powłokami lub płytami żelbetowymi (pracującymi w fazie
sprężystej). Przyjmowane do obliczeń statycznych są dwa stany konstrukcji -w zakresie stopnia wykończenia obiektu i
obciążeń, wywołujących ekstremalne siły wewnętrzne: „I” - „próbę szczelności (wodną)”;
„II” - „stan remontowo - budowlany” (rys. 10-5). W przypadku zbiorników na-ziemnych lub podziemnych, poziome
oddziaływania na ściany w stanach I i II mają na ich wysokości rozkład trójkątny lub trapezowy; zilustrowano to na
przykładzie odkrytego zagłębionego zbiornika cylindrycznego (rys. 10-6). Uwzględniając współodkształcalne
połączenie ścian, den i przekryć zbiorników, obliczenia wykonuje się wg teorii sprężystości - z uwzględnieniem
stanów momentowych składowych elementów konstrukcyjnych. Siły nadliczbowe X(i) w postaci sił poziomych i
momentów krawędziowych, przyjmuje się, jak pokazano na przykładowych szkicach (rysunki 10-7 i 10-8). W
przypadku skokowej zmiany grubości ściany, należy uwzględnić powstanie lokalnego zginania momentami
południkowymi, wyznaczonymi dla sił nadliczbowych pokazanych na rys. 10-9. Wykresy stanów momentowych
wywołanych wpływem sił nadliczbowych: siły poziomej X i momentu krawędziowego M, pokazano na rys. 10-10. W
celu skutecznego przeniesienia wpływów momentowych na styku ścian i przekryć zbiorników, stosuje się
wzmocnienia takich styków poprzez zastosowanie wieńca żelbetowego lub pogrubienie węzła (rys. 10-11). Zbiorniki
można uznawać za szczelne, jeżeli w stanie zarysowania rozwarcie rys w ścianach i dnie nie przekroczy 0,1 mm, a
równocześnie zbiornik zostanie wewnątrz skutecznie uszczelniony wykleiną lub natryskiem izolacyjnym.

5-5
Ekstremalne stany konstrukcji zbiornika: a) „I” stan - „próba wodna”; b) „II” stan - „remontowo - budowlany”; 1-
ciężar własny przekrycia; 2 - ciężar własny przekrycia oraz obciążenie nasypem (ciężar własny zasypki oraz
obciążenie zewnętrzne naziomu) [11]

Obraz wpływu zaburzeń momentowych m

x

w ścianach powłoki cylindrycznej powstających w miejscu zamocowania

dolnej krawędzi powłoki w wyniku działania nadliczbowych sił: poziomej X

1

= X i momentu

X

2

= M [11]

Zarys wymiarowania i konstruowania ścian i den w zbiornikach
cylindrycznych

Ściany zbiorników cylindrycznych mogą być żelbetowe lub sprężone. Zbrojenie obwodowe i poziome może być
umieszczone jednowarstwowo w połowie grubości ściany lub dwuwarstwowo, co pokazano na rys. 10-16. W
przypadku ścian wykonanych w wersji prefabrykowanej, nie-zbędne jest wykonanie odpowiedniej monolityzacji
konstrukcji w miejscach pionowych styków prefabrykatów (rys.10-17).Sprężenie ścian zbiorników cylindrycznych
jest najskuteczniejszym sposobem zapewnienia ich szczelności; jest ono ponadto niezbędne przy dużych średnicach
zbiorników cylindrycznych. Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne jednokomorowych zbiorników sprężonych
pokazano na rysunkach 10-18 i 10-19; są to odpowiednio: zbiornik ze słupem centralnym i przekryciem wiszącym
oraz zbiornik o ścianie zamocowanej sprężyście w dnie i przekryciem w kształcie czaszy kulistej. Technika sprężania
ścian zbiorników jest zróżnicowana; jednym z popularnych sposobów jest dokonanie sprężenia za pomocą nawijania
strun z użyciem nawijarki karuzelowej (rys. 10-20). Innym sposobem jest zastosowanie kabli, umieszczonych w
zatopionych w betonie kanałach kablowych i zakotwionych po dokonaniu naciągu w pionowych pilastrach
betonowych; sprężenie takie jest stosowane także w wieńcach żelbetowych (rys. 10-21).

5-16
Przekroje poziome ścian zbiorników cylindrycznych ze zbrojeniem pojedynczym i podwójnym w zależności od
grubości ścian: a) poniżej 70 mm; b) od 70 mm do 150 mm; c) ponad 150 mm [6]

Szczegóły rozwiązania styków pionowych między elementami prefabrykowanymi ściany
zbiornika [3]

5-21
Wieniec podporowy sprężony kablami odcinkowymi: a) rozmieszczenie kabli; b) szczegół kotwienia kabla [5]

Nowoczesnym wariantem sprężenia ścian kablami, jest użycie tzw. kabli niskotarciowych i zakotwień systemowych
typu „X” - nie wymagających wykonywania pilastrów. Kable niskotarciowe umieszczane są na zewnątrz ścian;
znajdują się one w osłonach kablowych wypełnionych środkiem smarnym, co znacząco obniża tarcie kabli o osłony.
Specyficznym, bardzo pomysłowym sposobem sprężenia ścian cylindrycznych jest sprężenie strunami za pomocą
ręcznego mechanicznego załamania ich trasy (rysunki 10-22 i 10-23).Czasami stosuje się technologię sprężenia ścian
w dwu kierunkach (na obwodzi i pionowo); przykładowe szczegóły takiego rozwiązania pokazano na rys. 10-24. Na
styku przekrycia zbiorników ze ścianami, w przypadku sprężenia ścian lub wieńca, konieczne jest zastosowanie
warstwy poślizgowej (rys. 10-25). Podobnie na styku ścian cylindrycznym z dnem zarówno w wersji żelbetowej
konstrukcji ścian, jak i sprężonej, niezbędne jest właściwe uszczelnienie - z zachowaniem pracy statycznej styku
zgodnej z założeniami obliczeniowymi. Szczegóły przykładowych rozwiązań styków ścian i dna pokazano na rys. 10-
26. W przypadku dużych średnic płyt kolistych, stosuje się sprężenie kablami takich płyt (rys.10-27).

Schemat naciągania strun przez załamanie trasy: „1” - struny; „2” - klamerki; „3” - szczypce [7]

5-25
Połączenie ściany z przekryciem: 1 - warstwa poślizgowa [7]