background image

8.  Obliczanie konstrukcji nośnej zbiornika 

Wprowadzenie  
Zadaniem konstrukcji nośnej jest umiejscowienie zbiornika na zadanej wysokości w odpowiednim 

położeniu stałym (np.: kontener poziomy,  reaktor pionowy itd.) lub zmiennym w trakcie operacji 
realizowanej w zbiorniku (np. masielnica, krystalizator, przesiewnik itd.) pracy zbiornika. 

Rodzaje konstrukcji nośnych 
Konstrukcja nośna  może być stacjonarna lub mobilna. Pierwsza na stałe związana jest z podłożem przy 

pomocy śrub fundamentowych, mobilna natomiast umożliwia przemieszczanie zbiornika (cysterny, zbiorniki 
na kółkach itd.) . 

Elementy konstrukcji        
Elementy konstrukcji  

nośnej należy rozpatrywać w  
kontekście całego zbiornika,  
który one podtrzymują. Na  
rysunku przedstawiono zbior- 
nik pionowy z płaszczem  
grzejnym, mieszadłem wraz  
z konstrukcją nośną, której  
elementami są: 

-  łapy wspornikowe, 
- wsporniki 

(nogi), 

- podkładki.  

Łapy wspornikowe  

muszą zawsze być przyspawa- 
ne bezpośrednio do ścianki 
zbiornika. W przypadku, gdy 
zbiornik ma płaszcz grzejny,  
należy wykonać w nim otwo- 
ry (jak pokazano na rysunku) 
w celu odsłonięcia ścianki  
zbiornika, 

Zbiorniki pionowe mogą  

mieć również cylindryczne kon- 
strukcje wsporcze (partrz Mat. 
Pom. [7.1]) wg. BN-76/2201-11, nogi bezpośrednio przyspawane do dennicy (Mat.Pom.[7.3]) wg.BN-
62/2212-01 lub łapy bezpośrednio przyspawane do dennicy (Mat.Pom. [7.4] ) wg. BN-66/2212-07. 
Rozwiązania te przedstawia poniższy rysunek: 
    

 
 
 
 
 
 
  

 

 
 
 
 
 
 
 

W cylindrycznych konstrukcjach wsporczych konieczny jest co najmniej jeden otwór 

φ = 0.5 [m], 

umożliwiający  dostęp do dna aparatu i kilka mniejszych  otworów wentylacyjnych.    
 

41

background image

 
Konstrukcje nośne zbiorników poziomych przedstawione są w Mat.Pom. [7.5] opracowanych na 

podstawie BN-64/2212-04 i BN-84/2552-06 oraz na poniższym rysunku: 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dobór łap wspornikowych 
Wielkość łapy W pobiera się na podstawie normy BN-64/2212-02 (Mat.Pom.[7.2]), a określa ją punkt 

przecięcia  wartości ruchowego (całkowitego) ciężaru zbiornika Q [kG] rozłożonego na dwie łapy G = Q/2 
[kG] i wartości średnicy zbiornika D [mm].   

W obszarze przecięcia zamieszczone są także pozostałe informacje dotyczące szukanej łapy o zalecanej 

wielkości W, a mianowicie: 

g

c

 [mm] – najmniejsza grubość ścianki zbiornika do jakiej nie trzeba stosować blachy wzmacniającej,  

g

1

 [mm] – najmniejsza grubość ścianki aparatu, do której można już przyspawać blachę wzmocnienia,  

g

w

 [mm] – najmniejsze grubości blachy wzmacniającej, zazwyczaj g

1

 =  g

w

.  

 

Q = G/4 

Obliczanie wsporników 
Wsporniki przymocowane do łap wspornikowych można dobrać w  

zależności od ciężaru ruchowego zbiornika Q [kG] z norm i katalogów. Np. 
w normie BN-62/2212-01 podano wymiary i rozstaw podpór wykonanych 
z rur, podkładek pod nie oraz maksymalną ich długość dla zadanego 
ciężaru. Obliczenia tych podpór na wyboczenia przeprowadzono przy 
współczynniku bezpieczeństwa x = 5 i współczynniku zamocowania 

α = 2 

(jeden koniec przyspawany do dna, drugi swobodny).  

Najczęściej jednak nie uda się dobrać z norm wsporników o zadanym 

F, I

min

 

kształcie przekroju poprzecznego (ceownik, kątownik, T-ownik itd.), który 
jednocześnie miałby wymaganą długość i przenosiły wymagane obciążenie  
i wówczas należy samodzielnie przeprowadzić wymagane obliczenia, wg.  

α 

następującego schematu: 
  

1.  Z tablic kształtowników wybrać dowolny i odczytać dla niego: I

x

 

[m

4

], I

y

 [m

4

], F [m

2

], 

2. Określić współczynnik zamocowania podpory 

α = 2, 1, 2

½ 

/2  lub ½ , 

3. Wyznaczyć z zależności: 

F

I

l

min

α

λ

=

 smukłość podpory. 

4.  W przypadku, gdy 

λ > 100 ze wzoru Eulera wyznaczyć siłę krytyczną: 

2

2

min

2

α

π

=

l

I

E

P

kr

[MN], gdzie 

E jest modułem Younga, dla podpór stalowych E = 2

.

10

5

 [MPa]. 

5.  Dla  25 < 

λ < 100  P

kr

 wyznacza się dla podpór stalowych ze wzoru: 

)

14

.

1

310

(

λ

F

P

kr

 [MN]. 

6. Następnie po uwzględnieniu współczynnika bezpieczeństwa x = 5,  oblicza się siłę dopuszczalną  

x

P

Q

kr

dop

=

7. Jeżeli ciężar przypadający na jedną podporę Q jest mniejszy od Q

dop 

obliczenia można zakończyć, 

jeżeli nie - wybrać następny większy kształtownik i powtórzyć procedurę obliczeń. 

 

 

42

background image

Przykłady obliczania konstrukcji nośnej zbiornika 

 

Przykład I. Tematem projektu jest cylindryczny, pionowy i bezciśnieniowy zbiornik przeznaczony do 
magazynowania 2 ton oleju opałowego. Zbiornik ma być umieszczony 2.5 [m] nad poziomem gruntu, na 
wspornikach z ceownika. Z dotychczasowych obliczeń otrzymano: V

nom

 = 3.2 [m

3

],  D

w

 =1.6 [m], l

z

 ≈  2.05 

[m], grubość blachy walczaka g

rz 

= 0.004 [m] i grubość dennicy wyoblonej g

rz 

= 0.006 [m]. 

 

D

p

g

p

 

h

c

H

w

g

w

D

w

 

H

c

V

w

V

d

V

c

 

h

w

g

w

 

Dane/Założenia: 

Obliczenia: 

Wyniki: 

 

8. Obliczanie konstrukcji nośnej 

 

     8.1. Ciężar medium   

 
V

nom

 = 3.2 [m

3

],   

ρ

15

=860 [kg/m

3

Przy maksymalnym napełnieniu zbiornika olejem i maksymalnej 

gęstości oleju (w temperaturze 50 [

o

C] olej będzie lżejszy) maksymalny 

ciężar medium wynosi:  
G

m

 = V

nom 

.

 ρ = 3.2 

.

 860 = 2752 [kG] 

 

 
 
 
 
G

m

=2752 [kG] 

    8.2.  Części składowe zbiornika, ich wymiary i objętości 

 
g

w

= 0.004 [m] 

g

p

= 0.025 [m] 

g

d

= 0.006 [m] 

V

d

 = 0.249 [m

3

], 

h

c

 = 0.04 [m], 

h

w

 = 0.207 [m], 

G

=122.5 [kG], 

D

w

 =1.6 [m], 

Podjęto decyzję,  że zbiornik będzie zamknięty i zespawany z blach 

stalowych - St3S o grubości g

= 0.004 [m]. Jego dno będzie stanowić 

dennica wyoblona o małej wypukłości, a pokrywę  płaska dennica o 
grubości ścianki  g

p

= 0.025 [m].  

Objętość części sferycznej dennicy wynosi V

d

 = 0.249 [m

3

], wysokość 

części cylindrycznej h

c

= 0.04 [m], a dennica 

waży G

=122.5 [kG].  

Wysokość blachy walczaka h

w

 można  

wyznaczyć z warunku: 
V

nom

 = V

w

 + V

c

 +V

d

d

c

w

w

w

nom

V

h

D

h

D

V

+

+

=

4

4

2

2

π

π

  

stąd: 

(

)

=

=

c

w

d

nom

w

h

D

V

V

H

2

4

π

  

(

)

428

.

1

04

.

0

6

.

1

249

.

0

2

.

3

4

2

=

=

π

 [m] 

Średnica zewnętrzna pokrywy umożliwiająca jej przyspawanie do 

zewnętrznej ścianki zbiornika, przy założeniu, że grubość spawu g

s

 = g

rz

powinna wynosić: 
D

p

 = D

w

 + 2 

g

rz

 + 2 

g

= 1.6 + 2 

.

 0.004 + 2 

0.004 = 1.616 [m]  

 
Wysokość zbiornika wynosi: 

H

c

 = g

p

 + H

w

 + h

c

 + h

w

 + g

= 0.025+1.428+0.04+0.207+0.006

 

=1.706 [m] 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
H

w

 = 1.428 [m] 

skorygować 
oblicz. w  p.6 
 
D

p

 = 1.616 [m] 

 
H

c

 = 1.706 [m] 

    8.3  Ciężar zbiornika i jego poszczególnych składowych 

 
 
g

w

= 0.004 [m] 

g

p

= 0.025 [m] 

h

c

 = 0.04 [m], 

D

w

 =1.6 [m], 

h

w

 = 1.428 [m],  

D

p

 = 1.616 [m], 

γ

st 

=7870 [kG/m

3

]

 

 

Pokrywa: 

5

.

403

7870

025

.

0

4

616

.

1

4

2

2

=

=

=

=

π

γ

π

γ

st

p

p

st

p

p

g

D

V

G

 [kG], 

Walczak: 

226

7870

004

.

0

428

.

1

6

.

1

=

=

=

π

γ

π

st

w

w

w

w

g

h

D

G

[kG], 

Dennica:  

G

=122.5 [kG], 

Zbiornik: 
G

zb

 = 1.25 

(G

p

 + G

w

 + G

d

) = 1.25 

(403.5 + 226 + 122.5) = 940 [kG] 

W obliczeniach uwzględniono 25 [%] naddatek na armaturę (właz, 

zawory, króćce, oprzyrządowanie, łapy wspornikowe itp.). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
G

zb

 = 940 [kG] 

 

43

background image

    8.4. Ciężar ruchowy zbiornika

 

 
 
 
G

zb

 = 940 [kG] 

G

m

=2752 [kG] 

 
 

Ciężar ruchowy zbiornika jest sumą ciężaru zbiornika wraz z 

zawartością i  wynosi: 

 

G = G

zb

 + G

= 940 + 2752  = 3692 [kG] 

 
Ciężar przypadający na parę nóg i na jedną nogę wynosi: 

G

2

 = G / 2 = 3692 / 2 = 1846 [kG], 

Q =  G / 4 = 923 [kG] .  

 

 
 
 
 
G = 3692 [kG]  
 
G

= 1846 [kG] 

 
Q = 923 [kG] 

     8.5. Dobór łap wspornikowych 

 

 
G

= 1846 [kG] 

g

rz

 = 0.004 [m] 

 

 

Z wykresu (BN-64/2212-02 lub  

Mat.Pom. [7.2]) przecięcie wartości 
G = G

2

 =  1846 [kG] z D =D

w

+2

.

g

rz

= 1.6 + 0.008 =1.608 [m]  wyznacza  
ŁAPĘ WSPORNIKOWĄ W =180. 

Łapa ta nie wymaga stosowania  

blachy wzmacniającej ponieważ: 
                     g

rz

 > g

c

  

Łapa ma następujące wymiary w 

[mm]. W = 180, H = 284, s =150,  
m = 182, e

max

 = 150 i ciężar G

łapy

9.1 [kG]. 

                                                      Łapa składa się z dwóch żeber 

(2)  i podkładki (1) o wymiarach w 
[mm]: Żebro 180: z = 180, p = 170, h 
= 270, g

1

 = 14, c

1

 = 25 i g

ż

 = 2.8 [kG], 

podkładka 180: l = 185, k = 172, g = 
14, c = 25 i G

pd

 = 3.5 [kG].   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 W = 0.18 [m]  
 H = 0.284 [m] 
 s = 0.150 [m]  
 m=  0.182 [m] 
 e

max

= 0.15 [m]

 G

łapy

=9.1 [kG]

 

8.6. Długości podpory i wartość współczynnika jej zamocowania 

α 

 
 
H

w

 = 1.7 [m] 

Założono,  że  łapy są wspawane w odległości 40 [%] od dna, stąd 

długość podpory:  l = 2.5 + 0.4 l

z

 = 2.5 + 0.4 

1.7 = 3.18 [m],      

Przy skręceniu podpór z łapami i ich swobodnym podparciu (bez śrub 

fundamentowych 

α = 2. 

 

 
 
l = 3.18 [m]

  

 
α = 2. 

g

w

 =3 

g

c

 = 6 

D = 1608 [mm] 

W=18

g

1

 = 3

   G = 1846 

 

44

background image

x x 

8.7. Obliczanie nóg wspornikowych (I przybliżenie) 

 
 

Jako pierwszy do obliczeń wytypowano ceownik C120, dla którego 

I

min

= 43.2 [cm

4

] = 4,32

.

10

-7

 [m

4

],  F = 17.0 [cm

2

] = 1.7 

10

-3

 [m

2

] (wg.PN-

86/H-93404), stąd smukłość wynosi: 

399

10

7

.

1

10

32

.

4

2

18

.

3

3

7

min

=

=

=

F

I

l

α

λ

,  

 
λ > 100 więc można stosować wzór Eulera 

02108

.

0

2

18

.

3

10

32

.

4

10

2

2

2

7

5

2

2

2

min

2

=

=

=

π

α

π

l

I

E

P

kr

 [MN] = 21.08 [kN],  

00422

.

0

5

02108

.

0

=

=

=

x

P

Q

kr

dop

 [MN] = 4.22 [kN], 

00905

.

0

10

81

.

9

923

6

=

=

Q

 [ΜΝ] = 9.05 [κΝ]        

 
Ponieważ   Q

dop

 < Q  należy wybrać większy ceownik. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Q = 9.05 [kN] 

8.8. Obliczanie nóg wspornikowych (II przybliżenie) 

l = 3.18 [m]

  

α = 2, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E = 2

.

10

5

 [MPa], 

 
 
x = 5, 
 
Q=0.0090 [MN] 
 

 
Kolejny ceownik C180, dla którego I

min

= 114 [cm

4

] = 1,14

.

10

-6

 [m

4

],  F 

= 28 [cm

2

] = 2.8 

10

-3

 [m

2

], stąd smukłość wynosi: 

  

2

.

315

10

8

.

2

10

14

.

1

2

18

.

3

3

6

min

=

=

=

F

I

l

α

λ

,  

 
λ > 100 więc można stosować wzór Eulera 

0556

.

0

2

18

.

3

10

14

.

1

10

2

2

2

6

5

2

2

2

min

2

=

=

=

π

α

π

l

I

E

P

kr

[MN] = 5.56 [kN],  

011

.

0

5

0556

.

0

=

=

=

x

P

Q

kr

dop

 [MN] = 11.0 [kN], 

    Ponieważ tym razem Q

dop

 > Q , więc z  C 180  

można już wykonać podpory. Dla ceownika C 180 
pozostałe dane i wymiary  w [mm] są  następujące: 
h = 180, s = 70,  g = 8,  r = 11, ciężar 1 metra G

c

 = 

= 22.0 [kG/m] (wg.PN-86/H-93404).  
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  h = 0.18 [m] 
  s = 0.07 [m] 

 g = 0.008 [m]   

  r = 0.011 [m] 
 G

c

=22 [kG/m] 

8.9. Obliczanie podkładek pod nogi wspornikowe 

 
 
 
G = 3692 [kG], 
G

łapy

= 9.1 [kG], 

 l = 3.18 [m],

  

G

= 22.0 [kG/m], 

 
 
 
 
k

n

 = 2 [MPa] 

 

 
Ciężar ruchowy zbiornika, ale z konstrukcją nośną wyniesie:  
 

G

zb

 = G + 4 

G

łapy

 + 4 

G

c

 = 3692 + 4 

9.1 + 4 

3.18 

22 = 4008.2 [kG]  

 
Rozkłada się on na 4 podkładki, które wraz z podłożem poddawane są 

naprężeniom nacisku. Zakładając, że mają one kwadratowy kształt o boku 
A i biorąc pod uwagę naprężenia dopuszczalne na naciski gruntu: k

n

 = 2 

[MPa] otrzymuje się:   

n

zb

n

k

A

G

<

=

2

4

σ

  stąd: 

070

.

0

2

4

10

81

.

9

2

.

4008

4

6

=

=

=

n

zb

k

G

A

 [m] 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  A = 0.07 [m]  

 

45

 

background image

Przykład II   Cylindryczny, poziomy zbiornik o pojemności V = 4.5 [m

3

], ciśnieniu p = 15 [at] i temperaturze 

t = 15 - 50 [

o

C] przeznaczony do magazynowania amoniaku. Z dotychczasowych obliczeń otrzymano: V

nom

 = 

5.0 [m

3

],  D

w

 =1.6 [m], l

z

  ≈ 2.8 [m] i p

o

= 1.6 [MPa], t

o

 = 50 [

o

C], g

rz 

= 0.016 [m] dla walczaka z 

uwzględnieniem osłabienia otworem. Wysokość zbiornika wraz z podporą nie może przekroczyć 3 [m]. 
 

g

d

 

g

w

D

V

V

V

l

w

h

w

h

c

L

c

Dane/Założenia: 

Obliczenia: 

Wyniki: 

 

8. Obliczanie konstrukcji nośnej 

 

     8.1. Ciężar medium   

 
 
 
 
V

nom

 = 4.5 [m

3

],   

ρ

20 

= 600 [kg/m

3

 
Przy maksymalnym napełnieniu zbiornika ciekłym amoniakiem ciężar 

medium wynosi: 

  

G

m

 = V

nom 

.

 ρ = 4.5 

.

 600 = 2700 [kG] 

 

 

 
 
 
 
 
G

m

=2700 [kG] 

    8.2.  Części składowe zbiornika, ich wymiary i objętości 

 
g

w

= 0.016 [m] 

g

d

= 0.014 [m] 

V

d

 = 0.536 [m

3

], 

h

c

 = 0.06 [m], 

h

w

 = 0.4 [m] 

G

= 347 [kG], 

D

w

 =1.6 [m], 

 
 
 
 

 

Podjęto decyzję, że zbiornik będzie zamknięty i zespawany z blach ze 

stali 1H18N9T o grubości g

= 0.016 [m]. Zamknięcie zbiornika stanowić 

będą dwie wyoblone elipsoidalne dennice o grubości  ścianek  g

p

= 0.014 

[m].  

Objętość części 

sferycznej dennicy  
wynosi V

d

 = 0.536 

[m

3

], wysokość 

części cylindrycz- 
nej h

c

 = 0.06 [m] a  

jedna dennica wa- 
ży G

=122.5 [kG].  

Długość blachy  

walczaka l

w

 można  

wyznaczyć z warunku:       
 
V

nom

 = V

w

 + 2 

V

c

 + 2 

V

d

d

c

w

w

w

nom

V

h

D

l

D

V

+

+

=

2

4

2

4

2

2

π

π

  

stąd: 

(

)

(

)

582

.

1

06

.

0

2

6

.

1

539

.

0

2

5

.

4

4

2

2

4

2

2

=

=

=

π

π

c

w

d

nom

w

h

D

V

V

l

 [m] 

Długość całkowita zbiornika wynosi: 
 

L

c

 = 2 (h

c

 + h

w

 + g

d

 ) + l

w

 =  2 (0.06 + 0.4 + 0.014 ) + 1.582 = 2.53 [m] 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
l

w

 = 1.582 [m]  

skorygować 
dobór blachy w 
p.6 obliczeń 
 
L

c

 = 2.53 [m] 

 

    8.3  Ciężar zbiornika i jego poszczególnych składowych 

 
 
g

w

= 0.016 [m] 

g

d

= 0.014 [m] 

h

c

 = 0.04 [m], 

D

w

 =1.6 [m], 

h

w

 = 1.428 [m],  

γ

st 

=7800 [kG/m

3

]

 

G

= 347 [kG] 

 
Walczak: 

4

.

992

7800

016

.

0

582

.

1

6

.

1

=

=

=

π

γ

π

st

w

w

w

w

g

l

D

G

[kG], 

Dennica:  

G

= 437 [kG], 

Zbiornik: 
G

zb

 = 1.25 

( G

w

 + 2 

G

d

) = 1.25 

(992.4 + 2 

347) = 1686 [kG] 

W obliczeniach uwzględniono 25 [%] naddatek na armaturę (właz, 

zawory, króćce, oprzyrządowanie, łapy wspornikowe itp.). 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
G

zb

 =1686 [kG]

 

46

background image

    8.4. Ciężar ruchowy zbiornika

 

 
 
 
 
G

zb

 = 1686 [kG] 

G

m

= 2700 [kG] 

 

 
Ciężar ruchowy zbiornika jest sumą ciężaru zbiornika wraz z 

zawartością i  wynosi: 

 

G = G

zb

 + G

= 1686 + 2700  = 4386 [kG] 

 
Ciężar przypadający na jedną z dwóch zastosowanych podpór wynosi: 
 

G = G / 2 = 4386 / 2 = 2193 

9.81 

10

-6

 = 0.0215 [MN],  

 

 
 
 
 
 
G = 4386 [kG]  
 
 
 
G

 

= 2193 [kG]  

 

     8.5. Dobór podpory 

 

 
 

 

Z normy BN-84/2532-06 (Mat.Pom.[7.5]) można dobrać podporę pod 

zbiornik poziomy o średnicy Dw = 1.6 [m]. Ponieważ jedna podpora jest w 
stanie przenieść ciężar 0.24 [MN], więc jest to ok. 10 razy więcej niż 
potrzeba do projektowanego zbiornika i dlatego można ją zastosować. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
Wymiary pokazanej na rysunku podpory wynoszą: R = 0.82 [m], H = 

0.43 [m], L = 1.28 [m], S = 1.08 [m].  

Całkowita wysokość zbiornika wraz z podporami wynosi: 
 

H

zb

 = 0.5 

H + D

w

 = 0.5

 .

 0.43 + 1.6 = 1.915 [m]  

  

i zbiornik zmieści się w pomieszczeniu piwnicznym o wysokości stropu 
3.0 [m].   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  R = 0.82 [m] 
  H = 0.43 [m] 
  L = 1.28 [m] 
  S = 1.08 [m] 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

47