ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z PRZEDMIOTU

KONSTRUKCJE METALOWE

„Projekt stalowego naziemnego, walcowego zbiornika pionowego.”

Konsultant: Opracował:

Dr inż. Łukasz Skotny Tomasz Jasiński

nr indeksu: 169471

OPIS TECHNICZNY

1. PRZEDMIOT OPRACOWANIA

Przedmiotem opracowania jest projekt stalowej konstrukcji naziemnego, walcowego zbiornika pionowego zlokalizowanego we Wrocławiu.

1. CEL I ZAKRES OPRACOWANIA

Celem niniejszego projektu jest sporządzenie obliczeń statyczno-wytrzymałościowych oraz optymalizacja konstrukcji stalowej walcowego zbiornika pionowego z blach gładkich. Zakres opracowania stanowi częściowy projekt budowlany z elementami projektu wykonawczego.

1. PODSTAWA OPRACOWANIA

Podstawą opracowania jest temat wydany przez dr inż. Wojciecha Lorenca z Zakładu Konstrukcji Metalowych Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej w dniu 14.02.2012 r.

Podstawę prawną opracowania stanowią:

• Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych

• PN-EN 1993-1-1 „Reguły ogólne i reguły dla budynków”.

• PN-EN 1993-1-6 „Projektowanie konstrukcji stalowych. Wytrzymałość i stateczność konstrukcji powłokowych”

• Eurokod 1:

• PN-EN 1991-1-3 „Oddziaływania ogólne – Obciążenie śniegiem”

• PN-EN 1991-1-4 „Oddziaływania ogólne - Oddziaływania wiatru”

• PN-EN 1991-1-1 „Oddziaływania ogólne. Ciężar objętościowy, ciężar własny, obciążenia użytkowe w budynkach”

• Eurokod 0:

• PN-EN 1990 „Podstawy projektowania konstrukcji”

• M. Żyburtowicz „Tablice do projektowania konstrukcji metalowych”

• PN-B-03210 Konstrukcje stalowe. Zbiorniki walcowe pionowe na ciecze. Projektowanie i wykonanie.

1. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU

1. Fundament zbiornika

Fundament pod płaszcz zbiornika pierścieniowy żelbetowy. Wewnątrz fundament piaskowy wykonany z piasku grubego, zagęszczonego mechanicznie.

1. Dno zbiornika

Dno wykonywane jest na bezpośrednio na fundamencie piaskowym, stąd konieczność zastosowania podkładek pod stykami.

Płaszcz zbiornika

Styki pionowe blach płaszcza zaprojektowano jako doczołowe przesunięte względem siebie w sąsiednich pasach o co najmniej 300 mm. Blachy płaszcza połączone spoinami doczołowymi. Grubość blach na wysokości płaszcza jest zróżnicowana – zgodnie z załączonym rysunkiem. Górna krawędź płaszcza usztywniona kątownikiem oraz pierścieniem wiatrowym. Płaszcz zaleca się wykonywać metodą arkuszową. Powierzchnię zewnętrzną płaszcza należy zabezpieczyć powłoką malarską antykorozyjną, zaleca się powłoki w jasnych kolorach ze względu na możliwość zbytniego nagrzewania się zbiornika.

Dach stały

Dach zbiornika wykonany jest w całości z blach grubości 8mm ze stali S235JR

Konstrukcja dachu o nachyleniu 10 %. Osprzęt zbiornika:

Schody i drabina – schody umieszczone na płaszczu umożliwiają pracownikom dostanie się na dach zbiornika.

Instalacja przeciwpożarowa – zbiornik należy wyposażyć w instalację przeciwpożarową, jej wydajność powinna umożliwić przykrycie powierzchni cieczy 60 cm warstwą piany,

1. ZABEZPIECZENIA ANTYKOROZYJNE

Elementy stalowe pomalować farbą systemu z gruntem Icosit Poxicolor Primer He firmy “Sika”, trzema warstwami: gruntującą (Icosit Poxicolor Primer He o grubości 60µm), pośrednią (Icosit Poxicolor o grubości 80µm) oraz wierzchnią (Icosit EG 4 o grubości 60µm). Powierzchnie powinny być dokładnie oczyszczone z rdzy, zendry i odtłuszczone sposobem ręcznym lub mechanicznym za pomocą szczotkowania. Wymaga się oczyszczenia powierzchni do stopnia czystości St2.

1. SKŁADOWANIE I TRANSPORT

Konstrukcja zbiornika została podzielona na elementy wysyłkowe, można je transportować po drogach publicznych bez konieczności wstrzymywania ruchu. Elementów zabezpieczonych farbą przeciwrdzewną nie należy składować dłużej niż 12 miesięcy. Miejsce składowania powinno być suche, wolne od stojącej wody, o zapewnionym odwodnieniu oraz osłoną przed warunkami atmosferycznymi.

1. PRZEPISY BHP I P.POŻ.

Wymagane jest spełnienie następujących warunków podczas wykonywania i montażu:

• personel techniczny budowy, członkowie brygad montażowych oraz operatorzy powinni być przeszkoleni w zakresie technologii montażu konstrukcji

• wskazane wyżej osoby bezpośrednio przed rozpoczęciem montażu obiektu powinny być dokładnie zaznajomione z technologią jego montażu i ściśle przestrzegać sygnalizacji

• w obrębie terenu montażu i zasięgu maszyn montażowych i żurawi nie mogą przebiegać napowietrzne linie sieci elektrycznej

• przed rozpoczęciem montażu należy wyznaczyć i wygrodzić strefy niebezpieczne

• należy stosować odpowiednią odzież ochronną wraz ze sprzętem zabezpieczającym przy pracach wysokościowych

• spawać elementy złączy stalowych mogą wyłącznie spawacze z uprawnieniami

• niedozwolona jest praca zespołu montażowego ponad innymi brygadami lub zespołami pracującymi jednocześnie na obiekcie.

Resztę zaleceń i wymagań w zakresie przepisów BHP i p.poż. ujmują “Warunki Techniczne Wykonania i Odbioru Robót Budowlano – Montażowych” cz. III “Konstrukcje stalowe”, wydawnictwo Arkady.

PROJEKT TECHNICZNY

1. DANE OGÓLNE

• Projektowany obiekt: naziemny, walcowy zbiornik pionowy

• Lokalizacja: Wrocław

• Magazynowany materiał: benzyna lotnicza

• Przewidywana pojemność: 11 000 m³

• Typ dachu zbiornika: stały, stożkowy

• Przewidywany okres

eksploatacji: 30 lat,

• Stal konstrukcyjna: S235JR

1. GEOMETRIA KONSTRUKCJI

Zalecane wymiary naziemnego zbiornika o pojemności V = 11 000 ÷ 16 000 m³ z dachem stałym w przeciętnych warunkach eksploatacji:

• Wysokość płaszcza: H = 14 m

• Stosunek wymiarów:

$$\frac{H}{d} = \frac{1}{2,2} \div \frac{1}{2,8} = 0,36 \div 0,45$$

Zastosowano arkusze blach o wymiarach 2000 x 6000 mm.

Odstępy między blachami s  =  2mm

Dla H = 14 m:

$$V = 11\ 000\ m^{3} = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4}H \rightarrow d = \sqrt{\frac{44\ 000}{\pi \bullet 14}} \approx 31,63\ m$$

$$\frac{\pi \bullet d}{l_{\text{arkusza}} + s} = \frac{\pi \bullet 31,63}{6,0 + 0,002} = 16,56$$

Przyjęto 17 arkuszy blach po obwodzie w 7 rzędach.

Obwód zbiornika:

U = 17 • (6,0+0,002) = 102, 03 m

Średnica:

$$d = \frac{U}{\pi} = \frac{102,03}{\pi} = 32,48\ m$$

Rzeczywista pojemność zbiornika:

$$V_{\text{rzecz}} = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4}H = \frac{\pi \bullet {32,48}^{2}}{4} \bullet 14,0 = 11\ 600m^{3} > 11\ 000\ m^{3}$$

(zapas objętościowy ok. 5,5 %)

$$\frac{H}{d} = \frac{14,00}{32,48} = 0,43 \in (0,36 \div 0,45)$$

Zalecany warunek jest spełniony.

1. DOBÓR GRUBOŚCI BLACH PŁASZCZA ZBIORNIKA

Warunek eksploatacji

Grubości blach płaszcza obliczono na podstawie wzoru:

$$t \geq \left\lbrack \gamma_{F} \bullet \rho \bullet g \bullet H_{\text{red}} + p_{\text{Ed}} \right\rbrack \bullet \left( \frac{r}{f_{y,d}} \right)$$

γ_F = 1, 4

ρ • g = 7, 0 kN/m³ (dla benzyny lotniczej)

r = 16, 24 m

f_y, d= 235 MPa

p_Ed- wartość obliczeniowa ciśnienia nad lustrem cieczy

Przyjęto wartość nadciśnienia p_n = 2, 5 kPa

p_Ed = p_n • γ_F = 2, 5 • 1, 4 = 3, 5kN/m²

Płaszcz podzielono na 7 pasów po 2,00 m wysokości.

Minimalna grubość blach płaszcza zbiornika (z naddatkiem na korozje): t_s, min = 6 mm.

Nr pasa	Hred [m]	tobl [mm]	t [mm]
1	2,00	1,50	6
2	4,00	2,76	6
3	6,00	4,02	6
4	8,00	5,27	8
5	10,00	6,53	8
6	12,00	7,79	10
7	14,00	9,05	10

Warunek próby wodnej

γ_F = 1, 0

ρ • g = 9, 81 kN/m³

Dla dobranych grubości warunek

$$t \geq \left\lbrack \gamma_{F} \bullet \rho \bullet g \bullet H_{\text{red}} + p_{\text{Ed}} \right\rbrack \bullet \left( \frac{r}{f_{y,d}} \right)$$

dla próby wodnej jest spełniony.

1. ZESTAWIENIE OBCIĄŻEŃ

   1. Ciężar własny płaszcza

Ciężar płaszcza na 1 metr obwodu:

$$g_{\text{pk}} = \sum_{i = 1}^{i = 12}t_{i} \bullet h_{\text{bl}} \bullet \gamma_{s}$$

Ciężar stali: γ_s = 78, 5 kN/m³

Wysokość arkusza blachy: h_bl = 2, 0 m

$$g_{\text{pk}} = \left( 0,010 + 0,008 + 0,008 + 0,006 + 0,006 + 0,006 + 0,006 \right) \bullet 2,0 \bullet 78,5 = 7,85\ \frac{\text{kN}}{m}$$

Ciężar płaszcza:

G_pl, k = g_pk • πd = 7, 85 • π • 32, 48 = 801, 01 kN

1. Ciężar własny dachu

Na podstawie danych literaturowych przyjęto ciężar własny dachu 0, 5 kN/m²

$$G_{d,k} = 0,5\frac{\text{kN}}{m^{2}} \bullet \pi \bullet {16,24\ }^{2}m^{2} = 414,28\ kN$$

1. Ciężar benzyny lotniczej

$$G_{b,k} = 11600m^{3} \bullet 7,0\frac{\text{kN}}{m^{3}}\mathbf{=}81200\ kN$$

1. Obciążenie śniegiem

Projektowany obiekt znajduje się we Wrocławiu na wysokości 120 m n.p.m., w I strefie obciążenia śniegiem gruntu, na na terenie, na którym nie występuje znaczące przenoszenie śniegu przez wiatr na budowlę z powodu ukształtowania terenu, innych budowli i drzew (teren normalny).

Wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem gruntu:

s_k = 0, 007A − 1, 4 = 0, 007 • 120 − 1, 4 = −0, 56 < 0, 7

$$s_{k} = 0,7\ \frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

Współczynnik kształtu dachu:

μ₁ = 0, 8

Współczynnik ekspozycji:

C_e  =  1, 0 dla terenu normalnego

Współczynnik termiczny:

C_t = 1,0

Obciążenie śniegiem dachu:

$$s = \mu_{1} \bullet C_{e} \bullet C_{t} \bullet s_{k} = 0,8 \bullet 1,0 \bullet 1,0 \bullet 0,7 = 0,56\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

$$s_{0} = 0,56 \bullet 1,5 = 0,84\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

1. Obciążenie wiatrem

   1. Obciążenie wiatrem płaszcza zbiornika

Ciśnienie wiatru na powierzchnie zewnętrzne konstrukcji:

w_e = q_p(z_e)•c_pe

Wartość szczytowa ciśnienia prędkości wiatru:

q_p(z_e) = c_e(z)•q_b

Rozpatrywany obiekt znajduje się w I strefie obciążenia wiatrem na wysokości

A = 120 m n.p.m.<300 m n.p.m.

Wartość bazowego ciśnienia prędkości wiatru:

$$q_{b} = 0,30\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

Kategoria terenu:

Teren odpowiada kategorii II

Wartość współczynnika ekspozycji:

$$c_{e}\left( z \right) = 2,3 \bullet \left( \frac{z}{10} \right)^{0,24} = 2,65$$

Wartość szczytowa ciśnienia prędkości wiatru:

$$q_{p}\left( z_{e} \right) = 2,65 \bullet 0,30 = 0,80\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

Współczynnik ciśnienia zewnętrznego:

c_pe = c_p, 0 • ψ_λα

Liczba Reynoldsa:

$$\text{Re} = \frac{b \bullet v\left( z_{e} \right)}{v}$$

b = d = 32, 48 m

v - lepkość kinematyczna powietrza

v = 15 • 10⁻⁶ m²/s

Prędkość wiatru do obliczenia liczby Reynoldsa:

$$v(z_{e}) = \sqrt{\frac{2\ q_{p}(z_{e})}{\rho}}$$

$$q_{p}(z_{e}) = 0,80\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

$$\rho = 1,25\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

$$v(z_{e}) = \sqrt{\frac{2\ \bullet 0,80}{1,25}} = 1,13\frac{m}{s}$$

$$\text{Re} = \frac{32,48 \bullet 1,13}{15 \bullet 10^{- 6}} = 2,45 \bullet 10^{6}$$

Wartości charakteryzujące rozkład ciśnienia na walcu kołowym odczytano z rys. 7.27 normy PN-EN 1991-1-4:

α_min = 80 - kąt określający miejsce najniższego ciśnienia

c_p0, min = −1, 9 - najmniejsza wartość współczynnika ciśnienia

α_A = 120 - kąt określający miejsce oderwania przepływu

c_p0, h = −0, 7 - współczynnik bazowy ciśnienia (na zawietrznej części walca)

Ψ_λα = 1                                                                         dla 0 < α <  α_min

$$\Psi_{\text{λα}} = \Psi_{\lambda} + (1 - \Psi_{\lambda})*cos(\frac{\pi}{2}(\frac{\alpha - \alpha_{\min}}{\alpha_{A} - \alpha_{\min}}))\ \ \ \ \ \ \ dla\ \alpha_{\min}\ < \alpha < \ \alpha A$$

Ψ_λα = Ψ_λ dla α_A  < α <  180

Ψ_λ = 0, 6

c_pe = c_p, 0 • ψ_λα

c_pe = 1 • 1 = 1  (maksymalne parcie wiatru)

c_pe = −1, 9 • 1 = −1, 9  (maksymalne ssanie wiatru)

Ciśnienie wiatru na powierzchnie zewnętrzne konstrukcji:

Parcie wiatru:

$$w_{e} = 0,80\frac{\text{\ kN}}{m^{2}} \bullet \ 1 = 0,80\frac{\text{\ kN}}{m^{2}}$$

Ssanie wiatru:

$$w_{e} = 0,80\ \frac{\text{kN}}{m^{2}} \bullet \left( - 1,9 \right) = - 1,52\ \frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

1. Obciążenie wiatrem dachu zbiornika

Wartości C_pe,10 odczytano z rysunku 7.12 PN-EN-1991-1-4

$$\frac{h}{d} = \frac{14}{32,48} = 0,43$$

$$\frac{f}{d} = \frac{1,624}{32,48} = 0,05$$

A :   C_pe, 10 = −1, 4

B :  C_pe, 10= − 0, 45

C :  C_pe, 10= − 0, 4

	qp	Cpe, 10	we
A	$$0,80\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$	−1, 4	−1, 12
B		−0, 45	−0, 36
C		−0, 4	−0, 32

Ciśnienie wewnętrzne:

C_pi = −0, 4

Ostatecznie:

Punkt	qp	Cpe	we
A	$$0,80\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$	−1, 8	−1, 44
B		−0, 85	−0, 68
C		−0, 8	−0, 64

1. Obciążenie wywołane parciem cieczy

Charakterystyczna wartość parcia:

p(z)=γ • z

Ciężar materiału wypełniającego zbiornik (benzyna lotnicza):

γ = 7, 0 kN/m³.

z  [m]	p(z) kPa
0	0,00
1	7,00
2	14,00
3	21,00
4	28,00
5	35,00
6	42,00
7	49,00
8	56,00
9	63,00
10	70,00
11	77,00
12	84,00
13	91,00
14	98,00

1. Nadciśnienie w zbiorniku

Przyjęto:

$$p_{n} = 2,5\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

1. Podciśnienie w zbiorniku

Przyjęto

$$p_{p} = 0,25\frac{\text{kN}}{m^{2}}$$

1. WYMIAROWANIE ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Do wymiarowania dachu rozpatrzono 2 najbardziej niekorzystne kombinacje oddziaływań:

Kombinacja 1: Ciężar własny dachu + podciśnienie + śnieg

Kombinacja 2: Ssanie wiatru + nadciśnienie + ciężar własny dachu

Do wymiarowania płaszcza rozpatrzono najbardziej niekorzystną kombinacje oddziaływań:

Kombinacja 1: Parcie cieczy + nadciśnienie

1. Płaszcz zbiornika

Grubości blach zbiornika wyznaczono wg punktu 3.

Nr pasa	Hred [m]	tobl [mm]	t [mm]
1	2,00	1,48	6
2	4,00	2,74	6
3	6,00	4,00	6
4	8,00	5,26	8
5	10,00	6,51	8
6	12,00	7,77	10
7	14,00	9,03	10

1. Usztywnienie płaszcza

Górny pas zbiornika usztywniono kątownikiem. Dla zbiornika z dachem stałym o średnicy d = 32, 48 m przyjęto kątownik 80x80x10 (wg tablicy 4 normy PN-B-03210).

1. Dno zbiornika

Średnica zbiornika przekracza 12,5m, dlatego należy zaprojektować pierścień obwodowy.

Minimalne grubości (bez uwzględnienia naddatku na korozję) dna zbiornika oraz pierścienia obrzeżnego odczytano z tablicy 5 i 6 [PN-B-03210-1997]:

• Blacha dna zbiornika (dla d = 32, 48 m) – grubość t_b2 = 7 mm

Z uwzględnieniem naddatku na korozję:

t_b2 = 7 mm + 2, 5 mm = 9, 5 mm 

Przyjęto t_b2 = 10 mm.

• Blacha pierścienia obrzeżnego (t_s = 10mm) - grubość t_b1 = 6 mm

Z uwzględnieniem naddatku na korozję:

t_b1 = 6 mm + 2, 5 mm = 8, 5 mm 

Przyjęto t_b1 = 10 mm.

Minimalne szerokości blach pierścienia obrzeżnego:

Dla d = 32, 48 m minimalna szerokość wynosi 750 mm.

Połączenie płaszcza z dnem:

Do połączenia płaszcza z dnem stosuje się dwustronne ciągłe spoiny pachwinowe; zaleca się stosowanie spoin o grubości:

a = 0, 7 • 10 mm = 7 mm

Przyjęto a = 7 mm .

1. Dach stały

Przyjęto grubość blachy przekrycia 8 mm.

1. Konstrukcja nośna

Zgodnie z PN-B-03210 pkt. 5.4.1b należy przyjmować odległosci między elementami konstrukcji nośnej przenoszącymi obciążenia na płaszcz nie większe niż 3,2m.

$$\frac{Obwod}{3,2} = \frac{\text{πd}}{3,2} = 31,88$$

Przyjęto podział na 32 części.

Płatwie

Przyjęto IPE100

Płatew P2

Obciążenia:

- śnieg

1,12 ∙ 1,5 =1,68 kN/m

- podciśnienie

0,5 ∙ 1,4 = 0,7 kN/m

- ciężar pokrycia

0,351 ∙ 1,35= 0,47 kN/m

- ciężar własny IPE100

0,08 ∙ 1,35 = 0,107 kN/m

Σ = 2,957 kN/m

l_o = 2, 7 m

$M_{y,Ed} = \ \frac{2,957\ \bullet \ {2,7}^{2}}{8} = 2,69\ \text{kNm}\text{\ \ }$

$V_{z,Ed} = \ \frac{2,957 \bullet \ 2,7}{2} = 3,99\ \text{kN}\text{\ \ }$

l_o = 2, 7 m

$M_{y,Ed} = \ \frac{10,98\ \bullet \ {2,7}^{2}}{8} = 10\ \text{kNm}\text{\ \ }$

$V_{z,Ed} = \ \frac{10,98 \bullet \ 2,70}{2} = 14,82\ kN\ \ $

$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}} = \sqrt{\frac{W_{pl,y} \bullet f_{y}}{M_{\text{cr}}}} = 1,221$$

W przypadku dwuteowników walcowanych można przyjąć:

$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{LT,0} = 0,4$$

${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}} = 1,221 > {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{LT,0}\ $,dlatego niezbędne jest sprawdzenie warunku nośności ze względu na zwichrzenie.

Współczynnik zwichrzenia:

$$\chi_{\text{LT}} = \frac{1}{\Phi_{\text{LT}} + \sqrt{\Phi_{\text{LT}}^{2} - \beta{\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}}^{2}}} \leq \min\left\lbrack 1,0;\frac{1}{{\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}}^{2}} \right\rbrack$$

$$\Phi_{\text{LT}} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha_{\text{LT}}\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{LT,0} \right) + \beta{\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}}^{2} \right\rbrack$$

h/b = 1,77<2 , zatem obowiązuje krzywa zwichrzenia b

Parametr imperfekcji: α_LT=0,34

β = 0, 75

Φ_LT = 0, 5[1+0,34(1,221−0,4)+0,75•1, 221²] = 1, 19

$$\chi_{\text{LT}} = \frac{1}{1,19 + \sqrt{{1,19}^{2} - 0,75 \bullet {1,221}^{2}}} = 0,57 < 1,0$$

oraz

$$\chi_{\text{LT}} = 0,57 < \frac{1}{{\overset{\overline{}}{\lambda}}_{\text{LT}}^{2}} = 0,67$$

Nośność belki z uwzględnieniem zwichrzenia:

$$M_{b,y,Rd} = \chi_{\text{LT}}\frac{W_{pl,y} \bullet f_{y}}{\gamma_{M1}} = 0,57 \bullet \frac{34,2 \bullet 10^{3} \bullet 235}{1,0} = 4,58\ kNm$$

Sprawdzenie nośności belki ze względu na zwichrzenie:

$$\frac{M_{y,Ed}}{M_{b,y,Rd}} = \frac{2,24}{4,58} = 0,49 < 1,0$$

Warunek jest spełniony.

Obliczeniowa nośność przekroju przy ścinaniu:

$$V_{pl,z,Rd} = \frac{A_{v,z}(\frac{f_{y}}{\sqrt{3}})}{\gamma_{M0}} = \frac{508 \bullet (\frac{235}{\sqrt{3}})}{1,0} = 68,9\ kN$$

Warunek nośności przy podporze:

$$\frac{V_{z,Ed}}{V_{pl,z,Rd}} = \frac{2,81}{68,9} < 1,0$$

Warunek jest spełniony.

Przyjęto jako płatwie IPE100.

Dźwigary

Siły osiowe:

Przyjęto kształtowniki IPE200 dla pasa górnego i IPE180 dla pasa dolnego.

Krzyżulce oraz słupki są wykonane z kształtowników IPE100

Warunki nośności na rozciąganie, ściskanie i wyboczenie zostały sprawdzone w programie ROBOT

1. SPRAWDZENIE STATECZNOŚCI MIEJSCOWEJ PŁASZCZA

Wysokość, przy której może wystąpić wyboczenie nieusztywnionej ścianki powłoki (mierzona od górnego brzegu płaszcza lub pierścienia wieńczącego):

$$H_{E} = \sum_{}^{}{h{(\frac{t_{\min}}{t})}^{2,5}} = 2,0{\bullet 3(\frac{0,006}{0,006})}^{2,5} + 2,0{\bullet 2(\frac{0,006}{0,008})}^{2,5} + 2 \bullet 2,0{(\frac{0,006}{0,010})}^{2,5} = 6,0 + 1,95 + 1,12 = 9,07\ m$$

Wysokość odcinka powłoki, który można uznać za stateczny bez konieczności stosowania pośrednich pierścieni usztywniających, wyznacza się ze wzoru:

$$H_{p} = 0,46(\frac{E}{p_{\text{Ed}}})(\ {\frac{t_{\min}}{r})}^{2,5}\text{rK}$$

$$H_{p} = 0,46(\frac{210 \bullet 10^{6}}{1,2})(\ {\frac{0,006}{16,24})}^{2,5} \bullet 16,24 \bullet 1,0 = 3,63\ m$$

2 pierścienie usztywniające:

$$h_{1e} = \frac{H_{e}}{3} = \frac{10,51}{3} = 3,50\ m - \text{pierwszy\ pier}s\text{cie}n$$

$$h_{2e} = \frac{{2H}_{e}}{3} = \frac{21,02}{3} = 7,00\ m - \text{drugi\ pier}s\text{cie}n$$

Skorygowana odległość pierścienia pośredniego od pierścienia wieńczącego :

$$H_{lower,adj} = H_{t,min} + \left( H_{\text{lower}} - H_{t,min} \right) \bullet \left( \frac{t}{t_{\min}} \right)^{2,5} = 6 + \left( 7 - 6 \right)\left( \frac{0,008}{0,006} \right)^{2,5} = 8,05\ m$$

Przyjęto odległość pierwszego i drugiego pierścienia pośredniego od górnego brzegu płaszcza h_1e = 3, 50 m i h_2e = 8, 05 m

1. SPRAWDZENIE STATECZNOŚCI OGÓLNEJ ZBIORNIKA

   1. Sprawdzenie ze względu na unoszenie obwodu dna

Warunek stateczności ogólnej na odrywanie:

M_u ≥ 1, 3M_w

M_u = (G_p+G_c)r

$$M_{W} = W \bullet \frac{h}{2}$$

Obciążenia utrzymujące:

G_p = G_pl + G_d = 801, 01 kN + 414, 28  kN = 1215, 29 kN

Ciężar cieczy dla minimalnego poziomu wypełnienia równego 500 mm

$$G_{c} = \gamma\frac{\pi \bullet d^{2}}{4} \bullet 0,5 \bullet \gamma_{f} = 7,0 \bullet \frac{\pi \bullet {32,48}^{2}}{4} \bullet 0,5 \bullet 0,9 = 2609,95\ \text{kN}$$

M_u = (1215,29 +2609,95) • 16, 24 = 62121, 90 kNm = 62, 122 MNm

Obciążenia wyrywające:

Parcie wiatru na ścianę nawietrzną zbiornika:

$$W = w \bullet \gamma_{f} \bullet h \bullet \pi \bullet \frac{d}{2} = 0,8 \bullet 1,5 \bullet 14 \bullet \pi \bullet \frac{32,48}{2} = 857,13\ \text{kN}$$

$$M_{W} = 857,13 \bullet \frac{14}{2} = 5999,91\ kNm = 6,000\ MNm$$

Sprawdzenie warunku stateczności ogólnej:

M_U = 62, 122 MNm > M_W = 1, 3 • 6, 000 MNm = 7, 8 MNm

Warunek stateczności ogólnej zbiornika jest spełniony.

1. Przesunięcie pustego zbiornika

Warunek stateczności ogólnej na przesunięcie:

F_p > 1, 2F_h

Siły przesuwające:

$$F_{h} = W = w \bullet \gamma_{f} \bullet h \bullet \pi \bullet \frac{d}{2} = 0,8 \bullet 1,5 \bullet 14 \bullet \pi \bullet \frac{32,48}{2} = 857,13\ \text{kN}$$

Siły przeciwdziałające przesunięciu:

Tarcie dna o podłoże – wypadkowa ciężaru zbiornika i 50 cm cieczy na dnie zbiornika.

F_p = (G_p+G_c) • μ = (1215,29 kN+2609,95 kN) • 0, 3 = 1147, 29 kN

Sprawdzenie warunku stateczności ogólnej:

F_p = 1147, 29 kN > 1, 2 • 857, 13 kN = 1028, 56 kN

Warunek stateczności ogólnej na przesuw pustego zbiornika jest spełniony.