Покрытие

Покрытие

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений, преимущественно производственного назначения, например цилиндрических резервуаров для жидкостей и отстойников большой емкости, имеющих центральную опору.

Известны покрытия вертикальных цилиндрических резервуаров большой емкости для хранения жидкости, выполненные со сферической оболочкой, над которой смонтирована прикрепленная к резервуару посредством опорных элементов многоугольная замкнутая горизонтальная рама. Вершины рамы соединены посредством стержневых элементов с образованным в оболочке осесимметричным кольцом, расположенным на расстоянии 1/3-1/5 диаметра от оси резервуара [Авторское свидетельство СССР №344085, МПК Е04В 7/08, опубл. 07.07.72 г., бюл. №21].

Однако известные покрытия требуют дополнительной установки горизонтальной рамы с несущими элементами, поскольку упомянутая оболочка не в состоянии полностью воспринимать действующие нагрузки. При этом рама должна иметь большие жесткостные характеристики, и поэтому покрытие с рамой в весовом отношении имеет неудовлетворительные показатели. Кроме того, высокие весовые характеристики покрытия приводят к необходимости усиления цилиндрической части резервуара.

Известны пространственные покрытия, установленные на размещенные по периметру опоры, включающие центральный элемент, выполненный в виде выпуклой оболочки и опертый на расположенные по его периметру боковые элементы, выполненные в виде оболочек, каждая из которых нижней вершиной установлена на отдельную опору, причем центральный элемент выполнен из радиальных сводчатых панелей, имеющих в плане форму вытянутого симметрично четырехугольника, а каждый боковой элемент выполнен составным из пары соединенных между собой панелей сводчатого типа, имеющих в плане форму вытянутого четырехугольника, расположенных под углом друг к другу и образующих складку, причем верхняя часть каждого из боковых элементов расположена между нижними сторонами смежных панелей центрального элемента. В местах размещения нижних концов панелей центрального элемента расположена затяжка, выполненная в виде кольца [Авторское свидетельство СССР №815205, МПК Е04В 7/08, опубл. 23.03.81 г.]

Однако такие покрытия при больших размерах требуют применения специальной техники с повышенной грузоподъемностью для возведения, обуславливают высокую опасность и сложность монтажа. Боковые поверхности, выполненные в виде вытянутых четырехугольных панелей и являющиеся опорой для центрального элемента, подвержены локальной потере устойчивости, что может существенно снизить долговечность конструкции. Кроме того, площадь внутренней поверхности покрытия вследствие пространственной искривленности имеет большие величины и при наличии внутренней агрессивной среды практически все элементы конструкции подвержены коррозии. Все это приводит к снижению долговечности конструкции.

Известно также пространственное покрытие зданий и сооружений, включающее центральный элемент, выполненный из ферм, и боковые оболочки, опертые одним концом на центральный элемент, а другим - на размещенные по периметру покрытия опоры, и расположенные между боковыми оболочками и опорами консольные оболочки, при этом покрытие снабжено каркасом в виде радиальных арочных несущих элементов, каждый из которых расположен по оси симметрии боковой оболочки и оперт одним концом на центральный элемент, а другим - на опору, причем боковые оболочки выполнены с изломом по оси симметрии и частью своих продольных краев сопряжены между собой по линиям переменной кривизны, а консольные оболочки выполнены двоякой кривизны. Боковые оболочки выполнены составными из двух оболочек двоякой кривизны [Авторское свидетельство СССР №1011823, МПК Е04В 7/14, опубл. 15.04.83 г.]

Однако известное пространственное покрытие имеет следующие недостатки:

а) вследствие того, что площадь внутренней поверхности покрытия, выполненная пространственно искривленной, имеет существенные величины по сравнению с необходимой минимальной поверхностью покрытия, то при наличии внутренней агрессивной среды все оболочки подвержены коррозии, что приводит к ускоренному разрушению покрытия и снижению долговечности конструкции;

б) при наличии внутренней агрессивной среды коррозионному разрушению подвержен также и центральный элемент;

в) возникновение в покрытии описанной конфигурации застойных зон на стыках боковых и консольных оболочек приводит к накоплению влаги и грязи, что обуславливает повышенный коррозионный износ;

г) покрытие по конфигурации способствует скоплению осадков на складках снаружи покрытия, особенно, в зимний период образуются снежные заносы, сугробы и т.д., что приводит к дополнительной перегрузке покрытия;

д) покрытие не применимо для отстойников и емкостей, где требуется обеспечение герметичности, например для изоляции окружающей среды от выбросов различных вредных и зловонных продуктов;

е) затруднен монтаж и демонтаж покрытия в случае отсутствия возможности опирания центрального элемента на какую-либо внутреннюю опору;

ж) возникает необходимость применения для монтажа подъемных кранов высокой грузоподъемности, особенно, при большом диаметре сооружения;

з) требуется сложная технология монтажа, при монтаже практически невозможно установить боковые оболочки и состыковать их, например, с центральным элементом, поскольку на первом этапе сборки центральный элемент не имеет опоры.

Задачами изобретения являются повышение коррозионной стойкости и долговечности конструкции, увеличение несущей способности, облегчение технологии монтажа и обеспечение защиты окружающей среды.

Указанные задачи достигаются тем, что в покрытии, включающем центральный элемент и боковую оболочку, опертую одним концом на центральный элемент, а другим - на размещенные по периметру покрытия опоры, центральный элемент в целом представляет собой оболочку отрицательной кривизны и составлен из отдельных радиально расположенных расширяющихся от центра к периферии опорных желобов, которые обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям. Боковая оболочка в целом имеет положительную кривизну и составлена из отдельных радиально расположенных расширяющихся от центра к периферии основных желобов, которые обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям, а внутренним концом оперты на внешние концы опорных желобов. На центральном элементе и боковой оболочке с нижней стороны установлен защитный усиливающий экран, формирующий радиально расположенные продувочные каналы и закрепленный на стыковочных ребрах желобов посредством планок, причем экран расположен в нижней касательной поверхности центрального элемента и боковой оболочки. На центральный элемент сверху установлена дополнительная оболочка, составленная из верхних желобов, которые обращены днищем вверх и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям, причем для формирования дополнительных продувочных каналов верхние желоба сопряжены с опорными желобами по стыковочным ребрам. Срединные поверхности опорных, основных и верхних желобов имеют поперечное сечение в виде или ломаной линии, или дуги в зависимости от варианта стыковки их друг с другом. Центральный элемент установлен на центральной опоре. При необходимости, центральный элемент в совокупности с боковой оболочкой и верхней оболочкой стянут к штоку центральной опоры посредством растяжек из металлических стержней, троса или цепей.

На фиг.1 представлен общий вид покрытия (в разрезе сооружения); на фиг.2 изображено покрытие, вид сверху; на фиг.3 - вариант исполнения покрытия (без растяжек от штока центральной опоры); на фиг.4, 5 и 6 приведены узлы Б, В и Г по фиг.1 и 3 (увеличено); на фиг.7-10 показаны варианты исполнения и стыковки опорных желобов, верхних желобов и экрана, а также сформированных ими продувочных каналов в сечении Д-Д (сечение по кольцевой линии развернуто); на фиг.11-14 приведены варианты исполнения и стыковки основных желобов и экрана, а также сформированных ими продувочных каналов в сечении Е-Е (сечение по кольцевой линии развернуто); на фиг.15-18 изображены варианты исполнения и стыковки опорных желобов, основных желобов верхних желобов и экрана, а также сформированных ими продувочных каналов в сечении Ж-Ж (сечение по кольцевой линии развернуто); на фиг.19 приведен пример изготовления желоба оболочки из отдельных фрагментов листового материала. Направления потоков воздуха на чертежах показаны фигурными стрелками.

Покрытие опирается на стенку 1 резервуара (отстойника) и центральную опору 2. Резервуар представляет собой емкость, например бассейн круговой формы в плане.

Покрытие состоит из центрального элемента и боковой оболочки. Центральный элемент представляет собой в целом оболочку отрицательной кривизны и составлен из отдельных радиально расположенных расширяющихся от центра к периферии опорных желобов 3. Опорные желоба 3 могут быть исполнены в нескольких вариантах, например они имеют поперечное сечение в виде или ломаной линии (фиг.7), или дуги в зависимости от варианта стыковки их друг с другом (фиг.8-10).

Опорные желоба 3 могут быть выполнены цельными или могут быть собраны (например, при помощи сварки, заклепок, резьбовых или замковых соединений) из отдельных фрагментов S_i листового материала, где i - номер фрагмента.

Опорные желоба 3 обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям по линиям переменной кривизны. При этом каждый опорный желоб 3, соответственно, изогнут в продольном направлении (образующая опорного желоба 3 имеет форму дуги переменной кривизны). Стыковка опорных желобов 3 друг с другом осуществляется либо непосредственно между собой, либо посредством усиленных стыковочных ребер. В местах стыковки опорных желобов 3 друг с другом предусмотрены опорные площадки 4 для крепления верхних желобов 5. На наружных торцевых кромках опорных желобов 3 установлены формообразующие подкрепления 6 из полосового материала.

В сборе центральный элемент представляет собой пространственно искривленную конструкцию, которая ограничена сверху и снизу тороидальными поверхностями (поверхностями отрицательной кривизны, например, в виде нижней внутренней поверхности тороидальной оболочки). Внутренние торцевые кромки центрального элемента связаны с усиленным кольцом 7 с поперечным сечением в форме швеллера, в котором имеются продувочные отверстия "а". Кольцо 7 имеет отверстия для соединения центрального элемента к центральной опоре 2.

Центральный элемент опирается на центральную опору 2 и фиксируется, например, анкерными болтами 8 с установкой втулок 9.

Боковая оболочка в целом является выпуклой, имеет положительную кривизну и составлена из отдельных радиально расположенных расширяющихся от центра к периферии основных желобов 10, которые обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям.

Основные желоба 10 в соответствии с особенностями геометрии опорных желобов 3 центрального элемента также исполнены в нескольких вариантах в зависимости от варианта стыковки их друг с другом. Если опорный желоб 3 имеет поперечное сечение в виде ломаной линии, то основной желоб 10 имеет соответствующее поперечное сечение в виде ломаной линии. Если опорный желоб 3 имеет поперечное сечение в виде дуги, то основной желоб 10 имеет также соответствующее поперечное сечение в виде дуги. Основные желоба 10 также могут быть выполнены цельными или могут быть собраны из отдельных фрагментов S_i листового материала, где i - номер фрагмента.

Основные желоба 10 обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям по линиям переменной кривизны. При этом каждый основной желоб 10 изогнут в продольном направлении (образующая основного желоба имеет форму дуги переменной кривизны). Стыковка основных желобов друг с другом осуществляется непосредственно между собой либо посредством усиленных стыковочных ребер. На торцевых кромках основных желобов 10 установлены формообразующие подкрепления 11 и 12 из полосового материала.

Основные желоба 10 верхними концами опираются на нижние концы опорных желобов 3 центрального элемента с сопряжением упомянутых концов друг с другом.

При необходимости повышения несущей способности покрытия устанавливается кольцевой шпангоут усиления 13, который жестко связывает нижние концы опорных желобов 3 центрального элемента.

Основные желоба 10 нижними концами опираются на размещенные по периметру стенки 1 подкладки 14 и соединяются со стенкой 1 при помощи анкерных болтов 15. Вместо подкладок может быть использовано металлическое кольцо, лежащее на опорной площадке стенки 1.

На центральном элементе и боковой оболочке с нижней стороны установлен защитный усиливающий экран 16, формирующий продольные (радиально расположенные) продувочные каналы "б". Экран 16 закреплен на стыковочных ребрах желобов посредством радиальных и окружных планок 17, причем экран расположен в касательной поверхности центрального элемента и боковой оболочки. Верхний конец каждого продувочного канала 6 связан с соответствующим продувочным отверстием "а".

На опорные площадки 4 желобов 3 центрального элемента сверху установлена дополнительная оболочка, составленная из верхних желобов 5, которые обращены днищем вверх и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям, причем для формирования дополнительных продувочных каналов "в" верхние желоба 5 сопряжены с опорными желобами 3 по стыковочным ребрам. Для этого на стыковочных ребрах верхних желобов 5 предусмотрены ответные опорные площадки 18. Верхний конец каждого продувочного канала "в" связан с соответствующим продувочным отверстием "г", выполненным на кольцевом уголке 19.

Срединные поверхности верхних желобов 5 имеют поперечное сечение в виде или ломаной линии, или дуги. Выбор конфигурации поперечного сечения определяется проходным сечением канала, а также необходимой прочностью и архитектурой покрытия.

Верхние желоба 5 могут быть выполнены цельными или могут быть собраны (например, при помощи сварки, заклепок, резьбовых или замковых соединений) из отдельных фрагментов S_i листового материала, где i - номер фрагмента.

При необходимости, центральный элемент в совокупности с боковой оболочкой и верхней оболочкой стянут к штоку 20 центральной опоры 2 посредством растяжек 21. Растяжки 21 могут быть выполнены из металлических стержней, троса или цепей. Один конец каждой растяжки 21 закреплен на штоке 20, а другой конец присоединен к верхнему кольцу 22.

На верхнем конце штока установлен защитный колпак 23.

Желоба могут быть соединены друг с другом при помощи резьбовых соединений, сварки и т.д. Для крепления планок 17 к желобам могут быть предусмотрены опорные площадки 24 или уголки 25.

На стыках между узлами конструкции установлены герметизирующие прокладки (не показаны).

Покрытие функционирует следующим образом.

Центральный элемент в сборе с дополнительной оболочкой и шпангоутом усиления 13 служит основной опорой покрытия, являясь одновременно частью несущей поверхности. Растяжки 21 воспринимают часть нагрузки и разгружают центральный элемент.

С прочностной точки зрения двухслойная оболочка в центральной части обеспечивает необходимую изгибную жесткость конструкции.

Защитный усиливающий экран 16 полностью изолирует силовую конструкцию покрытия от агрессивного воздействия внутренней среды отстойника. Помимо этого создается система каналов, причем в верхней области (в центральной части) покрытия, где температура выше, обеспечивается двухконтурный обдув поверхности оболочек. Образуемые каналы "б" и "в" обеспечивают естественную продувку внутренних полостей металлических желобов, обеспечивая при этом унос влажной среды (конденсата) от металлических поверхностей и охлаждение поверхности. Тем самым снижается степень коррозионного износа.

Покрытие является пространственно искривленной тонкостенной конструкцией, создает минимальное функционально необходимое пространство и обеспечивает максимальную несущую способность при минимальном весе конструкции. Наличие двухконтурных (двухслойных) продувочных каналов позволяет максимально увеличить экологическую эффективность покрытия и увеличивает долговечность покрытия. Форма покрытия позволяет максимально снизить объем накопления осадков.

1. Покрытие, включающее центральный элемент и боковую оболочку, опертую одним концом на центральный элемент, а другим на размещенные по периметру покрытия опоры, отличающееся тем, что центральный элемент установлен на центральной опоре, составлен из отдельных радиально расположенных расширяющихся от центра к периферии опорных желобов, которые обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям, при этом центральный элемент в целом представляет собой оболочку отрицательной кривизны, а боковая оболочка в целом имеет положительную кривизну и составлена из отдельных радиально расположенных расширяющихся от центра к периферии основных желобов, которые обращены днищами вниз и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям, при этом основные желоба оперты внутренним концом на внешние концы опорных желобов, причем на центральном элементе и боковой оболочке с нижней стороны установлен защитный усиливающий экран, расположенный в нижней касательной поверхности центрального элемента и боковой оболочки и формирующий радиально расположенные продувочные каналы.

2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что на центральный элемент сверху установлена дополнительная оболочка, составленная из верхних желобов, которые обращены днищем вверх и состыкованы друг с другом по радиальным сечениям, причем для формирования дополнительных продувочных каналов верхние желоба сопряжены с опорными желобами по стыковочным ребрам.

3. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что защитный усиливающий экран закреплен на стыковочных ребрах желобов посредством планок.

4. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что центральный элемент в совокупности с боковой оболочкой и верхней оболочкой стянут к штоку центральной опоры посредством растяжек из металлических стержней.

5. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что центральный элемент в совокупности с боковой оболочкой и верхней оболочкой стянут к штоку центральной опоры посредством растяжек из троса.

6. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что центральный элемент в совокупности с боковой оболочкой и верхней оболочкой стянут к штоку центральной опоры посредством растяжек из цепей.

7. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что срединные поверхности опорных желобов имеют поперечное сечение в виде ломаной линии.

8. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что срединные поверхности опорных желобов имеют поперечное сечение в виде дуги.

9. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что срединные поверхности основных желобов имеют поперечное сечение в виде ломаной линии.

10. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что срединные поверхности основных желобов имеют поперечное сечение в виде дуги.

11. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что срединные поверхности верхних желобов имеют поперечное сечение в виде ломаной линии.

12. Покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что срединные поверхности верхних желобов имеют поперечное сечение в виде дуги.