Правила безопасности проект редакция 2 правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов

3.7. Стационарные крыши

3.7.1. В настоящем разделе устанавливаются общие требования к конструкциям стационарных крыш и не ограничивается применение других конструкций и материалов, изготовляемых по различным стандартам и нормам, при условии выполнения требований настоящих Правил.

Конструкции стационарных крыш подразделяются на следующие основные типы:

- бескаркасная коническая крыша, несущая способность которой обеспечивается конической оболочкой настила;

- бескаркасная сферическая крыша, несущая способность которой обеспечивается вальцованными элементами настила, образующими поверхность сферической оболочки;

- каркасная коническая крыша, близкая к поверхности пологого конуса, состоящая из элементов каркаса и настила;

- каркасная купольная крыша, поверхность которой близка к сферической и образуется изогнутыми по радиусу сферической поверхности элементами каркаса и радиальными или иным образом раскроенными листами настила.

Все крыши должны удерживаться лишь по периметру опиранием на стенку резервуара или на опорное кольцо в соответствии с п. 3.6.3. Для каркасных конических и купольных крыш в качестве промежуточной опоры допускается установка центральной стойки.

Минимальная толщина любого элемента стальной крыши должна составлять 4 мм, исключая припуск на коррозию.

3.7.2. Основные положения по определению нагрузок:

а) при расчете учитывают первое основное сочетание нагрузок, в котором участвуют максимальные значения расчетных нагрузок, действующих на крышу «сверху вниз» от:

1. 
   собственного веса элементов крыши;
   
2. 
   веса стационарного оборудования и площадок обслуживания на крыше;
   
3. 
   собственного веса теплоизоляции на крыше;
   
4. 
   веса снегового покрова при симметричном и несимметричном распределении снега на крыше;
   
5. 
   внутреннего разрежения в газо-воздушном пространстве резервуара;
   

1) нагрузки, действующие на крышу «сверху вниз» и принимаемые с минимальными расчетными значениями от:

• 
  собственного веса элементов крыши;
  
• 
  веса стационарного оборудования на крыше;
  
• 
  собственного веса теплоизоляции на крыше;
  

• 
  избыточного давления;
  
• 
  отрицательного давления ветра.
  

3.7.3. Снеговые нагрузки на стационарные крыши

Несущая способность крыши должна проверяться с учетом равно­мерного и неравномерного распределения снеговой нагрузки по ее поверхности.

3.7.3.1. Расчетная величина действующей на крышу снеговой нагрузки определяется по формуле:

Таблица 7

Форма крыши	Коэффициент μ, ce при распределении снеговой нагрузки
	неравномерное		равномерное
Купольная при fr /D ≤1/20	Учитывать не требуется		μ =1,0; ce=1,0
Коническая при ≤ 7º
Купольная при	; ce=1,0	При отсутствии снегозадерживающих преград	μ =1,0; ce = 0,85 при D ≤ 60 м; ce= 1,0 при D > 100 м; ce= 0,85 + 0,00375(D - -60) – в промежуточных случаях
	ce=1,0	При наличии снегозадерживающих преград

Форма крыши	Коэффициент μ, ce при распределении снеговой нагрузки
	неравномерное	равномерное
Коническая при 7º< ≤ 30º	; ce=1,0	–
Примечания: 1. При fr /D > 2/15 коэффициент μ следует определять в соответствии с СП 20.13330.2011 (Приложение Г, разд. Г.13). 2. На покрытия в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше минус 5 °С (см. СП 20.13330.2011, Приложение Ж, карту 5) коэффициент ce принимается равным 1,0.

где f_r – высота стационарной крыши, м;

D – диаметр резервуара, м.

Рисунок 8 ‒ Неравномерное распределение снеговой нагрузки

Таблица 8

Бескаркасная коническая крыша представляет собой гладкую коническую оболочку, не подкрепленную радиальными ребрами жесткости.

Геометрические параметры бескаркасной конической крыши должны удовлетворять следующим требованиям:

- максимальный диаметр крыши в плане – 12,5 м;

- минимальный угол наклона образующей крыши к горизонтальной поверхности должен составлять 15º, максимальный угол наклона   30º.

Номинальная толщина оболочки крыши должна определяться расчетом на устойчивость в соответствии с п. 3.7.6 и должна быть не менее 4 мм и не более 7 мм (при изготовлении оболочки крыши методом рулонирования). При недостаточной несущей способности гладкая коническая оболочка должна подкрепляться кольцевыми ребрами жесткости (шпангоутами), устанавливаемыми с наружной стороне крыши.

Оболочка крыши должна изготавливаться в виде рулонируемого полотнища (из одной или нескольких частей). Допускается изготовление полотнища крыши на монтаже, при этом толщина оболочки крыши должна быть не менее 7 мм.

Узел соединения крыши со стенкой может выполняться по одному из вариантов, приведенных на рисунке 9. При опирании крыши на кольцевой уголок, его минимальный размер должен быть 635 мм.

3.7.5. Бескаркасная сферическая крыша

Геометрические параметры бескаркасной сферической крыши должны соответствовать следующим требованиям:

• 
  минимальный радиус сферической поверхности должен составлять 0,8 от диаметра резервуара;
  
• 
  максимальный радиус сферической поверхности ‒ 1,2 от диаметра резервуара.
  

а) узел соединения крыши со стенкой через кольцевой уголок с внутренней стороны;

б) узел соединения крыши со стенкой через кольцевой уголок с внутренней стороны;

в) узел соединения крыши со стенкой без уголка;

г) узел соединения крыши со стенкой через усиливающий лист

Рисунок 9 ‒ Соединения бескаркасных конических или сферических крыш со стенкой
3.7.6. Расчет бескаркасных конических крыш

3.7.6.1. Расчет настила

Расчетная толщина настила бескаркасной конической крыши t_ro, м, определяется из условия устойчивости оболочки по формуле:

(29)
где α ‒ угол наклона образующей крыши к горизонтальной плоскости.

Номинальная толщина настила бескаркасной конической крыши t_r, м, определяется по формуле:

(30)

Расчетная нагрузка на крышу p_r, МПа, определяется по формуле:

где G_r – вес металлоконструкций крыши, МН;

₁,_2,₃ – коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок, назначаемые в соответствии с СП 20.13330.2011 (пп. 6.2, 6.3) для основной по степени влияния нагрузки =1, для остальных =0,95.

Формулы (29) – (31) применимы:

- для углов  ≤ 30º;

- при выполнении условия: r/(t_r0∙sin ) > 274, которое следует проверить после вычисления первого приближения для t_r0. Поскольку p_r в свою очередь зависит от предварительно неизвестной толщины t_r0, для расчета требуется несколько последовательных приближений.

3.7.6.2. Расчет узла сопряжения крыши и стенки

Узел крепления крыши к верху стенки должен выполняться по одному из вариантов, приведенных на рисунке 10. В расчетное сечение включается кольцевой элемент жесткости, а также прилегающие участки крыши и стенки.

Узел сопряжения крыши со стенкой должен быть рассчитан на прочность при действии кольцевого растягивающего усилия. При этом размеры поперечного сечения A_r , м², должны удовлетворять условию:

где A_r – выделенная на рисунке 10 площадь поперечного сечения уторного узла крыши. Размеры участков стенки L_s, м²,определяются по формуле:

Размеры участков настила крыши L_r, м², определяются по формуле:

В резервуарах, работающих с внутренним избыточным давлением, узел сопряжения крыши со стенкой необходимо также проверить на устойчивость в случае действия кольцевого сжимающего усилия. При этом размеры поперечного сечения должны обеспечивать выполнение следующего условия:

где J_y – момент инерции расчетного поперечного сечения относительно вертикальной оси «y-y», совпадающей с осью стенки, м³ (см. рисунок 10);

₁,_2,₃ – коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок, назначаемые в соответствии с СП 20.13330.2011 (пп. 6.2, 6.3) для основной по степени влияния нагрузки =1, для остальных =0,95.

Соединение крыши со стенкой приведено на рисунке 10.

L_s ‒ размеры участков стенки; L_r ‒ размеры участков настила крыши;

Рисунок 10 ‒ Соединение крыши со стенкой

3.7.7.1. Применение каркасных конических крыш рекомендуется для резервуаров диаметром от 10 до 25 м.

3.7.7.2. Угол наклона образующей крыши к горизонтальной поверхности должен находиться в пределах от 4,76º (уклон 1:12) до 9,46º (уклон 1:6). Номинальная толщина настила должна быть не менее 4 мм.

3.7.7.3. Крепление настила крыши к верху стенки должно осуществляться, как правило, в соответствии с рисунком 11в, через кольцевой уголок жесткости с минимальным размером 635 мм.

3.7.7.4. Площадь поперечного сечения узла сопряжения крыши со стенкой (с учетом участвующих в работе площадей поперечных сечений стенки и настила) должна обеспечивать восприятие растягивающих или сжимающих усилий от внутреннего давления или внешней нагрузки на крышу.

3.7.7.5. При выполнении крыши во взрывозащищенном исполнении должны соблюдаться следующие требования:

- приварка настила должна выполняться в соответствии с п. 3.2.5;

- площадь поперечного сечения узла сопряжения крыши со стенкой должна определяться в соответствии с требованиями п. 3.7.10.

3.7.7.6. Каркас конической крыши может быть ребристым или ребристо-кольцевым.

3.7.7.7. Каркасные конические крыши могут изготовляться в виде щитов, состоящих из соединенных между собой элементов каркаса и настила или раздельно – из элементов каркаса и настила, не приваренного к каркасу. В последнем случае настил может выполняться из отдельных листов, крупногабаритных карт или рулонируемых полотнищ, а два диаметрально-противоположных элемента каркаса должны быть раскреплены в плане диагональными связями.

3.7.8. Каркасная купольная крыша

3.7.8.1. Купольная крыша представляет собой радиально-кольцевую каркасную систему, образующую поверхность сферической оболочки.

3.7.8.2. Купольные крыши рекомендуются для резервуаров объемом свыше 5000 м³ диаметром от 25 до 65 м.

3.7.8.3. Купольные крыши, как правило, должны иметь радиус кривизны сферической поверхности крыши в пределах от 0,8∙D до 1,5∙D, где D – диаметр резервуара.

3.7.8.4. Каркасные купольные крыши могут изготавливаться:

- обычного исполнения в виде щитов, состоящих из соединенных между собой элементов каркаса и настила;

- взрывозащищенного исполнения в виде отдельных элементов каркаса и настила, не приваренного к каркасу. В каркасных крышах взрывозащищенного исполнения листовой настил должен быть прикреплен только к окаймляющему элементу стенки по периметру крыши. Катет сварного шва в соединении между настилом и кольцевым элементом жесткости принимают равным не более 5 мм. Площадь поперечного сечения узла сопряжения крыши со стенкой должна определяться в соответствии с требованиями п. 3.7.10.

3.7.8.5. Опирание крыши на стенку резервуара рекомендуется выполнять с устройством опорного кольца по рисунку 11.

а) узел соединения с опорным кольцом прямоугольного сечения;

б) узел соединения с усиливающим кольцом и опорным кольцом прямоугольного сечения;

в) узел соединения с опорным элементом из уголкового профиля;

г) узел соединения с опорным кольцом таврового сечения

Рисунок 11 ‒ Узлы соединения каркасных конических или

3.7.9.1. Каркас крыши представляет собой систему радиальных и кольцевых балок. Количество радиальных балок n_r определяется по конструктивным соображениям с учетом неравенства: . Результат округляется до числа, кратного четырем.

3.7.9.2. Моделирование и расчеты крыш на все комбинации нагрузок следует производить методом конечных элементов. Расчетная схема должна включать все несущие стержневые и пластинчатые элементы, предусмотренные конструктивным решением. Если листы настила не приварены к каркасу, то в расчете учитываются только их весовые характеристики.

3.7.9.3. Модель крыши должна учитывать деформативность ее внешнего опорного контура, т.е. включать элементы уторного узла, верхний участок стенки высотой L_s и кольцевой участок настила крыши шириной L_r. При этом минимальные размеры L_s, L_r определяются согласно подп. 3.7.6.2.

3.7.9.4. Элементы и узлы крыши должны быть запроектированы таким образом, чтобы максимальные усилия и деформации в них не превышали предельных значений по прочности и устойчивости, регламентируемых СП 16.13330.2011 и
СНиП 2.03.06-85 (для алюминиевых крыш).

3.7.10. Каркасные взрывозащищенные крыши

3.7.10.1. Каркасные крыши взрывозащищенного исполнения должны удовлетворять требованиям пп. 3.7.2, 3.7.9, а также быть рассчитаны на действие двух дополнительных сочетаний нагрузок, которые включают помимо веса конструкций и теплоизоляции, внутреннее избыточное давление с коэффициентами надежности по нагрузке 1,25 (гидро- и пневмоиспытания) и 1,6 (аварийный режим).

3.7.10.2. Для взрывозащищенных крыш должны выполняться следующие условия:

а) D ≥ 15 м;

б) α ≤ 9,5º (уклон крыши меньше или равен 1:6);

в) листовой настил должен крепиться только к окаймляющему элементу стенки по периметру крыши односторонним угловым швом с катетом не более 5 мм;

г) конструкция узла сопряжения стенки и крыши должна соответствовать одной из схем, приведенных на рисунке 10;

д) площадь сечения A_r, м², выделенного на рисунке 10, должна удовлетворять неравенству:

, (36)

где R – расчетный параметр, определяемый формулой (8);

G_s0 – вес оборудования на стенке, МН;

G_r0 – вес оборудования на крыше, МН;

G_st – вес теплоизоляции на стенке, МН;

G_r – вес крыши, МН;

G_rt – вес теплоизоляции на крыше, МН.

3.7.10.3 Если требования подп. 3.7.10.2 не обеспечены, взрывозащищенная крыша должна быть рассчитана в следующей последовательности:

а) выполняется конечно-элементный геометрически нелинейный расчет крыши на действие комбинаций нагрузок, включающих действие избыточного давления:

• 
  1.25p для гидро-пневмоиспытаний,
  
• 
  1.6p для условий аварии.
  

б) определяются реактивные усилия, передаваемые на шов крепления настила к опорному кольцу крыши и проверяется его прочность СП 16.13330.2011;

в) крыша является взрывозащищенной, если конструкция узлов сопряжения стенки и крыши, стенки и днища резервуара, а также размеры сварного шва сопряжения настила крыши с кольцевым элементом жесткости удовлетворяют следующим условиям:

• 
  прочность шва сопряжения стенки и настила крыши обеспечена в условиях гидро- пневмоиспытаний;
  
• 
  прочность шва сопряжения стенки и настила крыши не обеспечена в условиях аварии;
  
• 
  прочность узла сопряжения стенки с окрайкой днища для всех расчетных
  

где p_ar – избыточное давление, при котором происходит разрушение уторного шва крыши (1,2р<р_ar<1,6р).

Прочность узла сопряжения стенки с окрайкой днища в условиях аварии может не проверяться, если резервуар оборудован анкерными устройствами, предотвращающими его подъем при аварийном избыточном давлении.