Резервуары железобетонные.

Железобетонные резервуары используют для хранения воды, нефтепродуктов и различных технических жидкостей. По расположению относительно дневной по­верхности различают наземные и котлованные резервуары, которые могут быть сборными и монолитными, прямоугольного и круглого в плане очертания. Круглые резервуары. Круглые в плане резервуары (рис. 292) состоят из тонкой ци­линдрической стенки, плоского днища и плоского или купольного (рис. 293) покры­тия. Объем и размеры резервуаров унифицированы и на основе технико-экономического анализа разработаны типовые проекты. Например, принятые в на­шей стране унифицированные параметры круглых в плане резервуаров приведе­ны в табл. 1.

Параметры круглых резервуаров Таблица 1

Объем, м3	100	150	250	500	1000	2000	3000	6000
Диаметр, м	6,5	8	10	12	18	24	30	42
Высота, м	3,6	3,6	3,6	4,8	4,8	4,8	4,8	4,8

Купольные покрытия опираются непосредственно на стены по периметру резер­вуара. Плоские покрытия требуют дополнительных опор и чаще всего устраивают­ся в безбалочном исполнении. Колонны располагаются на расстоянии 3,5...4,5 м друг от друга.

Рис, 8. Круглые резервуары с цилиндрической стенкой и купольным покрытием

Для стен и днища резервуаров применяют тяжелый бетон класса В15...В30, ма­рок по водонепроницаемости W4...W30 и по морозостойкости F100...F150. Класс ар­матуры зависит от вида железобетонной конструкции: в обычных железобетонных конструкциях рекомендуется арматура класса А-Ш и Вр-1 (в качестве конструктив­ной и монтажной классов A-I, А-П); в предварительно напряженных — классов А-IV...A-III, Вр-П,

Для поддержания стационарного теплового режима внутри резервуара покрытие утепляют слоем грунта толщиной до 1 м или ячеистого (керамзитного) бетона.

Конструкция резервуара зависит от способа изготовления. Монолитный резервуар (рис. 292, а) состоит из плоского безбалочного перекрытия, опирающегося на ко­лонны с капителями в нижней и верхней частях гладких цилиндрических стен и без­реберного гладкого днища (плитного фундамента). Безреберное гладкое покрытие обеспечивает снижение рассчетной высоты и создает лучшие условия для вентиля­ции.

Сборные цилиндрические резервуары (рис. 7,6, в, г) состоят из круглой плиты днища, сборных колонн, укладываемых на них ригелей и ребристых прямоугольных или трапециевидных сборных плит перекрытии и сборных панелей стен, которые ук­ладывают вертикально в паз между двумя кольцевыми ребрами днища (рис. 7, е) по периметру резервуара, вертикальные швы между панелями заполняют бетоном, а затем, поела набора бетоном 70 % проектной прочности, резервуар снаружи обжима ют предварительно напряженной арматурой, которую после окончания процесса на­тяжения покрывают слоем торкрет-бетона. Соединение сборных стеновых панелей с днищем может быть жестким (рис. 7, ж), исключающим радиальные перемеще­ния стены и угловой поворот в кольцевом пазу днища, и подвижным (рис.7, з) допускающим указанные перемещения.

Основы расчета резервуаров. Расчетное давление жидкости на стенки резервуара на расстоянии от днища или от верха (рис. 294) равно

p_x=*H{\-xlH)Wf, где р — плотность жидкости (для воды р=1);>у—коэффициент надежности по нагруз­ке от воды.

Кольцевое растягивающее усилие от гидроста­тического давления жидкости определяют по фор­муле

где R — внутренний радиус резервуара. При жестком закреплении стены в днище момент М_х и нормальная сила Н_ч (рис. 10, а) на расстоянии ч от днища составляют

^Nx = N° -рьЩе-VcasK? + e^sin<p<l -s/Щ, М_х = 0,5p<>s²[(l - s/ZOe^coscp -e^sin<p],

где № определяют по формуле (753); р₀ — по (752) при ч = 0; s — упругая характеристика стены, равная

5 = 0,76 -/Rh.

В формулах (754)...(756) ц = ч/З—безразмерная координата; h — толщина стенки; е =1.

На уровне днища (при h = 0) максимальное значение изгибающего момента при защемлении стенки в днище будет равно

Mmax = Mо = 0,5pos²(l-s/Н).

При подвижном сопряжении сборной цилиндрической стены с днищем, вследст­вие радиального перемещения стены по ее торцу, действует сила трения

Qr=Nμ

где N— нормальное давление по торцу стены от ее массы, передающейся от соответ­ствующей части покрытия; μ— коэффициент трения торца стены о днище, рав­ный 0,5.

Кольцевое растягивающее усилие в стенке на расстоянии ч от днища в этом случае

N_x = N° - 2(R/s) Qrsе^-φ cos φ

а максимальный изгибающий момент, находящийся на высоте х_ь определится из выражения

будет равно

Эпюры М_хиН_чв этом случае, а также х/ показаны на рис. 10, б. Заглубленные в грунт резервуары проектируют с учетом двух возможных случаев расчета: на дейст­вие внутреннего гидростатического давления жидкости в период испытаний или ремонта, когда внешнее давление от грунта отсутствует; на давление от грунта при опорожненном резервуаре.

Усилия от гидростатического давления жидкости определяют согласно приведен­ным выше формулам в зависимости от конструкции сопряжения стены с днищем.

Интенсивность расчетного значения горизонтального давления грунта на глубине (Н-х) от поверхности земли (или расстояния ч от днища резервуара) определяют по формуле

е_х._к = (#-j0y_gy/_etg²(45° - (р/2),

где г⁷⁴ и ц — соответственно плотность и угол естественного откоса грунта (обычно^, = 16... 19 кН/м³; ц = 30...45°); у/_<е = 1,2 — коэффициент надежности по горизонталь­ному давлению грунта.

Если на поверхности грунта приложена дополнительная нагрузка интенсивностью р_ГСС1 то она приводится к весу эквивалентного слоя грунта высотой h_red=PrcJy_s- В про­стейшем случае наружная грань стеньг вертикальна, а поверхность грунта над стеной горизонтальна или имеет уклон менее 10°. Тогда, при отсутствии на поверхности до­полнительной нагрузки, равнодействующую горизонтального давления грунта на 1 м длины стены можно определить по формуле

Е = 0,5/^.^(45° -<р/2).

Распределение давления грунта по высоте стеньг принимают линейным, поэтому равнодействующая Е принимается на расстоянии Н/3 от подошвы.

В случае действия на поверхности земли дополнительной нагрузки p_rcd величина

Е = 0,5у,ДО +■ 2^)^(45° - _Ф/2).

Незаполненный резервуар должен быть проверен на всплытие согласно зависимости

0,9G>\,lAp_w,

Е будет равна

где G — вес резервуара; — площадь основания резервуара; p_w — напор грунто­вых вод.

Расчет прочности стенки в кольцевом направлении производится как центрально-растянутого элемента, исходя из условия ст_л = N_xy„/A_x £ R_s>

где N_x — расчетное значение кольцевого усилия для каждого пояса высотой 1 м с учетом коэффициента надежности по назначению сооружения у„; A_s — площадь сечения арматуры.

Расчет элементов конструкции резервуара по образованию трещин производится как растянутого предварительно напряженного элемента первой категории трещи-ностойкости на расчетные нагрузки с коэффициентом надежности по нагрузке у/> 1.

Площадь сечения вертикальной арматуры стен рассчитывают от действия изги­бающего момента М_тах (см. рис. 10) и размещают в нижней части стенки с защит­ным слоем бетона аъ =15 мм; выше этого сечения предусматривают конструктив­ную арматуру.

Рис. 11. Резервуар в форме чечевицы конструкции Фрейссинэ:

/ — купольные блоки; 2—предварительно напряженное опорное кольцо; 3 — защитна*

бетонная плит

Днище резервуара рассчитывают как плиту на упругом полупространстве, на­груженную распределенной (от жидкости), сосредоточенной (от колонн) и линей­ной (от стен) нагрузкой.

Круглые в плане резервуары котлованного типа с купольным покрытием рассчи­тывают как пространственную конструкцию на нагрузку от гидростатического дав­ления воды и давления грунта. Расчет покрытия производят как купола на круглом плане, а стены цилиндрической части— как резервуар круглого в плане очертания.

В ряде случаев, например, для объектов гражданской обороны, существенный ин­терес могут представить конструкции резервуаров повышенной несущей способно­сти. Такова конструкция резервуара чечевицеобразной формы (рис. 11), состоящая из купольной оболочки, предварительно напряженного опорного кольца и защитной бетонной плиты (тюфяка).

Одной из перспективных конструктивных схем резервуаров такого же назначе­ния могут быть постоянно наполненные резервуары податливого (рис. 12, а, б) и жесткого (рис. 12, в) конструктивного решения. Податливые конструкции с гибкой стенкой или жестким сводом воспринимают внешнее динамическое давление и пе­редают его на грунт. Эта идея может быть реализована также в жестком варианте конструкции, если несколько резервуаров жесткой конструкции расположить в не­сколько ярусов, но предусмотреть самотечное перетекание жидкости из верхних в нижние резервуары.

Прямоугольные резервуары. Резервуары прямоугольной в плане формы обычно применяют при вместимости свыше 6000 м . Они могут быть и меньшей вместимо­сти, например, при их расположении внутри сооружений промышленного назначе­ния. При строительстве таких резервуаров используют, как правило, типовые проек­ты с унифицированными параметрами (табл. 2).

а)

Рис. 12. Постоянно заполненные резервуары:

а — податливого тала с гибкой стенкой; б — то же, с гибким покрытием; в — жесткие резервуары с каскадным расположением

Унифицированные параметры прямоугольных резервуаров

Таблица 2

Вместимость,	100	250	500	1000	2000	3000	6000	10 000	20000
Размеры в плане, м Высота, м	6x6	6x12	12x12	12x18	18x24	24x30	36x36	48x48	66x66
	3,6	2,6	4,8	4,8	4,8	4,8	4,8	4,8	4,8

Узлы прямоугольного резервуара показаны на рис. 13.

По способу изготовления они могут быть монолитными и сборными. Покрытие монолитных и сборных резервуаров выполняют безбалочным и балочным (реб­ристым).

Днище резервуаров устраивают плоским, как правило, монолитным. Для уменьшения толщины фундаментную плиту выполняют ребристой (ребрами вверх). Ребра могут устраиваться в одном или двух направлениях в зависимости от размеров и соотношения сторон плиты.

Сетка колонн монолитных резервуаров принимается 6x6м или 4x4 м соответст­венно при ребристом или безбалочном покрытии. В первом варианте для покры­тия используют типовые ригели и ребристые плиты 6x1,5 м, применяемые для перекрытий производственных зданий; во втором — панели с ребрами по конту­ру, опирающиеся непосредственно на капители колонн.

В целях унификации типовые панели для каждого резервуара принимают одно­го типоразмера. Стеновые панели устанавливают в паз днища, закрепляют в про­ектном положении, зазоры заполняют бетоном. Вертикальные стыковые зазоры могут быть прямоугольной формы (в их пределах арматурные выпуски сваривают) шириной 200 мм и шпоночной формы шириной 30 мм (без сварки арматуры). Уг­ловые участки стен должны быть монолитными, а их размеры зависят от размеров сооружения в плане и ширины стеновых панелей.

Колонны предусматривают сборными квадратного сечения. Их устанавливают в гнезда фундаментов, которые, как правило, устраивают монолитными.

Резервуары в отдельных случаях могут быть не только закрытыми (с покрытием), но и открытыми. Последние при малых размерах резервуара устраивают с гладкими стенами одинакового сечения по высоте.

При возведении железобетонных резервуаров особое внимание уделяют их водоне­проницаемости. Наилучшим средством обеспечения водонепроницаемости является применение предварительно напряженных конструкций. В резервуарах с обычным армированием необходимо бетон тщательно уплотнять, особенно в углах. С этой целью производится торкретирование внутренней поверхности стен одним или двумя слоями цементного раствора (состава 1:2) на водонепроницаемом расширяющемся или безусадочном цементе.

Основы расчета. Методика расчета прямоугольных резервуаров зависит от конст­руктивного решения и соотношения размеров резервуара.

Высокие открытые прямоугольные резервуары наземного типа (рис. 13) с соотношением высоты к длине (#//й), равном и превышающим 2, рассчитывают путем разбиения конструкции на отдельные пояса — замкнутые рамы. Каждую такую раму рассчитывают на равномерное внутреннее давление жидкости , определяемое по (752), под действием которого в стенках резервуара возникают продольные силы и изгибающие моменты.

Наибольшее значение продольной силы в сечения 1-1 и 2-2 будет

N1=p*l2/2 ;

l2, l1 - — размеры рамы в плане.

N2=p*l1/2 ;

Угловые моменты (М_ог) можно определить по теории трех моментов, если замкнутую раму мысленцо разрезать и рас­сматривать как четырехпролетную неразрезную балку

М_оп = р (l₁³+ l₂³ )/[12(l1+ l2)].

-

Пролетные моменты в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно вычисляют по формулам

М₁ = р l₁²/8 - р (l₁³+ l₂³)/[12(l1+ l2)].

М₂ = р l₂²/8 - р (l₁³+ l₂³)/[12(l1+ l2)].

Для квадратных в плане резервуаров при l2= l1 = /

М_оп = р l²/12; М=М₂= р l²/24.

рис. 14. нагрузки и усилия в резервуаре

прямоугольного в плане очертания

Расчет прочности стенок резервуаров (подбор ее сечения и площади арматуры) производят как внецентренно - растяну­тых элементов.

Такой расчет справедлив только для верхних полос резервуара, отстоящих от днища не ближе 2/₂; нижняя зона работает, кроме того, в вертикальном направлении, как консольная балка, закрепленная в днище. Необходимое при этом армирование на полосу шири­ной 1 м определяют по значению изгибающего момента

М = Н ³р γf /54;

и соответствующему значению растягивающей силы N.

Стенки, отношение высоты Н которых к большему размеру в плане 1\ меньше двух, рассматривают как плиты, опертые на три стороны с использованием готовых таблиц, по которым определяют изгибающие моменты и продольные растягивающие силы. Подбор толщины стенки и площади сечения арматуры производят по форму­лам внецентренного растяжения.

На стенки низких резервуаров значительной длины 7\ преобладающее влияние оказывают изгибающие моменты, поэтому их днище и стенки рассчитывают, как угловые подпорные стенки (см. § 70).

Днище резервуаров рассчитывают как плиту на упругом полупространстве по ме­тоду расчета плит на упругом основании, например, по методу Б.Н. Жемочкина.

Открытые резервуары, заглубленные в грунт, рассчитывают на два возможных случая: расчет на действие гидростатического давления жидкости р_х и расчет на бо­ковое давление грунта е_х>я.

Требования к водонапорным башням

Водонапорные башни, предназначенные для использования в системах хозяйственно-питьевого, производственного и противопожарного водоснабжения организации, надлежит сооружать, как правило, без шатров, со стальными баками и опорами из железобетона, кирпича или стали.

Водонапорные башни надлежит проектировать с баками вместимостью 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300, 500 и 800 . Высоту опор (от уровня земли до верха опоры бака) для башен с баками емкостью от 15 до 50 м3 следует принимать кратной 3 м, с баками емкостью 100 м3 и более - кратной 6 м.

В покрытии бака должен быть люк со стремянкой для спуска в бак и трубы для вентиляции.

Днище бака должно выполняться с уклоном не менее 5% к подводяще-отводящей или сливной трубе.

Опоры водонапорной башни следует, как правило, выполнять в форме цилиндра или в виде системы сборных железобетонных стоек. Допускается монолитный железобетон, кирпич или сталь в качестве исходных материалов для опор.

При применении сплошных конструкций опор (монолитный железобетон или кирпич) пространство под баками может быть использовано для размещения служебных, складских, конторских и производственных помещений без образования пыли, дыма и газовыделений.

Башни должны оборудоваться стальными лестницами для подъема к баку и на его покрытие, а также площадками для осмотра и обслуживания строительных конструкций и трубопроводов. Лестницы допускаются вертикальные, типа стремянок и другие, обеспечивающие безопасность пользования ими. Расстояние между площадками не должно превышать 8 м.

.