Результат интеллектуальной деятельности: ПОКРЫТИЕ

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.