10-10-22

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

1

Stalowe konstrukcje powłokowe

KONSTRUKCJE METALOWE

10-10-22

2

PLAN WYKŁADU

RODZAJE KONSTRUKCJI POWŁOKOWYCH

ZBIORNIKI

ZASOBNIKI I SILOSY

BIBLIOGRAFIA

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

3

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

RODZAJE
- zbiorniki

- o osi poziomej
- o osi pionowej
- kuliste
- wieżowe
- podziemne

- silosy

- zasobniki

- rurociągi

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE = KONSTRUKCJE Z BLACH

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

4

PN-B-03210:1997 „Konstrukcje stalowe. Zbiorniki pionowe walcowe
na ciecze. Projektowanie i wykonanie”

PN-B-03211:1997 „Konstrukcje stalowe. Zbiorniki kuliste ciśnieniowe.
Projektowanie i wykonanie”

PN-B-03202:1996 „Konstrukcje stalowe. Silosy na materiały sypkie.
Obliczenia statyczne i projektowanie”

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

NORMY:

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

5

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

PN-EN 1993-4-1:2007 „Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji
stalowych. Część 4-1. Silosy”

PN-EN 1993-4-2:2007 „Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji
stalowych. Część 4-2. Zbiorniki”

PN-EN 141015:2005 „Wymagania dotyczące

projektowania

i wytwarzania stalowych naziemnych, pionowych cylindrycznych,
płaskodennych spawanych zbiorników do magazynowania cieczy
w temperaturach otoczenia i powyżej”

NORMY:

10-10-22

6

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI PIONOWEJ

PRZEZNACZENIE:
- magazynowanie wody, ciekłych produktów spożywczych,
produktów chemicznych, paliw itd.

POJEMNOŚĆ: kilkaset do powyżej 100 000 m

3

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

7

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI PIONOWEJ

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

8

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI Z DACHEM STAŁYM I PŁYWAJĄCYM

10-10-22

9

PROPORCJE GEOMETRYCZNE ZBIORNIKÓW

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Źródło [1]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

10

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

OBCIĄŻENIA ZBIORNIKÓW – PARCIE HYDROSTATYCZNE

Ciężar objętościowy

ρ

wybranych cieczy (kN/m

3

):

Benzyna:
- lotnicza

7,0

- samochodowa 7,5
Mazut

9,5

Melasa

13,6

Nafta

8,2

Olej:
- mineralny

9,5

- roślinny

9,3

Ropa naftowa (surowa) 8,5
Woda

10,0

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

11

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

OBCIĄŻENIA ZBIORNIKÓW – WIATR

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

12

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

OBCIĄŻENIA ZBIORNIKÓW – WIATR

Źródło [2]

Źródło [6]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

13

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

OBCIĄŻENIA ZBIORNIKÓW – PODCIŚNIENIE / NADCIŚNIENIE

Wartości charakterystyczne
przyjmowane do obliczeń:
• nadciśnienie:

ρ

n

= 2,5 kPa

• podciśnienie:

ρ

p

= 0,5 kPa

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

14

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PŁASZCZ

Warunek eksploatacji

(

)

,

1

fn

n

f

c

n

s e

dT

y

r

t

C

f

γ

ρ γ ρ

γ

α

⊥

⋅

+

⋅

⋅ ⋅ ⋅

=

+

⋅

Warunek próby wodnej

(

)

,

fn

n

f

w

n

s p

dT

y

r

t

f

γ

ρ γ ρ

γ

α

⊥

⋅

+

⋅

⋅ ⋅ ⋅

=

⋅

(1)

(2)

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

15

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PŁASZCZ

gdzie:

ρ

n

– nadciśnienie obliczeniowe w przestrzeni gazowej zbiornika z dachem

stałym lub ciężar własny dachu pływającego podzielony przez
powierzchnię przekroju poprzecznego zbiornika (w zbiorniku z dachem
stałym przy warunku próby wodnej

ρ

n

=0), kPa

y – odległość od górnej krawędzi płaszcza (w przypadku dachu pływającego

– od maksymalnego poziomu cieczy) do poziomu: 100 mm nad dolną
krawędzią, gdy łączony jest doczołowo lub 300 mm w przypadku pasa
łączonego na zakładkę, m

C

1

– naddatek na korozję (przy braku danych przyjmuje się dla paliw

płynnych C

1

=0,04 do 0,06 mm / rok)

α

⊥

-

współczynnik wytrzymałości spoin wg PN-90/B-03200 p. 6.3.3

r – promień zbiornika, m
f

dT

– wytrzymałość obliczeniowa stali w podwyższonej temperaturze wg PN-

90/B-03200

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

16

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PŁASZCZ

gdzie:

γ

f

– współczynnik obciążenia wg PN-82/B-02003

γ

fn

– współczynnik obciążania przy nadciśnieniu,

γ

fn

=1,2

γ

fp

– współczynnik obciążania przy podciśnieniu,

γ

fn

=1,3

γ

n

– współczynnik konsekwencji zniszczenia:

γ

n

=1,15 – dla cieczy palnych i szkodliwych dla środowiska,

γ

n

=1,05 – dla wody,

ρ

c

,

ρ

w

– ciężar objętościowy cieczy (magazynowanej), wody, kN/m

3

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

17

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PŁASZCZ - PRZYKŁAD

DANE:
Zbiornik o pojemności 2000 m

3

i wymiarach:

h = 4 x 2000mm + 1 x 1000 mm =9000 mm
d = 18000 mm

ρ

n

= 2,5 kPa (nadciśnienie)

y = 6,90 m (pierścień 1)
C

1

= 0,06 x 50 lat = 3 mm

α

⊥

= 1 (badania nieniszczące spoin)

r = 9 m
f

dT

= 215 MPa (stal St3S, temp <70

o

C)

γ

f

– 1,05 (wg PN-82/B-02003)

γ

fn

= 1,2

γ

n

= 1,15 – dla cieczy palnych i szkodliwych dla środowiska,

γ

n

= 1,05 – dla wody,

ρ

c

= 7,5 kN/m

3

(benzyna samochodowa)

ρ

w

= 10,0 kN/m

3

(woda)

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

18

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PŁASZCZ - PRZYKŁAD

Warunek eksploatacji

(

)

[ ]

,

1, 2 2,5 1, 05 7,5 6,9 1,15 9

0,003

215000 1

0,00276 0, 003 0,006[ ] 6

s e

t

m

mm

⋅

+

⋅

⋅

⋅

⋅

=

+

=

⋅

=

+

≅

=

Warunek próby wodnej

(

)

,

1, 2 0 1, 05 10 6,9 1,15 9

215000 1

0,00349 0, 004[ ] 4[

]

s p

t

m

mm

⋅ +

⋅ ⋅

⋅

⋅

=

=

⋅

=

≅

=

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

19

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PŁASZCZ

Źródło [1]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

20

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

POŁĄCZENIE PIERŚCIENI PŁASZCZA

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

21

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

USZTYWNIENIE PŁASZCZA – DACH STAŁY

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

22

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

USZTYWNIENIE PŁASZCZA – DACH STAŁY

Pole przekroju elementów konstrukcyjnych wieńczących górną
krawędź płaszcza zbiornika z dachem stałym powinno spełniać
warunki wg wzorów:

2

2

f

dT

r

q

A

f

tg

γ

α

⋅

⋅

≥

⋅

⋅

∑

(3)

2

10

fn

nz

dT

r

A

f

tg

γ

ρ

α

⋅

⋅

⋅

≥

⋅

(4)

gdzie:

Σγ

f

q – obciążenie śniegiem, ciężarem własnym dachu z właściwymi współczynnikami

obciążeń, kPa,

ρ

nz

– nadciśnienie charakterystyczne w przestrzeni gazowej zbiornika zmniejszone o

nacisk ciężary własnego dachu, kPa,

α

- kąt nachylenia dachu w stopniach.

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

23

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

USZTYWNIENIE PŁASZCZA – DACH PŁYWAJĄCY

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

24

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

USZTYWNIENIE PŁASZCZA – DACH PŁYWAJĄCY

Gdy pas zbiornika z dachem pływającym usztywnia się kątownikiem
oraz pierścieniem wiatrowym, którego wskaźnik wytrzymałości na
zginanie W w [cm

3

] z uwzględnieniem elementów zakreskowanych

powinien spełniać warunek wyrażony wzorem:

2

0,0478

k

W

d

h p

>

⋅

⋅ ⋅

(5)

gdzie:
d – średnica płaszcza zbiornika, m,
h – wysokość płaszcza zbiornika, m
p

k

– charakterystyczne obciążenie wiatrem na jednostkę powierzchni wg

PN-77/B-02011, kPa,

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

[cm

3

]

W przypadku zbiorników o średnicy powyżej 60 m do obliczeń
przyjmuje się wartość 60 m.

10-10-22

25

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

WZMOCNIENIE PŁASZCZA W MIEJSCU OTWORÓW

a) zbiornik z wewnętrzną wykładziną antykorozyjna,
b) zbiornik bez wewnętrznej wykładziny

Źródło [1]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

26

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

WZMOCNIENIE PŁASZCZA W MIEJSCU OTWORÓW

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

27

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

WŁAZY

Źródło [1]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

28

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

POSADOWIENIE ZBIORNIKA

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

29

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DNO ZBIORNIKA

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

30

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DNO ZBIORNIKA

Źródło [2]

Źródło [1]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

31

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

POŁĄCZENIE PŁASZCZA Z DNEM

Źródło [2]

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

32

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY PŁYWAJĄCE

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

33

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY PŁYWAJĄCE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Źródło [3]

10-10-22

34

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY PŁYWAJĄCE - PODPIERAKI

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Źródło [3]

10-10-22

35

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY PŁYWAJĄCE - USZCZELNIENIA MECHANICZNE

Źródło [2]

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

36

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY PŁYWAJĄCE - USZCZELNIENIA MIĘKKIE

Źródło [2]

Źródło [5]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

37

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY STAŁE

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

38

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

DACHY STAŁE - WYPOSAŻENIE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Źródło [3]

Przerywacz płomieni

Zawór oddechowy

10-10-22

39

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Pożar w rafinerii w Czechowicach-Dziedzicach (26.06.1971)

37 ofiar śmiertelnych, 105 rannych.

ZABEZPIECZENIA PRZECIWPOŻAROWE

Ź

ród

ło:

W

. Gorgolew

sk

i [ww

w

.gorpol.pl]

10-10-22

40

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Pożar zbiornika

ZABEZPIECZENIA PRZECIWPOŻAROWE

10-10-22

41

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Zbiornik po pożarze

ZABEZPIECZENIA PRZECIWPOŻAROWE

10-10-22

42

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Instalacja zraszająca (czerwona) i pianowa (żółta)

na zbiorniku magazynowym ropy naftowej

ZABEZPIECZENIA PRZECIWPOŻAROWE

10-10-22

43

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Działanie instalacji zraszającej na zbiorniku magazynowym metanolu

Ź

ród

ło [

w

ww

.st

raz.s

zc

zec

in.pl]

ZABEZPIECZENIA PRZECIWPOŻAROWE

10-10-22

44

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

POKRYCIA PŁYWAJĄCE

Źródło [5]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

45

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PRZYKŁADY

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

46

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

PRZYKŁADY

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

47

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ

WYMIARY:
Średnica: 1,40 – 3,20 m
Długość: 3 – 20 m

POJEMNOŚĆ: 3 – 150 m

3

PRZEZNACZENIE:
- magazynowanie wody, ciekłych produktów spożywczych, produktów
chemicznych, paliw itd.
- mogą pracować przy nadciśnieniu do 60 kPa

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

48

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ

Gdański Terminal Gazowy
- 16 zasypanych zbiorników:

Długość: 70,5

m

Średnica: 5,6

m

Pojemność: 1652

m

3

Łączna pojemność
zbiorników:

13 200 t (LPG)

Źródło [7]

10-10-22

49

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - PODZIEMNE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Źródło [3]

10-10-22

50

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - PODZIEMNE

Źródło [3]

10-10-22

51

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - PODZIEMNE

Źródło [3]

10-10-22

52

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - PODZIEMNE

Źródło [3]

10-10-22

53

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - PODZIEMNE

Źródło [3]

10-10-22

54

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - PODZIEMNE

Źródło [3]

10-10-22

55

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - NAZIEMNE

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

56

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

ZBIORNIKI WALCOWE O OSI POZIOMEJ - NAZIEMNE

Źródło [3]

10-10-22

57

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WIEŻOWE

POJEMNOŚĆ: kilka do kilkanaście tysięcy m

3

PRZEZNACZENIE:
- magazynowanie wody do celów komunalnych i przemysłowych

Ź

ród

ło http://

w

ie

zecisnien

.w

.interia.pl

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

58

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

ZBIORNIKI WIEŻOWE

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

59

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Źródło [4]

ZBIORNIKI KULISTE

POJEMNOŚĆ: 100 – 32 000 (50 000) m

3

PRZEZNACZENIE:
- służą do magazynowania gazów oraz cieczy łatwo parujących
(np. propan-butan),
- ciśnienie robocze do 4000 kPa

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

60

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Źródło [2]

ZBIORNIKI KULISTE

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

61

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

SILOSY I ZASOBNIKI

Źródło [2]

a) Zasobnik

b) Silos

PRZEZNACZENIE:
- służą do magazynowania materiałów
sypkich (zboża, kruszywa, węgiel itp.)

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

62

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

SILOSY I ZASOBNIKI

Źródło [2]

Zasobniki:
- ze ścianami płaskimi (powyżej)
- okrągłe (obok)

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

63

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

Źródło [2]

Rozkłady obciążeń na ścianki silosu:
1. Parcie statyczne
2. Parcie dynamiczne

SILOSY I ZASOBNIKI - OBCIĄŻENIA

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

Źródło [2]

PRODUKTY
MAGAZYNOWANE
W SILOSACH
I ZASOBNIKACH

10-10-22

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

64

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

10-10-22

65

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

SILOSY I ZASOBNIKI

KONSTRUKCJA ŚCIAN LEJA:

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

66

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

SILOSY I ZASOBNIKI

POŁĄCZENIE BLACH W NAROŻACH

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

67

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

SILOSY I ZASOBNIKI

POŁĄCZENIE ŚCIAN Z LEJEM

Źródło [2]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

68

KONSTRUKCJE POWŁOKOWE

SILOSY I ZASOBNIKI - PRZYKŁADY

Źródło [4]

Źródło [4]

Konstrukcje metalowe - Wykład 21

10-10-22

69

BIBLIOGRAFIA

1. PN-B-03210:1997 „Konstrukcje stalowe. Zbiorniki walcowe pionowe na ciecze.

Projektowanie i wykonanie”

2. M. Łubiński, W. Żółtowski „Konstrukcje metalowe. Część II” Wydawnictwo Arkady,

Warszawa 2007

3. J. Ziółko „Zbiorniki metalowe na ciecze i gazy”, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1986
4. Materiały edukacyjne ESDEP
5. Materiały reklamowe grupy VACONO (Aluminium Rheinfelden GmbH)
6. PN-77/B-02011 „Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem”
7. Materiały reklamowe GASPOL SA

Konstrukcje metalowe - Wykład 21