3.10. Крыши
3.10.1 Определения
Нижеследующие определения применяются к конструкциям крыш, но ими не ограничивается тип крыши, допускаемой пунктом 3.10.2.7.
Поддерживаемая коническая крыша представляет собой крышу, по форме выполненная имеющей приблизительно поверхность прямого конуса, который поддерживается в основном либо стропилами на балках и колоннах, либо стропилами на фермах с колоннами или без колонн.
Самонесущая коническая крыша представляет собой крышу, которая выполнена по форме имеющей приблизительно поверхность прямого конуса, который поддерживается только по периферии.
Самонесущая купольная крыша представляет собой крышу, которая выполнена по форме имеющей приблизительно сферическую поверхность, который поддерживается только по периферии.
Самонесущая зонтичная крыша представляет собой модифицированную купольную крышу, выполненную по форме таким образом, что любое горизонтальное сечение представляет собой правильный многоугольник с числом сторон кровельных листов, причем крыша поддерживается только по периферии.
3.10.2 Общие положения
3.10.2.1 Все крыши и несущие конструкции должны быть спроектированы таким образом, чтобы они выдерживали постоянную нагрузку плюс равномерную временную нагрузку не менее 25 фунтов на кв. фут площади проекции.
3.10.2.2 Кровельные листы должны иметь минимальную номинальную толщину 3/16″ (допустимая база для составления заказа: 7,65 фунт на кв. фуг листа, лист 0,180″ или калибра 7). Для самонесущкх крыш могут потребоваться более толстые кровельные листы (см. пп. 3.10.5 и 3.10.6). Если иное не предусмотрено заказчиком, то к расчетной толщине следует прибавить возможный требуемый запас на коррозию для листов самонесущих крыш. Возможный запас на коррозию для листов поддерживаемых крыш должен прибавляться к минимальной номинальной толщине.
3.10.2.3 Кровельные листы поддерживаемых конических крыш не должны крепиться к несущим элементам.
3.10.2.4 Все внутренние и внешние структурные элементы должны иметь минимальную номинальную толщину 0,17″ в любом компоненте. Если предусматривается метод обеспечения запаса на коррозию для структурных элементов, то он должен быть предметом договоренности между заказчиком и изготовителем.
3.10.2.5 Кровельные листы должны крепиться к верхнему угольнику резервуара непрерывным угловым сварным швом только по верхней стороне.
3.10.2.5.1 Если непрерывный угловой сварной шов между кровельными листами и верхним угольником не превышает 3/16″, наклон крыши у места крепления к верхнему угольнику не превышает 2 дюймов на 12 дюймов, детали исполнения сжатого кольца соединения’обечайки с крышей ограничены тем, что представлено узлами а — d на рис. F-1, и площадь поперечного сечения участка соединения крыши с обечайкой, А, не превышает значения, рассчитанного согласно указаниям п 3.10.2.5.3, то соединение крыши с обечайкой может быть сочтено хрупким и при возникновении чрезмерного внутреннего давления может разрушиться до разрушения соединений обечайки резервуара или соединения обечайки с днищем. Разрушение соединения крыши с обечайкой обычно начинается с коробления верхнего угольника с последующим разрывом непрерывного сварного шва 3/16» на периферии кровельных листов.
3.10.2.5.2 Если размер сварного шва превышает З/16″, наклон крыши у места крепления к верхнему угольнику превышает 2 дюйма на 12 дюймов, детали исполнения сжатого кольца соединения обечайки с крышей отличаются от представленного узлами а — d на рис. F-1, площадь поперечного сечения участка соединения крыши с обечайкой, А, превышает значение, рассчитанное согласно указаниям п. 3.10.2.5.3, или предусмотрен угловой шов с обеих сторон, то заказчиком должны быть предусмотрены устройства для аварийной вентиляции согласно стандарту АРI 2000. Изготовитель должен предусмотреть на резервуаре совместимые соединения для устройств.
3.10.2.5.3 Когда заказчиком задано хрупкое соединение, то площадь поперечного сечения соединения крыши с обечайкой, А, не должна превышать следующей величины.
A = W / 1390 tan θ
Примечание. Определение членов уравнения приведено в приложении F.
Все элементы в зоне соединения крыши с обечайкой, в том числе изоляционные кольца, должны рассматриваться как вносящие вклад в площадь поперечного сечения. Когда задано применение хрупкого соединительного шва, верхний угольник должен быть меньше, чем это требуется пунктом 3.1.5.9 е.
3.10.2.6 Для всех типов крыш листы должны быть усилены профилями, приваренными к листам, но не могут усиливаться профилями, приваренными к несущим стропилам или балкам.
3.10.2.7 Приведенные правила не охватывают все подробности конструктивного исполнения и монтажа крыши резервуара. С разрешения заказчика не требуется, чтобы крыша соответствовала пунктам 3.10.4, 3.10.5, 3.10.6 и З.10.7. Изготовитель должен предусмотреть крышу, спроектированную и смонтированную таким образом, чтобы она была безопасной во всех других отношениях, предусматриваемых настоящим стандартом. При проектировании крыши должно уделяться особое внимание предотвращению разрушения по причине неустойчивости.
3.10.2.8 Когда заказчик задает боковые нагрузки, которые будут прилагаться к несущим крышу колоннам, должны быть подобраны сечения колонн с выполнением следующего требования:
f1/Fa + fb/Fb + fx/Fy <1,0
Где;
fa — расчетное осевое напряжение
Fa — допустимое осевое напряжение, которое разрешается в случае, если воздействует только осевое усилие
fb — расчетное сжимающее напряжение изгиба в рассматриваемой точке
Fb — допустимое осевое напряжение, которое разрешается в случае, если воздействует только изгибающий момент
х и у — ось изгиба, относительно которой прилагается напряжение.
3.10.3 Допустимые напряжения
3.10.3.1 Общие положения
Сечения всех частей конструкции должны быть подобраны таким образом, чтобы сумма максимальных статических напряжений не превышала пределов, заданных в пп. 3.10.3.2 — 3.10.3.5.
3.10.3.2 Растяжение
Максимально допустимое растяжение не должно превышать следующих пределов.
а) Для катаной стали — по нетто-сечению, 20 тыс. фунт/кв. дюйм
b) Для сварных швов с полным проплавлением и разделкой кромок на участке более тонкого листа, 18 тыс, фунт/кв. дюйм.
3.10.3.3 Сжатие
Максимально допустимое сжатие не должно превышать следующих пределов.
a) Для катаной стали в случае, когда исключена боковая деформация, 20 тыс. фунт/кв. дюйм
b) Для сварных швов с полным проплавлением и разделкой кромок на участке более тонкого листа, 8 тыс. фунт/кв. дюйм
c) Для колонн по площади поперечного сечения, когда L/r< 120 (см. примечание 1),
Cma = [1 — (L/r)2 / 34700](33000Y / FS)
когда 120 < L/r < 131,7 (см. примечание 2),
Cma = {[1-(L/r)2 / 34700](33000Y / FS)} / 1,6 — (L / 200r)
когда L/r> 131,7 (см. примечание 2),
Cma = (149000000Y) {(L/r)2[1,6 — (L/200r)]}
Где:
Сma — максимально допустимое сжатие, фунт/кв. дюйм
L — незакрепленный связями отрезок колонны, дюймы
r — наименьший радиус вращения колонны, дюймы
Y — 1,0 для структурных или трубчатых профилей, для которых значения t/R больше или равны 0,015.
= [200/3 (t/R)][2 — 200/3(t/R)]
для трубчатых профилей, для которых значения t/R меньше 0,015.
t — толщина трубчатого профиля, дюймы, минус возможный заданный запас на коррозию. (Минимальная толщина с учетом возможного запаса на коррозию по открытой стороне или сторонам должна быть не меньше 1/4″ для основных сжатых элементов или 3/16″ для растяжек или других второстепенных элементов.)
R — наружный радиус трубчатого профиля, дюймы
FS — коэффициент запаса прочности.
= S/3 + (L/r)/350 + (L/r)3 / 18300000
Для основных сжатых элементов L/rне должно превышать 180.
Для растяжек и других второстепенных элементов L/r не должно превышать 200.
Примечания.
a) Допустимые напряжения, без учета коэффициента Y, приведены в табл. 1-33 стандарта A1SC S310-311. Specifications for the Design, Fabrication, and Erection of Structural Steel for Buildings (1969) (Технические условия на проектирование, изготовление и монтаж стальных конструкций зданий), в колонке «Main and Secondary Members» (Основные и второстепенные элементы).
b) Допустимые напряжения, без учета коэффициента Y, приведены в табл. 1-33 стандарта A1SC S310-311, в колонке «Secondary Members» (Второстепенные элементы),
3.10.3.4 Изгиб
Максимально допустимое напряжение изгиба не должно превышать следующие пределы.
a) Для растяжения и сжатия по крайним волокнам катаных профилей и составных элементов, ось симметрии которых располагается в плоскости натр ужения, когда длина отходящего вбок неподдерживаемого участка сжатой полки не превышает 13-кратной ширины, отношение между шириной и толщиной сжатой полки не должно превышать 17, а отношение глубина/толщина стенки не превышает 70: 22 тыс. фунт/кв. дюйм.
b) Для растяжения и сжатия по крайним волокнам несимметричных элементов, когда элементы поддерживаются в боковом направлении с интервалами не более 13-кратной ширины сжатой полки: 20 тыс. фунт/кв. дюйм.
c) Для растяжения по крайним волокнам других катаных профилей, составных элементов и листовых балок: 20 тыс, фунт/кв. дюйм.
d) Для сжатия по крайним волокнам других катаных профилей, листовых балок и составных элементов, ось симметрии которых располагается в плоскости нагружения: большее значение, рассчитанное с помощью нижеследующих выражений, фунт/кв. дюйм.
20000 — 0,571 (l/r)2
12000000 / [(ld)Af] < 20000
Где:
l — незакрепленная растяжками длина сжатой полки
r — радиус вращения профиля вокруг оси в плоскости нагруження
d — глубина профиля
Af — площадь сжатой полки.
е) Для сжатия по крайним волокнам других несимметричных профилей, значение, рассчитанное с помощью следующего выражения, фунт/кв. дюйм.
12000000 / [(ld)Af] < 20000
3.10.3.5 Сдвиг
Максимальное допустимое сдвигающее напряжение не должно превышать следующих пределов.
a) Для угловых, пробковых, прорезных сварных швов и швов с разделкой кромок и частичным проплавлением по площади толщины шва: 13,6 тыс. фунт/кв. дюйм.
Примечание. Допустимые напряжения для сварных швов базируются на применении электродов Е60. Для конструкций, использующих обычный материал группы IV, IVA, V или VI, когда сварка обечайки (включая соединения) аттестуется по минимальной прочности материала основы, допустимые напряжения для сварных швов должны быть увеличены пропорционально. Для материала с прочностью 70-75 тыс. фунт/кв, дюйм и электродов Е70ХХ увеличение должно быть 70/60. Для материала с прочностью 80-85 тыс, фунт/кв. дюйм и электродов Е80ХХ увеличение должно быть 80/60.
b) По валовой площади стенки брусов и балок, когда расстояние в просвете между полками стенки не превышает 60-кратной толщины стенки или когда стенка достаточно усилена: 13 тыс фунт/кв. дюйм.
c) По валовой площади стенки брусов и балок, когда стенка не усилена и когда расстояние в просвете между полками стенки превышает 60-кратную толщину стенки, наибольшее среднее напряжение сдвига, V/A, должно рассчитываться в фунтах на кв. дюйм следующим образом:
V/A < 19500 / {1 + [h2 / (7200t2)]}
Где:
V — суммарное усилие сдвига, фунты
А — валовая площадь стенки, кв. дюймы
h — расстояние в просвете между полками стенки, дюймы
t — толщина стенки, дюймы.
3.10.4 Поддерживаемые конические крыши
3.10.4.1 Наклон крыши должен составлять 3/4″ на 12″ и более, если это задано заказчиком. Если стропила устанавливаются прямо на хордовые балки, в результате чего получаются несколько различающиеся углы наклона стропил, то наклон наиболее полого уложенного стропила должен соответствовать заданному или заказному наклону крыши.
3.10.4.2 Основные несущие элементы, включая элементы, поддерживающие стропила, могут катаными или составными профилями или фермами. Хотя эти элементы могут соприкасаться с кровельными листами, сжатая полка элемента или верхняя хорда фермы должна считаться не поддерживаемой сбоку кровельными листами и должна распираться в боковом направлении, при необходимости, другими приемлемыми методами. Допустимые напряжения в этих элементах должны определяться в соответствии с п. 3.10.3.
3.10.4.3 Структурные элементы, выполняющие функцию стропил, могут быть катаными или составными профилями, но во всех случаях должны выполняться правила согласно пп. 3.10.2, 3.10.3 и З.10.4. При рассмотрении только постоянных нагрузок, в том числе веса стропил и кровельных листов, сжатая полка стропила должна считаться не поддерживаемой сбоку кровельными листами и должна распираться в боковом направлении, при необходимости (см. п. 3.10.4.3). Когда рассматриваются постоянные и временные нагрузки, стропила, непосредственно соприкасающиеся с кровельными листами, передающими временную нагрузку на стропила, могут считаться достаточно поддерживаемыми в боковом направлении благодаря трению между кровельными листами и сжатыми полками стропил, со следующими исключениями.
a) Фермы и открытые соединения стенок, используемые в качестве стропил.
b) Стропила с номинальной глубиной более 15м.
c) Стропила с наклоном более 2 дюймов на 12 дюймах.
3.10.4.4 Стропила должны быть разнесены таким образом, чтобы во внешнем кольце их центры располагались друг от друга на расстоянии не более 2П футов (6,28 фут) при измерении вдоль окружности резервуара. Расстояние по внутренним кольцам не должно превышать 5,5 фут. Когда заказчик предусматривает размещение резервуаров в районах, подверженных землетрясениям, между стропилами во внешних кольцах должны располагаться стяжные стержни диаметром 3/4″ (или их эквивалент). Применение этих стяжек необязательно, если в качестве стропил используются двутавровые профили (l — или Н — профили).
3.10.4.5 Колонны крыш должны выполняться из структурных профилей, или же могут применяться стальные трубы, для чего требуется утверждение заказчиком. Если используются трубы, то их требуется герметизировать, или же по усмотрению заказчика должны быть предусмотрены средства для слива и вентиляции.
3.10.4.6 Стропильные хомуты для наружного ряда стропил должны быть приварены к обечайке резервуара. Направляющие хомутов в основании колонн должны быть приварены к днищу резервуара во избежание бокового смещения оснований колонн. Все другие- структурные элементы должны крепиться болтами, заклепками или сваркой.
3.10.5 Самонесущие конические крыши
Примечание. Для самонесущих крыш, кровельные листы которых усилены профилями, приваренными к листам, не обязательно соблюдение требований по минимальной толщине, но толщина кровельных листов не должна быть меньше 3/16″, когда это так спроектировано изготовителем, но подлежит утверждению заказчиком.
3.10.5.1 Самонесущие конические крыши должны соответствовать следующим требованиям.
θ< 37° (тангенс= 9:12)
sinθ < 0,165 (уклон = 2 дюйма на 12 дюймов)
минимальная толщина D / 400 sinθ > 1/2″
максимальная толщина 1/2″
Где:
θ — угол кону сообразующих элементов относительно горизонтали, градусы
D — номинальный диаметр обечайки резервуара, футы.
Примечание. Когда сумма постоянной и переменной нагрузок превышает 45 фунт/кв. фут, минимальная толщина должна быть увеличена в следующем соотношении:
√ (live load + dead load) / 45,
(live load — временная нагрузка; dead load — постоянная нагрузка)
3.10.5.2 Площадь охвата у места соединения крыши с обечайкой должна определяться с использованием рис. F-1 и должна быть равной или превышающей следующее значение:
D3 / 3000sinθ
Площадь, рассчитанная с помощью приведенного выше выражения, базируется на величине номинальной толщины материала минус возможный запас на коррозию.
Примечание. Когда сумма постоянной и переменной нагрузок превышает 45 фунт/кв. фут, максимальная площадь поперечного сечения верхнего угольника должна быть увеличена в следующем соотношении:
(live load + dead load) / 45
(live load — временная нагрузка; dead load — постоянная нагрузка)
3.10.6 Самонесущие купольные и зонтичные крыши
Примечание. Для самонесущих крыш, кровельные листы которых усилены профилями, приваренными к листам, не обязательно соблюдение требований по минимальной толщине, но толщина кровельных листов не должна быть меньше 3/16″, когда это так спроектировано изготовителем, но подлежит утверждению заказчиком.
3.10.6.1 Самонесущие купольные и зонтичные крыши должны соответствовать следующим требованиям:
минимальный радиус = 0,8 D (если заказчиком не предусмотрено иное)
максимальный радиус = 1,2 D
минимальная толщина rT / 200 > 1/4″
максимальная толщина = 1/2″
Где:
D = номинальный диаметр обечайки резервуара, футы
rT — радиус крыши, футы
Примечание. Когда сумма постоянной и переменной нагрузок превышает 45 фукт/кв. фут, минимальная толщина должна быть увеличена в следующем соотношении:
√ (live load + dead load) / 45,
(live load — временная нагрузка; dead load — постоянная нагрузка)
3.10.6.2 Площадь охвата у места соединения крыши с обечайкой должна определяться с использованием рис. F-1 и должна быть равной или превышающей следующее значение:
DrT / 1500
Площадь, рассчитанная с помощью приведенного выше выражения, базируется на величине номинальной толщины материала минус возможный запас на коррозию.
Примечание. Когда сумма постоянной и переменной нагрузок превышает 45 фунт/кв. фут, максимальная площадь поперечного сечения верхнего угольника должна быть увеличена в следующем соотношении:
(live load + dead load) / 45,
(live load — временная нагрузка; dead load — постоянная нагрузка)
3.10.7 Крепление верхнего угольника для самонеущих крыш
3.10.7.1 Информация и некоторые ограничения по типам соединений верхнего угольника приведены в п. 3.1.5.9 с. Подробности выполнения сварки представлены в п. 5.2.
3.10.7.2 По усмотрению изготовителя кромки кровельных листов самонесущих крыш, включая конусные, купольные и зонтичные крыши, могут быть отбортованы горизонтально таким образом, чтобы эти кромки лежали плашмя на верхнем угольнике, что делается для улучшения условий выполнения сварочных работ.
