Этапы проектирования фундаментного основания под резервуары FLAMAX

Одним из первых этапов монтажа вертикального стального резервуара РВС является строительство фундаментного основания. Данный этап является весьма ответственным, поскольку ошибки, допущенные при проектировании фундамента, или некачественное выполнение работ приведет к нарушению устойчивости и надежности всей конструкции РВС.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Особенности фундаментов под резервуары.

2. Проектирование фундаментов под сборно-разборные РВС для воды.

2.1. Техзадание для расчета фундаментных нагрузок

2.2 Как рассчитываются фундаментные нагрузки 

2.3 Расчет снеговой нагрузки согласно СП 20.13330.2016

3. Примеры расчетов максимальной и рабочей нагрузок для фундаментных оснований под РВС FLAMAX.

4. Выводы

1. Особенности фундаментов под резервуары

Фундамент является частью всего сооружения. На него передается нагрузка от общего веса сооружаемого объекта на грунты основания и распределяется на такую площадь основания, при которой давления по подошве не превышают расчетных.

Проектируемое сооружение следует рассматривать совместно с основанием, на котором оно покоится, так как под воздействием веса сооружения и других всевозможных эксплуатационных воздействий грунты основания испытывают дополнительное давление, деформируются (уплотняются, оседают) и в свою очередь оказывают воздействие на сооружение.

Изготовление фундаментов под вертикальные резервуары – весьма затратное и очень ответственное мероприятие! От качества фундамента зависит устойчивость и долговечность всего сооружения емкости в целом, в том числе монтируемого резервуара для хранения воды различного назначения. А в случае со сборными резервуарами FLAMAX фундаментная основа должна еще иметь идеально ровную поверхность, так как она является своего рода днищем всей конструкции.

Приступая к работе, необходимо определиться с параметрами и техническими данными сооружения. Немаловажную роль играет месторасположение объекта.

Поэтому успешному решению задачи может оказать помощь удачное местоположение объекта строительства. Кроме того, нужно получить как можно больше информации о грунте, на котором будет сооружаться строение.

Какие параметры необходимо учитывать при проектировании и строительстве фундамента под резервуары?

• При сооружении фундаментного основания под вертикальные резервуары первостепенное значение имеет схема расположения почвенного и насыпного слоев. Самыми подходящими видами грунта для сооружения фундамента являются: нетронутый (целинный) песок, гравийные или песчано-каменистые смеси.
• Немаловажно учитывать уровень грунтовых вод на месте возведения емкостей. Это позволит освободить фундамент от нагрузок, связанных с сезонными деформациями грунта. Если уровень воды располагается близко к поверхности земли, объемы земляных работ возрастут, так как котлован под фундамент придется копать на глубину промерзания грунта. К примеру, в северо-западном регионе России грунт промерзает на глубину до 1.2 м.
• Место под резервуар на объекте. Резервуары и, соответственно, фундаменты под них, следует располагать на объекте так, чтобы ничего не мешало прокладке коммуникаций на участке.

Работы, связанные с устройством оснований и фундаментов под вертикальные резервуары, регулируются положениями СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. Указанный нормативный документ рекомендует при сооружении фундаментов под резервуары использовать следующие конструктивные решения:

• грунтовую подушку;
• кольцевой железобетонный фундамент;
• сплошную железобетонную плиту.

Основным критерием выбора типа основания и фундамента резервуара является его деформация. Поверочный расчет основания по деформациям производится из условия недопущения превышения деформации основания предельных величин, установленных СП 22.13330.2016.

Предельные деформации основания резервуара устанавливаются технологическими и конструктивными требованиями сооружения по следующим видам:

• максимальная абсолютная осадка;
• относительная осадка основания под днищем, равная отношению разности осадок двух смежных точек и расстоянию между ними;
• разность осадок под центральной частью днища и под стенкой;
• крен фундамента.

Предельные и расчетные величины деформаций указываются в проекте для полного срока эксплуатации и периода гидроиспытаний резервуара.

При проектировании резервуаров FLAMAX в качестве фундаментного основания используются кольцевой железобетонный фундамент либо сплошная железобетонная плита, а при необходимости - свайные фундаменты.

2. Проектирование фундаментов под сборно-разборные РВС для воды

Поэтому мы сами не занимаемся проектированием фундаментов под резервуары FLAMAX. Данный вид проектных работ осуществляет подрядная организация со стороны Заказчика. Мы со своей стороны выдаем ТЗ для расчета фундаментных нагрузок с исходными данными:  размерами нашего изделия и создаваемыми при эксплуатации нагрузками. Данное ТЗ используется в последующем для проектирования фундамента, выполняемого специалистами в строительстве.

2.1. Техзадание для расчета фундаментных нагрузок

ТЗ на фундаментные нагрузки – это свод информации, которую мы выдаем Заказчику, где указано, какое оборудование мы будем ставить на данное основание, его геометрические размеры, его нагрузку на фундамент. Это наиболее важные показатели! При этом нагрузку мы указываем максимальную (она превышает нагрузку полезного объема воды резервуара) с учетом любой аварийной ситуации, а также снеговую и ветровую нагрузку.

ТЗ на фундамент прикрепляется в приложении к Договору на Поставку и сборку резервуаров

Нагрузки, передаваемые с корпуса на основание и фундамент резервуара, определяются в зависимости от конструктивных, технологических, климатических, сейсмических нагрузок и их сочетаний.

Таблица 1. Сочетания воздействий для расчета нагрузок на фундаменты

Таким образом, нагрузка на фундаментное основание для резервуара равна величине гидростатического давления на днище резервуара, которое передается на фундамент, к этому еще добавляется полный вес резервуара, который включает вес оборудования резервуара, теплоизоляцию и снеговую нагрузку от ветрового воздействия на корпус резервуара .

Заказчик должен произвести данный расчет самостоятельно на основе исходных данных от нашей компании. Эти данные мы берем из проекта резервуара и из данных о снеговой нагрузке в том или ином регионе.

2.2 Как рассчитываются фундаментные нагрузки?

В состав нагрузок, передаваемых по контуру стенки резервуара на его фундамент, входят нагрузки двух типов.

Нагрузки первого типа, обеспечивающие осесимметричное распределение усилий по контуру стенки, включают в себя:

• вес резервуара с учетом оборудования и теплоизоляции, за вычетом центральной части днища;
• снеговую нагрузку;
• избыточное давление и разрежение в газовом пространстве резервуара.

Нагрузка второго типа возникает от ветрового воздействия на корпус резервуара и создает кососимметричное распределение усилий по контуру стенки.

Ветровая нагрузка вызывает появление опрокидывающего момента, вычисляемого относительно точки, расположенной на оси симметрии опорного контура стенки с подветренной стороны резервуара. Нагрузки первого типа создают момент, препятствующий опрокидыванию резервуара.

Перечень необходимых расчетов нагрузок на фундамент под резервуар включает в себя:

• определение нагрузок на центральную часть днища в условиях эксплуатации, гидро- пневмоиспытаний и при сейсмическом воздействии;
• расчет максимальных и минимальных нагрузок по контуру стенки в условиях эксплуатации и при сейсмическом воздействии;
• проверку на отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего избыточного давления на пустой резервуар;
• проверку на опрокидывание пустого резервуара путем сравнения опрокидывающего момента и момента от удерживающих сил;
• проверку резервуара с продуктом на опрокидывание в условиях землетрясения;
• расчет анкеров, если происходит отрыв окраек днища от фундамента при действии внутреннего давления на пустой резервуар;
• расчет анкеров, если устойчивость пустого резервуара от опрокидывания не обеспечена;
• расчет анкеров, если устойчивость резервуара с продуктом от опрокидывания при землетрясении не обеспечена.

2.3 Расчет снеговой нагрузки согласно СП 20.13330.2016

Расчетная нагрузка — это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 ( п.10.12 СП 20.13330.2016) т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Нормативная нагрузка — это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости).

Определение расчетной нагрузки

Расчетная снеговая нагрузка определяется по формуле 10.1 (СП 20.13330.2016):

Вес снегового покрова Sg

Sg  в формуле — это нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии по данным таблицы 10.1 СП 20.13330.2016 в зависимости от района строительства

Снеговой район мы определяем по карте 1 Приложения Е (карта с нового СП отличается от предыдущего, будьте внимательны при назначении снегового района).

Интерактивная карта снеговых нагрузок в РФ: https://engineerum.com/karty-po-sp-20133302016/karta-snegovyh-karta-1-rajonov-po-sp-20133302016/

3. Примеры расчетов максимальной и рабочей нагрузок для фундаментных оснований под РВС FLAMAX

В заключении статьи мы приводим примеры по ведомости и требованиям к фундаменту из двух наших проектов.

Пример 1: Чукотский автономный округ, г. Билибино

Ведомость фундаментов

Фундаментная плита под резервуар (фактический полезный объем = 1048 м3) - 2 штуки, Рабочий вес= 1 074 290 кг, Максимальный вес= 1 124 040 кг

Требования к фундаменту

1. Конструкция, толщина фундаментной плиты и глубина заложения подошвы фундамента рассчитывается проектировщиком раздела КР/строительной фирмой, исполнителем фундамента исходя из ТЗ;

2. Фундамент под резервуары может быть круглой, прямоугольной или многоугольной формы. Фундаменты двух резервуаров могут быть объединены друг с другом и/или с фундаментом насосной станции;

3. Требования к качеству поверхности и внешнему виду по классу А3 Приложения X СП 70.13330.2012. Поверхность бетонного основания должна быть гладкой, без каких-либо острых выступающих частей, выпуклостей крупного заполнителя, которые могли бы повредить изоляционную мембрану;

4. В заштрихованной области Предельные отклонения высотных отметок поверхностей и закладных изделий -5 мм;

5. Минимальное расстояние от стенки резервуара до края фундамента - 500 мм;

6. Вокруг фундаментной плиты ровная, утрамбованная поверхность на расстоянии минимум 1000 мм;

7. Для точек 1..8 предельные отклонения расположения в плане равно 5 мм;

8. Контроль законченных конструкций производить согласно п.5.18 СП 70.13330.2012;

9. Рекомендуемое расстояние между верхом фундаментной плиты и грунтом - 250 мм.

Пример 2: Автоцентр Мерседес, г. Москва

Ведомость фундаментов

Требования к фундаменту

1. Конструкция, толщина фундаментной плиты и глубина заложения подошвы фундамента рассчитывается проектировщиком раздела КР/строительной фирмой, исполнителем фундамента исходя из ТЗ на нагрузки.

2. Фундамент под резервуары может быть круглой, прямоугольной или многоугольной формы. Фундаменты двух резервуаров могут быть объединены друг с другом и/или с фундаментом насосной станции.

3. Поверхность бетонного основания должна быть гладкой, без каких-либо острых выступающих частей, выпуклостей крупного заполнителя, которые могли бы повредить изоляционную мембрану.

4. В заштрихованной области допустимые отклонения от плоскости поверхности фундаментной плиты по высоте ± 5 мм.

5. Отклонения по фундаментному основанию в плане не должно превышать 5 мм.

6. Минимальное расстояние от стенки резервуара до края фундамента - 500 мм.

Выводы: 

Мы еще раз хотим подчеркнуть важность соблюдения проектирования фундаментного основания согласно выданным нагрузкам. Несоблюдение данных технических регламентов, уменьшении и занижении расчетов нагрузки на фундаментное основание может привести к ситуации, которая произошла в мае 2020 года в Норильске 

Мы же со своей стороны выдаем максимально полные требования по нагрузкам. А далее – идет зона ответственности проектировщика и заказчика.