Mezi výrobci nádrží jsou velké sférické samonosné střechy stále oblíbenější

Velkokapacitní nádrže byly v minulosti osazovány především plovoucími či pevnými kuželovitými střechami, které byly podepřeny centrálním sloupem. V obou případech nebyl výsledek zcela vyhovující. U vnějších plovoucích střech totiž často dochází k ponoru. Důsledkem je nedokonalá funkce jejich odvodnění nebo mimořádné zatížení sněhem. Kuželové střechy, podepřené sloupy, nezřídka korodují rychleji než plášť nádrže a je třeba je dříve vyměnit. Kromě toho v místech, kde je nižší únosnost podloží, dochází k nerovnoměrnému sedání, což vede k různým deformacím a již tak těžkou střechu je nutné dodatečně zpevnit. Proto se v současnosti u velkokapacitních nádrží stále více používají velké sférické samonosné střechy.

STATICKÉ SCHÉMA
Řešení konstrukce střechy je závislé na objemu nádrže, vlastnostech skladovaného média, velikosti zatížení a také na zvoleném způsobu výstavby nádrže. Žebrová konstrukce pevné střechy se skládá z radiálních (žeber) a kruhových elementů (prstenců). Přesný výpočet žebro-prstencovité střechy se provádí jako prostorový systém s více stupni volnosti, se stanovením tuhosti každého elementu a pružnosti spojů. Sférické pokrytí radiálními nosnými žebry s osově rovnoběžnou rovnoměrnou zátěží lze spočítat pomocí zjednodušeného modelu. Střecha se rozčlení na jednotlivé ploché oblouky zkomponované do dvou diametrálně protilehlých segmentů. Podle vnějšího obvodu jsou žebra upevněna k nosnému prstenci. Je navržen tak, aby přenesl tahovou nebo tlakovou sílu z oblouků. Může být tedy považován za jakési společné táhlo všech oblouků střechy.

Konstrukce střechy nádrže (34 000 m³) byla smontována na jejím dně (Klaipeda, Litva 2006).

KONSTRUKČNÍ CHARAKTERISTIKY
Nosné konstrukce sférické střechy se skládají z radiálně umístěných nosných žeber vyplněných válcovanými profily tvarů U, I nebo T a ohnutými podél poloměru sféry. Profily se spojují s žebry tvořícími prstence. Plášť je konstruován z plechu a v závislosti na konkrétních požadavcích, skladovaném médiu, antikorozním pokrytí a podobně může být nad nebo pod nosnou konstrukcí. Plášť je ke konstrukci přivařen, nebo nikoliv (vnitřní přetlak, nebezpečí výbuchu). Střecha je spojena s pláštěm nádrže nosným prstencem. Jeho konstrukce je také variabilní v závislosti na přetlaku, existenci vnitřní plovoucí střechy, antikorozní ochraně atd.

Žebra jsou upevňována k okraji pláště nádrže (Gent, Belgie 2006).

SPECIFIKA MONTÁŽE
Montáž sférických střech lze realizovat mnoha způsoby – v závislosti na jejich průměru, podmínkách na staveništi, dostupné mechanizaci a také např. podle stupně dokončení jednotlivých elementů střechy, které jsou dopraveny na místo montáže. U nádrží s průměrem nad 30 m se používají především dva způsoby montáže: Montáž pomocí středového sloupu Tradiční metoda, kterou lze použít u všech typů samonosných střech. Jednotlivé pevné díly (segmenty) se zhotovují ve výrobním závodě nebo na prostranství vedle nádrže. Uprostřed nádrže se instaluje sloup s již namontovaným centrálním prstencem střechy. Poté se postupně zvedají a montují ostatní segmenty, až se střecha uzavře. Výhody tohoto montážního postupu spočívají v možnosti jeho univerzálního použití.
Dále je možné ho snadno přizpůsobit při nepřesnostech a větších odchylkách při montáži pláště. Je vhodný především pro rekonstrukce stávajících střech starších či havarovaných nádrží. Má však také řadu nedostatků – zejména značné množství montážních spojů, které se provádějí ve velké výšce. Výstavbu dále zpomaluje montáž a demontáž středového sloupu. Také je nezbytné docílit přesné polohy střechy po jeho demontování, velice přesně spočítat výšku sloupu včetně odpovídajícího převýšení.

Montáž s pomocí vody
Montáž začíná sestavením střechy na dně (uvnitř nádrže). Systémem lan, kladky a konzol, namontovaných na plášti, se střecha stabilizuje tak, aby se při zvedání nekroutila nebo nenakláněla. Nádrž se postupně plní vodou a střecha stoupá. Při zvedání slouží jako plovoucí plošina pro dokončovací práce. Montáž vyžaduje velkou přesnost, která musí být větší, než vyžadují standardy pro konstrukci nádrží (např. API, BS). Při realizaci dále popisované v článku byly povolené tolerance využity pouze z 50 %, což mělo vliv na konečnou kvalitu díla. To se stává velkou výhodou tohoto postupu montáže. Navíc je kratší – plášť a střecha se staví prakticky souběžně. Po sestavení posledního lubu nádrže je tak hotová i střecha a může se zvedat. Čas výstavby se tím zkrátí i o dobu potřebnou pro provedení vodní zkoušky. Při pohybu střechy nahoru se demontují i některá pomocná zařízení, která zůstala na plášti, a provádějí se drobné opravy a dokončovací práce. Dřívější naplnění nádrže vodou také urychluje proces stabilizace podloží základu a snižuje se riziko přílišných deformací a kroucení u hrdel nádrže.
Tato metoda ale může být riskantní v oblastech s aktivní seizmickou činností, protože plášť nádrže není při plnění vodou stabilizován horním výztužným prstencem. Nezbytnou podmínkou je dodávka dostatečného množství vody. Tam, kde to není možné, není vhodné ani využití této metody.

Ocelová žebra tvoří nosnou konstrukci střechy (Klaipeda, Litva 2006).

ZKUŠENOSTI REALIZAČNÍ FIRMY OKZ HOLDING
Společnost OKZ HOLDING postavila od roku 2005 několik nádrží o objemu 23.000 a 34.000 m³ se sférickými samonosnými střechami. V belgickém Gentu byla smontována nádrž se sférickou střechou o průměru 38 000 a výšce 20.500 mm metodou středového montážního sloupu. Střecha sestávala z 54 radiálních nosných žeber a šesti prstenců a vážila celkem 94 t. Na plošině vedle bylo vyrobeno 27 segmentů – byly vytvořeny ze dvou žeber radiálních, šesti prstencovitých a dále krycích plechů, které byly v tomto případě namontovány pod nosnou konstrukcí střechy a přivařeny k ní. Pomocí středového sloupu a věžového jeřábu byly namontovány segmenty. V ostatních 27 místech byla zbylá prstencovitá žebra a krycí plášť střechy svařeny; to vše ve výšce 24 m. Zvedání segmentů a dokončovací práce na střeše trvaly 15 dní. Podobná nádrž o průměru 42.000 a výšce 24.000 mm se sférickou střechou „vyrostla s pomocí vody“ pro zákazníka v litevském přístavu Klaipeda. Střechu vytvořilo 60 radiálních nosných žeber a sedm prstenců. Střecha o hmotnosti 124,5 t byla kompletně smontována na dně nádrže (včetně příslušenství) a vodou zdvižena do konečné polohy.
Plášť a střecha nádrže se montovaly současně, čímž mohly být maximálně optimalizovány lidské zdroje a časový harmonogram výstavby. Zvedání trvalo čtyři dny. Když dosáhla vrchní úrovně, byla její poloha přesně nastavena a zafixována na projekční hladině vzduchem z kompresoru. Nakonec byl namontován horní výztužný prstenec pláště a proveden spoj mezi střechou a pláštěm. Z vlastních zkušeností můžeme potvrdit, že u nádrží s větším průměrem se montáž střechy pomocí vody osvědčila a díky četným přednostem předpovídáme tomuto postupu velkou budoucnost.

ZÁVĚR
Velké samonosné sférické střechy jsou z hlediska projektování a montáže výzvou. Nádrže o průměrech, které byly ještě nedávno „rezervovány“ pro plovoucí nebo podepřené kuželové střechy, se v současné době stále častěji pokrývají střechami sférickými. Nashromážděné vědomosti z oblasti ocelových konstrukcí a „kouzelných“ počítačových programů pro výzkum a modelování skořepin a prostorových konstrukcí přispějí k rozšiřování hranic možností pro použití těchto typů střech v blízké budoucnosti.

The article deals with the development and erection of the self-supporting spherical steel roofs for large-capacity storage tanks. The more sophisticated software for design and modelling of steel structures and shells and improving experience in engineering and assembly works give possibility to install this type of roofs on large-capacity storage tanks. This new tendency contributes to widen possibilities of using such type of roofing and to meet investors’ requirements of such construction.

Autor

• Ing. Dinčeva Tonja