В реальных условиях строительства промышленных зданий и сооружений их фактическое состояние может отличаться от проектного. В таких ситуациях ключевым инструментом обоснования безопасной и экономически рациональной эксплуатации объекта является расчётная проверка.

От чертежа к реальности: почему проектных расчётов иногда недостаточно?

На стадии проектирования промышленные сооружения в обязательном порядке проходят расчётную проверку несущей способности. Это необходимо для обеспечения соответствия требованиям нормативных документов. Проектные расчёты включают все возможные эксплуатационные нагрузки и их сочетания, а также закладывают нормативные запасы прочности. Эти запасы компенсируют возможные отклонения реальных геометрических и прочностных параметров конструкции от проектных.
Однако в процессе монтажа могут возникать геометрические отклонения, превышающие предусмотренные проектом и нормативной документацией. Такие несоответствия называются запроектными. Они способны серьёзно влиять на прочность и несущую способность объекта. В этих случаях требуется дополнительная оценка несущей способности сооружения с учётом его реальной, а не идеальной геометрии.
Классический пример — монтаж вертикальных стальных резервуаров (РВС) на строительной площадке, где в процессе сборки часто возникают отклонения от проектных геометрических параметров.
 

Расположение РВС на строительной площадке. Изображение сгенерировано нейросетью

За пределами проектных допусков

Заказчик обратился в АО «ЦИФРА» с запросом: оценить возможность ввода вертикального стального резервуара (РВС) в эксплуатацию. Требовалось учесть фактическое состояние объекта, выявленное после его монтажа.
Обследование показало, что геометрические параметры конструкции имеют отклонения, превышающие нормативные допуски. Эти дефекты затрагивали ключевые элементы резервуара. Были зафиксированы:

• Выпучины и вмятины в центральной зоне днища.
• Смещения сферической крыши и узлов крепления радиальных балок.
• Отклонения в размерах и форме стенки.

Все замеры и оценка выполнялись по ГОСТ 31385-2016. Это позволило получить объективные данные о характере и масштабе выявленных несоответствий.

Нормативная база для проведения подобного класса расчётов

Чтобы принять обоснованное решение о вводе РВС в эксплуатацию с имеющимися геометрическими отклонениями, специалисты АО «ЦИФРА» провели поверочный расчёт. Его главная цель — проверить прочность и несущую способность вертикальной стенки резервуара и убедиться в безопасности его дальнейшей работы.
В основе работы лежал анализ двух ключевых факторов:

• Фактическое техническое состояние конструкции с учётом выявленных дефектов.
• Требования актуальных нормативных документов, в первую очередь ГОСТ Р 58622-2019 и СП 16.13330.2017.

Расчёт нагрузок и критерий оценки работоспособности

В расчёте были учтены все необходимые нагрузки: эксплуатационные, конструктивные и климатические. Их параметры определялись на основе технического задания и норм СП 131.13330.2020 и СП 20.13330.2016.
Для оценки прочности стенки резервуара использовался метод конечных элементов (МКЭ), рекомендованный ГОСТ Р 58622-2019. Специалисты АО «ЦИФРА» создали расчётную модель, которая точно соответствует детальным чертежам, но при этом учитывает все фактические отклонения формы и размеров, определённые путём натурных замеров на объекте. Геометрическая модель РВС с учётом реальных отклонений от проекта представлена ниже:
 

Геометрическая модель РВС с учётом реальных отклонений от проекта

Применение МКЭ дало возможность:

• Сравнить реальное напряжённо-деформированное состояние конструкции с проектным;
• Выявить зоны концентрации напряжений;
• Оценить, как геометрические дефекты влияют на устойчивость стенки;
• Проверить усталостную прочность конструкции при циклическом нагружении.

Ключевым критерием работоспособности конструкции стало сравнение полученных значений напряжений в стенке резервуара с предельными допустимыми величинами. Эти нормативные пределы были определены согласно требованиям действующих документов: СП 16.13330.2017 и ГОСТ Р 58622-2019.

Расчётное обоснование безопасной эксплуатации

Поверочный расчёт показал, что в исходных условиях эксплуатации конструкция резервуара не удовлетворяла требованиям по прочности. Возникшую проблему можно было решить двумя путями: усилить конструкцию или изменить её режим работы.
Усиление, как правило, связано со значительными затратами ресурсов и времени. Поэтому был выбран более оптимальный путь — корректировка условий эксплуатации.
В рамках этого подхода проведены дополнительные расчёты, в которых варьировалась высота налива. По результатам расчётов определён безопасный уровень налива резервуара, при котором полностью удовлетворяются требования прочности. Таким образом, безопасная эксплуатация объекта была обеспечена без проведения трудоёмких и дорогостоящих работ по модернизации.

Распределение эквивалентных напряжений в РВС

Анализ усталостной прочности РВС

Эксплуатация РВС связана с циклическим нагружением из-за периодического наполнения и опорожнения. В таких условиях проверка на усталостную прочность становится обязательным этапом оценки.
Расчёт усталостной прочности был выполнен в соответствии с ГОСТ 34233.6-2017 и ГОСТ Р 58622-2019. Специалисты моделировали напряжённо-деформированное состояние стенки резервуара на ключевых этапах рабочего цикла. Рассчитанные напряжения сравнивались с предельными значениями, установленными нормами для заданного ресурса (числа циклов нагружения).
По результатам расчёта по усталостной прочности установлено, что требуемый ресурс РВС при действии циклической нагрузки обеспечен. Конструкция резервуара удовлетворяет требованиям прочности и может эксплуатироваться в заданных условиях.

Вывод и рекомендации: можно ли вводить в эксплуатацию?

На основании проведённого расчёта и анализа результатов было установлено: ввод резервуара в эксплуатацию допустим. Для этого не потребуется вносить изменения в конструкцию — безопасная работа будет обеспечена при корректировке одного из ключевых эксплуатационных параметров. Установлено, что максимальную высоту налива необходимо снизить в сравнении с первоначальным проектом. При соблюдении этого условия конструкция полностью удовлетворяет всем критериям прочности.
Практическая ценность подобных проверок заключается в том, что они дают объективное обоснование для использования сооружения, даже если его реальное состояние отличается от проектного. Оценка объекта с учётом его фактического состояния позволяет:

• Определить безопасные и актуальные эксплуатационные параметры.
• Доказать возможность ввода сооружения в эксплуатацию.
• Обосновать его безопасное использование.
• Избежать необоснованных затрат на усиление конструкции или преждевременный вывод её из эксплуатации.

Изображение заголовка сгенерировано нейросетью