Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul S33 führt den allgemeinen Standsicherheitsnachweis für Behälter mit gewölbten Böden auf Füßen nach AD 2000-Merkblatt S3/3. Kleinere und mittlere stehende Behälter – Ansatzbehälter, Rührwerksbehälter, Vorlagen – werden häufig nicht auf eine Standzarge, sondern auf drei oder vier Stützfüße gestellt, die direkt am unteren gewölbten Boden angeschweißt sind. Die Füße leiten Gewichtskräfte und Momente punktuell in die Bodenkalotte ein, deren Wanddicke primär für den Innendruck bemessen wurde.
Nachzuweisen sind deshalb zwei Dinge: die örtliche Beanspruchung der Bodenwand an der Krafteinleitungsstelle – unter Überlagerung mit den Spannungen aus dem Berechnungsdruck – und die Tragfähigkeit der Füße selbst. Die Stützfüße können mit oder ohne Verstärkungsblech am Boden angebracht sein; ein Verstärkungsblech verteilt die Fußkraft auf eine größere Fläche der Kalotte und senkt die örtlichen Biegespannungen. Die Verankerung im Fundament erfolgt über quadratische oder kreisrunde Fußplatten.
Das Verfahren nach AD 2000 S3/3 ergänzt damit die Druckauslegung der gewölbten Böden nach AD 2000 B3 um die Zusatzkräfte aus der Aufstellung – ein Nachweis, der bei mediengefüllten Behältern mit Rührwerksmomenten oder Anbaulasten regelmäßig bemessungsrelevant ist.
Regelwerk und Berechnungsbasis: AD 2000 S3/3: 2001-09
So läuft die Berechnung ab
- Lasten und Lastfälle zusammenstellen: Gewichtskräfte von Behälter, Einbauten und Füllung sowie Momente und Horizontalkräfte (z. B. aus Rührwerk, Rohrleitungsanschlüssen oder Anfahrstößen) werden für Betrieb, Prüfung und Montage erfasst und auf die einzelnen Füße verteilt; die ungleichmäßige Lastverteilung bei Momenteneinwirkung wird berücksichtigt.
- Geometrie von Boden und Füßen erfassen: Bodenform (Klöpper- oder Korbbogenboden), Wanddicke, Fußposition auf der Kalotte, Fußquerschnitt und -höhe sowie ein eventuell vorhandenes Verstärkungsblech beschreiben die Krafteinleitung. Die Fußposition soll im Kalottenbereich liegen, nicht in der Krempe.
- Örtliche Bodenbeanspruchung nachweisen: An der Einleitungsstelle werden die örtlichen Membran- und Biegespannungen aus der Fußkraft ermittelt und mit den Spannungen aus dem Berechnungsdruck überlagert. Mit Verstärkungsblech vergrößert sich die wirksame Einleitungsfläche entsprechend.
- Füße und Fußplatten bemessen: Die Stützfüße werden auf Druck und Knicken nachgewiesen; die quadratischen oder kreisrunden Fußplatten auf Fundamentpressung und Biegung. Bei abhebenden Kräften aus Momenten wird die Verankerung im Fundament geprüft.
- Bewertung aller Lastfälle: Für jeden Lastfall werden die Festigkeitsbedingungen mit den zugehörigen Sicherheitsbeiwerten ausgewertet; maßgebend ist die ungünstigste Kombination aus Fußkraft, Moment und gleichzeitig wirkendem Druck.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Lastfall Betrieb=1; Prüfung=2; Montage=3; Sonderfall=4 | Lastfall | – |
| Bemerkung | Bemerkung | – |
| Berechnungstemperatur | T | °C |
| Berechnungsdruck in der Anschlussebene | Pges | bar |
| Gesamtmomente in der Anschlussebene | Mges | N·mm |
| Minimale Vertikalkraft | Fvmin | N |
| Maximale Vertikalkraft | Fvmax | N |
| Maximale Horizontalkraft | Fh | N |
| Anzahl der Stützfüße | n | – |
| Vorspannkraft der Ankerschrauben | Fs | N |
| Anzahl der Ankerschrauben / Platte | ns | – |
| Teilkreisdurchmesser Behälterfüße im äußeren Krempenbereich von gewölbten Böden und am zylindrischen Mantel können nicht nach AD 2000 S3/3 berechnet werden. | dF | mm |
| Wanddicke des Bodens | se | mm |
| Innenradius des Bodens | R | mm |
| Wanddicke des Verstärkungsbleches | sV | mm |
| Außendurchmesser des Verstärkungsblechs | DV | mm |
| Außendurchmesser der Stützfüße | DF | mm |
| Wanddicke der Stützfüße | seF | mm |
| Höhe der Stützfüße | hF | mm |
| Kerndurchmesser der Ankerschrauben | dK | mm |
| Lochkreisdurchmesser | dt | mm |
| Abstand der Ankerschrauben | b | mm |
| Außendurchmesser der Fußplatte | DP | mm |
| Länge der Fußplatte | l | mm |
Berechnungsoptionen
Option
Boden mit Verstärkungsblech · Boden ohne Verstärkungsblech · Stützfußkonstruktion mit Kreisplatte · Stützfußkonstruktion mit Quadratplatte (mindestens 4 Schrauben / Platte)
Häufige Fragen
Warum ist die Position der Füße auf dem gewölbten Boden so wichtig?
In der Kalotte trägt die doppelt gekrümmte Schale örtliche Lasten deutlich besser als in der Krempe, die bereits durch hohe Biegespannungen aus dem Innendruck beansprucht ist. Füße sollen deshalb im Kalottenbereich angeordnet werden; je weiter außen sie sitzen, desto kürzer wird zwar der Lastpfad ins Fundament, desto näher rücken sie aber an die kritische Krempenzone. Der Nachweis erfasst die tatsächliche Position über die Geometrieparameter.
Wann ist ein Verstärkungsblech unter dem Fuß erforderlich?
Wenn die örtlichen Biegespannungen in der Bodenwand aus der Fußkraft in Überlagerung mit dem Druck die zulässigen Werte überschreiten – typisch bei dünnwandigen Böden, hohen Füllgewichten oder zusätzlichen Rührwerksmomenten. Das Blech vergrößert die Einleitungsfläche und reduziert die Spannungsspitzen. Es muss umlaufend dicht angeschlossen werden, damit kein Spalt entsteht, in dem sich Feuchtigkeit sammelt (Korrosionsgefahr).
Deckt der Nachweis auch das Kippen und die Knicksicherheit ab?
Der Standsicherheitsnachweis umfasst die Tragfähigkeit der Füße einschließlich Knicknachweis und die Verankerung gegen abhebende Kräfte. Für die globale Kippsicherheit des Behälters unter Wind- oder Anfahrmomenten sind die abhebenden und stabilisierenden Momente zu vergleichen; bei nennenswerten Horizontallasten muss die Verankerung der Fußplatten die Zugkräfte aufnehmen. Drei Füße geben statische Bestimmtheit, vier Füße verlangen ebene Fundamente oder Ausgleich.