第十一章油罐的抗风设计
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第一节 风载荷的分布和计算
第一节风荷载的分布和计算
一、 风压的计算 风压是根 据风速 进行计 算的 ，而风 速的资 料系根 据气象
部门多年 的测量 和统计 得出的 。我 国的标 准风速 是以一 般平 坦 地 区 、离 地 10 米 高 、30 年 一 遇 的 10 分 钟 平 均 最 大 风 速 为 依据的。
一 定 年 限 后 要 腐 蚀 掉 ）。
加强圈设计方法：
P 与 [Pcr] 的 关 系
P [Pcr ]
P n 1
[Pcr ]
P n
所须加强圈个数
加强圈位置
0
n
n
i
1
H
E
(1
i
n, i
Z,
Z为整数
)
规 范 要 求 加 强 圈 与 环 焊 缝 之 间 的 距 离 应 不 小 于 150mm。
二、 英国 BS2654 标准推荐方法
抗 风 圈 的 外 形 可 以 是 圆 的 ，也 可 是 多 边 形 的 ，它 是 由 钢 板和型钢拼装成的组合断面结构。
1、抗风圈所需最小截面系数 WZ
若
w0
700 Pa
， Wz
0.058 D 2 H
0.058
4V
0.07385 V
若 W0
700 Pa
， WZ
0.058D 2 H W0 70
1
K ， 相 当 于 临 界 载 荷[Pcr] 。
加强圈设计方法：
HP 与 HE 的 关 系
所需设计的加强圈个数
加强圈的位置
HP HE
0
nH P H E (n 1)H P
n
n
i
1
H
E
1 i n, n Z
注 ：规 范 要 求 加强 圈 与 环 焊 缝之 间 的 距 离应 不 小 于 150mm。 若 计 算
HE He
He h
min 5 h min 2.5
HP K
5 m in
K
2.5 m inD3Fra bibliotekD1.5K
95000 3.563Vw2 580Va
式 中 ：Vw ， 设 计 风 速 （ 该 风 速 为 瞬 时 风 速 ）， m/s；
Va ，设 计 真 空 度 ，对 常 压 固 定 顶 罐 和 敞 口 罐 取Va 5mbar ；
2
驻点内侧，而其余部位的负压值变化不大，与驻点值相近。
3、 壁在外压作用下的屈曲特征 同 样 的 试 验 模 型 、实 验 表 明 ：风 压 的 临 界 压 力（ 即 驻 点 A 处的最大不失稳压力）比均匀外压作用下的临界压力约高 13％ 左 右 。 罐 壁 的 外 压 失 稳 是 由 瞬 时 外 压 控 制 。当 外 压 保 持 在 比 临 界 压 力 低 一 点 时 ，模 型 不 会 出 现 屈 曲 ，一 旦 增 压 至 临 界 压 力 ， 立即发生凹瘪。另外，若是罐壁制造时存在椭圆度或存在局 部凹瘪，这些部位在风压下会提前失稳。
一、 SH3046-1992 方法
该方法以薄壁圆筒在外压作用下的临界压力计算公式为
基础，取
[Pcr ] 16000
2.5 m in
D1.5 H E
式 中 ： min ， 罐 壁 最 薄 圈 板 的 厚 度 ， mm；
D ，储罐内径， m； HE ，抗风圈 以下 （对固 定顶储 罐系指 包边 角钢以 下）
风速与风压的关系：
V 2 w0 2
式 中 ：w0 ， 标 准 风 压 ， Pa； ， 空 气 密 度 ， 常 取 1.225kg/m3 ； V ，标准风速， m/s；
二、 罐罐壁风压分布分析 1、 壁的风压分布 对固定顶罐和敞口罐在试验风压为 w0 时，外壁风压分
布是不均匀的。 从 图 中 可 看 出 ：只 有 迎 风 面 60 中 心 角 所 对 应 的 罐 壁 是 受
的罐体的总的当量高度， m；
H E
He
， He
h(
m in
) 2.5
H e ，抗风圈以下各圈板的当量高度， m；
h ，抗风圈以下各圈板的实际高度， m；
，抗风圈以下各圈板的实际厚度， mm。
注 ：此 处 、 min 均 不 包 括 腐 蚀 裕 度（ 因 为 腐 蚀 裕 度 内 的 金 属 到
值 不 满 足 此 要 求 ，则 需 对 加 强 圈 的 位 置 进 行 调 整 ，要 求 调 整 后 的 个 加
强圈 之 间的 距 离满 足 不大 于 HP 或 加强 圈 之间 节 筒的 许 用临 界 压力 大 于设计外压。
压 的 ， 其 余 罐 壁 承 受 的 是 张 力 。（ 一 部 分 压 能 转 化 为 风 速 能 ） 最 大 风 压 是 在 20 所 对 应 的 弧 长 上 ，风 压 近 似 为 常 数 ，最
大风压发生在驻点，其值为 w0。
2、 壁的风压分布 对固定顶 储罐风 载引起 的风压 仅存 在罐壁 外部，不 存在 内壁的风 压分布 问题 。对敞 口储罐 ，由 于风吹 过时引 起抽力 ， 故管内壁 全部是 负压，风 洞试验 表明最 大负压 值为 w0 ，位于
⑵固定顶储罐的设计外压
P K 2 K z w0 K3 p
式 中 ： p， 操 作 负 压 ， 一 般 取 p 500 Pa ； K3 ，呼吸阀打开的滞后系数，一般取 K3=1.2； ⑶内浮顶储罐的设计外压
P K 2 K z w0
第二节 抗风圈的设计和计算
第二节 抗风圈的设计
敞口油罐应设置抗风圈以保持油罐受风载荷时的圆度。 抗风圈设 置在油 罐的顶 部。我 国 通 常将 抗风 圈置于 包边 角钢 以下 1m 的位置上。
第三节 加强圈的设计计算
第三节 加强圈的设计和计算
设置加强圈是为了防止油罐下部筒体被吹瘪。 加强圈的 功能是 在罐壁 上形成 节线 圆。当 两个加 强圈之 间的罐壁许用临界压力大于设计外压时，就可以认为罐壁具 备了足够的抗风能力。
[Pcr ] P
式 中 ：[Pcr ] ， 罐 壁 的 许 用 临 界 压 力 ， Pa； P ， 设 计 外 压 ， P a。
2、抗风圈下支托的最大间距 Lmax 抗风圈与罐壁共同作用范围（两侧各 16 倍壁厚截面）组 成一个近似 I 型断面薄腹梁，在受载状态下，除了应满足强 度条件外，尚需满足在受弯时不发生侧向失稳。 抗风圈下支托的最大间距 Lmax 可如下选取：
Lmax (18 ~ 24)b1
式 中 ；b1 ，I 字 形 截 面 薄 腹 梁 受 压 翼 缘 宽 度 ，在 此 指 抗 风 圈 边 缘 高 度 ， c m。
当抗风圈遇盘梯而需开口时，应进行补强，使其断面系 数 不 低 于 WZ，如 图 11-2 所 示 。图 中 断 面 AA、BB、CC 的 截 面 系 数 均 需 大 于 WZ。抗 风 圈 的 外 周 边 可 以 是 圆 形 或 多 边 形 ， 它可以采 用型钢 与钢板 的组合 件制 成。所 用钢板 的最小 厚度 为 5mm。
4、 罐罐壁的设计外压 储罐的外压包括风压和罐内负压两部分。 由于在风载作用下驻点的临界压力比均匀外压作用下 的临界压 力要高 ，因 此在工 程用驻 点处最 大侧压 力作为 设计 外压是简单而安全的。 ⑴浮顶罐罐壁的设计外压
P K1K 2 K z w0
式 中 ： K1 ， 体 型 系 数 ， 故 取 K1 1.5 。 K2 ， 转 换 系 数 K2 1.52 2.25 。 Kz ，风压高度变化系数。
式 中 ： D ， 油 罐 内 径 ， m；
H ， 油 罐 全 高 ， m；
WZ，抗风圈所需最小截面系数， cm3。
或者使用以下公式：
Wz 0.082 D 2 Hw0
式 中 ： D ， 油 罐 内 径 ， m； H ， 油 罐 全 高 ， m； WZ，抗风圈所需最小截面系数， mm3。
抗风圈与 罐壁连 接处上 下各 16 倍壁板 厚度可 以认为 能与 抗风圈同时工作，因而可以计算在抗风圈截面内。
对 于 某 些 大 容 量 储 罐 ，当 设 置 一 道 抗 风 圈 显 得 困 难 或 不 经济时， 也可设 计成两 道抗风 圈。 如某 4 万 m3 浮顶罐 ，应 需 4709cm3， 实 设 成 2530 cm3 2 ； 某 13 万 m3 浮 顶 罐 ， 应 需 14925cm3， 实 设 成 8288 cm3 2 。
第一节风荷载的分布和计算
一、 风压的计算 风压是根 据风速 进行计 算的 ，而风 速的资 料系根 据气象
部门多年 的测量 和统计 得出的 。我 国的标 准风速 是以一 般平 坦 地 区 、离 地 10 米 高 、30 年 一 遇 的 10 分 钟 平 均 最 大 风 速 为 依据的。
一 定 年 限 后 要 腐 蚀 掉 ）。
加强圈设计方法：
P 与 [Pcr] 的 关 系
P [Pcr ]
P n 1
[Pcr ]
P n
所须加强圈个数
加强圈位置
0
n
n
i
1
H
E
(1
i
n, i
Z,
Z为整数
)
规 范 要 求 加 强 圈 与 环 焊 缝 之 间 的 距 离 应 不 小 于 150mm。
二、 英国 BS2654 标准推荐方法
抗 风 圈 的 外 形 可 以 是 圆 的 ，也 可 是 多 边 形 的 ，它 是 由 钢 板和型钢拼装成的组合断面结构。
1、抗风圈所需最小截面系数 WZ
若
w0
700 Pa
， Wz
0.058 D 2 H
0.058
4V
0.07385 V
若 W0
700 Pa
， WZ
0.058D 2 H W0 70
1
K ， 相 当 于 临 界 载 荷[Pcr] 。
加强圈设计方法：
HP 与 HE 的 关 系
所需设计的加强圈个数
加强圈的位置
HP HE
0
nH P H E (n 1)H P
n
n
i
1
H
E
1 i n, n Z
注 ：规 范 要 求 加强 圈 与 环 焊 缝之 间 的 距 离应 不 小 于 150mm。 若 计 算
HE He
He h
min 5 h min 2.5
HP K
5 m in
K
2.5 m inD3Fra bibliotekD1.5K
95000 3.563Vw2 580Va
式 中 ：Vw ， 设 计 风 速 （ 该 风 速 为 瞬 时 风 速 ）， m/s；
Va ，设 计 真 空 度 ，对 常 压 固 定 顶 罐 和 敞 口 罐 取Va 5mbar ；
2
驻点内侧，而其余部位的负压值变化不大，与驻点值相近。
3、 壁在外压作用下的屈曲特征 同 样 的 试 验 模 型 、实 验 表 明 ：风 压 的 临 界 压 力（ 即 驻 点 A 处的最大不失稳压力）比均匀外压作用下的临界压力约高 13％ 左 右 。 罐 壁 的 外 压 失 稳 是 由 瞬 时 外 压 控 制 。当 外 压 保 持 在 比 临 界 压 力 低 一 点 时 ，模 型 不 会 出 现 屈 曲 ，一 旦 增 压 至 临 界 压 力 ， 立即发生凹瘪。另外，若是罐壁制造时存在椭圆度或存在局 部凹瘪，这些部位在风压下会提前失稳。
一、 SH3046-1992 方法
该方法以薄壁圆筒在外压作用下的临界压力计算公式为
基础，取
[Pcr ] 16000
2.5 m in
D1.5 H E
式 中 ： min ， 罐 壁 最 薄 圈 板 的 厚 度 ， mm；
D ，储罐内径， m； HE ，抗风圈 以下 （对固 定顶储 罐系指 包边 角钢以 下）
风速与风压的关系：
V 2 w0 2
式 中 ：w0 ， 标 准 风 压 ， Pa； ， 空 气 密 度 ， 常 取 1.225kg/m3 ； V ，标准风速， m/s；
二、 罐罐壁风压分布分析 1、 壁的风压分布 对固定顶罐和敞口罐在试验风压为 w0 时，外壁风压分
布是不均匀的。 从 图 中 可 看 出 ：只 有 迎 风 面 60 中 心 角 所 对 应 的 罐 壁 是 受
的罐体的总的当量高度， m；
H E
He
， He
h(
m in
) 2.5
H e ，抗风圈以下各圈板的当量高度， m；
h ，抗风圈以下各圈板的实际高度， m；
，抗风圈以下各圈板的实际厚度， mm。
注 ：此 处 、 min 均 不 包 括 腐 蚀 裕 度（ 因 为 腐 蚀 裕 度 内 的 金 属 到
值 不 满 足 此 要 求 ，则 需 对 加 强 圈 的 位 置 进 行 调 整 ，要 求 调 整 后 的 个 加
强圈 之 间的 距 离满 足 不大 于 HP 或 加强 圈 之间 节 筒的 许 用临 界 压力 大 于设计外压。
压 的 ， 其 余 罐 壁 承 受 的 是 张 力 。（ 一 部 分 压 能 转 化 为 风 速 能 ） 最 大 风 压 是 在 20 所 对 应 的 弧 长 上 ，风 压 近 似 为 常 数 ，最
大风压发生在驻点，其值为 w0。
2、 壁的风压分布 对固定顶 储罐风 载引起 的风压 仅存 在罐壁 外部，不 存在 内壁的风 压分布 问题 。对敞 口储罐 ，由 于风吹 过时引 起抽力 ， 故管内壁 全部是 负压，风 洞试验 表明最 大负压 值为 w0 ，位于
⑵固定顶储罐的设计外压
P K 2 K z w0 K3 p
式 中 ： p， 操 作 负 压 ， 一 般 取 p 500 Pa ； K3 ，呼吸阀打开的滞后系数，一般取 K3=1.2； ⑶内浮顶储罐的设计外压
P K 2 K z w0
第二节 抗风圈的设计和计算
第二节 抗风圈的设计
敞口油罐应设置抗风圈以保持油罐受风载荷时的圆度。 抗风圈设 置在油 罐的顶 部。我 国 通 常将 抗风 圈置于 包边 角钢 以下 1m 的位置上。
第三节 加强圈的设计计算
第三节 加强圈的设计和计算
设置加强圈是为了防止油罐下部筒体被吹瘪。 加强圈的 功能是 在罐壁 上形成 节线 圆。当 两个加 强圈之 间的罐壁许用临界压力大于设计外压时，就可以认为罐壁具 备了足够的抗风能力。
[Pcr ] P
式 中 ：[Pcr ] ， 罐 壁 的 许 用 临 界 压 力 ， Pa； P ， 设 计 外 压 ， P a。
2、抗风圈下支托的最大间距 Lmax 抗风圈与罐壁共同作用范围（两侧各 16 倍壁厚截面）组 成一个近似 I 型断面薄腹梁，在受载状态下，除了应满足强 度条件外，尚需满足在受弯时不发生侧向失稳。 抗风圈下支托的最大间距 Lmax 可如下选取：
Lmax (18 ~ 24)b1
式 中 ；b1 ，I 字 形 截 面 薄 腹 梁 受 压 翼 缘 宽 度 ，在 此 指 抗 风 圈 边 缘 高 度 ， c m。
当抗风圈遇盘梯而需开口时，应进行补强，使其断面系 数 不 低 于 WZ，如 图 11-2 所 示 。图 中 断 面 AA、BB、CC 的 截 面 系 数 均 需 大 于 WZ。抗 风 圈 的 外 周 边 可 以 是 圆 形 或 多 边 形 ， 它可以采 用型钢 与钢板 的组合 件制 成。所 用钢板 的最小 厚度 为 5mm。
4、 罐罐壁的设计外压 储罐的外压包括风压和罐内负压两部分。 由于在风载作用下驻点的临界压力比均匀外压作用下 的临界压 力要高 ，因 此在工 程用驻 点处最 大侧压 力作为 设计 外压是简单而安全的。 ⑴浮顶罐罐壁的设计外压
P K1K 2 K z w0
式 中 ： K1 ， 体 型 系 数 ， 故 取 K1 1.5 。 K2 ， 转 换 系 数 K2 1.52 2.25 。 Kz ，风压高度变化系数。
式 中 ： D ， 油 罐 内 径 ， m；
H ， 油 罐 全 高 ， m；
WZ，抗风圈所需最小截面系数， cm3。
或者使用以下公式：
Wz 0.082 D 2 Hw0
式 中 ： D ， 油 罐 内 径 ， m； H ， 油 罐 全 高 ， m； WZ，抗风圈所需最小截面系数， mm3。
抗风圈与 罐壁连 接处上 下各 16 倍壁板 厚度可 以认为 能与 抗风圈同时工作，因而可以计算在抗风圈截面内。
对 于 某 些 大 容 量 储 罐 ，当 设 置 一 道 抗 风 圈 显 得 困 难 或 不 经济时， 也可设 计成两 道抗风 圈。 如某 4 万 m3 浮顶罐 ，应 需 4709cm3， 实 设 成 2530 cm3 2 ； 某 13 万 m3 浮 顶 罐 ， 应 需 14925cm3， 实 设 成 8288 cm3 2 。