大型储罐基础环向力计算及通用图编制
浅谈3000立方米储油罐环墙基础的设计
浅谈3000立方米储油罐环墙基础的设计摘要：钢储罐主要用于存储原油、中间产品及成品油等石油化工行业中的产品，其所作用的荷载强度大、分布面积大。
钢制储罐基础的设计是石油化工行业构筑物设计中的重要内容，并且储罐基础是保证储罐正常投入使用、安全生产的关键环节。
对于大型储罐而言，环墙式储罐基础是应用较多的一种基础形式。
关键词：基础选型；环墙设计；构造措施；防渗措施本文主要介绍的环墙式基础是目前国内应用最多的一种钢储罐基础形式，以期给以后的工程提供一定的参考。
一、工程概况此次以实际工程项目中某一3000立方米内浮顶钢储裂解汽油罐基础的设计为例进行分析。
工程地处广东省惠州市大亚湾石化区。
1、储油罐参数油罐为3000 m3内浮顶裂解汽油罐，罐壁内径15 m，罐壁高度17.82 m，罐底板直径15.15 m，罐体自重900 kN，充水水重31540 kN，罐底层壁厚12 mm。
罐内介质温度65ºС。
2、地质条件1）场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05 g，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.35 s。
2）本单体坐落在能级为8000 kN·m的强夯区，有效加固深度约6~9 m，地基承载力特征值为220 kPa。
强夯层下层土为中粗砂层，地基承载力特征值为230 kPa。
中粗砂层以下为卵砾石土层，地基承载力特征值为460 kPa。
3）场地土标准冻结深度小于0.3 m。
二、环墙基础设计1、地震作用、风荷载作用根据规范[1]，不设置地脚螺栓的非桩基储罐基础可只需符合相应的抗震措施要求，不再进行抗震验算；不设置锚固螺栓的储罐基础，风荷载作用可不考虑。
2、环墙厚度在设计中需要达到一个目标是使环强底压强与环墙内同一水平地基土压强相等，因此采用规范[2]如下环墙厚度计算公式以达到此目标：（3－1）其中，（gk为罐壁底端传至环墙顶端的线分布荷载标准值）(γL为罐内使用阶段存储介质的重度)，(hL为环墙顶面至罐内最高储液面高度)，(γC为环墙的重度)，(γm为环墙内各垫层的平均重度)，（β为罐壁伸入环墙顶面宽度系数），（基础埋深0.8 m，基础高出地面1.057 m），则环墙厚度为：取。
大型储罐计算书(自支撑式拱顶罐)-h
6
13
1.78 #VALUE! ###### ###### #VALUE!
6
14
1.78 #VALUE! ###### ###### #VALUE!
6
10000 Pa
500 Pa
90 ℃
1.0 1.5 mm
3 mm 1.5 mm
0 mm 0.9
157 MPa 157 MPa 11.89 m 550 Pa
5. 罐 顶 5.与 1 所需
5.1. 1 所 罐顶
实 故际固 定 设载计 外 所载需 有效
7473.53 kg G / A' =
5.1. 微内 2 压作
Aw
=
D 2 ( P - 0 .08 t h )
1 .1tg q
罐顶板
其中 有 连效 接厚 处
th
罐 设顶 计与 压
力P
5.1. 3实
∴
Aw= 2225.9 mm2
2000m3 本设计计算书根据GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》编写
丙酮储
罐设计
1.设
计条 设计
正 设压计
P1
负 设压计
P2
温 设计
储 腐液蚀
裕
C2
底板 C2
厚度
其余 C2
附 焊加接
C1
接 材头
j
质 设：计
Q235-B
温 常度温
[s ]d
下钢
[s ]t
储 基罐本
风 地震
w0
烈 动载
1 4
H
E
1 3 HE
6 mm 3 mm 9 mm 11 mm
7 mm 3 mm 10 mm 15 mm
150吨水泥罐基础设计计算书
一、水泥罐基础设计盾构区间砂浆拌合站投入一个100t 型和一个150t 型两个水泥罐，100t 型水泥罐直径3m ，支腿邻边间距2.05m ；150t 型水泥罐直径3.3m ，支腿邻边间距2.2m 。
根据以往盾构区间砂浆拌合站施工经验、现场地质条件以及基础受力验算，水泥罐基础采用C30钢筋砼条形承台基础满足两个水泥罐同时安装。
基础尺寸8m （长）×4m （宽）×0.8m （高），基础埋深0.6m ，外漏0.2m ，承台基础采用Φ16@150mm ×150mm 上下两层钢筋网片，架立筋采用450mm ×450mm φ12钢筋双排双向布置，基础顶预埋地脚钢板与水泥罐支腿满焊。
具体布置见下图：. 二、水泥罐基础计算书1、计算基本参数 水泥罐自重约20t ，水泥满装150t ，共重170t 。
水泥罐支腿高3m ，罐身高18m ，共高21m 。
单支基础4m ×4m ×0.8m 钢筋砼。
2、地基承载力计算计算时按单个水泥罐计算单个水泥罐基础要求的地基承载力为：δ1=21700+0.825106.3+20126.3k /m 0.1344N MPa ⨯===⨯ 根据资料可知：原设计路面按汽一超20级设计，汽一超20级后轴标准荷载为130KN,单轴轮胎和路面接触面积为：460mm ×200mm ，通过受力计算，其地基承载力为：2050?320罐支脚800040002200600600?3303700水泥罐平面位置示意图δ2= ()1301000 1.413460200MPa ⎡⎤⨯=⎢⎥⨯⎣⎦因δ1≤δ2，即地基承载力复核要求。
3、抗倾覆计算武汉地区按特大级风荷载考虑，风力水平荷载为500N/m 2，抗倾覆计算以空罐计算，空罐计算满足则抗倾覆满足。
水平风荷载产生的弯矩为：0.5 3.3182+3=356.4KN M =⨯⨯⨯÷（18）?M水泥罐空罐自重20t ，则基础及水泥罐总重为：抗倾覆极限比较：即水泥罐的抗倾覆满足要求，水泥罐是安全的。
设备基础简化设计
设备基础简化设计在大型装置中地面和楼面有大量的设备基础，虽然设备基础设计相对比较简单，但出图量大，制图繁琐。
本文旨在通过分类、分型，制成图表，从而减少图纸数量，提高制图效率。
同时总结设备基础设计的一些经验，提出出更有效的设备支撑形式。
希望通过合理的设计，能取得较大的经济效益。
1．罐基础1.1．立式储罐基础。
受力特点为均匀的面荷载。
结构形式可分以下几种：1.1.1．环墙式罐基础。
用环墙箍住中间的素土和砂石，见图1.1。
如地基承载力不足，可通过大罐充水预压提高承载力。
建议在基底应力小于1.3倍地基承载力特征值，且土体易排水固结情况下采用。
环墙厚度由下面公式确定：h h gb mc L L )()1(γγγβ---=其计算原理是环墙下地基压应力与环墙内底层土的压应力相等，从而实现环墙和其内的土体沉降相等。
石化规范规定，环墙应设置成等截面，不许向内和向外扩展，致使设计中出现小罐的环墙厚度很厚。
某罐高5m ，直径11m ，如按公式计算环墙厚度竟需900mm 。
其实如计算环墙厚超过了构造需要的厚度较多，可采用环墙底外扩形式，但要满足以下要求：1、环墙底压应力接近罐中心下等标高处填土压应力；2、环墙底压应力均匀。
以上两条一般容易满足，故石化规范的规定不妥。
环墙式罐基础厚度还应满足埋设地脚螺栓的构造要求。
设计图表见图1.1类型A 。
1.1.2．外环墙式罐基础和护坡式罐基础。
这两类基础形式因占用场地多，影响设备和管道布置，与环墙式基础相比也没有明显的经济优势，故现在已经很少采用。
图示如下：注：b — 环墙厚度，（m）；h — 环墙高度，（m）；b1 — 外环墙内侧至罐壁内侧距离，（m）；H — 罐底至外环墙底高度，（m）。
图 外环墙式基础图 护坡式基础1.1.3．桩基式罐基础。
过去应用较少，随着沿海开放带来的软土地基增多，项目建设工期紧，以及桩基应用的普及，近十多年来采用桩基越来越多。
桩基式罐基础上应设承台，为减小承台厚度，常常在承台上设环墙。
大型储罐计算GB50341-2014
1.506 1.669 -0.163
1
抗风圈规格 Laxbxc (mm)
1
一个加强圈质量 (kg) 966
加强圈总质量 (kg)
966
二、 拱顶 计算
拱顶曲率半径 Rs (mm) 罐顶腐蚀裕量 C2 (mm) 雪载荷 (kPa) 拱顶瓜皮板数量 Nr B (mm) 拱顶材料弹性模量 E(MPa)
40000 1.5 0.4 32 20
顶储罐计算
焊接接头系数 φ
0.9 地震设防烈度
7
保保温温材厚料度密(m度m) (顶kg圈/m壁3)板上沿距包边 角钢的距离 Ar (mm)
0 设计地震分组 0 设计基本地震加速度
场地土类别 20 地面粗糙度类别
2 0.15
3 A
用应力 (MPa) Q245R 板厚＞16～36 142.1 157.0
[σ]t
217 217 217 150 150 150 150 150 150
17.840
盘梯质量 (kg)
2100
2. 罐壁加强圈计算
风压高度变化系数 μz
1.576
查GB50341第6.4.5-1
壁板编号 (自下而
上）
罐壁板有效厚 度（mm）
1
22.70
2
20.70
3
18.70
4
14.25
5
12.35
6
10.35
7
8.35
8
6.40
9
6.40
当量高度Hei (m)
0.084 0.105 0.136 0.268 0.383 0.595 1.018 1.980 1.980
总当量高度
HE (m)
浅谈钢储罐环墙式基础设计
浅谈钢储罐环墙式基础设计摘要：钢储罐基础设计是储罐稳定的关键技术问题，本文针对钢储罐钢筋混凝土环墙基础的特点、作用、设置环墙的地基条件、采用的设计方法及环墙的构造要求进行了介绍，提出环墙基础在平时设计及施工中应考虑的因素及步骤。
关键词：钢储罐，环墙基础，设计，构造1、概述目前，随着工艺设计条件及建设方对建设条件的控制，储罐正日益朝着大型化趋近，由原先的几十上百立方米，渐变为今天的几千上万立方米。
因此，储罐基础的设计也显的尤为重要。
在储罐基础的多种选型中，环墙基础应用的越来越多。
因此，本文将结合自身的设计经验，对钢筋混凝土环墙基础进行探讨。
钢筋混凝土环墙基础不同于一般建筑的条形基础，钢储罐环墙式基础本身承载的荷载很小，对于浮顶罐只承受储罐壁重量；对于固定顶罐，只承受罐壁及罐顶和小部分介质的重量，而绝大部分的介质重量是由环墙内各个垫层直接承受并传到地基。
环墙基础一般应用于中软、软或较不均匀的场地，适用于大型储罐、高位储罐和浮顶罐等。
2、环墙的适用条件根据SH/T3068-2007《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》规定，下列地质条件宜采用钢筋混凝土环墙式基础。
（1）当地基土不能满足承载力设计值要求，但计算沉降差不超过规范规定的允许值时。
（2）当地基土为软弱土，地基土不能满足承载力设计值要求，且计算沉降差不能满足规范规定的允许值时或地震作用地基土有液化时。
（3）当建筑场地受限制时。
3、环墙基础的作用及优点（1）可以减少罐周边土不均匀沉降。
钢筋混凝土环墙平面抗弯刚度大，能很好地调整在地基下沉过程中出现的不均匀沉降，减少罐壁的变形，避免浮顶或内浮顶罐发生浮顶不能上浮的现象。
（2）可以将上部罐体传来的荷载均价传递到地基上。
（3）可以增强基础的稳定性，抗震性能好。
环墙基础像一道挡土墙可以保护内部垫层不被冲刷、侵蚀，保持罐底下垫层基础的稳定性。
（4）利于罐壁安装。
环墙为罐壁底端提供了一个平整而坚实的表面，为较平储罐基础面和保持外形轮廓提供有利条件。
大型圆筒形储罐有限元设计计算
（） １
１
弯 曲应力 。横坐标 ＤＳ ＩＴ表示距罐底 的距 离； 纵坐标
表 示 应力 值 。 罐壁 环 向应 力 Ｓ ｚ在底 部 与罐 底 的连 接 处 其 值 最小 ，如 罐 底 能完 全 约束 其 径 向位 移则 其 值 为零 ， 然后 向上 逐 渐 增 大 ， 约 在 距 罐 底 距 离 处 （ 大 Ｒ 为罐 的半径 ， 为罐 壁 厚度 ）达 到 最 大值 １６９ＭＰ ， ｔ ６ ． ａ 然后 随 液压 向上逐 渐 衰减 。 轴 向弯 曲应 力 Ｓ 而 Ｙ在 罐 底 附近 达到 最 大值 ６ ．ＭＰ 后 ， ０５ ａ 向上 迅速 衰减 至零 。
图 １ 钢 筋 混 凝 土 环 梁 基 础
１２ 建 模及 网格 划分 ．
罐 壁 和 罐底 为 轴 对称 结 构 ，承受 载 荷 也 呈轴 对 称 ， 选 取 罐 体 的 １３ ， １。 底 和 罐 壁 进行 有 限 故 ／ ６ 即 ０罐 元 分 析 。采 用三 维 ２ 点 实体 单元 （Ｏ Ｉ９ 元 ） ０节 Ｓ ＬＤ ５单 对 罐 底及 罐 壁 进行 网格 划分 ，基 础 对罐 底 的支 撑作
２２ 边 缘 区罐 底部 分 ．
６
．
； ９
；
式 中
一
厂 地 基基 床 系数 ； 一 等效 杆 单 元 个 数 ； 刀 Ａ
１。 底板 的 扇形 面 积 ； 每 个 等 效 杆 单 元 的 截 ０罐 一
《 钢制压力容器一 分析设计标准》 的相关要求进行应
力 分 析 与评 定 。该 计 算 采 用 的有 限 元 计 算 软 件 为
Ａ Ｓ Ｓ． 。 Ｎ Ｙ ５４版
用为单向弹性约束 ， 故采用 １０ 个均匀支撑在罐底 ８１
板 实 体 单元 下 的 双线 性 （ 只设 定压 弹性 ） 三维 杆 单 的
罐基础计算表(两种情况)
罐基础计算表1（高度折算系数）统一单位：kg, m, kN(仅配筋面积用mm)需要输入的值间接输出值一、垂直荷载计算g －罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值kN ／m 设备质量kg 平台梯子质量保温层质量229590750055790Gt －（设备+平台梯子重量）kN GI －保温层重量Gt.B －储罐底板自重2370.9557.9536.8二、环墙宽度计算计算值b －环墙宽度m 0.60β－罐壁伸入环墙顶面宽度系数0.5r L －罐内使用阶段储存介质的重度kN ／m38.34h L －环墙顶面至罐内最高储液面高度m 16.9r c －环墙的重度kN ／m325r m －环墙内填料的平均重度kN ／m318h －环墙高度m 3.6三、环墙上环向力计算环墙单位高环向力设计值kN/m F t =（r Qw r w h w +r Qm r m h ）KRK －环墙侧压力系数0.33r Qw －为水的分项系数 1.1r Qm －填料的分项系数1r w －水的重度kN ／m310r m －环墙内填料的平均重度kN ／m318h w －环墙顶面至罐内最高储水面高度16.9R －环墙中心线半径14四、环墙截面配筋计算计算配筋面积环墙单位高环向钢筋面积mm 2/m 3869r 0重要性系数1F t （kN/m ）1160.7h h gb mc L L )()1(γγγβ---=yt f F r AS0=.t I t BG G Gg D π+-=f y 钢筋的抗拉强度设计值（kN ／mm 2）0.3环向钢筋配筋率ρ=As/b/10000000.64%>构造配筋率0.4%五、地基承载力计算1.基础底面平均压力kN/m2227.2<地基承载力特征值f ak =250 kN/m 2F=G z +G s 102928.8储罐总重G z 2928.8充水水重Gs 100000充水水质量G －罐基础各层自重设计值42937DnA －罐基础底面面积642.12.环墙基础底面压力计算基础底面压力kN ／m2地基承载力特征值f ak =250 kN/m 2q l—g c —环墙自重(kN ／m)g c =r c bh AGF P +=p =c m bhr D h Dn r G ππ+=2)2(最终计算值手动调整值27.2储罐底板厚度储罐底板直径m储罐直径m0.01128.1428钢材密度kg/m3重力加速度kN/kg78500.01实际取值0.6最小密度介质密度kg/m3834832罐筒体高度m17.84高度折算系数0.951160.7实际配筋面积3869载力特征值f ak=250 kN/m21000000027.4载力特征值f ak=250 kN/m2。
GB50XXX 《钢制储罐基础设计规范》
GB50XXX 《钢制储罐基础设计规范》中华人民共和国国家标准P GB 5000××-2008钢制储罐基础设计规范Code for design of steel tanks foundation(征求意见稿)2008-××-××公布2008-××-××实施中华人民共和国建设部联合公布国家质量监督检验检疫总局前言本规范是按照建设部建标[2006]136号文的要求，由中国石化工程建设公司会同有关单位编制而成。
本规范在编制过程中, 总结了多年来在钢制储罐地基与基础设计和施工方面的体会，依据近年来针对大型钢制储罐基础结构的试验研究所取的研究数据和对原型结构开展的有限元分析运算结果，参考了国家和其他行业有关标准规范的内容，广泛征求了有关勘查、设计、施工和使用单位的意见，并在考虑我国的经济条件的基础上，经反复讨论、修改和充实，最后经审查定稿。
本规范共分7章和2个附录，要紧内容包括：1、总则、术语和差不多规定；2、储罐基础环墙运算；3、地基承载力及稳固性运算；4、储罐基础地基变形运算；5、储罐基础构造与材料；本规范以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本规范由建设部负责治理和对强制性条文的讲明，中国石油化工集团公司负责日常治理，中国石化工程建设公司负责具体技术内容的讲明。
在执行过程中，请各单位结合工程实践，认真总结体会，并请将意见和有关资料寄交北京市朝阳区安慧北里安园21号，中国石化工程建设公司国家标准《钢制储罐基础设计规范》治理组（邮政编码：100101）。
主编单位：中国石化工程建设公司参编单位: 中国石化集团洛阳石油化工工程公司中国石油大庆石化工程有限公司目次1 总则(3)2 术语和符号(4)2.1 术语 (4)2.2 要紧符号(4)3 差不多规定(7)3.1 一样规定(7)3.2 基础选型(9)3.3 荷载及荷载组合(11)3.4 抗震设防(12)3.5 环境爱护(12)4 基础环墙设计 (13)4.1 环墙宽度及环向力运算 (13)4.2 环墙截面配筋(15)5 地基承载力及稳固性运算(16)5.1 承载力运算(16)5.2 稳固性运算(16)6 地基变形运算 (18)6.1 一样规定(18)6.2 变形运算(18)6.3 地基变形观测(20)7 罐基础构造与材料(22)7.1 构造 (22)7.2 材料 (24)附录A 圆形面积上均布荷载作用下各点附加应力系数αi (25)附录B 圆形面积上均布荷载作用下各点附加应力系数(27)i本规范用词用语讲明 (29)条文讲明(30)1 总则1.0.1 为确保立式圆筒型钢制储罐地基基础的设计做到安全使用、技术先进、经济合理、爱护环境，特制定本规范。
大型储罐计算
菜单储罐型式内浮顶设计内压0设计外压0筒体内径D5000筒体高度H5000腐蚀裕量C23厚度负偏差C10.8介质密度ρ1050设计温度下材料许用应力[σ]t157常温下材料许用应力[σ]t157设计温度下材料弹性模量Et192000焊缝系数φ0.9基本风压值 qo700材料密度7850每圈罐壁的高度1800保温层厚度0保温层密度0罐底中幅板厚一.壁板计算距罐底高度h(mm) 10 21800 33600 4-0 5-0 6-0 7-0 8-0 9-0 10-0 11-0 12-0二.罐壁、罐顶稳定校核最薄板厚度mm5第i层壁板实际高度 hi ti180061800513905000000000000000000罐壁许用临界压力 pcr 934.5风压高度变化系数 Kz 1.3呼吸阀负压的1.2倍 po 490固定顶罐壁设计外压 Po 2537.5内浮顶罐壁设计外压 Po 2047.5加强圈距罐壁顶部的距离1219.268201三.罐顶的计算及稳定性校核R i —球壳曲率半径 (mm)9200E t —设计温度下钢材的弹性模量Mpa.192000直径偏差 (mm)20罐顶高度（mm）341罐顶表面积F=2πRh19.7取罐顶名义厚度 δ (mm)6罐顶壁板重量G927.29096考虑到搭接罐顶重量增加%101020.010006保温厚度mm 0保温密度kg/m20保温重量0.00P 01—罐顶结构自重509.6P 02—附加荷载700P 0—罐顶设计外压1209.6自支撑式拱顶顶板的设计厚度t 3.81四.储罐抗震计算1.基本自震周期的计算：δ3—罐壁高度1/3处的罐壁有效厚度 (mm) 3.4H W罐内储液高度 (mm)10000Di/H W0.50储罐与储液耦合振动的基本周期T0 (S)0.126Di/H W0.50储罐内储液晃动的基本周期T W (S) 2.34 2. 罐壁底部水平地震剪力计算：Cz—综合影响系数，取Cz0.4Fr—动液系数，查表D.3.40.81m—储液的等效质量，(Kg) m=3.1416*Ri^2*Hw*Fr166995.3Tg—特征周期 (s)0.35a—地震影响系数，取a=a max0.23Y1—罐体影响系数，取Y1 1.1Qo—罐壁底部水平地震剪力 (N)165788.2M1—罐壁底部地震弯矩 (N⋅m)746047a'—地震影响系数，查图D.3.1(按T=Tw)0.035hv—水平地震作用下，罐内液面晃动波高 (m)0.131 3.罐壁许用临界应力t—底层罐壁的有效厚度 (mm) 2.4［σcr］—底层罐壁的许用临界应力 (Mpa)13.8 4.罐壁的抗震验算Cv—竖向地震影响系数，取 1.0N1—罐壁底部垂直载荷 (N)101259A1—底圈罐壁截面积 (m^2)0.038CL—翘离影响系数，取 1.4Z1—底圈罐壁的断面系数 (m^3)0.047σ1—罐壁底部的最大轴向压应力 (Mpa)24.85底部罐壁轴向压应力校核不合格五.储罐锚固计算罐体水平投影面积25.0罐顶水平投影面积 1.2风弯矩Mw62146风弯矩引起的沿圆周均布倾覆力Ft3165.0罐内压产生的沿圆周均布升举力F l0.0罐顶与罐壁连接结构发生屈曲破坏的压力Pf-0.3锚固力1空罐时，1.5倍设计压力与设计风压产生的升举力之和-3281.3锚固力2空罐时，1.25倍试验压力产生的升举力-6446.3锚固力3储液在最高液位时，1.5倍破坏压力产生的升举力-6446.8螺栓个数36螺栓屈服强度σs235螺栓许用应力σbt156.7所需地脚螺栓截面积Ab -9.1所需地脚螺栓根径不需要螺栓许用应力σbt156.7所需地脚螺栓截面积Ab -18.0所需地脚螺栓根径不需要螺栓许用应力σbt235.0所需地脚螺栓截面积Ab -12.0所需地脚螺栓根径不需要综合以上地脚螺栓公称直径M24情况1情况2情况3PaPammmmmmmm0.6mm kg/m^3MpaMpaMpaN/m^2kg/m^3mmmmkg/m^38mm边缘板10mm 储存介质时的设计厚度 t1mm储存水时的设计厚度 t2mm取厚度t(mm)材质4.66 1.6164.33 1.3054.000.9950.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00tmin Hei HE重量罐壁重量Q235-A2.40467.813331333.321.401800.011111110.881.401390.0858857.840.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Pa3302不合格需设加强圈n2不合格需设加强圈一个L100x100x8角钢n2 mmm2kgNkg 考虑到搭接罐顶重量增加%3011825.0NkgNPa602.2 PaPa1302.23.658mm查表D.3.2Kc=0.000464查表D.3.3Ks= 1.047按II类场地土晃液波高不满足要求m^2m^2N.mN/mN/m PaN/m N/m N/m 个MPa MPa mm^2 mm MPa mm^2 mm MPa mm^2 mm 均已减去罐顶罐壁自重、附件重和1500018001800 2500018001800 3500018001390 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1.478501.478501.478500.078500.078500.078500.078500.078500.078500.078500.078500.07850合格不合格合格不合格。
大型立式储罐计算
大型立式储罐计算立式储罐是一种常见的用于储存液体和气体的容器，广泛应用于石油、化工、液化气等行业。
在大型立式储罐的设计和计算过程中，主要需要考虑以下几个方面：容积计算、厚度计算、强度计算、支撑结构计算等。
一、容积计算储罐的容积是指储罐内可以储存的液体或气体的总量。
容积计算可以根据储罐的几何形状和尺寸来进行。
常见的储罐形状有圆柱形、球形、锥形等。
容积计算的公式如下：容积=π*r²*h其中，π为圆周率（取3.14），r为储罐的底部半径，h为储存液体或气体的高度。
二、厚度计算储罐的厚度计算是为了保证储罐在储存液体或气体时不发生变形或破裂。
厚度计算需要考虑内外压力、结构材料以及运行温度等因素。
常用的厚度计算方法有平均厚度法、阻滞厚度法等。
具体厚度计算可以通过材料力学性能参数和设计规范来确定。
三、强度计算储罐的强度计算是为了保证储罐在运行过程中可以承受液体或气体的压力载荷。
强度计算需要考虑外部静压、温度应力以及结构材料的强度参数等因素。
常用的强度计算方法有应力透入法、有限元法等。
具体强度计算需要根据材料的性能数据和设计规范来确定。
四、支撑结构计算大型立式储罐通常需要使用支撑结构来保证储罐的稳定性和安全性。
支撑结构计算需要考虑储罐的重量、液体或气体的压力载荷以及地震载荷等因素。
常用的支撑结构形式有柱形支撑、环形支撑等。
具体支撑结构计算需要根据设计规范和结构分析方法来确定。
总结大型立式储罐的计算涉及多个方面，包括容积计算、厚度计算、强度计算和支撑结构计算等。
在进行计算时，需要考虑储罐的几何形状、尺寸、材料的力学性能参数以及设计规范。
合理的计算结果可以保证储罐的稳定性和安全性，满足生产和储存的需求。
GB50341储罐设计计算
总水平地震力在罐底部产生的地震弯矩
ML=0.45Q0H
1 1.8009613 MN 1.7492388 m2
1.4 10.495433 m3 58.038423 MN.m
总水平地震力在罐底部产生的水平剪力
Q0=10-6CzαY1mg 9.921098 MN.m
综合影响 系地数震影响系数（据Tc，Tg，αmax按图D.3.1选 取）
以此类推
6.2.地震载荷计算：
第5页
6.2.1.地震作用下罐壁底产生的最大轴向应力
8.771392 MPa
竖向地震影响系数Cv（7，8度地震区取1；9度地震区取1.45）
罐底部垂 直载荷
N1=（md+mt）g
罐壁横截面积（其中t为底部罐壁有效厚度）
A1=πDt
翘离影响 系底数部罐壁 断面系数
取 CL Z1=πD2t/4
μz—风压高度变化系数，
顶部抗风圈的实际截面模数 W=
∵ W>Wz故满足要求
0.745 KPa 0.540 KPa 1.00 1.00 1.38 500.00 cm3
按6.4.9的规定选用。 按图实际尺寸计算（近似为T型钢计算）
6.1.2.中间抗风圈计算
罐壁筒体
的临界压
[Pcr ] = 16.48
D HE
tmin D
2.5
=
5.611 KPa
tmin= 7.2 mm
HE=∑Hei= Hei——罐 壁He各i=H段i 当 （罐t壁min各/ti段）2.5 当量高度
罐壁段号
3.48
实际高度 Hi（m）
m
有效壁厚 当量高度Hei ti（mm） （m）
1
2
23.2
大型储罐计算书
4000m³储罐计算书一、 计算个圈壁板厚度1、计算罐壁板厚度，确定罐底板、罐顶板厚度： 用GB50341-2003中公式（6.3.1-1）计算罐壁厚度ϕσρd d ][0.3)-(H 9.4t D =式中：d t —储存介质条件下管壁板的计算厚度，mm D —油罐内径（m ）（21m ）H —计算液位高度（m ），从所计算的那圈管壁板底端到罐壁包边角钢顶部的高度，或到溢流口下沿（有溢流口时）的高度（12.7m ） ρ—储液相对密度（1.0）d ][σ—设计温度下钢板的许用应力，查表4.2.2（157MPa ） ϕ—焊接接头系数（0.9） 第1圈： mm 7.89.0163.010.3)-(12.7219.4t d =⨯⨯⨯⨯=n δ=8.7+2.3=11mm 取12mm 第2圈： mm 38.79.0163.011.88)-0.3-(12.7219.4t d =⨯⨯⨯⨯=n δ=7.38+2.3=9.68mm 取12mm 第3圈： mm 06.69.0163.011.88)2-0.3-(12.7219.4t d =⨯⨯⨯⨯⨯=n δ=6.06+2.3=8.36mm 取10mm 第4圈： mm 74.49.0163.011.88)3-0.3-(12.7219.4t d =⨯⨯⨯⨯⨯=n δ=4.74+2.3=7.04mm 取8mm根据表6.4.4，罐壁最小厚度得最小厚度为6+2=8mm ，故第5、6、7圈取8mm 。
二、罐底、罐顶厚度、表边角钢选择（按GB50341规定） 罐底板厚度：查表5.1.1，不包括腐蚀余量的最小公称直径为6mm ，加上腐蚀余量2mm ，中幅板厚度为8mm查表5.1.2，不包括腐蚀余量的最小公称直径为11mm ，加上腐蚀余量2mm ，取边缘板厚度为14mm 罐顶板厚度：查7.1.3，罐顶板不包括腐蚀余量的公称厚度不小于4.5mm ，加上1mm 的腐蚀余量后取6mm包边角钢：按GB50341表6.2.2-1，选∠75×10 罐顶加强筋：-60×8 三、罐顶板数据计算：①分片板中心角（半角）55.2425200302/21000arcsin 302/arcsini 1︒=-=-=）（）（SR D α ②顶板开孔（φ2200）中心角（半角）5.2252001100arcsin r arcsin2︒===SR α 顶板开孔直径参照《球罐和大型储罐》中表5-1来选取注：中心顶板与拱顶扇形顶板的搭接宽度一般取50mm ，考虑到分片板最小弧长不小于180mm ，故取φ2200mm③分片板展开半径mm 1151144.25tg 25200tg 11=︒⨯==αSR R mm 1100.52tg 25200tg 22=︒⨯==αSR R④分片板展开弧长：⌒AD =mm 96985.255.24360252002360221=-⨯⨯⨯=-⨯）（）（πααπSR ⑤分片板大小头弧长：大头：⌒ABmm 1535446021000n302i =∆+-⨯=∆+⨯-=）（）（ππD 小头：⌒CDmm 1974411002n r 2=∆+⨯⨯=∆+=ππ ⑥中心顶板展开弧长⌒L mm 22995023605.22520022502360222=⨯+⨯⨯⨯=⨯+⋅⋅=）（）（παπSR四、拱顶高度计算内侧拱顶高：mm 227830)-(21000/2252002520030)-/2(D h 222i 2n =--=--=SR SR外侧拱顶高：m m 228462278h w =+=五、盘梯计算计算参数：g H —罐壁高度，mm （12700） i R —罐内半径，mm （10500）W SR —拱顶半径，mm （25206） α—内侧板升角（45°）n R —内侧板半径，mm （n R =10500+12+150=10662mm ）B —盘梯宽度（内外板中心距）取656mm ，板宽150mm ，板厚6mm 1、平台高度WW SR SR --+=2i 2w 1L)-(R h h425mm 252061000)-(1050025206228422=--+=mm 3125142512700=+=H式中：1h —平台支撑角钢上表面至包边角钢上表面的距离，mmL —平台端部至罐内表面的距离，一般取800-1000mm ，取L=1000mm2、内侧板展开长度mm 184202100)-(1312523n =⨯=-=）（H H L式中：3H —盘梯下端至罐底上表面的距离，mm ，≮50mm ，取100mm3、外侧板展开长度mm 189951066265611184207071.0117071.022n n w =++⨯⨯=++=•R B L L ）（）（ 4、三角架个数个）（717001225)-(13125x n 3==-=L H式中：x —第一个三角架到罐底上表面的距离，mm 取1225mm 3L —相邻三角架的垂直距离，mm 一般1500-2000mm5、三角架在罐壁上的水平位置a n =n01n 2b h R R）（- 式中：1b —内侧板及外侧板的宽度，mm ，一般取150mm —n h 第n 个三角架平台表面的距离，n ×1700mm0R —底圈壁板外半径，mm （10500+12=10512mm ） n R —内侧板半径mm （10662）a 1=mm 1467106621051221507001=-）（ a 2=mm 31431066210512215070012=-⨯）（ a 3=mm 48191066210512215070013=-⨯）（ a 4=mm 64951066210512215070014=-⨯）（ a 5=mm 81711066210512215070015=-⨯）（ a 6=mm 98471066210512215070016=-⨯）（ a 7=mm 115231066210512215070017=-⨯）（ 6、盘梯包角︒=⋅-=⋅-=96.691801066210013119180n 3b ππαR H H ≈70° 六、带肋球壳稳定性验算21mn 2s m t t t 0001.0][）（）（⋅=R E P （C.2.1-1） 式中： ][P —带肋求壳的许用外载荷，KPaE —设计温度下钢材的弹性模量，MPa 查表4.1.6得192×103 MPaS R —球壳的曲率半径，mm S R =SR=25200mm n t —罐顶板有效厚度，mm n t =6-C=6-1-0.6=4.4mmm t —带肋球壳的折算厚度，mm332m3n 31m m 4t t 2t t ++= （C.2.1-2）式中：]e t n 12t 4t 2t h 3h b h [12t 21n 13n 2nn 121s 11131m-+++⨯=）（L （C.2.1-3）]e t n 12t 4t 2t h 3h b h [12t22n 23n 2nn 222s 22232m-+++⨯=）（L （C.2.1-4） S L 1n 111t b h 1n += （C.2.1-5）SL 2n 222t b h 1n += （C.2.1-6） 式中：31m t —纬向肋与顶板组合截面的折算厚度，mm1h —纬向肋宽度，mm （高度60）1b —纬向肋有效厚度mm （8-（2×1+0.8）=5.2） 1s L —纬向肋在径向的间距，mm （1228） 1n —纬向肋与顶板在径向的面积折算系数058.112284.42.5061t b h 1n 1n 111=⨯⨯+=+=S L 1e —纬向肋与顶板在径向组合截面的形心到顶板中面的距离，mm（按CD130A6-86《钢制低压湿式气柜设计规定》算出下面公式）78.1)602.54.41214(2)4.460(602.5)(2)(e 1111111=⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=h b t l t h h b n s n32m t —径向肋与顶板组合截面的折算厚度，mm 2h —径向肋宽度，mm （高度60）2b —径向肋有效厚度mm （8-（2×1+0.8）=5.2）2s L —径向肋在纬向的间距，mm 下面求2s L ：a) 先求第1圈纬向肋的展开半径3R 先求第圈纬向肋处的角度（半角3α） ∵600360/252002=⋅⋅∆πα ∴364.1=∆α° ︒=︒-︒=∆-=186.23364.155.2413ααα 再求第1圈纬向肋处展开半径3Rm m 10793186.23tg 25200tg R 33=︒⨯==αSRb) 求第1圈纬向肋的每块分片板肋板的弧长2s Lmm 14152]186.23cos 10790244360sin[L 2s =⨯︒⨯⨯⨯=）（ 2n —径向肋与顶板在径向的面积折算系数05.114154.4602.51t b h 1n 2n 222=⨯⨯+=+=S L 2e —径向肋与顶板在纬向组合截面的形心到顶板中面的距离，mm537.1)602.54.41415(2)4.460(602.5)(2)(e 2222222=⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=h b t l t h h b n s n带肋球壳按下图布置把上面各参数代入C.2.1-3中求31m t4082]78.14.4058.1124.444.424.40636012152.506[12t232231m=⨯⨯-++⨯+⨯⨯⨯=）（把上面各参数代入C.2.1-4中求32m t3492]4537.14.405.1124.444.424.40636014152.506[12t232232m=⨯⨯-++⨯+⨯⨯⨯=）（c) 把31m t ，31m t 代入C.2.1-2中，求m tmm 46.12492434.424082t 33m =+⨯+=d) 把m t 代入C.2.1-1中求[P]78.246.124.42.2546.12101920001.0][2123=⋅⨯⨯⨯=）（）（P KPae) 验算：设计外载荷（外压）L P 按7.1.2条规定取1.7KPaL P <[P] 即1.7<2.78 ∴ 本带肋球壳是稳定的 （L P 是外载荷，按7.1.2条规定，取1.7MPa ）七、 加强圈计算1、设计外压，按6.5.3-3q 25.2P k o +=W （6.5.3-3）式中：o P —罐壁筒体的设计外压（KPa ） •W k —风载荷标准值（KPa ）见式6.4.7q —罐顶呼吸阀负压设定压力的1.2倍（KPa ），取1.2（按SYJ1016 5.2.2条规定）风载荷标准值：按式6.4.7o z s z k w μμβ=•W （6.4.7）式中：•z β——高Z 处见风振系数，油罐取1s μ—风载体系形数，取驻点值，o w —基本风压（取0.4KPa ）z μ—风压高度变化系数z μ风压高度变化系数，查表6.4.9.1，建罐地区属于B 类（指田野、乡村，丛林及房屋计较稀疏的乡镇和城市郊区，本储罐高度为12.7m ，介于10和15中间，要用内插法求x=z μ=1.08 （15m —1.14 10—1.0 12.7—x ）风载荷标准值：432.04.008.111k =⨯⨯⨯=•W KPa 把k w =0.432KPa 代入6.5.3-3中a 2.22.1432.025.2P o KP =+⨯=2、计算罐壁筒体许用临界压力 2.5min cr )Dt (48.16][P E H D = （6.5.2-1）∑=ei H H E5.2imin iei t t h ）（=H 式中：][P cr —核算区间罐壁筒体的需用临界压力，KPa E H —核算区间罐壁筒体的当量高度，mm in t —核算区间最薄板的有效厚度，mm(8-2.3=5.7) i t —第i 圈罐壁板的有效厚度，mmi h —第i 圈罐壁板的实际高度，mm （1880） ei H —第i 圈壁板的当量高度E H 表∑==95.8ei H H E m把E H 代入（6.5.2-1）中48.1)215.7(95.82148.16][P 2.5cr =⨯⨯=KPa ∵o P =2.3>1.48MPa ∴需要加强圈 具体用几个加强圈依据6.5.4的规定 ∵22.3][P 2.3 cr ≥＞ ∴应设1个加强圈，其位置在1/2E 处 根据6.5.5规定，在最薄板上，不需要换算，到包边角钢的实际距离就是4.5m （距包边角钢上表面4.5m ）根据表6.5.6选取加强圈规格，本设计选∠125×80×8八、 抗震计算（CD130A 2-84） 1、水平地震载荷W a Q max 0Z C =式中：0Q —水平地震载荷 kgfZ C —综合影响系数 0.4m ax a —地震影响系数，按附表A 选0.45W —产生地震荷载的储液等效重量（波动液体）’w F W f =式中：f F —动液系数，由R H W /的比值，按附表A 2选取，如遇中间值则用插值法求。
大型储油罐基础环梁设计与讨论
土 ， ｍ一 １ ， 缩 性高 ； 黄褐 色 淤泥 质 亚 土 ， 度 ９ ｍ 一 为水 和垫层 的重力密度 ， Ｎ ｍ ；， ’ ４ ５Ｉ 厚 压 １ ② 厚 ｋ ／ ， ，彻分别 为水 和垫层 自重 的 ９ ， １ ③深灰色淤泥质粘 土 ， 度约 １ ．５ｍ～１． 呈软可 塑 分项系数 ； ２ｍ； 厚 ２ １ ３ ３ｍ， Ｋ为环梁内侧 压力 系数 。 以至流动状态 ， 高压缩性 ； ④黄褐色亚粘土 ， 厚度为 ４ ２ｍ～ ． ． ５ ６ｍ， 配筋面积按 下式计算 ：
位高度的环向力简化计算公 式中都包含储罐直径的一次项 ， 说明环 向 力与储罐直径成正比关系 。 本文针对这一问题 ， 采用非线性数值 的方法对实例工程 的基础环梁环 向拉 力进行计算 ， 与简化方法 的计 算结果对 比， 以分析各种方法的差异 ， 并提出合理的设计指导意见。
图 １ 环梁基础与受力图示
Ａ Ｔ Ｔｆ ＝ ｏ／ ， （） ２
呈可塑 ～坚 硬 状 态 ， 中等 压 缩 性 ； 淤泥 质 亚 粘 土 ， ⑤ 厚度 大 于 ２ 土 的性质同第③层土相接近 ， ４ｍ， 压缩性高 。各土层参数见表 １ 。
表 １ 土层主要物理力学参数
土层名称 重度／ Ｎ・ ０ 内摩擦角／ 。 ｋ ｍ一 （ ） 粘聚力／ Ｐ ｋａ
对储油罐基础的选型和设计有 了很 高的要求 。
环梁 的受力情 况较为复 杂 ， 主要有 ： ） １ 环墙 顶面油罐 壁荷重
２ 储罐及罐 内液体 自重荷载 ｇ（ ＿ ， ） 环基 内侧大面积储 液荷重 十 多年实践表 明， 在软 土场地建造储 油罐采用钢 筋混凝 土环梁 Ｐ ； ） ｚ ；） 式基础具有 明显 优势 。钢筋 混凝 土环梁 与经过 压密 的砂垫 层形 及砂垫层 自重产生 的侧 向水平侧 压力 ｑ （ ） ３ 环基 内壁砂 垫层 的竖 向摩擦力 ｒ ｚ ， （ ） 这是 由于在沉降过程 环基 与砂 垫层 之间 出现 成储油罐整体基础 ， 两者共 同作用 ， 组成具有 较大 刚度的 圆柱 体 ， ４ 环基底面地基反力 ｑ （ ；） ） ５ 环梁外侧土 其直径与储罐直径相 同或稍大 ， 一般可作 为弹性体考 虑。环梁 因 竖向剪切变形 引起 的 ；） ２ｚ ， 约束砂 垫层 的侧 向变形 ， 内部产 生较大 的环 向拉力 ， 向拉力 压力 ｑ（ ） 如图 ２所示 。 其 环
大型立式储罐计算
一、概述(续)
二、主要载荷
承受载荷主要分为静载荷、操作载荷、 动载荷三大类。 1．静载荷：储罐自重、隔热层重量、附 加载荷、储存液体静压力、雪载荷。 2．动载荷：风载荷、地震载荷。 3. 操作载荷：正压（操作条件决定的气 相空间）、负压（抽排液或温度变化形 成）。
三、 设计建造规范
第I圈罐顶板的当量高度Hei [hi*(tmin/ti)2.5]
罐壁筒体的当量高度
罐壁材料 （碳钢cs：1，不锈钢ss：2,碳锰钢 3）
m
HE
5.11
1
设计温度下和常温下的弹性模量之比 罐壁筒体的临界压力 16480D(tmin/D)2.5/HE 存在内压的固定顶:3
k1 Pa Pcr
1.00 2486 3 P
目前国内常用的设计规范： 1) 设计压力：-490Pa～6000Pa ，容积大于100m3储罐应按 GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》； SH3046-1992《石油化工立式圆筒形制焊接储罐设计规范》。 这两个设计标准主要是参考美国API650《钢制焊接油罐》编制 的。对于埋地、储存极度和高度危害的介质、人工制冷液体的储 罐不适用这两个标准。 对于极度和高度危害介质，一般参考美国 API650设计。 2) 设计压力：6000Pa～18kPa，应按美国API650； 3) 设计压力：18kPa～103.4kPa低压储罐，应按美国API620。 本课件使用计算程序引用GB50341-2003 设计规范。
浅谈大型立式储罐的计算
中航黎明锦西化工机械（集团） 有限责任公司技术中心 韩滔 2015.3.11
一、概述
储罐是工业中广泛使用的储存设备，用以储存石油、 石化产品及其类似液体。本课件讲述的常压储罐，为内 部气相空间有直接与大气相通的开口（即常压）和存在 微内压的大型储存设备，而罐壁承受储液压力的作用会 产生很高的应力，为保证储罐安全、可靠地运转，对储 罐的设计、施工提出严格的要求，认为常压储罐而随意 放松设计要求会导致灾难性后果，因此必须严格遵循有 关的设计规范要求。 本课件重点介绍在常温和接近常压的条件下储存液 体的立式圆筒形储罐，储罐由平罐底、圆柱形罐壁、角 钢圈和罐顶组成，在施工现场进行组装焊接。罐底与罐 壁采用T型接头，罐顶与罐壁采用搭接结构。罐顶结构 形式只限为锥顶、拱顶两种。
大型立式储罐计算讲义
大型立式储罐计算讲义一、引言大型立式储罐是工业生产中常见的储存介质的设备，其容积一般较大，结构比较复杂。
正确进行大型立式储罐的计算对于其设计和运行非常关键。
本讲义将从储罐的基本结构、力学特性、应力和变形分析以及材料选择等方面进行讲解。
二、储罐的基本结构储罐一般由罐壁、罐顶和罐底组成。
罐壁一般由钢板制成，其厚度与容积大小、介质性质和工作压力等有关。
罐顶是承受介质压力的重要部分，要求具有足够的强度和刚度，一般由锥顶或球顶组成。
罐底主要承受介质重量和容器支撑面积，通常为锥底或平底。
储罐的设计还需考虑悬挂装置、法兰连接和防腐措施等。
三、储罐的力学特性1.内压力：内压力是储罐最主要的力学特性之一，需要通过合理的结构设计和材料选择来满足。
内压力与储罐容积大小、介质性质、工作温度和压力等有关。
2.外力荷载：储罐依靠支撑结构来承担自身重量以及外部荷载如雪、风压等。
外力荷载需要综合考虑储罐的刚度和安全系数，进行合理的设计。
3.地震力：地震力是大型立式储罐设计中必须考虑到的力学特性之一、地震力会使储罐产生较大的振动和变形，容易导致结构破坏和泄漏。
因此，在设计中需要充分考虑地震力，采取相应的抗震措施和提高结构的韧性。
四、储罐的应力和变形分析储罐受到内外压力和外力荷载等的作用下，产生应力和变形。
应力和变形分析是储罐设计中必须进行的重要工作。
1.应力分析：应力分析是根据力学和材料力学原理，对储罐的各个部分进行应力计算和分析。
应力分析可分为静力分析和动力分析两个方面，静力分析主要针对静态作用下的应力分布情况，而动力分析则考虑到动态作用下应力的传递。
2.变形分析：变形分析是根据材料力学原理，计算储罐在受力作用下的形状变化。
变形分析可以通过有限元模拟来进行，得到储罐的变形情况，进一步评估其安全性。
五、材料选择六、总结本讲义主要介绍了大型立式储罐的基本结构、力学特性、应力和变形分析以及材料选择等内容。
在进行储罐设计时，需要全面考虑各个方面的因素，并进行合理的计算和分析，以确保储罐的安全运行和长期使用。