GB50341储罐设计计算
gb50341_2014油罐设计规范
gb50341_2014油罐设计规范GB50341-2014油罐设计规范一、适用范围1、本标准适用于石油及其他燃料的储油罐的设计及装配。
2、本标准适用于流体无害、防爆以及特殊技术要求的储油罐，其容积不超过100m3。
二、术语与定义1、储油罐指由储油设备制造技术及安全管理要求制成的罐体及其附属设施，用来储存有如石油、液化气等流体燃料。
2、液位指储油罐内液体高度。
三、通则1、储油罐设计要满足有关燃料动力汽车发动机技术要求及健康管理要求，有效预防和减少安全事故发生的可能性。
2、储油罐的结构一般应采取圆筒形或其它，并要满足以下要求：3、储油罐放置、安装、操作及维护要满足GB/T416-2017《汽车燃油罐放置、安全操作及维护规范》要求。
4、储油罐在设计、制造过程中要遵循安全技术要求，设计、制造要充分考虑采取的适当的改进措施，以实现满足安全要求的储油罐。
四、安全设施1、储油罐应设置液位指示设备、防污染系统、液位计、流量计、安全阀等缓冲措施。
2、液位指示设备应采用焊接结构，并有明确的刻度，来检测储油罐中液位高度，确保储油罐操作安全有效；3、防污染系统应设计有效，可有效防止油罐内外的污染；4、液位计在安装完毕后应定期维护和检验，采取有效的液位静置系统，保证其准确性；5、流量计应精准测量储油罐的进、出口流量，应定期维护检验；6、安全阀应符合GB150-2011的要求，并在安装和使用过程中确保其安全可靠。
五、可行性1、储油罐的设计、制造要确保工艺制造精度，以保证安全性和效率；2、在操作、检查和维护过程中，应谨慎、认真，不得出现任何安全隐患；3、储油罐如果设置在隔爆场所，还应遵循防爆技术要求。
GB50341储罐设计计算
封面 罐壁计算 顶部抗风圈计算 中间抗风圈计算 自支撑拱顶计算 自支撑锥顶计算 抗震计算 罐顶分片 储罐顶平台标高及盘梯计算 附录A
注：计算将不需打
的工作表、目录隐藏（步骤：格式-
罐顶分片及盘梯部分未设置打印计算
否则“总页码”不对 建议文件“另
本表除附录A有一定疑问外，其他表
附录A编写还参考了化工设备设计全
(*^__^*) 由于本人EXCEL水平有限 在使用过程中发现问题请联系
若有人进行更好的整理及完善也请发
此计算表格中：罐壁、中间抗风圈、
表格为蓝本修改整理而成，在此感谢
此表格可直接打印，作为计算书使用
数据，蓝色为自动生成数据。
且将不需打印的
计算书使用。
骤：格式-工作表-隐藏），
置打印计算书里，打印时请隐藏
议文件“另存”使用，防止删除
外，其他表格自校没有什么问题
设备设计全书中《球罐和大型储罐》一书
水平有限，不懂宏等高级应用，叫大家见笑了！
liuayou@
完善也请发电子邮件给我，谢谢
间抗风圈、拱顶、抗震4部分以网络上热心网友上传某
，在此感谢所有热心且有共享精神的网友们。
常压立式圆筒形储罐抗震设计计算标准对比
常压立式圆筒形储罐抗震设计计算标准对比于胜栓【摘要】探讨了现行国家和行业标准中关于常压立式圆筒形储罐抗震设计的GB 50341-2014、GB50761-2012和SH 3048-1999三个标准,分别介绍了其适用范围和储罐抗震计算方法,其中计算方法涉及了罐液耦连振动基本周期、水平地震剪力、地震弯矩、最大轴向压应力和稳定许用临界应力.通过对比发现,三个标准的适用范围相差不大,计算方法有一定的差别,尤其是稳定许用临界应力的计算方法差别最大.分别利用三个标准的计算方法对10 000 m3储罐实例进行抗震计算,计算结果相差较大,尤其是储罐稳定许用临界应力的大小,导致根据不同的标准进行抗震设计得到的安全性不一致,最后对抗震设计计算提出了建议.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】4页(P39-41,60)【关键词】储罐;GB 50341;GB 50761;SH 3048;抗震设计【作者】于胜栓【作者单位】中国昆仑工程公司,北京100037【正文语种】中文立式圆筒形储罐是石油化工行业的一种重要存储设备，考虑到石油化工装置的规模越来越大，储罐的大型化发展已经是必然趋势[1-2]。
大型储罐一旦在地震中遭受破坏，必将产生严重后果，故其抗震研究越来越受到工程界关注[3-4]。
现行国家和行业标准中关于常压立式圆筒形储罐抗震设计的规范主要有GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》、GB 50761-2012《石油化工钢制设备抗震设计规范》及SH 3048-1999《石油化工钢制设备抗震设计规范》。
虽然上述三个规范在适用范围以及计算方法上有一定的共性，但是计算的结果却存在差异，有时甚至差异很大[5-6]。
本文针对常压立式圆筒形储罐的抗震设计，对比分析上述三个规范存在的不同点，并以实例进行验证，提出相关的建议。
1.1 GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》[7]该规范为我国国家标准，适用于储存石油、石化产品及其他类似液体的常压和接近常压立式圆筒形钢制焊接油罐的设计，其中规定油罐抗震计算适用于罐壁高度与罐直径比（以下简称高径比）≤1.6，且容积≥100 m3的常压立式圆筒形钢制油罐的抗震计算，适用于抗震设防烈度为6～9度地区的油罐抗震设计，其中设防烈度为6度地区的设备也必须进行抗震设计。
大罐计算-GB50341
盘梯包角(不带中间平台) α 1 1 是否带中间平台 带:1 不带:2 带中间平台时中间平台宽度 800 中间平台包角 2.95263 中间平台的数量 1 盘梯总的包角 60.5 带中间平台时的踏步数 74 带中间平台时的支架数 9
56.1
带中间平台时的立柱数 中间平台下方支架的数量
18 2
储罐壁高度 罐内半径 梯子宽度 拱顶外径 拱顶高度 内侧板升角 内侧板半径 平台端部至罐壁内表面的距离 相邻三脚架的垂直间距 踏步的垂直间距 内侧板和侧板的宽度 底层罐壁外半径 底层踏步距盘梯底部的距离
H1 R0 B R H α R1 l l3 l2 b1 R2
14580 15500 750 37206 3409 45 15524 975 1520 200 200 15524 200
平台上表面至罐壁包边角钢顶 面的高度 考虑保温时的实际高度 平台高度 踏步个数 盘梯下端到罐底上表面的距离 内侧板展开长度 外侧板展开长度 立柱数量 三角架个数 三角支架在罐壁上的水平位置
Байду номын сангаас
h` h H n1 H3 L内 L外 n2 an a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8
457 620 15200 75 0 21496 22021 17 10 137 1657 3177 4697 6217 7737 9257 10777
大罐计算
mmmm1.56Kpa4.11Kpa 1.8264q=Kpa其中ωo=1.2kN/m 2，βz=1，μs=1罐壁的设计外压ωk =βz μs μz ωo =储存介质时设计厚度 t 11、罐壁计算：二、罐壁的计算及稳定性校核一、设计条件2、风载荷作用下罐壁的稳定校核：从下向上第1至第6圈采用316+16MnR，以上采用316+Q235-B 按照GB50341-2003，罐壁壁厚按下列公式计算：储存水时设计厚度 t 221t 1C C ][D)3.0H (9.4++-⨯=φσρt 1t 2C ][D)3.0H (9.4+-⨯=φσt [] 2.5min 16.48cr E t DP H D ⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎝⎭∑=eiE H H 5.2min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ii ei tt h H []=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=5.2min 8.16D t H D P E cr =+=q P k o ω25.21.522罐壁需要另设加强圈因为：所以，应设两个中间加强圈 2.631Kpa11.10mm25 t h 罐顶板的有效厚度，mm 5.41915002672.8mm 360623000.9211.0292475.6mm 360625000.849第一个加强圈位置在距罐顶包边角钢的距离： 三、罐顶的计算及稳定性校核地面粗糙度按A类选取,罐高为16m,所以μz取［P cr ］＜P O第二个加强圈位置在距罐顶包边角钢的距离：因为第二个加强圈不在最薄壁板上，换算后距罐顶包边角钢的距离为4.28m（1）带肋球壳的许用外载荷：其中：t m 带肋球壳的折算厚度，mm 1、罐顶厚度的计算依据GB50341-2003规定，罐顶板的最小公称厚度（不包括腐蚀裕量）不应小于4.5mm，取带肋拱顶光面球壳的名义厚度 =6mm2、罐顶稳定性校核h 1 纬向肋宽度， mm b 1 纬向肋有效厚度， mm L 1S 纬向肋在径向的间距mm e 1 纬向肋与顶板在径向的组合截面形心到顶板中心的距离 mm R S 球壳的曲率半径，m E 设计温度下钢材的弹性模量 Mpat 1m 纬向肋与顶板组合截面的折算厚度，mmh 2 经向肋宽度， mm b 2 经向肋有效厚度， mm L 2S 经向肋在径向的间距mm e 1 经向肋与顶板在径向的组合截面形心到顶板中心的距离 mmn 1 纬向肋与顶板在径向的面积折算系数t 2m 经向肋与顶板组合截面的折算厚度，mm[]2300PP P cr <≤mH L E 915.1745.531311=⨯==mH L E 83.3745.532322=⨯==[]=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=2120001.0m hmt t Rs tE P =++=33233142mh m m t t t t =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=21132121111311242312e t n t t t h h L b h th h h h S m=+=Sh L t b h n 11111=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=22232222222321242312e t n t t t h h L b h t h h h h S m1.0272.11Kpa0.91KpaG 1=1.1G 1'=36300KgG 2≈7860Kg G 3≈1500KgP L2 = 1.2Kpa0.185s0.014m 14.4m0.000435.315s1.0639.72MN0.40.345m=m 1F r =6528148Kg 0.60610772521Kg62.99MN·m18.38Mpa12.15MpaN 1≈ 1.15MN A 1=πDt= 1.257m 27.85m 33、罐壁底部的地震弯矩按下式计算：（1）地震作用下罐壁底部产生的最大轴向压应力计算：M 1=0.45Q 0H W =4、罐壁许用临界应力按下式计算：5、罐壁的抗震验算：式中： C Z 综合影响系数，取C Z =α地震影响系数，取α =m 产生地震作用的储液等效质量（Kg)F r 动液系数，由GB50341-2003附录D表D.3.4选取得F r =m 1 储罐内储液总量（Kg) 由GB50341-2003附录D表D.3.2查取K C =1.2储液晃动基本周期按右式计算：由GB50341-2003附录D表D.3.3查取K S =2、在水平地震力作用下，罐壁底部水平地震剪力按下式计算：Q 0=10-6C Z αY 1mg=1、基本自振周期的计算：1.1 储罐的储液耦连振动基本周期按右式计算：式中：δ 3 罐壁距底板1/3高度处的有效厚度，δ3= H W 油罐设计最高液位(m),按充装系数得：H W =D/H W =25/14.4=1.736P L1 为罐顶结构自重 Kpa罐顶重量G 1'≈33000Kg 考虑到顶板自身搭接以及顶上栏杆等附件，顶板重量增加10%四、储罐抗震验算：（按GB50341-2003)Z 1 底圈罐壁的断面系数(m 3),Z 1=0.785D 2t=式中：N 1 罐壁底部垂直载荷(N)，一般取罐体金属总重力的与储罐保温体重之和；（保温材料密度按250Kg/m 3计算)A 1 罐壁横截面积（m 2),n 2 经向肋与顶板在径向的面积折算系数罐顶保温层重量肋条重量 所以[P]>P L ,拱顶稳定性校核合格。
大型储罐计算书
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σρd 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 ） ?—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 α②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 R ④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=?+??=?+=ππ⑥中⼼顶板展开弧长⌒Lmm 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：mm 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6mm1、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=4.4mm m 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） SL 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3Rmm 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 E 5.2imin 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，mmin 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 0.4max 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)
GB50341-2003储罐计算表格程序软件
设计规范：设计压力：P 10000Pa 500Pa设计温度：T 90°C 设计风压：ω0550 Pa 设计雪压P x 200 Pa 附加荷载：P h1250 Pa 地震烈度：7度罐壁内径： D 23m 罐壁高度： H 121.2m 充液高度：H w 19.44m 液体比重：ρ 1罐顶半径： Rs 23m焊缝系数：Φ 0.9腐蚀裕量：C 2 1.5mm 钢板负偏差：C 10.3mm假设所有本设计所有钢板的负偏差相同，如有不同，区别对待。
罐壁尺寸、材料及许用应力如下：高度（m）名义厚度t n（mm ）材料设计[σ]d （MPa ）σs （MPa ）σb （MPa ）水压试验[σ]t重量（kg ）总重：m t########注：对于油罐罐壁厚度需满足“最小公称厚度要求”大罐设计计算书从下至上分段号2. 罐壁分段及假设壁厚：1.设计基本参数：GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》计算结果：从下至上分段数计算液位高度H （m ）计算壁厚t d （mm ）120.9014.08218.9312.91316.9611.73414.9910.56513.029.38611.058.2179.087.0487.11 5.869 5.14 4.6910 3.17 3.51111.202.34计算结果：从下至上分段数计算液位高度H （m ）计算壁厚t t （mm ）120.911.52 218.9310.44 316.969.37 414.998.30 513.027.23 611.05 6.15 79.08 5.08 87.114.013. 罐壁计算：1)设计厚度计算(储存介质)：2)水压试验厚度计算：注：对于D<15m 的油罐罐壁最小公称厚度≥5mm.9 5.14 2.94 10 3.17 1.86 111.20.7911.46mm 设计外载荷 1.59KPa t h =6mm 顶板腐蚀裕量 C 2'：1mm5800kg ！！！！！！！！！！！！P a =136.81N/m 24956Pa式中：206000MPa 23000mm 4.7mm 15.10mm 15.10mm6787.8mm 100mm 10mm 2000mm15.38mmL S ——顶板有效参与筋板组合矩的宽度b 1——纬向肋厚度L 1S ——纬向肋在经向的间距e 1——纬向肋与顶板在经向的组合截面形心到顶板中面的距离罐顶固定载荷罐顶取用厚度4.1光面球壳顶板的计算厚度：t 1m ——纬向肋与顶板的折算厚度t m ——带肋球壳的折算厚度h 1——纬向肋宽度4. 罐顶计算(自支撑式拱顶）：ths = 0.42* Rs + C2 + C1 =Pw = P h + P x + P a =注：按保守计算加上雪压值。
大型储罐设计规范罐壁计算方法对比分析
对于储罐设计 ,世界上常用的储罐设计规范有美 国石 油 学 会 标 准 APl650 ( ( Welded Steel Tanks for Oil Storage) ) 、国家标准 GB50341 - 2003《立式圆筒形钢制 焊接油罐设计规范》和中国石化行业标准 SH3046《石油 化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》,以下就这三 个规范中强度计算即罐壁厚度计算方法分析与比较 。
199. 5
217
23. 503
199. 5
217
20. 449
199. 5
217
17. 794
212. 5
230
14. 275
212. 5
230
11. 782
212. 5
230
9. 28
215. 5
230
6. 798
157
157
5. 474
157
157
2. 101
水压试验 罐壁板计 下罐壁板计 算厚度 算厚度 mm mm
GB50341储罐设计计算
GB50341储罐设计计算
在储罐设计计算中，首要任务是确定储罐的结构类型。
常见的储罐结
构类型有大棚式罐、浮顶罐、锥顶罐等。
每种结构类型有其特定的设计和
计算要求，在符合国家规范的前提下，需要满足安全性和经济性的要求。
储罐设计计算中，一个重要的参数是储罐的受力状态。
根据整个罐体
的受力分析，包括静力分析和动力分析。
静力分析主要考虑储罐在静止状
态下受到的压力、重力、风荷载等作用下的受力情况。
动力分析则考虑地震、风荷载等动态加载下的受力情况。
这些受力状况需要在设计计算中考
虑到，并做出相应的结构设计。
储罐设计计算还需要考虑罐壁的厚度和材料选择。
根据所存储物的性
质和储罐的使用要求，需要确定罐壁的厚度。
采用的材料也需要满足机械
性能和耐腐蚀性能的要求。
常见的材料有碳钢、不锈钢等。
根据实际情况
选择合适的材料是储罐设计计算的重要环节。
储罐设计计算过程中还需要考虑液体的液位变化、进出口管道的设计等。
液体的液位变化会对储罐的受力情况产生影响，需要根据实际情况进
行合理的计算。
进出口管道的设计也需要满足流量要求和防止泄漏等要求。
最后，储罐设计计算还需要进行定型计算和验算。
定型计算是对设计
参数的定型，包括罐壁厚度、材料选择等。
验算则是对设计结果的验证，
确保设计的合理性和安全性。
储罐锚固设计分析
σb =W c /A b (1)W c =W /n (2)式中：σb 为地脚螺栓的计算应力(Pa)；W c 为单个地脚螺栓的承受的举升力(N)；W 为地脚螺栓承受的最大举升力(N)；n为地脚螺栓个数；A b 为每个地脚螺栓的截面积(m 2)，以螺纹小径或者无螺纹部分的最小直径计算，注意需要考虑最小3 mm 的腐蚀裕量。
通过式(1)计算的应力应不大于地脚螺栓的许用应力，不同设计工况地脚螺栓的许用应力是不同的，具体见表1，即GB 50341表11.2.3。
如果σb 大于地脚螺栓许用应力，可以通过调整地脚螺栓个数n 和地脚螺栓直径直到小于许用应力。
1.2 螺栓座筋板应力计算地脚螺栓承受的是储罐举升力导致的拉应力，地脚螺栓座0 引言GB 50341—2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》(以下简称“GB 50341”)和旧版(2003版)相比增加了很多内容，新增的内容包括储罐的锚固设计，GB 50341中11.2给出了不同设计工况下锚固螺栓的许用应力及锚固螺栓座处罐壁板的许用应力，但却没有给出地脚螺栓及螺栓座盖板筋板的应力计算方法和公式，也没有给出地脚螺栓座处储罐筒体的局部应力计算方法，给设计人员造成很多困惑和不便，有很多设计人员直接根据经验进行设计，这样会带来不小的安全隐患[1-2]。
本文结合参考文献和相关力学知识对储罐锚固螺栓座进行应力计算分析，给出相关计算公式，供设计人员参考。
1 地脚螺栓及螺栓座设计计算按GB 50341规定，因储罐内压、风弯矩、地震弯矩产生的举升力大于罐顶、罐壁以及各构件的重力时，为防止储罐倾倒需要设置地脚螺栓，图1为带锚固储罐常用地脚螺栓座结构，此种结构将储罐举升力通过螺栓座作用在罐壁上，可以有效保护罐壁与罐底板焊缝，因此得到广泛使用；本文的应力分析和计算基于此结构进行[2-4]。
1.1 地脚螺栓应力计算单个锚固地脚螺栓的应力计算如式(1)和式(2)所示：储罐锚固设计分析熊飞，吕鹏，王秀峰(上海建安化工设计有限公司，上海 200437)摘要：文章通过相关力学知识对GB 50341—2014中大型储罐的锚固进行应力计算分析，给出锚固螺栓座盖板，筋板的应力计算方法，同时也对螺栓座处储罐筒体的局部应力进行应力计算分析，给出此处局部应力的计算公式。
GB50341储罐设计计算
注：此处的设计压力应为设计内压，不可等同于按液柱所确定的设计压力。
463.1cm 30.745KPa 0.540KPa1.001.001.38500.00cm 3罐壁筒体的临界压力：5.611KPat min =7.2mm H E =∑H ei=3.48mH ei ——罐壁各段当量高度，m ；H ei =H i （t min /t i ）2.5罐壁各段当量高度如下：罐壁段号实际高度Hi （m ）有效壁厚ti （mm ）当量高度Hei（m ）1223.20.112221.20.133219.20.174215.20.315213.20.446 1.59.20.8171.57.21.50罐壁设计外压： 2.2767KPa 0.60KPa如果：按6.4.9的规定选用。
P 0/3＞[P Cr ]≥P 0/4应设置2个中间抗风圈于H E /3，2HE/3处。
6.1.2.中间抗风圈计算顶部抗风圈的实际截面模数 W=按图实际尺寸计算（近似为T 型钢计算）∵ W>Wz故满足要求应设置3个中间抗风圈于HE/4，2HE/4，3HE/4处。
风载荷标准值P 0=2.25ωk +q=q---罐顶呼吸阀负压设定值的1.2倍∵[Pcr]＞P0，故不需要设置中间抗风圈。
W z =0.083D 2H 1ωkP 0/2＞[P Cr ]≥P 0/3ω0—基本风压值(＜300时取300Pa)βz—高度Z处的风振系数，油罐取μs —风荷载体型系数，取驻点值μz—风压高度变化系数，ωk =βz μs μs ω0P 0＞[P Cr ]≥P 0/2应设置1个中间抗风圈于H E /2处。
以此类推=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=5.2m in 48.16][Dt E H D cr P8.771392MPa1罐底部垂直载荷 1.8009613MN A1=πDt 1.7492388m 2翘离影响系数取C L 1.4底部罐壁断面系数10.495433m 358.038423MN.m 9.921098MN.m 综合影响系数C z一般取0.4α=0.450.1404s R=D/212mKc 0.000432δ30.0192m αmax=0.45罐体影响系数Y 1一般取1.1m=m 1Fr5107701.9kg 罐内储液总质量8821592.2kg Fr 0.579其中：D/H1.846153828.98188MPa 199875MPa t------罐底圈壁板有效厚度0.0232mσ1＜[σcr]合格0.472794m 0.026266Tg 0.35s储液晃动基本周期5.3643825sKs=1.095晃动周期系数（据D/H 按表D.3.3选取）m 1=0.25ρπD 2H动液系数（由D/H ，查D.3.4确定）6.2.2.罐壁许用临界应力[σcr ]=0.15Et/D储罐内半径储液耦连振动基本周期Q 0=10-6C z αY 1mg 地震影响系数（据Tc ，Tg ，αmax 按图D.3.1选取）地震影响系数（据Tw ，αmax 按图D.3.1选取）Tw=KsD 0.5α最大地震影响系数E-----设计温度下材料的弹性模量6.2.3.应力校核条件反应谱特征周期（按表D.3.1-1）耦连振动周期系数（据D/H 按表D.3.2选取）距底板1/3高度处罐壁有效厚度6.2.4.罐内液面晃动高度计算：罐内液面晃动高度h v =1.5αR竖向地震影响系数C v （7，8度地震区取1；9度地震区取1.45） N1=（m d +m t ）gZ1=πD 2t/4总水平地震力在罐底部产生的地震弯矩M L =0.45Q 0H 罐壁横截面积（其中t 为底部罐壁有效厚度）总水平地震力在罐底部产生的水平剪力6.2.地震载荷计算：6.2.1.地震作用下罐壁底产生的最大轴向应力T c =K c H （R/δ3）0.5=产生地震作用力的等效储液质量M 56mm 地脚螺栓根径：d 150.67mm D b 24.256m n 48个σs235MPa1920647N16248039N 563479N 3416935N.m 15343260N迎风面积389.70m 2罐体总高16.24m 拱顶高度3.24m1130973N 2500.00Pa 7.2.3.储液在最高液位时，1.5倍计算破坏压力产生的升举力：2171239N16248039N 1800961N300981N A=2016.47mm 2单个地脚螺栓应力：σ=N b /A=149.26MPa每个地脚螺栓的承压面积：σ＜2/3σs，合格7.4.地脚螺栓（锚栓）校核条件：N b =N/n d -W/n dN=Max[N 1，N 2，N 3，N 4]7.2.1.空罐时，1.5倍设计压力与设计风压产生的升举力之和：7.2.2.空罐时，1.25倍试验压力产生的升举力之和：设计风压产生的升举力N w =4M w /D b 设计风压产生的风弯矩M w =ω0A H H’N 2=PπD 2/4+Ne7.3地脚螺栓计算：N 3=P t πD 2/47.2罐体抗提升力计算：地脚螺栓圆直径：地脚螺栓个数：N 1=1.5PπD 2/4+N w 空罐时，设计压力与地震载荷产生的升举力之和地脚螺栓许用应力：地震载荷产生的升举力N e =Aσ7.3.2.单个地脚螺栓所承受的载荷：A H =H'D H'=H 1+H g Hg=Rs(1-COSθ)7.3.1.罐体总的锚固力为7.2.1，7.2.2.，7.2.3所计算升举力中的最大值W ＜N ，由于罐体自重不能抗倾覆力，故需要设置地脚螺栓W=（m t +m d ）g罐体试验压力P t =1.25PN 4=1.5P Q πD 2/47. 地脚螺栓（锚栓）计算地脚螺栓直径：7.1地脚螺栓参数：罐体总重量。
大型储罐设计计算中的抗震验算
大型储罐设计计算中的抗震验算作者：李伟良来源：《城市建设理论研究》2013年第34期摘要：介绍了石油化工大型储罐设计计算中容易被忽视的抗震计算等重要内容，用实例说明了抗震计算的程序和步骤，该方法可简化计算过程，提高设计效率，提高大型储罐设计的安全性和可靠性。
关键词：大型储罐；设计计算；抗震验算；可靠性中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A抗震设计是大型储罐设计的重要环节。
由于储罐抗震性能不好加之抗震措施不到位，因而在近年来国内外发生的地震灾害中，储罐的地震危害屡见不鲜。
更为严重的是储罐的损坏有时还伴随着火灾、爆炸和环境污染等次生灾害发生。
因此，大型储罐在设计计算中，抗震验算不容忽视。
一、大型储罐设计中的抗震验算方法在设计大型储罐时，设计者往往根据 GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》，根据储罐的设计温度、油品腐蚀特性、材料使用部位、材料的化学成分、力学性能、焊接性能及安全可靠性和经济合理性选用各部分的材料后，计算各圈壁板厚度、核算罐壁筒体许用临界压力以确定抗风圈的设置，确定罐顶与罐壁连接的有效面积等设计规范正文中所涉及到的设计计算，附录D中给出了储罐的抗震计算，但笔者发现该抗震计算方法并不完善，而GB50761-2012《石油化工钢制设备抗震设计规范》中则给出了相对比较完善的抗震计算。
本文结合不久前完成的10000原油储罐的抗震验算，探讨大型储罐的抗震验算方法。
设计条件:储罐直径D=28000mm;罐壁高度H=18000mm;最大液面高度=16800mm;储液密度=780;储罐材质:Q345R;罐壁距底板1/3高度处的名义厚度=10mm;油罐内半径R=14000mm;储罐内储液总量:储罐内储液总量=8070000kg;底圈壁板有效厚度=12.7mm;底圈罐壁材料设计温度下弹性模量=197000MPa;罐壁底部垂直荷载=182000kg;抗震设防烈度:7度(0.1g);重力加速度g=9.81;设计地震分组:第一组;场地类别:Ⅱ.1、自振周期1.1 储罐的罐液耦连振动基本周期 =根据D/Hw=1.667查规范表10.2.1用插入法得=0.428×10-3代入上式，得≈0.269s1.2 储液晃动基本自振周期 =2π≈5.6012、水平地震作用及效应2.1 水平地震影响系数α按下图计算(α小于0.05时,应取0.05):Ⅰ. 当T≤0.1s 时α=0.45+10(-0.45)TⅡ. 当 0.1s＜T≤ 时α=Ⅲ. 当＜T≤5 时α=Ⅳ. 当 5＜T≤15 时α=[- (T-5)]其中：水平地震影响系数最大值 (查表4.2.1)=0.23特征周期 (查表3.2.3)=0.35s储罐的阻尼比ζ=0.04曲线下降段的衰减指数:γ=0.9+(0.05-ζ)/(0.3+6ζ)=0.9185阻尼调整系数(小于0.55时,应取0.55):=1+(0.05-ζ)/ (0.08+1.6ζ)=1.0694 直线下降段的下降斜率调整系数 (小于0时,应取0):当T≤6.0s时 =0.02+(0.05-ζ)/ (4+32ζ)=0.0219当T＞6.0s时 =(-0.03)/ 14=0.0153因为 T=0.269s 所以=0.0219 而 =0.35s 因此該储罐地震属于Ⅱ类情况，故α==0.2462.2 储罐的水平地震作用力 =ηαφg其中：设备重要度系数η(查表3.1.2)=1.00动液系数φ:当/R≤1.5时φ=tanh(R/)/(R/)=0.6196当/R＞1.5时φ=1-0.4375R/=0.6354因为/R=1.20 所以φ=0.6196 故 =ηαφg=12066157 N2.3 水平地震作用下储罐底面的倾倒力矩 =0.45=3.6488x N·mm其中：地震作用调整系数=0.43、罐壁竖向稳定许用临界应力3.1 第一圈罐壁（自下往上计）的竖向稳定临界应力:=0.0915(1+0.0429)(1-0.1706/H)/=15.7 MPa其中：第一圈罐壁的平均直径=28012.7mm3.2 第一圈罐壁的稳定许用临界应力:==10.46 MPa二、罐壁的抗震验算1、罐底周边单位长度上的力1.1 罐底周边单位长度上的提离力:==59.20 N/mm1.2 罐底周边单位长度上的提离反抗力:==84.89 N/mm其中：为储罐和罐底的最大提离反抗力:=min｛，｝=64.6 N/mm=64.6N/mm=72.0N/mm罐底环形边缘板的有效厚度=9.7mm,罐底环形边缘板材料的屈服强度=345MPa 2、无锚固储罐的罐壁底部竖向压应力2.1 当≤时，==6.26 MPa2.2 当＜≤2时，==6.29 MPa2.3 当＞2或时，可采取下列措施中的一项或多项，并重复本条第1款和第2款计算，直到满足要求为止:①减小储罐高径比；②加大第一圈罐壁的厚度；③加大罐底环形边缘板的厚度；④采用地脚螺栓把储罐锚固在基础上。
储罐计算.xls
T型钢计30-2.3#N/A 40-2.3#NUM!50-2.3#N/A 60-2.3#N/A 70-2.3#NUM!罐壁设计外压：0.675KPa 0.00KPa如果：3.5152625561罐底部垂直载荷0.026255958A1=πDt 0.034871678翘离影响系数取C L 1.4底部罐壁断面系数0.0261537590.0516038290.030177678综合影响系数C z 一般取0.4α=0.450.014509831R=D/2 1.5Kc 0.000432δ30.0192αmax=0.45罐体影响系数Y 1一般取1.1m=m 1Fr15552.29735罐内储液总质量26860.61719Fr0.579最大地震影响系数产生地震作用力的等效储液质量m 1=0.25ρπD 2H动液系数（由D/H ，查D.3.4确定）储液耦连振动基本周期T c =K c H （R/δ3）0.5=储罐内半径耦连振动周期系数（据D/H 按表D.3.2选取）距底板1/3高度处罐壁有效厚度Z1=πD 2t/4总水平地震力在罐底部产生的地震弯矩M L =0.45Q 0H 总水平地震力在罐底部产生的水平剪力Q 0=10-6C z αY 1mg 地震影响系数（据Tc ，Tg ，αmax 按图D.3.1选取）以此类推6.2.地震载荷计算：6.2.1.地震作用下罐壁底产生的最大轴向应力竖向地震影响系数C v （7，8度地震区取1；9度地震区取1.45） N1=（m d +m t ）g 罐壁横截面积（其中t 为底部罐壁有效厚度）#N/AP 0＞[P Cr ]≥P 0/2应设置1个中间抗风圈于H E /2处。
P 0/2＞[P Cr ]≥P 0/3应设置2个中间抗风圈于H E /3，2HE/3处。
P 0/3＞[P Cr ]≥P 0/4应设置3个中间抗风圈于HE/4，2HE/4，3HE/4处。
P 0=2.25ωk +q=q---罐顶呼吸阀负压设定值的1.2倍其中：D/H 0.78947368436.976875199875t------罐底圈壁板有0.0037σ1＜[σcr]合格0.3840280680.170679142Tg0.35储液晃动基本周期1.896595634Ks=1.095反应谱特征周期（按表D.3.1-1）Tw=KsD 0.5晃动周期系数（据D/H 按表D.3.3选取）E-----设计温度下材料的弹性模量6.2.3.应力校核条件6.2.4.罐内液面晃动高度计算：罐内液面晃动高度h v =1.5αR地震影响系数（据Tw ，αmax 按图D.3.1选取）α6.2.2.罐壁许用临界应力[σcr ]=0.15Et/D。
1500型2000m3固定顶罐计算书
2000m3储罐强度及稳定性计算书第一部分设计依据1.GB50341—2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范（以下简称GB50341）;2.GBJ128—90立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范（以下简称GBJ128）。
第二部分设计基础数据：1、储存介质重度小于1000Kg/m3；2、储存介质温度低于100℃、高于-10℃；3、使用钢板标号Q235A；4、焊缝系数0.90；5、储罐使用压力1.96Kpa、真空度0.49Kpa；6、拱顶曲率半径=1.2D第三部分壁板计算(1)壁板直径根据总图要求，将油罐直径取13.36米（内径），选用的板材尺寸1500×6000进行计算，以便做到合理用料，壁板圆周长用长度6m长的板进行组合,块数为7块,基本上符合合理用料的原则。
(2)罐壁高度:罐壁设计高度是按储液所需高度加上安装消防装置所需增加的高度之合为基础，并结合所选钢板宽度进行配板组装的需要作一些小的调整。
H计= H储+ H附式中:H计—罐壁设计计算高度;H储—罐壁的储液高度;H附—罐壁的附加高度; 主要内容包括安装消防装置占用的罐壁高度,本罐占用高度为400mm;根据总图要求，将罐壁高度定为16.50米，使用宽度1500mm钢板装配，组合成这个高度初步计算要用11圈钢板。
故实际储液高度为16.10米。
(3)壁板厚度计算公式如下：t d={4.9D(H-0.3)ρ÷[σ]DØ}+C1+C2式中：t d—壁板计算厚度（mm）；D—储罐内径(m) ；H—液位计算高度（m）；ρ—储存介质相对密度；取试水时水的相对密度ρ=1.00[σ]D—设计温度下钢板的许用应力，Q235A[σ]D=157MPaØ—焊接接头系数，取Ø=0.9；C1－钢板负偏差（mm）C2－钢板腐蚀余量（mm）,取C2 =1.0将有关数值代入公式并简化成下式：［t］={［4.9×13.36 (H－0.3)×1.00］÷(157×0.9)}+C1+C2=(H－0.3) ×0.4633 +C1+C2自包边角起向下将储液高度代入简化式按顺序计算每一层（即每一圈）的钢板厚度的计算式如下：[t]1=[(1.5－0.3)×0.4633]+0.5+1.0=2.056mm[t2]=[( 2×1.5-0.3)×0.4633]+0.5+1.0=2.7509mm[t3]=[(3×1.5－0.3)×0.4633]+0.5+1.0=3.4459 mm[t4]= [(4×1.5－0.3)×0.4633]+0.5+1.0=4.1408mm[t5]=[(5×1.5－0.3)×0.4633]+0.5+1.0=4.8358mm[t6]=[(6×1.5－0.3)×0.4633]+0.6+1.0=5.6307mm[t7]=[(7×1.5－0.3)×0.4633]+0.6+1.0=6.3257mm;[t8]=[(8×1.5－0.3)×0.4633]+0.6+1.0=7.0206mm;[t9]=[(9×1.5－0.3)×0.4633]+0.8+1.0=7.9156mm;[t10]=[(10×1.5－0.3)×0.4633]+0.8+1.0=8.6105mm;[t11]=[(11×1.5－0.3)×0.4633]+0.8+1.0=9.3055mm;本设计图对钢板厚度的选用执行GB50341第6.3.3条规定，将t1至t5选定为公称厚度5mm；t6选定为公称厚度6mm；t7至t9选定为公称厚度8mm；t10、t11选定为公称厚度10mm。
基于GB-50341标准设计的立式拱顶储罐弱顶结构分析与评价
０ — — 罐 顶 与 罐 壁 连 接 处 ， 顶 板 与 水 平 罐
４４ ２
化 工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 机 械
２１ ０ １焦
面之 间的夹角 ，。 （ ）；
罐顶 板厚 度 ， 且采 用 间断 焊 ； 板 、 壁 角钢 、 缝 、 焊 底 板 和地基采 用实体 单元 ｓｌ ４ ｏ ｄ ５进 行 网格划 分 ， ｉ 顶 板 与肋 条 的 接触 采 用 ｃｎａｔ７ ｏ ｔ １４单元 进 行 模 拟 ， ｃ 底 板与 地 基 的 接 触 采 用 ｅｎａｔ７ ｏ ｔ １５单 元 进 行 模 ｃ 拟， 整个模 型划 分 为 ５ ２ ７０ ３个 单元 、 １６ ７个 节 ６ ０ 点； 罐底 与 地基 、 顶板 与肋条 相互 接触 作 用 ， 基 地 下部 处理 为全约束 ， 出罐体 部 分受 到 轴对 称 边 取 界 约束 。对该 模 型求 解 ， 可得 各 部件 及 焊缝 处 的 应力 ， 而完成储 罐 的强 度分析 。 从 ２ ２ 空 间结构有 限元模 型与稳定 性分析 ．
角 钢只在 外侧 连续脚 焊 ， 焊脚 尺寸不 大 于４ ５ ｍ； ．ｍ 连 接处 的罐 顶 坡 度 不 大 于 １６ 连 接 结 构 满 足 对 ／；
接 、 接 等情 况时 ， 效 截面积 为 ： 搭 有
４：
一
！ 量
破 坏形 式评 价提 供 依 据 ， 尝试 提 出一 种 新 的 设 并
性 ， 用 有 限 元 法 进 行 储 罐 应 力 分 析 和 稳 定 性 计 算 ， 到 该 罐 在 空罐 、 采 得 半罐 和 满罐 ３种 工 况 下 的 强度 破
大型储罐抗风稳定垂直风压的计算方法
57科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 程 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.01.057大型储罐抗风稳定垂直风压的计算方法①倪平平(中石化中原石油工程设计有限公司 河南郑州 450000)摘 要：国内大型储罐的设计标准主要是GB 50341和API 650，GB 50341新版本标准内容与前一版本发生了很大的改变，对新版本标准内容逐条解读对今后储罐设计具有重要的意义。
该文结合API 650和GB 5009-2012，对垂直风压的取值进行了探讨。
推导出了垂直风压对罐壁罐底接合点倾倒力矩的计算方法，为油罐设计提供了重要参考。
关键词：大型储罐 垂直风压 举升风载荷 倾倒力矩中图分类号：TQ053.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2019)01(a)-0057-021 国内外大型储罐的发展随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目的实施，油罐的大型化将成为发展的必然趋势。
石油储罐设计的日趋大型化，使得合理地设计、制造和使用大型储罐显得越来越重要[1]。
2 罐壁罐底接合点的倾倒力矩的垂直风压大型储罐设计规范GB 50341于2014年进行了最新一版的修订，此次修订相比较原版本变化非常大，新标准吸收了大量API 650的相关理论和公式。
其中对于油罐锚固设计的章节要求如下[2,3]。
GB 50341-2014中要求当油罐不发生倾倒时，应满足下列公式：0.6M w+ M pi<MDL /1.5+MDLR (1)M w+ M pi<(MDL +MF )/2+MDLR (2)其中：M w为水平和垂直风压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩(N ·m)。
在GB 50341-2014中，M w被拆解为水平风压对罐壁罐底结合点的倾倒力矩(M ws)和垂直风压对罐壁罐底结合点的倾倒力矩(M WR )，即M w=M ws+M WR 。
储罐设计计算
Ph
D H1 H ρ Rs Φ C2 C1
1200 Pa 8度 24 m 13 m 13 m
1.5 24 m 0.9 0 mm 0.8 mm
0.2g
Ⅱ类第一组
2. 罐壁分段及假设壁厚： 罐壁尺寸
、材料及
从下至上 分段号
高度（m）
1
2
2
2
3
2
4
2
5
2
6
1.5
7
1.5
厚度 （mm）
24
材料
设计[σ]d （MPa）
PQ=1.6P-0.047th= 3.20 KPa
其中：
g= 9.81 m/s2
满足连接要求
6. 风载荷及地震载荷计算 6.1.风载荷计算： 6.1.1.顶部抗风圈计算
顶部抗风圈所需的最小截面模数 Wz=0.083D2H1ωk
463.1 cm3 第4页
风载荷标准值
ωk=βzμsμsω0 ω0—基本风压值(＜300时取300Pa) βz—高度Z处的风振系数，油罐 取 μs—风荷载体型系数，取驻点值
0.17
4
2
15.2
0.31
5
2
13.2
0.44
6
1.5
9.2
0.81
7
1.5
罐壁设计
外压：
P0=2.25ωk+q=
7.2
1.50
2.2767 KPa
q---罐顶呼吸阀负压设定值的1.2倍 0.60 KPa
∵[Pcr]＞P0，故不需要设置中间抗风圈。 如果： P 0 ＞ [P Cr ] ≥ P 0 /2 应设置 1 个中间抗风圈于 H E /2 处。 P 0 /2 ＞ [P Cr ] ≥ P 0 /3 应设置 2 个中间抗风圈于 H E /3 ， 2HE/3 处。 P 0 /3 ＞ [P Cr ] ≥ P 0 /4 应设置 3 个中间抗风圈于 HE/4 ， 2HE/4 ， 3HE/4 处。
油罐强度计算
2.5
P0 2.25 z0 q
mm mm m m m
H ei的当量高度HE
H E H ei
m
9.67
核算区间罐壁筒体的许用临界压力Pcr
kpa
3.62
D Pcr 16 .48 HE
结论［Pcr］＞P0
t min D
2 .5
不需要设置中间抗风圈
油罐壁厚的计算（GB50341-2003） 物料密度ρ 罐体内直径D 油罐高度H 许用应力σ 焊接接头系数φ 钢板负偏差C1 腐蚀裕量C2 储存介质时壁厚t1 储水时壁厚t2 实际壁厚tj kg/m3 m m Mpa mm mm mm mm mm 985 12 7.5 157 0.9 0.8 2 5.75 5.80 5.80
H 0.3D t1 0.0049 C1 C2 t
t2 4.9
H 0.3D C C 1 2 t
罐壁加强圈计算 罐顶部呼吸阀负压 罐顶部呼吸阀负压的1.2倍q 风压高度变化系数μ z 设计基本风压ω 0 固定顶油罐罐壁筒体的设计外压P0 核算区间最薄罐壁筒的有效厚度tmin 第i圈罐壁板的有效厚度ti 罐体内直径D 第i圈罐壁板的实际高度hi 第i圈罐壁板的当量高度Hei pa pa pa pa 294.2 353.04 1.2 550 1838.04 6 8 12 1.458 0.710
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1.设计基本参数：
设计规 范设：计压 力设：计温 度设：计风 压：
GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》
P
2000 Pa
-490 Pa
T
70 °C
ω0
500 Pa
设计雪压
Px
350 Pa
附加荷 载地：震烈 度罐：壁内 径罐：壁高 度充：液高 度液：体比 重罐：顶半 径焊：缝系 数腐：蚀裕 量钢：板负偏 差：
ths=0.42RsPower(Pw/2.2,0.5)+C2+
设计外载 荷
C1 Pw=Ph+Px+Pa
9.15 mm 4.98 KPa
注：按保守计算加上雪压值。
实际罐顶取用厚度为
th=
6
mm
本设计按加肋板结构
顶板及加强筋（含保温层）总质量 md=
53863 kg
罐顶固定载荷 4.2顶板计算
Pa
3429.03 N/m2
罐体总高
H'=H1+Hg
17.89 m
拱顶高度
Hg=Rs(1-COSθ)
1.89 m
7.2.2.空罐时，1.25倍试验压力产生的升举力之和：
N3=PtπD2/4
384845 N
罐体试验压力 7.2.3.储液 在最高液
7.3地脚螺栓计算：
Pt=1.25P N4=1.5PQπD2/4
2500.00 Pa 738841 N
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
0.690 KPa 0.500 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
=
#NUM! KPa
tmin= 5.7 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
#NUM!
实际高度 Hi（m）
m
有效壁厚 当量高度Hei ti（mm） （m）
1
1.5
11.7
0.25
2
3
9.7
0.79
3
3
Ph
D H1 H ρ Rs Φ C2 C1
1200 Pa 7度 14 m 16 m 16 m
0.92 14 m 0.9 0 mm 0.3 mm
0.1 Ⅱ类第一组
2. 罐壁分段及假设壁厚： 罐壁尺寸
、材料及
从下至上 分段号
高度（m）
厚度 （mm）
1
1.5
12
2
3
10
3
3
8
4
4.5
6
5
6
7
材料
S30408 S30408 S30408 S30408
总水平地震力在罐底部产生的地震弯矩
ML=0.45Q0H
1 0.8639206 MN 0.5145929 m2
1.4 1.8010751 m3 18.348435 MN.m
总水平地震力在罐底部产生的水平剪力
Q0=10-6CzαY1mg 2.5483937 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
15.94133 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
25.05576 MPa 199875 MPa 0.0117 m
σ1＜[σcr]
合格
6.2.4.罐内液面晃动高度计算：
罐内液面晃动高度
hv=1.5αR
地震影响系数（据Tw，αmax按图D.3.1选取）
α
0.447985 m 0.042665
反应谱特征周期（按表D.3.1-1） 储液晃动
基本周期 晃动周期系数（据D/H按表D.3.3选取）
∠ 50
×
B
罐外半径
Rc
50
×
5
20 mm
7000 mm
罐壁连接有效宽度
Wc=0.6（Rcte）0.5
119.85 mm
罐罐顶顶与连罐接壁有连效接宽处度,罐顶切线与水平面夹W角h=Min[0.3θ=（arcRs2inte(）(R0c.5+,3B0)0/R] s)=
84.63 30.09
mm °
罐顶与罐
A2=4.6DR2
899.03 mm2
罐顶与罐壁连接处的实际截面积（按图7.1.5确定）
Aa= 1640.51 mm2
实际截面积大于所需有效截面积，满足设计要求
注：如果Aa≥mtg/（1415tgθ）= 409.14 mm2 顶部 应设置通气装置
罐顶与罐壁连接处发生屈曲破坏压力（按设计压力P计算）
PQ=1.6P-0.047th= 3.20 KPa
其中：
g= 9.81 m/s2
满足连接要求
6. 风载荷及地震载荷计算 6.1.风载荷计算： 6.1.1.顶部抗风圈计算
顶部抗风圈所需的最小截面模数 Wz=0.083D2H1ωk
179.6 cm3 第4页
风载荷标准值
ωk=βzμsμsω0 ω0—基本风压值(＜300时取300Pa) βz—高度Z处的风振系数，油罐 取 μs—风荷载体型系数，取驻点值
Cz 一般取 0.4
α=
0.45
储液耦连振动基本周期 Tc=KcH（R/δ3）0.5= 0.1319782 s
储罐内半径 R=D/2
7m
耦连振动周期系数（据D/H按表D.3.2选取） Kc
0.000432
距底板1/3高度处罐壁有效厚度 δ3
0.0192 m
最大地震影响系数 αmax=
0.45
罐体影响 系数
159318 N
每个地脚螺栓的承压面积： 单个地脚 螺栓应 7.4.地脚螺栓（锚栓）校核条件：
A= 2016.47 mm2
σ=Nb/A=
79.01 MPa
σ＜2/3σs，合格
第7页
7.7
1.41
4
4.5
5.7
4.50
5
0
-0.3
#NUM!
6
0
-0.3
#NUM!
7
0
罐壁设计
外压：
P0=2.25ωk+q=
-0.3
#NUM! 2.1405 KPa
q---罐顶呼吸阀负压设定值的1.2倍 0.59 KPa
#NUM! 如果：
P ＞ [P Cr ] ≥ P 0 /2 应设置 1 个中间抗风圈于 H E /2 处。 P 0 /2 ＞ [P Cr ] ≥ P 0 /3 应设置 2 个中间抗风圈于 H E /3 ， 2HE/3 处。 P 0 /3 ＞ [P Cr ] ≥ P 0 /4 应设置 3 个中间抗风圈于 HE/4 ， 2HE/4 ， 3HE/4 处。
壁连接处
R2=Rc/sinθ
13960.11 mm
到罐中心
5.2. 罐顶与罐壁连接 罐顶与罐壁连接处的有效截面积（按A.3.2）
A1 = D 2 ( P - 0.08th ) =
1.1tgq
614.75 mm2
注：此处的设计压力应为设计内压，不可等同于按液柱所确定的设计压力。
罐顶与罐壁连接处的有效截面积（按7.5.3）
r(H -0.3)D
td = 4.9 计算结
[s]dj
+C1+C2
果：
第1页
从下至上 计算液位高 计算壁厚 名义厚度tn 分段数 度H（m） td（mm） （mm）
1
16
8.3
18
2
14.5
7.6
16
3
11.5
6.0
14
4
8.5
4.5
12
5
7.5 #DIV/0!
10
6
6
#DIV/0!
8
7
3
#DIV/0!
Y1 一般取 1.1
产生地震作用力的等效储液质量 罐内储液 总质量
m=m1Fr m1=0.25ρπD2H
1311995.4 kg 2265967.9 kg
动液系数（由D/H，查D.3.4确定）
Fr
0.579
其中： D/H
0.875
6.2.2.罐壁许用临界应力
[σcr]=0.15Et/D
E-----设计温度下材料的弹性模量 t------罐底 圈壁板有 6.2.3.应力校核条件
+
t
3 2
m
4
=
t1m——纬向肋与顶板的折算厚度
t 13m
=
é 12ê
ë
h1b1 L1
( h12 3
+
h1t e 2
+
t
2 e
4
)
+
t
3 e
12
-
n1t
e e12
ù ú û
=
h1——纬向肋宽度
b1——纬向肋厚度
L1——纬向肋在经向的间距
e1——纬向肋与顶板在经向的组合截面形心到顶板中面的距离