塔体及裙座的强度计算

3.1塔体及裙座的强度计算

3.1.1适用范围

本章计算适用于高度大于10m，且高度与直径之比大于5的裙座自支承式钢制塔设备。塔设备的设计压力可以是内压或外压。

3.1.2引用标准

JB 4710-92“钢制塔式容器”、GB150-98“钢制压力容器”。

3.1.3设计计算条件

3.1.3.1塔设备的设计压力及设计温度

设计压力系指在相应设计温度下用以确定塔设计壳体厚度的压力，其值不得小于塔设备顶部可能出现的最高压力。设计温度指塔壳体的设计温度，系指塔设备在正常操作情况，并在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。裙座设计温度一般取建塔地区室外计算温度(冬季)，见表3-1。

3.1.3.2塔设备设计应考虑的载荷

⑴设计压力；

⑵液柱静压；

⑶塔设备自重(包括内件和填料)以及正常操作条件下或试验状态下内容物的重力载荷；

⑷附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯及平台等重力载荷；

⑸风载荷和地震载荷；

必要时，应考虑以下载荷的影响：

⑹连接管道和其它部件的影响；

⑺由于热膨胀量不同而引起的作用力；

⑻压力和温度变化的影响；

⑼塔设备在运输或吊装时承受的作用力。

上述载荷中⑴～⑹部分载荷在本章计算中予以考虑。⑺～⑼部分的载荷引起的机械计算应采用其它相应的计算方法。

3.1.3.3塔设备壁厚

⑴最小壁厚

塔壳圆筒不包括腐蚀裕度的最小厚度，对于碳钢和低合金钢制塔设备为2‟的塔内径，且不小于4mm；不锈钢制塔设备为3mm；裙座最小壁厚为6mm。

⑵计算厚度

指按GB150及JB4710相应公式计算所得的厚度，不包括壁厚附加量。

⑶壁厚附加量、设计厚度、名义厚度及有效厚度详见JB4710第3章中的定义。

3.1.3.4材料及其许用应力

⑴受压元件用钢的选用原则、钢材标准、热处理状态及许用应力等均按GB150中的相关规定。

表3-1 中国部分地区室外计算温度

注：⒈本表摘自TJ19-75《工业企业采暖通风和空气调节设计规范》（试行），表中带＊数字系《暖通空调气象资料集》(增编Ⅰ稿)中的数据。

⒉采暖室外计算温度为历年平均不保证5天的日平均温度。

⒊冬季通风室外计算温度为累年最冷月(一月)的平均温度。

⒋冬季空气调节室外计算温度为历年平均不保证一天的日平均温度。

⑵裙座壳体用钢按受压元件用钢要求选取。

⑶非受压元件用钢必须是已列入材料标准的钢材，用于焊接件的钢材，应具有良好的焊接性能。

⑷地脚螺栓一般选用Q235-A或16Mn。Q235-A材料的许用应力取［σ］

=147MPa。16Mn材料的许用应力取［σ］bt=170MPa。如采用其它碳素钢或优bt

质碳素结构钢作地脚螺栓，则取安全系数n s≥1.6。

⑸以碳素钢制作的基础环、盖板及筋板，其许用应力取[σ]b=140MPa。

3.1.3.5应力评定

在强度计算中，根据载荷的类型可分为长期载荷和短期载荷。其产生的应力评定尺度是不同的。具体评定值详见表3-2应力评定表。

3.1.4强度及稳定性计算

3.1.

4.1强度及稳定性计算所用符号说明

D i 棗塔壳内径，mm；

D ib 棗基础环内径，mm；

D ih 棗锥壳任意截面内径，mm；

D0 棗塔壳外径，mm；

D0b棗基础环外直径，mm；

D0s棗裙座壳底部外直径，mm；

表3-2 应力评定表

E棗设计温度下材料的弹性模量，MPa；

F v I-I棗塔设备任意计算截面I－I处的垂直地震力，N；

F v0-0棗塔设备底截面处垂直地震力，N；

g棗重力加速度，取g＝9.81m/s2；

H棗塔设备高度，mm；

H i棗塔设备顶部至第i段底截面的距离（见图3-1），mm；

h棗计算截面距地面高度（见图3-1），mm；

h i棗塔设备第i段集中质量距地面的高度（见图3-1），mm；

h k棗任意计算截面I－I以上集中质量m k距地面的高度（见图3-1），mm；M e棗偏心质量引起的弯矩，N.mm；

M E I-I棗任意计算截面I－I处的地震弯矩，N.mm；

M E0-0棗底部截面0－0处的地震弯矩，N.mm；

M max I-I棗任意计算截面I－I处的最大弯矩，N.mm；

M max0－0棗底部截面0－0处的最大弯矩，N.mm；

M W I-I棗任意计算截面I－I处的风弯矩，N.mm；

M W0-0棗底部截面0－0处的风弯矩，N.mm；

m e棗偏心质量，kg；

m i棗塔设备第i段的操作质量，kg；

m max棗塔设备最大质量，kg；

m min棗塔设备最小质量，kg；

m0棗塔设备操作质量，kg；

m0I-I棗计算截面I－I以上的操作质量，kg；

p棗设计压力，MPa；

T1棗塔设备基本自振周期，s；

T i棗塔设备第i阶振型自振周期，s；

β棗锥壳半顶角，（°）；

δb棗基础环计算厚度，mm；

δe棗圆筒或锥壳的有效厚度，mm；

δeh棗封头设定的有效厚度，mm；

δei棗各计算截面设定的圆筒或锥壳有效厚度，mm；

δes棗裙座壳设定的有效厚度，mm；

σs棗常温下塔壳或裙座壳材料的屈服点，MPa；

棗设计温度下塔壳材料的许用应力，MPa；

棗设计温度下裙座壳材料的许用应力，MPa；

棗设计温度下塔壳或裙座壳材料的许用轴向压应力，MPa；

φ棗焊缝系数；

B棗系数，MPa，按如下步骤确定：

先计算系数

式中R i棗圆筒的内半径，mm。

再由系数A根据材料牌号确定B值，若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下材料线相交（中间温度用内插法）。再过此交点水平右移，即得到B值；若系数A落在设计温度线左方，则按下式计算B值：

式中E棗设计温度下材料的弹性模量，MPa。