大型工业钢储罐环墙式基础的设计及实例

大型工业钢储罐环墙式基础的设计及实例

摘要：通过大型工业钢储罐环墙式基础的工程设计，简述钢储罐环墙式钢筋混凝土基础工程中的注意事项及计算方法。

关键词：储罐环墙基础

钢储罐环墙基础与一般房屋建筑的基础的区别，房屋建筑整个上部结构都是靠基础传递和扩散到地基上去的，基础是整栋建筑不可少的组成部分；钢储罐环墙式基础是墙内各垫层构成的柔性基础与环墙共同工作。环墙只承受储罐壁（浮顶罐）或罐壁、顶（固定顶罐）和小部分介质的荷载，而大部分的介质或浮船荷载是由环墙内各垫层直接传到地基上。

1以下三种情况需设置环墙

sh3068-2007《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要求，但计算沉降差不超过规范8.3条的允许值时；

（2）当地基土为软弱土，地基土不能满足承载力设计值要求，且沉降差不满足规范8.3条的允许值时或地震作用地基土有液化；（3）当建筑场地受限制时。

3 设置环墙的作用

（1）减少罐周边土的不均匀沉降。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）罐体荷载传递给地基的压力分布较为均匀。

（3）增强基础的稳定性，抗震性能好。防止由于冲刷、侵蚀等造成环墙内各垫层土的流失，保持罐底下垫层基础的稳定。

（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，为校平储罐基础面和保持外形轮廓提供有利条件；

（5）有利于事故的处理。当罐体出现较大倾斜时，可用环墙进行顶升调整；

（6）起防潮作用。钢筋混凝土环墙顶面不积水，减少罐底的潮气和对罐底板的腐蚀；

（7）比护坡式罐基础减少占地。

4 环墙宽度的确定

环墙宽度是按环墙底压强与环墙内同一水平面地基上压强相等（标准值）的条件而求得的（图1）。主要是为了使环墙内基础沉降不至于产生突变，即规范6.1.1：

式中，b为环墙的宽度m； gk 罐壁底端传给环墙的线分布荷载标准值（当有保温层时尚应包括保温层的标准值）kn/m；β罐壁伸入环墙顶面宽度系数，一般可取0.4～0.6，宜取0.5；γl使用阶段储存介质的重度kn/m3；hl环墙顶面至罐内最高储液面（介质）高度m；γc环墙的重度kn/m；γm环墙内各垫层的平均重度kn/m3；

h 环墙的高度m。

关于罐壁底端传给环墙的线分布荷载标准值，当为浮顶罐时，仅为罐壁的重量，当为固定顶时，应包括罐壁和罐顶的重量。

环墙的宽度的计算可先假定β值求出b，再根据选用的b值适当调整β值，规范在构造中规定钢筋混凝土环墙宽度不宜小于250㎜。环墙调节地基局部变形的能力与环墙截面刚度的大小和地基土

的好坏有关，选择截面尺寸是设计环墙的关键，一般当土质均匀性很差时，环墙的刚度适当加大，当土质很均匀沉降量很小时，环墙刚度可取得较小，有的基础可以不做环墙，环墙的刚度是有限的，调整差异沉降的能力也是有限的，利用它来调整差异沉降很大的局部地基变形不经济，设计环墙式基础不应盲目加大环墙截面和配筋。

5 环墙环向力计算方法

目前在设计环墙时，当罐壁位于环墙顶面时，即规范6.2.3：

ft=（γqwγwhsw+γqmγmh）kr （2）

式中，ft环墙单位高环向应力设计值kn/m；γqw、γqm分别为水、环墙内各层自重的分项系数，γqw取1.1，γqm取1.0；γw、γm分别为水的重力密度，环墙内各层的平均重度，γw可取9.8、γm可取18.0；hw为环墙顶至罐内最高贮水面高度m；h为环墙截面的高度；ft环墙单位高环向应力设计值；k为环墙侧压力系数，一般地基可取0.33，软土地基可取0.50；r为环墙中心线半径m。

6 环墙竖向力计算

规范中6.2.2条规定，环墙可仅进行环向力计算。即对环墙不做竖向力计算，主要是因环墙的径向位移沿竖向的分布趋近于直线，所以环墙的竖向弯矩很小。

7 环墙截面配筋计算

环墙单位高环向钢筋的截面面积，按下式计算，即规范6.3.1：式中，as为环墙单位高环向钢筋的截面面积㎜2；γ0为结构的重要系数1.0；fy为普通钢筋的抗拉强度设计值n/㎜2。

环向受力钢筋的最小配筋率不应小于0.4%，环向受力钢筋的接头应采用焊接或机械连接。在软土、软硬不一地基上的储罐，环墙顶端、底端宜各增加两圈附加环向钢筋，直径与环墙环筋相同。竖向钢筋构造配置，竖向钢筋的截面最小配筋率不应小于0.15%（每侧）。钢筋直径宜为12㎜～18㎜，间距宜为150～200㎜，其上下两端宜为封闭式。

1 条件

工程地质为软弱地基，采用振冲碎石桩进行地基处理，经处理后的复合地基承载力特征值fspk=220kpa。罐底直径30.1m，罐体直径30.00m，大罐总高18.98m，罐体高15.7m，大罐自重2430kn，充水重107500kn，介质容重7.20kn/m3，基础顶面到罐内最高液面高度为15.70m，灌底标高为1.000m，罐区地面相对标高±0.00m，高差为1m，地基土最大冻结深度1.2m，罐壁平均厚为10㎜。

2 基础类型及基础断面选择

考虑基础用钢筋混凝土环墙式基础。

根据规范法钢筋混凝土环墙式基础等截面环墙的宽度可按下式计算：

3 地基承载力验算

由于采用环墙式基础，基础埋深要在地面冻土层以下1.2m，环墙高h则为环墙顶面至罐区地坪加上埋深，即：h=1.0+1.2=2.2m。

4 根据规范计算环墙环向力

5环墙配筋

[参考文献]

[1] 贠广民大型钢储罐环墙式基础的设计探讨，《化工设计》2005.1