塔设备强度计算裙座基础环和螺栓计算
1-塔设备的附件(一)--裙座
mAm sbaxmin0.9s,KB
裙座壳检查孔或较大管线引出截面为危险截面，应满足下列条件：
O 操作时 O 水压实验时
M Z m s 1 1 m a x m 0 1 1g A s m F V 1 1m K in ,K Bts
0 .3 M Z w 1 s 1 m M e m 1 m 1g A as x m F V 1 1m K i,0 n .B 9s
基础环上无筋板时基础环作为悬臂梁，在均匀载荷Dmax的作用下其最大弯曲应力
O 为：
b 2 bmax
1 max
Mm1 ax zb1
2
1•b2
b
6b
bmax []b
基础环上有筋板时，求出基础环厚
O 度：
b
6M s
[ ]b
3螺栓座的设计
O 为了使塔设备在刮风或地震时不致翻倒，必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓，把设备固定 在基础上。地脚螺栓承受的最大拉应力为
1.座体设计
首先参照塔体厚度试取一座体有效厚度L0,然后验算危险截面的应力，危险截面的位置一般取裙座基底 截面、裙座壳检查孔或较大管线引出孔截面。
M 裙座基底截面危险截面，应满足下列0条件0 ：
操作时
+
max
+水压试验时
+
Z sb
m0gFV 00 Asb
miK n,B Kts
0.3Mw00 Me Zsb
F1l3'
d3)c2
Z
F1l3'
(l2' d3)
c2(l4' d2)
2 z
三．总结，
O 裙座在化工设备中应用非常广泛，它是很好的固定装置，将设备与地面连接起来，虽然裙座不是 受压元件，但是由于裙座对整个塔器至关重要，标准要求与受压元件相同，因为裙座受压不多， 提高裙座的用材要求造成太大的浪费，这种处理大大提高了裙座支承塔体的可靠性。
塔设备的强度计算
Dei== D0+2δsi+K3+K4 Dei== D0+2δsi+K3+K4+d0+2δps
式中：
D0—i —第i段塔式设备外直径 ， mm；
—si —圆筒或圆锥保温层或防火层厚度， mm；
max 1 2 3 K t
MPa
最大组合轴向压应力是在非操作时容器的背风侧，即：
max 2 3 cr
cr
KB
K
t
取其中的较小值
Ｂ按外压容器设计方法求取，可取
计算系数A：A 0.094e
Ri
根据材料按外压容器计算步骤查表取B值，或B= 2 AEt 3
K——载荷组合系数，取K = 1.2 φ——焊接接头系数
高阶振型阻尼比可参照第一节振型选取。
表7—10 对应于设防烈度max 值
设防烈度 设计基本地震加速度 地震综合影响系数最大值 max
7
8
9
0.1g 0.15g 0.2g 0.3g 0.4g
0.08 0.12 0.16 0.24 0.32
表7—9 各类场地土的特征周期 Tg 值
设计地震分组
第一组 第二组 第三组
0.9 0.05 i 0.5 5 i
1 ——直线下降段下降斜率的调整系数，按下式计算
1 0.02 (0.05 i ) / 8 2 ——阻尼调整系数，按下式计算
i ——第i2阶振1型0阻.00.尼605比1，.7i通i 常应根据实测值确定。无实测值时，
一阶振型阻尼比可取 1 0.01 ~ 0.03
裙座
二、裙座的强度计算
裙座是最常见的塔设备支承结构，如右图所示。
按所支承设备的高度与直径比，裙座可分成两种：
一种是圆筒形，一种是圆锥形。
由于圆筒形裙座制
造方便和节省材料，所以被广泛采用。
但对于承受
较大风载荷和地震载荷的塔，需要配置较多的地角
螺栓和承受面积较大的基础环，则采用圆锥形裙座
支撑结构。
裙座由裙座体、基础环板、螺栓座及基础螺栓Array等结构组成。
裙座的上端与塔体的底封头焊接，下
端与基础环、筋板焊接，距地面一定高度处开有人
孔、出料孔等通道，基础环上筋板之间还组成螺栓
座结构。
裙座体常用Q235-A或16Mn材料。
裙座体
直径超过800mm时，一般开设人孔。
裙座体上方开
直径为50mm的排气孔，在底部开设排液孔，以便
随时排除液体。
座体和塔体的联接焊缝应和塔体本身的环焊封
保持一定距离。
如果封头是由数块钢板拼焊而成，
则应在裙座上相应部位开有缺口,以免联接焊缝和
封头焊缝相互交叉，见下图。
基础环板通常是一块环形板,基础环板上的螺栓孔开成圆缺口而不是圆形孔，如下图螺栓座
由筋板和压板构成。
地脚螺栓穿过基础环板与压板，便把裙座固定在地基上。
T0601过程设备强度计算书
mm
30
盖板宽度
mm
0
垫板
有
垫板上地脚螺栓孔直径
mm
39
垫板厚度
mm
16
垫板宽度
mm
80
基础环板外径
mm
4820
基础环板内径
mm
4420
基础环板名义厚度
mm
30
计算结果
容器壳体强度计算
元件名称
压力设计
名义厚度(mm)
直立容器校核
取用厚度(mm)
许用内压(MPa)
许用外压(MPa)
下封头
15
15
介质密度
kg/m3
909
塔釜液面离焊接接头的高度
mm
50
塔板分段数
1
2
3
4
5
塔板型式
浮阀
塔板层数
33
每层塔板上积液厚度
mm
88
最高一层塔板高度
mm
30570
最低一层塔板高度
mm
3530
填料分段数
1
2
3
4
5
填料顶部高度
mm
填料底部高度
mm
填料密度
kg/m3
集中载荷数
1
2
3
4
5
集中载荷
kg
集中载荷高度
mm
B
地震设防烈度
低于7度
设计地震分组
第一组
地震影响系数最大值max
3.28545e-66
阻尼比
0.01
塔器上平台总个数
5
平台宽度
mm
800
塔器上最高平台高度
mm
第八章-塔设备的机械设计
Fi hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面 地震弯矩为：
M
00 E
16 35
1m0
gH
(N mm)
风载荷
风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁 和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作 用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡 街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种 情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般 不予以考虑。
M
ii max
/
0.785Di2
S
e
2
式中M
ii max
maxM M
ii W
ii E
Me
25%M
ii W
M e
稳定条件：
组合轴向压应 力要满足：
ii m a x压
[ ]cr
KB
minK[ ]t
式中K——载荷组合系数，取K=1.2; B——见书p172。
4 塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。 计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
地震载荷
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分： 1.座体---承受并传
递塔体载荷。 2.基础环---将载荷
传递到基础上。 3.螺栓座---固定塔
于基础上。 4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。
塔设备强度计算 裙座基础环和螺栓计算
㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截面的外径，mm。
2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：（4-69）式中：A b-基础环面积，mm2；W b-基础环的截面系数，mm3；（1）基础环板上无筋板基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。
对低碳钢取[σ]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。
此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。
基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按计算，N·mm/mm。
无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。
㈢地脚螺栓地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。
在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。
塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。
当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。
当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。
塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算
塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明【摘要】对裙座兼作储液槽的化工塔器，提出了地脚螺栓和圆底板的强度计算方法---根据“维赫曼法”的概念，假设一个“虚拟基础环”。
在抵抗外力矩时，该“虚拟基础环”所应提供的拉应力，由地脚螺栓的拉力来提供，由此计算出地脚螺栓的直径。
对于圆底板，则按圆形截面计算出其抵抗外力矩所需提供的压应力，以此计算出圆底板的厚度。
%Proposeastrengthcalculation methodforanchorboltsandroundbaseplate when chemicaltowerskirt doublesasaliquid storagetant.The methodis asfollows:according to Weiherrmannmethodconcept,assumea virtualbasering",whenresistingexte rnaltorque,thetensilestressshouldbeofferedby virtualbasering"isofferedbyanchorboltsinf act,therebycalculatethediameteroftheanchorbolt.Tocalculatestrengthoftheroundbasep late,calculateit s compressivestressstrengthresistingtoexternaltorqueaccordingtosizeofthecir cularcross-section, therebycalculatethethicknessofroundbaseplate.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P90-94)【关键词】维赫曼法;虚拟基础环;地脚螺栓;圆底板;扇形圆环;合力矩;弯矩;抗弯截面模量【作者】刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明【作者单位】天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TQ053在化工塔器中，常有利用裙座兼作储液槽的情况。
塔设备图结构设计与强度计算
●双流塔板组件结构
D、分块塔板结构与尺寸
分块塔板结构——有自身梁式a和槽式b，增强抗弯变形能力。
大多采用自身梁结构； 碳钢塔板厚度一般3-4mm，不锈钢为2-3mm（根据液位及 载荷可计算出)
E、塔板间连接固定结构
●通道板与塔板及塔板间的固定连接 上、下均可拆结构
自身梁松开结构与拧紧固定结构
●塔板与支撑圈间连接
塔板分为——整块塔板和分块塔板
A、整块塔板结构
B、分块塔板
分为单流与双流塔盘，塔径800mm以上人可进入塔内，采用 分块塔板
C、分块塔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构与连接 ●单流塔板组件结构
1-通道板，2-矩形板，3-弓形板 4-支撑圈，5-筋板，6-受液盘 7-支撑板，8-固定降液板 9-可调堰板，10-可拆降液板 11-连接板
正压塔校核条件
不同工况下各种应力组合——式中的弯矩Mmax为裙座与筒体焊 接处的弯矩（2-2截面）
●裙座各截面强度校核公式
裙座人孔中心线处（1-1截面）
裙座人孔中心线处截面抗弯模量
裙座与塔体的焊缝强度校核（2-2截面）
基础环板弯曲强度和混凝土压缩强度
基础螺栓设计
螺栓埋入深度
7-蒸汽入口，8-塔盘，9-回流口，10-吊柱， 11-塔顶气体出口
2、裙座结构 裙座：有圆筒形和圆锥形 圆筒形——广泛使用，方 便制造 圆锥形——适用H/D特别大 的塔，为了多布置基础螺 栓提高抗风与地震载荷。 当筒体采用低合金钢， 如Q345R，裙座采用低碳钢时，裙座与塔体之间设置一个250350mm短节，避免异种材料焊接。 1-塔体，2,3-无保温层和有保温层时的排气孔，4-裙座，5-引出 管通道，7-排液孔，8-螺栓座 裙座总高——一般确定为5m，裙座人孔中心线距地面一般为1m
塔设备04
系数α值，按图2查取；
αmax——地震影响系数α的最大值，按表4选取；
图2
1.0α
α
max
Ⅰ类场地土 Ⅱ类场地土
0.2 max
0.3 max T
T
Ⅲ类场地土
0.2α
max
0.7 max T
0
0.2 0.3 0.7 1.0
1.5
2.0
3.0
3.5T1s
Ⅰ类 微风化和中等风化的基石； Ⅱ类 除Ⅰ、Ⅲ类之外的一级稳定土； Ⅲ类 饱和松沙、淤泥和淤泥质土、冲填土、杂填土等；
i
——系数，按表3选取；
T1——塔设备的基本自振周期，s；由式（A）或（B） 计算； li——计算段的长度，mm；
Dei——塔设备各段的有效直径，mm；当笼式扶梯与进出 口管布置成180°时， ei Doi 2 si K 3 K 4 d 0 2 ps D
当笼式扶梯与进出口管布置成90°时，取下列二式中的
6
N
式中
q0 ——10 m高度处的基本风压值，按有关资料选取； fi ——风压高度变化系数，在100m以下时，按下式
计算或按表1选取： hit——塔设备第i段顶截面距地面的高度，m； K1——空气动力系数，取K1=0.7； K2i——风振系数， K 2i 1 i i
λi——系数，按表2求取；
塔设备任意危险截面I-I的最大弯矩按下面两式计 算取大值：
M max M W M e
I I I I
N mm
M max M E
I I I I
0.25M W M e
I I
首先按内压或外压圆筒及封头的设计方法，确定圆筒及 封头的有效厚度δe和δeh。再考虑制造、运输、安装的刚度要
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。
塔的强度设计
第六节塔的强度设计特点—安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上。
三种工况：正常操作、停工检修、压力试验。
轴向强度及稳定性校核的基本步骤：①按设计条件，初步确定塔的壁厚和其它尺寸。
②计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等。
③危险截面的轴向强度和稳定性校核。
④设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。
塔的强度设计的解题思路一、塔的载荷分析、，前面已讲㈠介质压力：包括p p工水㈡质量载荷⒈包括：m01——塔体、裙座质量；m02——塔内件如塔盘或填料的质量；m 03——保温材料的质量； m 04——操作平台及扶梯的质量； m 05——操作时物料的质量；m a ——塔附件如人孔、接管、法兰等质量； m w ——水压试验时充水的质量； m e ——偏心载荷。
⒉区分不同工况分别计算 塔设备在正常操作时的质量：00102030405a e m m m m m m m m =++++++ (7-13)塔设备在水压试验时的最大质量：max 01020304w a e m m m m m m m m =++++++ (7-14)塔设备在停工检修时的最小质量：min 010203040.2a e m m m m m m m =+++++ (7-15)㈢偏心载荷定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件所引起的载荷。
载荷产生的弯矩为：e e M m ge = (7-16) 式中：g ——重力加速度，m/s 2；——偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线间的距离，m ；e M ——偏心弯矩，N·m 。
㈣风载荷 1.影响：（1）使塔体产生应力和变形；使塔体产生顺风向的振动(纵向振动)使塔体产生垂直于风向的诱导振动(横向振动)；（2）过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效；（3）太大的塔体挠度会造成塔盘上流体分布不均，分离效率下降。
2.风载荷的构成：一种随机载荷，大小和方向随时、随地变化；对于顺风向风力，认为由两部分组成： (1)平均风力（稳定风力），对结构的作用相当于静力的作用；是风载荷的静力部分，其值等于风压和塔设备迎风面积的乘积。
螺栓强度计算方法(附公式)
螺栓强度计算方法详解螺栓强度计算方法详解（（附公式附公式））
螺栓强度计算是利用公式对螺栓连接强度进行有效计算，确定螺栓的受力状况。
不同的螺栓强度计算的方法和公式也不相同。
下面，世界泵阀网为大家汇总螺栓强度计算方法公式。
以供学习参考。
螺栓强度计算，主要是根据联接的类型、联接的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件，确定螺栓的受力;然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径(螺纹小径)或校核其强度。
螺栓强度计算：
承载力=强度 x 面积;
螺栓有螺纹，以M24螺栓为例，其横截面面积不是24直径的圆面积，而是353平方毫米，称之为有效面积。
普通螺栓C 级(4.6和4.8级)抗拉强度是170N/平方毫米。
那么承载力就是：170x353=60010N 。
换算一下，1吨相当于1000KG ，相当于10000N ，那么M24螺栓也就是可以承受约6吨的拉力。
紧螺栓强度校核与设计计算式：
松螺栓强度计算：
危险截面拉伸强度条件为：
d1——螺纹小径，mm; F——螺栓承受的轴向工作载荷，N：;[σ]——松螺栓联接的许用应力，N/m㎡。
塔强度计算t0402t0403强度说明书
上封头校核计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力P c MPa设计温度 t︒ C内径D i mm曲面高度h i mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力[σ]MPa设计温度许用应力[σ]t MPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数φ厚度及重量计算形状系数 K = 16222+⎛⎝⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥Dhii=计算厚度δ =KP DPc itc205[].σφ- =mm有效厚度δe =δn - C1- C2=mm最小厚度δmin = mm名义厚度δn =mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+=MPa结论合格下封头校核计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力P c MPa设计温度 t︒ C内径D i mm曲面高度h i mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力[σ]MPa设计温度许用应力[σ]t MPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数φ厚度及重量计算形状系数 K = 16222+⎛⎝⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥Dhii=计算厚度δ =KP DPc itc205[].σφ- =mm有效厚度δe =δn - C1- C2=mm最小厚度δmin = mm名义厚度δn =mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+=MPa结论合格内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 P cMPa 设计温度 t︒ C 内径 D imm 材料16MnR(正火) ( 板材 )试验温度许用应力 [σ]MPa 设计温度许用应力 [σ]tMPa 试验温度下屈服点 σsMPa 钢板负偏差 C 1mm 腐蚀裕量 C 2mm 焊接接头系数 φ厚度及重量计算 计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- =mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= mm 名义厚度 δn =mm 重量Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = [][]σσt = (或由用户输入)MPa 压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ σs =MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = MPa校核条件 σT ≤ [σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]=2δσφδe t i e []()D +=MPa 设计温度下计算应力 σt= P D c i e e()+δδ2= MPa [σ]tφMPa校核条件 [σ]tφ ≥σt结论 合格。
化工设备设计基础塔设备强度设计计算
M M
ii W
ii E
Me
0.25M
ii W
Me
(取大值)
水压试验时间人为选定且时间较 短，在试验情况下最大弯矩取值
M ii max
0.3M
ii W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
ii max
Di2 ei
㈣ 筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力旳计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作 停修
正常操作
（1）水平风力旳计算
迎风面产生风压。与风速、
空气密度、地域和季节有关。
各地离地面10m处30年一遇
10分钟内平均风速最大值作为计算风压，
得到该地域旳基本风压q0，见表4-26。
风速随处面高度而变化。塔高于10m，应 分段计算风载荷，视离地面高度旳不同乘
以高度变化系数fi，见表4-27。
风压还与塔高度、直径、形状以及自振周 期有关。两相邻计算截面间旳水平风力为：
有多种振型，任意高度hK处集 中质量mK引起基本振型旳水平 地震力 FK1 Cza1hK1mK g
FK1-mK引起旳基本振型水平地震力 Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
mK-距离地面hK处旳集中质量；
n
h1.5 K
mi
h1.5 i
hK1-基本振型参加系数， hK1
i 1
n
mi hi3
1、群座体与塔体对接焊缝
J-J截面旳拉应力校核
2、群座体与塔体搭接焊缝
J-J截面旳剪应力校核
思索题：
1.自支撑式塔设备设计时需要 考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时旳危险工 况及强度校合条件。
一种是圆筒形， 一种是圆锥形。
塔强度设计讲课文档
偏心弯矩
Me=mege
式中：g、e ——依次为重力加速度和偏心距（偏心构件的重心
至塔中心线的距离。
7
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1 塔的固有周期 在不考虑操作平台及外部管线的限制作用时，若将塔
设备视为具有多个自由度的体系，则它就有多个固有频率 ，最低的称为基本固有频率或基本频率。各质点振动后的 变形曲线称为振型。与基本固有频率对应的周期称为基本 固有周期或基本周期。
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1、地震载荷（参见JB4710）
地震起源于地壳深处，地震波传到地面时，会使塔设备 发生振动。
地震载荷可以分解为三个平动分量和三个转动分量。 转动分量实测数据很少，一般不予考虑。地面水平方向（ 横向）的运动会使设备产生水平方向的振动，危害较大。 垂直方向较小，一般只有在地震烈度为8度或9度地区的塔 设备才考虑纵向振动的影响。
当笼式扶梯与塔顶管道布置成90°时，Dei取以下两式中的较大值： Dei = Doi +2δsi +k3 +k4 Dei = Doi +2δsi +k4 +d0+2δps
式中： Doi —— 塔设备中第i计算段的外径，m; δsi ——塔设备中第i计算段的保温层厚度，m d0—— 塔顶管线的外径，m; δps——塔顶管线的保温层厚度，m; k3 ——笼式扶梯的当量宽度，无确定数据时，取k3=0.403m8 ;
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等直径、等厚度塔的固有周期
9
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T1的求法：
等直径、等壁厚塔器的基本自震周期：
T1 90.33H
m0H 103 ESeDi3
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不等直径、不等厚度塔的固有周期
塔设备强度设计计算概述
塔设备强度设计计算概述1. 引言塔设备强度设计计算是在塔式结构工程中十分重要的环节。
塔式结构广泛应用于电力、通信、航空等领域，在保障设备可靠性和安全性方面起着至关重要的作用。
本文将概述塔设备强度设计计算的基本原理和方法。
2. 设计目标塔设备的强度设计主要目标是确保设备在外部负荷作用下不发生破坏或失效。
一般而言，塔设备的设计目标包括以下几个方面：•承受外部荷载的能力：塔设备需要能够承受各种外部荷载，如风荷载、重力荷载、地震荷载等。
设计中需要考虑这些荷载的大小和方向，以确定设备的主要强度参数。
•抗震能力：特别是在地震频发地区，塔设备需要具备足够的抗震能力，以保护设备的安全运行。
•稳定性：塔设备需要保持稳定，不发生失稳现象。
在设计中需要考虑设备的结构刚度和形状参数。
3. 强度计算方法塔设备的强度计算通常基于力学原理和结构力学方法，常用的计算方法包括以下几种：•静力计算方法：根据外部荷载的大小和方向，通过应力分析和形变计算，确定设备的强度参数。
这种方法一般适用于静态荷载情况下的强度计算。
•动力计算方法：根据外部荷载的动态特性，通过振动分析和响应计算，确定设备的强度参数。
这种方法适用于考虑塔设备在地震或风荷载下的强度计算。
•有限元方法：利用有限元分析软件，在计算机上建立塔设备的有限元模型，通过数值求解得到设备的应力分布和形变情况。
这种方法适用于复杂的塔式结构和荷载情况。
4. 设计要点在塔设备强度设计计算中，需要注意以下几个要点：•荷载分析：对于各种可能的外部荷载，需要进行详细的分析和计算，确定荷载的大小和方向。
•强度参数选取：根据实际情况和设计要求，选取适当的强度参数，并结合设计规范进行计算。
•材料选择：塔设备所使用的材料需要具备足够的强度和韧性，能够满足设计要求。
•施工质量控制：在塔设备的施工过程中，需要严格控制质量，确保各个构件和连接部位的强度和稳定性。
5. 设计规范塔设备的强度计算需要遵循相应的设计规范，以确保设计的合理性和安全性。
塔强度计算-T0401强度说明书
计算单位 计算条件 塔型 设计压力 容 器 分 段 数（不 包 括 裙 座） 压力试验类型 压力试验计入液柱高度 H 试验压力 （立 试 ） 试验压力 （卧 试 ） mm MPa MPa 封头 上封头 材料名称 名义厚度 腐蚀裕量 焊接接头系数 封头形状 mm mm 下封头 MPa
合格
筋板许用应力
合格
盖板许用应力
合格
裙座与壳体的焊接接头校核 kg
37786.6
焊接接头截面上的最 大弯矩 搭接接头横截面 搭接接头抗剪断面模 数 搭接焊接接头在操作 工况下最大剪应力 搭接焊接接头在操作 工况下的剪应力许可 值 搭接焊接接头在试验 工况下最大剪应力 搭接焊接接头在试验 工况下的剪应力许可 值 搭接接头拉应力 校核结果
组合应力校核
16.62 71.66
15.37 71.66
7.88 79.84 24.15 372.60
全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站
5
过程设备强度设计计算书
σA4 许用值 σ 许用值 校核结果
SW6-98
23.60 71.66
22.95 71.66
4.78 79.84 78.61 310.50
0.00 7.86 7.51 7.86 0.00 20.68 2.27 113.00 59.71
20.43 6.48 5.60 2.28 25.54 3.08 1.70 170.00 66.53 19.55 204.00
20.43 6.48 5.60 2.28 25.54 3.08 1.70 170.00 66.53 19.55 204.00 7.88 79.84 24.15 372.60
mm mm ℃ mm mm mm
裙座
裙座设计与校核符号说明：b A ——基础环面积，2mmA ——按公式计算ie R 094.0A δ= B ——根据材料，查文献18中对应外压圆筒计算的图b ——基础环外直径与裙壳体外直径之差的1/2，mmi D ——塔壳内直径，mmib D ——基础环内直径，mmis D ——裙座壳底部内直径，mmit D 裙座顶截面的内直径，mmo D 塔壳外直径，mmob D 基础环外直径，mmoi D 第i 段塔式容器外直径，mm1d 地脚螺栓螺纹小径，mmE 设计温度下材料的弹性模量，Mpavi F 任意质量i 处所分配到的垂直地震力，NI I v F -塔式容器任意计算截面I —I 处的垂直地震力，N00v F -塔式容器底截面处的垂直地震力，Nk 1F 集中质量k m 引起的基本振型水平地震力，Ni f 风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度H 塔式容器高度，mmi H 塔式容器顶部至第i 段底截面的距离，mmh 计算截面距地面的高度，mmi h 第i 段集中质量距地面的高度，mmh任意计算截面I—I以上的集中质量距地面的高度，mm kK载荷组合系数，取K=1.2K体形系数1K塔式容器各计算段的凤振系数i2i l第i段计算长度，mmIIM-任意计算截面I-I处的地震弯矩，N·mm EM-底部截面0-0处的地震弯矩，N·mmEIIM-任意计算截面I-I处的最大弯矩， N·mm maxJJM-塔接焊缝J-J处的截面处的最大弯矩，N·mm maxM-底部截面0-0处的最大弯矩，N·mmmaxIIM-任意计算截面I-I处的风弯矩，N·mmwM-底部截面0-0处的风弯矩，N·mmwm附件质量，kgam计算垂直地震力时，塔式容器的当量质量，kgeqm塔式容器第i计算段的操作质量，kgim塔式容器液压试验状态时的最大质量，kgm axm塔式容器安装状态时的最小质量，kgm inm塔式容器的操作质量，kgm塔壳、封头和裙座的质量，kg01m挡板、轴的质量，kg02m扶梯，电机及附件质量，kg03m物料质量，kg04m水压试验时质量，kg05n 地脚螺栓个数，一般取四的倍数i P 有时容器各计算段的水平风力，N0q 基本风压值，N/2mmel R 材料屈服强度，Mpa1T 基本振型自振周期，sg T 各类场地土的特征周期，sb Z 基础环的抗弯矩系数α地震影响系数1α对应于塔式容器基本自振周期1T 的地震影响系数max α地震影响系数的最大值m ax v α垂直地震影响系数最大值γ地震影响系数曲线下降段的衰减系数b δ基础环计算厚度，mme δ圆筒或锥壳的有效厚度，mmeb δ 封头的有效厚度，mmes δ 裙座壳的有效厚度，mmi ξ第i 阶振型阻尼比k 1η基本振型参与系数1η地震影响系数曲线直线下降段下降斜率的高速系数2η 1η地震影响系数曲线的阻尼调整系数ρ液压试验时试验介质的密度b σ地脚螺栓的最大拉应力，Mpam ax b σ 混泥土基础上的最大拉应力，Mpa1σ由压力引起的轴向应力，Mpa2σ由垂直载荷引起的直线应力，Mpa3σ 由弯矩引起的轴向应力，Mpa[]t σ设计温度下塔壳或裙座材料的许用应力，Mpa[]b σ基础环材料的许用应力，Mpa[]bt σ地脚螺栓材料的许用应力，Mpa[]cr σ设计温度下塔壳或裙座的轴向压应力，Mpa[]t s σ设计温度下裙座材料的许用应力，Mpa[]t w σ设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的较小值，MpaΦ 焊接接头系数注:符号计算步骤引用文献175.1 载荷计算条件 裙座材料选用Q235—B )R (R 2.0p eL =235Mpa ， []113t =σMpa取裙座壳的厚度为10mm ，高度取为1500mm 。
T0501过程设备强度计算书
mm
40
计算结果
容器壳体强度计算
元件名称
压力设计
名义厚度(mm)
直立容器校核
取用厚度(mm)
许用内压(MPa)
许用外压(MPa)
下封头
40
40
2.262
第1段圆筒
55
55
2.322
第1段变径段
第2段圆筒
30
30
2.451
第2段变径段
第3段圆筒
第3段变径段
第4段圆筒
第4段变径段
第5段圆筒
631084
105074
最小质量
505091
498879
454905
454905
93761.3
压力试验时质量
1.92929e+06
1.92308e+06
533269
533269
100292
风弯矩
8.758e+09
8.49e+09
7.706e+09
7.706e+09
1.818e+09
Mca (I)
Mca (II)
第5段变径段
第6段圆筒
第6段变径段
第7段圆筒
第7段变径段
第8段圆筒
第8段变径段
第9段圆筒
第9段变径段
第10段圆筒
上封头
25
25
2.453
裙座
名义厚度(mm)
取用厚度(mm)
30
30
风载及地震载荷
0－0
A－A
裙座与筒体连接段
1－1(筒体)
1－1(下封头)
2－2
3－3
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㈡基础环板设计
1. 基础环板内、外径的确定
裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用
（4-68）
式中：
D
-基础环的外径，mm；
ob
D
-基础环的内径，mm；
ib
D
-裙座底截面的外径，mm。
is
2. 基础环板厚度计算
在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：
（4-69）
式中：
A
-基础环面积，mm2；
b
W
-基础环的截面系数，mm3；
b
（1）基础环板上无筋板
基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷s bmax的作用下，基础环厚度：
（4-70）
式中：
d
-基础环厚度，mm；
b
[s]b-基础环材料的许用应力，MPa。
对低碳钢取[s]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板
基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。
此时，可将基础环板简化为一受均布载荷s bmax作用的矩形板（b×l）。
基础环厚度：
（4-71）
式中：
d
b
-基础环厚度，mm；
M
s
-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按计算，N·mm/mm。
无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。
㈢地脚螺栓
地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。
在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。
塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：
（4-72）式中：
s B-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。
当s B≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。
当s B>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：
（4-73）
式中：
d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；
C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；
n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；
[s]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[s]bt=147MPa；选取16Mn时，取[s]bt=170MPa。
圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24。
㈣裙座体与塔体底封头的焊接结构
裙座体与塔体的焊接形式有下表所示的两种：
名称结构要求特点适用对象
对接焊
缝裙座与塔体直径相等，二者对
齐焊在一起
焊缝承受压应力作用，可承受较高
的轴向载荷
大型塔设备
搭接焊
缝
裙座内径稍大于塔体外径焊缝承受剪应力作用，受力条件差小型塔设备1．裙座体与塔体对接焊缝（如）J-J截面的拉应力校核
（4-74）
式中D it-裙座顶截面的内直径，mm。
２．裙座体与塔体搭接焊缝（如）J-J截面的剪应力校核
（4-75）
（4-76）
式中：
A W-焊缝抗剪断面面积，mm2；
D
-裙座壳顶部截面的外直径，mm；
ot
M max J-J-搭接焊缝处的最大弯矩，N·mm；
m max J-J-压力试验时塔设备的最大质量（不计裙座质量），Kg；
m0J-J-J-J截面以上塔设备的操作质量，Kg；
W W-焊缝抗剪截面系数，mm3；
[s]W t-设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的小值，MPa。