固体料仓设计计算.docx
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固体料仓设计计算
I -I ——料仓任意计算截面处垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项，N；
6设计计算
固体料仓的校核计算按以下步骤进行：
。
a）根据地震或风载的需要，选定若干计算截面（包括所有危险截面）
b） 根据 JB/T 4735 的相应章节，按设计压力及物料的特性初定仓壳圆筒及仓壳锥体各
计算截面的有效厚度 δe。
c）按 6.1～6.18 条的规定依次进行校核计算，计算结果应满足各相应要求，否则需要
重新设定有效厚度，直至满足全部校核条件为止。
固体料仓的外压校核计算按 GB 150 的相应章节进行。
6.1符号说明
A ——特性纵坐标值，mm；
B ——系数，按 GB 150 确定，MPa；
C ——壁厚附加量，C=C1+C2，mm；
C1 ——钢板的厚度负偏差，按相应材料标准选取，mm；
C2 ——腐蚀裕量和磨蚀裕量，mm；
腐蚀裕量对于碳钢和低合金钢，取不小于 1 mm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，
取为 0；对于铝及铝合金，取不小于 1 mm；对于裙座壳取不小于 2 mm；对于地脚螺栓
取不小于 3 mm；
磨蚀裕量对于碳素钢和低合金钢、铝及铝合金一般取不小于 1mm，对于高合金钢一般取
不小于 0.5mm。
Di ——仓壳圆筒内直径，mm；
Do ——仓壳圆筒外直径，mm；
Et ——材料设计温度下的弹性模量，MPa；
Ff ——物料与仓壳圆筒间的摩擦力，N；
Fk1 ——集中质量 mk 引起的基本震型水平地震力，N；
FV ——集中质量 mk 引起的垂直地震力，N；
FVi ——集中质量 i 引起的垂直地震力，N；
F 0-0 ——料仓底截面处垂直地震力，N；
V
F
V
g ——重力加速度，取 g =9.81m/s2；
H ——料仓总高度，mm；
Ho ——仓壳圆筒高度，mm；
Hc ——仓壳锥体高度，mm；
Hi ——料仓顶部至第 i 段底截面的距离，mm；
h ——计算截面距地面高度（见图 3），mm；
hc ——物料自然堆积上锥角高度（见图 7），mm；
hi ——料仓第 i 段集中质量距地面的高度（见图 3），mm；
hk ——任意计算截面 I－ I 以上集中质量 mk 距地面的高度（见图 3），mm；
hW ——料仓计算截面以上的储料高度（见图 7），mm；
M
I-I
E
—— 任意计算截面 I－I 处的基本振型地震弯矩，N· mm；
M 0-0 ——底部截面 0－0 处的地震弯矩，N· mm；
E
M ——由偏心质量引起的弯矩，N·mm；
e
M I -I ——任意计算截面 I－I 处的风力弯矩，N·mm；
w
M 0-0 ——底部截面 0－0 处的风力弯矩，N·mm；
w
M I -I ——任意计算截面 I－I 处的最大弯矩，N·mm；
max
M 0-0 ——底部截面 0－0 处的最大弯矩，N·mm；
max
mc ——
mmin ——
mt ——
mo ——
m05 ——
p ——
po ——
仓壳锥体质量与仓壳锥体部分所储物料质量之和，kg；
料仓最小质量，kg；
单位面积的仓壳顶质量与附加质量之和，kg；
料仓操作质量，kg；
料仓储料质量，kg；
设计压力，MPa；
设计外压力，MPa；
p I - I ——物料在仓壳圆筒计算截面 I－I 处产生的水平压力，MPa；
h
p I - I ——物料在仓壳圆筒计算截面 I－I 处产生的垂直压力，MPa；
v
p a-a ——物料对仓壳锥体计算截面 a－a 处产生的水平压力，MPa；
h
p a-a ——物料对仓壳锥体计算截面 a－a 处产生的法向压力，MPa；
n
p a-a ——物料对仓壳锥体计算截面 a－a 处产生的垂直压力，MPa；
v
p II - II ——物料对仓壳锥体大端 II－II 处产生的法向压力，MPa；
n
p II - II ——物料在仓壳锥体大端 II－II 处产生的垂直压力，MPa；
v
qo ——
qw ——
ReL——
t
[R ] ——
基本风压值，见 GB 50009，或按当地气象部门资料，但均不应小于 300 N/m2；
基本雪压值，N/m2。
对我国主要地区，qw 可从 GB 50009 中选取。
当表中查不到时，可
向当地气象部门咨询或取 qw =300 N/m2 。
当料仓露天建在山区时，应将上述雪压值乘
以系数 1.2。
常温下材料屈服点，MPa；
设计温度下材料的许用应力，MPa；
δ —— 仓壳圆筒或仓壳锥体的有效壁厚，mm；
T1 ——料仓基本自振周期，s；
We ——地震载荷，N；
Ws ——雪载荷，N；
ρ ——物料堆积密度，kg/m3；
e
δ
ei —— 各计算截面设定的仓壳圆筒或仓壳锥体的有效壁厚，mm；
δ —— 仓壳顶的有效壁厚，mm；
t
（
θ ——仓壳锥体的半顶角， °）；
φ ——焊接接头系数；
μ ——物料与料仓壳体间的摩擦系数；
σ
f —— 物料与料仓壳体间摩擦产生的应力，MPa；
σ —— 周向应力，MPa；
σ ——组合轴向应力，MPa；
z
θ
σ ∑——组合应力，MPa；
’
ψ ——松散物料内摩擦角的最小值，（°）；
ψ ——松散物料与壳体壁面的摩擦角，（°）。
6.2料仓的结构类型
料仓壳体结构主要有拱顶式和锥顶式。
料仓支承结构主要有裙座式、带整体加强环耳式支座及耳式支座，见图 1 所示。
a） 裙座式支座b） 带整体加强环耳式支座c） 耳式支座式
图 1料仓的支承结构类型
6.3料仓质量计算
料仓的操作质量按式（7）计算：
m = m + m+ m+ m+ m+ m + m………………………（7）
oo1o2o3o4o5ae
式中：
mo ——料仓的操作质量，kg；
mo1 ——仓壳（包括支座）质量，kg；
mo2 ——内件质量，kg；
mo3 ——保温、防护材料质量，kg；
mo4 ——平台、扶梯质量，kg；
mo5 ——操作时料仓内物料质量，kg；
ma ——人孔、接管、法兰及仓壳顶安装的附件质量，kg；
me ——偏心质量，kg。
料仓的最小质量按式（8）计算：
m
min
= m + m
o1
o 2
+ m + m
o 3
o 4
+ m + m …..……………………（8）
a e
6.4自振周期
6.4.1直径、厚度相等的料仓的基本自振周期
直径、厚度相等的料仓其基本自振周期应按式（9）计算：
T1 = 90.33Hmo H
3
⨯10 -3
……………………………（9）
6.4.2直径、厚度（或材料）沿高度变化的料仓的基本自振周期
2
直径、厚度（或材料）沿高度变化的料仓可视为一个多质点的体系，如图 所示。
其基
本自振周期按式（10）计算。
其中直径和厚度不变的每段料仓质量，可处理为作用在该段高
度 1/2 处的集中质量。
mn I
n
H
H
H
h
h
h
h
mi I
m3 I
m2 I
m1 I
i
3
2
1
H
H
图 2多质点的体系示意图
1i
i
n 3
i
n H 3
i
t I
i-1 i-1
） ⨯10-3 …..………………（10）
式中：
E t 、 E t ——第 i 段、第 i-1 段仓壳材料在设计温度下的弹性模量，MPa；
ii-1
mi ——第 i 段的操作质量，kg ；
I
Ii、i-1 ——第 i 段、第 i-1 段仓壳截面惯性矩，mm4。
仓壳圆筒段：
I =
i
π （ D + δ ） 3 δ
i ei
8
ei
............................................................
仓壳锥体段：
I =
i
πD 2 D 2 δ
ie if ei
ie if
（11）
（12）
式中：
Die——锥壳大端内直径，mm；
Dif ——锥壳小端内直径，mm；
6.5地震载荷
6.5.1水平地震力
任意高度 hk（见图 3）的集中质量 mk 引起的基本振型水平地震力按式（13）计算：
F = α η m g ………………………………………..（13）
k11k1k
F
式中：
k1 ——集中质量 mk 引起的基本振型水平地震力，N；
m
k —— 距地面 h k 处的集中质量，kg；
α 1 ——对应于料仓基本自振周期 T1 的地震影响系数α 值；
α
α —— 地震影响系数，查图（4），曲线部分按图中公式计算。
m ax —— 对应于设防烈度的地震影响系数最大值，见表 18；
表 18对应于设防烈度的地震影响系数最大值α
m ax
设防烈度
7
8
9
设计基本地震加速度
0.1g
0.15g
0.2g
0.3g
0.4g
地震影响系数最大值 α
m ax
0.08
0.12
0.16
0.24
0.32
η
k1 —— 基本振型参与系数；
n
η
k1 =
i=1
i i
i=1
Tg ——各类场地土的特征周期，见表 19 。
表 19场地土的特征周期 Tg
设计地震分组
第一组
第二组
第三组
Ⅰ
0.25
0.30
0.35
Ⅱ
0.35
0.40
0.45
场地土类别
Ⅲ
0.45
0.55
0.65
Ⅳ
0.65
0.75
0.90
图 3多质点的体系基本振型示意图图 4地震影响系数曲线
图 4 中：
γ——曲线下降段的衰减指数，按式（15）计算：
γ = 0.9 + 0.05 - ζ
0.5 + 5ζ
……………………………………..（15）
ζ
—— 阻尼比。
固体料仓取 ζ =0.02；
η —— 直线下降段下降斜率的调整系数，按式（16）计算：
1
η = 0.02 + （0.05 - ζ ）
1
…………………………………..（16）
η
2 —— 阻尼调整系数，按式（17）计算：
0.06 + 1.7ζ
η = 1 +0.05 - ζ
2
………………………………….. （17）
6.5.2垂直地震力
设防烈度为 8 度或 9 度区的料仓应考虑上下两个方向垂直地震力的作用，如图 5 所示。
料仓底截面处总的垂直地震力按式（18）计算：
F 0-0 = α
v
v max
..
m g … ………………………………… （18）
eq
式中：
α
v m ax —— 垂直地震影响系数最大值，取α
v max
= 0.65α
max ；
m
eq—— 料仓的当量质量，取 m
eq
= 0.75m ，kg。
o
任意质量 i 处所分配的垂直地震力按式（19）计算。
∑ m h
F =
vi
m h F 0-0
i i v
n
k k
（i =1，2，……n） …………….………………（19）
F I -I = ∑ F
k=1
任意计算截面 I-I 处的垂直地震力按式（20）计算。
n
VVk……………………………………….（20）
k =i
M I -I = ∑ F （h - h） ……………………….…………… （21）
图 5 垂直地震力作用示意图
6.5.3地震弯矩
料仓任意计算截面 I-I 的基本振型地震弯矩按式（21）计算（见图 3）：
n
Ek1k
k =i
直径、厚度相等的料仓的任意截面 I－ I 和底截面 0－0 的基本振型地震弯矩分别按式
（22）和式（23）计算：
M
I - I 1 0
175 H 2.5
（10 H 3.5 - 14 H 2.5 h + 4h 3.5 ） …………….………（22）
式中：
P , P ,……, P —— 料仓各计算段的水平风力，N；
M 0-0 = 16 α m gH …………………………………….（23）
E
6.6风载荷
6.6.1水平风力
两相邻计算截面间的水平风力按式（26）计算：
P = K K q f l D ⨯10-6 ……………………………………（24）
1121 0 1 101
P = K K q f l D ⨯ 10 -6 …………………………………（25）
212202 202
P = K K q f l D ⨯ 10-6 ……………..……………………（26）
i12i0i i0i
12i
D01, D02, ……, D0i ——料仓各计算段的外径，mm；
f i ——风压高度变化数系，按表 20 选取：
Hit ——料仓第 i 段顶截面距地面的高度, m；
K1——体型系数，取 K1=0.7；
K21, K22 ,……, K2i ——料仓各计算段的风振系数，当料仓高度 H≤20m 时，取 K2i =1 .70，当 H＞
20m 时，按式（27）计算：
K
2i
= 1 + ξ iν i Φ
f
i
zi
……….…………………………… （27）
ξ —— 脉动增大系数，按表 21 选取；
i
——第 i 段脉动影响系数，按表 22 选取；
——
第 i 段振型系数，根据 hit / H 由表 23 选取；
——第 i 计算段长度（见图 6）, mm；
表 20风压高度变化系数 f i
距地面高度 H
5
10
15
20
30
40
50
60
70
80
it
A
1.17
1.38
1.52
1.63
1.80
1.92
2.03
2.12
2.20
2.27
B
1.00
1.00
1.14
1.25
1.42
1.56
1.67
1.77
1.86
1.95
地面粗糙度类别
C
0.74
0.74
0.74
0.84
1.00
1.13
1.25
1.35
1.45
1.54
D
0.62
0.62
0.62
0.62
0.62
0.73
0.84
0.93
1.02
1.11
注 1：
A 类地面粗糙度系指近海海面及海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B 类系指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
C 类系指有密集建筑群的城市市区；
D 类系指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
注 2：
中间值可采用线性内插法求取。
表 21脉动增大系数ξ
i
q T 2 （ NS 2 / m 2 ）10
1 1
20
40
60
80
100
ξ
i
1.47
1.57
1.69
1.77
1.83
1.88
q T 2 （ NS 2 / m 2 ）
1 1
200
400
600
800
1000
2000
ξ
i
2.04
2.24
2.36
2.46
2.53
2.80
q T 2 （ NS 2 / m 2 ）
1 1
4000
6000
8000
10000
20000
30000
ξ
i
3.09
3.28
3.42
3.54
3.91
4.14
注 1：
计算 q1T12 时，对 B 类可直接代入基本风压，即 q1 =q0 ，对 A 类以 q1 =1.38q0，对 C 类以 q1 =0.62q0，对 D 类
以 q1 =0.32q0 。
注 2：
中间值可采用线性内插法求取。
表 22脉动影响系数 ν i
地面粗糙度类别
Hit ，m
A
B
C
D
10
0.78
0.72
0.64
0.53
20
0.83
0.79
0.73
0.65
40
0.87
0.85
0.82
0.77
60
0.89
0.88
0.87
0.84
80
0.89
0.89
0.90
0.89
100
0.89
0.90
0.91
0.92
150
0.87
0.89
0.93
0.97
200
0.84
0.88
0.93
1.00
注：
中间值可采用线性内插法求取。
表 23振型系数
相对高度hit / H
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1
0.02
0.06
0.14
0.23
0.34
0.46
0.59
0.79
0.85
1.00
振 型 序 号
2
－0.09
－0.30
－0.53
－0.68
－0.71
－0.59
－0.32
0.07
0.52
1.00
注：
中间值可采用线性内插法求取。
6.6.2风弯矩
料仓任意计算截面 I－ I 处的风弯矩按式（28）计算：
M
l l
I - I
i+1 i i + 2 i i +1
料仓底截面为 0－0 处的风弯矩按式（29）计算：
2 2 2
M 0-0 =
w
1 1 + P （l + 2 ） + P （l + l + 3 ） + ……..…………………（29）
2 1 3 1 2
P l l l
i
Pi+1
+
Pi
+
l i
l i
I
P3
l 3 2
P2
2
l 3 H
l 2
00l 1 P1l 1
图 6风弯矩计算简图
6.7偏心弯矩
偏心质量引起的弯矩按式（30）计算：
M = m ge ……………………………………………（30）
ee
式中e——偏心质量重心至料仓中心线的距离，mm。
6.8最大弯矩
料仓任意计算截面 I－I 处的最大弯矩按式（31）计算：
=⎨
M I - I
max
⎧⎪M I - I + M
w e
II
⎪⎩M E- I + 0.25 M W- I + M
e
取其中较大值 ….…………………（31）
料仓底部截面 0－0 处的最大弯矩按式（32）计算：
max
⎧⎪M 0-0 + M
w e
E W
e
取其中较大值 ….…………………（32）
6.9物料对仓壳圆筒的作用力
6.9.1 特性纵坐标系数
特性纵坐标系数 A，其值按式（33）计算：
A =Di
'
4tgψ tg 2 （45 - ψ
2
）
-
h
c ……………………………………（33）
3
6
h = Di tgψ ………………………………………………（34）
c
6.9.2物料对仓壳圆筒的垂直压应力
物料对仓壳圆筒任意截面 I－I 处产生的垂直方向压应力 p ，见图 7，其值按式（35）
v
计算：
p
v
I -I
⎡ h h ⎤
⎣ w A 3 ⎦
物料对仓壳圆筒任意计算截面 I－I 处产生的水平压应力 p ，按式（36）计算：
6.9.3物料对仓壳圆筒产生的水平压应力
h
h
i
h ⎤
……………………………（36）
图 7仓壳圆筒受力简图
6.9.4物料与仓壳圆筒间的摩擦力
在计算截面 I－I 以上，产生于仓壳圆筒表面的摩擦力按式（37）计算：
2
iw
f
w
式中：
F
I -I
f
—— I－I 截面上仓壳圆筒表面的摩擦力，N。
6.10雪载荷
仓壳顶的雪载荷 Ws 按式（38）计算：
W = π Do qw
s
6.11仓壳圆筒应力计算
6.11.1仓壳圆筒轴向应力计算
仓壳圆筒任意计算截面 I－I 处的轴向应力分别按式（39）、式（40）、式（41）及式（42）
计算：
设计压力产生的轴向应力：
σ I - I =
z1
pD
4δ I - I
ei
i …….……………………………………（39）
式中：
σ I - I ——设计压力在计算截面 I－I 处产生的轴向应力，MPa；
ei
δ
ei—— 仓壳圆筒计算截面 I－I 处的有效厚度，mm。
物料与仓壳圆筒间摩擦力产生的轴向应力：
πD δ I -I
σ I -I =F fI -I
z 2
iei
………………….……………………（40）
式中：
σ I -I —— 摩擦力在计算截面 I－I 处产生的轴向应力，MPa。
z 2
最大弯矩在仓壳圆筒内产生轴向应力：
σ I -I =
z3
32D M I -I
o
π （D 4 - D 4 ）
o i
式中：
σ I - I ——最大弯矩在计算截面 I－I 处产生的轴向应力，MPa。
z 3
由计算截面 I－I 以上料仓壳体重及垂直地震力产生的轴向应力：
σ I -I =
z 4
m
up
I -I
g + F I -I + W
V
πD δ I -I
i ei
s
……………..………..………（42）
式中：
σ I -I —— 壳体空重及垂直地震力在计算截面 I－I 处产生的轴向应力，MPa。
z 4
m
up
I -I
—— 计算截面 I－I 以上的料仓壳体及附件质量，kg，按式（43）计算：
m I -I = m I -I + m I -I + m I -I + m I -I + m I -I ………..……………（43）
up1up2up3up4upaup
式中：
m I -I ——计算截面 I－I 以上的料仓壳体质量，kg；
1up
m I -I ——计算截面 I－I 以上的料仓内件质量，kg；
2up
m I -I ——计算截面 I－I 以上的保温、防护材料的质量，kg；
3up
m I -I ——平台扶梯质量，kg；
4up
m I -I ——计算截面 I－I 以上的人孔、接管、法兰及仓壳顶安装的附件质量，kg。
aup
6.11.2仓壳圆筒周向应力
设计压力 p 和物料的水平压应力 p I - I 在计算截面 I－I 处仓壳圆筒中产生的周向应力按
h
式（44）计算：
σ I -I =
θ
（ p + p I -I ）D
h
2δ I -I
ei
θ—— 由设计压力 p 和物料的水平压应力 p 在计算截面 I－I 处产生周向应力，MPa。
式中：
σ
I - I
h
式中：
σ I -I —— 组合轴向应力，MPa。
式中：
σ I -I —— 组合拉应力，MPa。
式
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