1500型m3固定顶罐计算书.docx
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1500型m3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：
td={4.9D（H-0.3）ρ÷[σ]DØ}+C1+C2
式中：
td—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=157MPa
Ø—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=3.4459mm
[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。
（4）.壁板抗风及稳定性计算
1.壁板的临界压力计算公式如下：
[Pcr]=16.48×（D÷He）×（tmin÷D）2.5
He=∑Hei
Hei=hi（tmin÷ti）2.5
式中：
[Pcr]─罐壁许用临界压力（Kpa）;
He─罐壁当量高度（m）;
tmin─最薄壁板的有效厚度（mm）；
ti─分别不同厚度钢板求得的有效厚度（mm）；
hi─分别不同厚度钢板求得的实际高度（m）；
Hei─分别不同厚度钢板求得的当量高度（m）；
壁板的当量高度计算公式如下:
Hei=hi（tmin÷ti）2.5
式中:
Hei—壁板的当量高度（m）
hi—各种厚度钢板的高度（m）
tmin—最小板厚（mm）
ti—各种厚度钢板的有效厚度（mm）
下面分别将几种不同厚度的钢板计算出各自的当量高度
5mm厚度钢板当量高度Hei=7.5×［（5-1.6）÷（5－1.6）］2.5=7.5m
6mm厚度钢板当量高度Hei=1.5×［（5-1.6）÷（6－1.8）］2.5=0.8844m
8mm厚度钢板当量高度Hei=4.5×［（5-1.6）÷（8－1.8）］2.5=1.002m
10mm厚度钢板当量高度Hei=3.0×［（5-1.6）÷（10－1.8）］2.5=0.332m
罐壁总的当量高度如下：
［HE］=7.5+0.8844+1.002+0.332=9.7184
将有关数据代入罐壁许用临界外压公式得
[Pcr]=16.48×（13.36÷9.7184）×（3.4÷13.36）2.5=0.74KPa
2.壁板设计外压计算公式如下：
［P0］=2.25μzωk
式中：
［P0］—设计外压（KPa）;
ωk—基本风压值（KPa），按取0.30KPa；
μz—风压变化系数（取1.0）；
将以上数值代入公式得
［P0］=2.25×1.0×0.30=0.675（KPa）
3.罐壁稳定性结论
根据Pcr0.74KPa＞［P0］0.675KPa结论罐壁抗风及稳定性符合要求的。
第四部分带肋球壳罐顶强度及稳定性验算
（1）带肋球壳许用外荷载计算式如下：
[P]=0.0001E（tm÷Rs）2（th÷tm）1/2
式中：
[P]—带肋球壳的许用外荷载（Kpa）;
E—设计温度下钢材的弹性模量（Mpa）;
tm—带肋球壳的折算厚度（mm）;
Rs—球壳的曲率半径（m）；
th—顶板的有效厚度（mm）;
带肋球壳的折算厚度计算式如下：
tm=［（t1m3＋2th3＋t2m3）÷4］1/3
式中：
t1m—纬向肋与球壳组合截面的折算厚度（mm）;
th—顶板的有效厚度（mm）;
t2m—径向肋与球壳组合截面的折算厚度（mm）;
纬向肋与球壳组合截面图及折算厚度计算式如下：
t1m3=12［（h1b1÷L1）×（h12÷3＋h1te÷2＋te2÷4）＋te3÷12－n1tee12］
径向肋与球壳组合截面的折算厚度计算式如下：
t2m3=12［（h2b2÷L2）×（h12÷3＋h1t1÷2＋te2÷4）＋te3÷12－n2tee22］
本设计的罐径φ13.36m,带肋球壳的折算厚度的计算步骤如下：
带肋球壳的组合截面示意图如下：
第一步.先求纬向肋与球壳在径向的组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）
公式：
e1=b1×h1（h1＋th）÷2（L1sth＋b1h1）
式中：
e1—纬向肋与球壳组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）;
b1—肋条宽度,取b1=8-c1,c2=6.2mm;
h1—肋条高度，取1=50mm
th顶板厚度，取th=6-0.6-1.0=4.4mm
L1s—纬向肋条间距,按GB50341第C.1.2条取上限值L1s1500mm
将有关数据代入公式得:
e1=6.2×50（50＋4.4）÷2（1500×4.4＋6.2×50）=1.2203（mm）
第二步.求径向肋与球壳在纬向的组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）
将有关数据代入公式得
e2=6.2×50（50＋4.4）÷2（1500×4.4＋6.2×50）=1.2203（mm）
第三步.求径向截面折算系数
计算公式如下：
n1=1＋b1h1÷thL1s
将有关数据代入公式得
n1=1＋6.2×50÷4.4×1500=1.0470
求纬向截面折算系数
n2=1＋6.2×50÷4.4×1500=1.0470
第四步.求纬向肋与球壳的折算厚度（mm）
计算公式如下：
t1m3=12［h1b1÷L1s×（h12÷3＋h1th÷2＋th2÷4）＋th3÷12－n1the12］
将有关数据代入公式得：
t1m3=12［（50×6.2÷1500）×（502÷3＋50×4.4÷2＋4.42÷4）＋4.43÷12－1.0470×4.4×1.22032］
=12［（50×6.2÷1500）×948.17333＋7.0986667－6.8601337］
=12［1959.5582+0.238533］
=23517.561（mm3）
t1m=28.6504mm
求径向肋与球壳的折算厚度（mm）
径向肋与球壳的折算厚度计算公式和有关数据均相同，
t2m3=23517.561（mm3）
t2m=28.6504mm
第五步.求带肋球壳的折算厚度（mm）
计算公式如下：
tm=［（t1m3＋2th3＋t2m3）÷4］1/3
将有关数据代入公式得
tm=［（28.65043＋2×4.43＋28.65043）÷4］1/3
=［（23517.55＋170.368＋23517.55）÷4］1/3
=［47205.468÷4］1/3
=22.76726mm
第六步.求带肋球壳的许用外荷载
计算公式如下：
［P］=0.0001E（tm÷Rs）2×（th÷tm）1/2
将有关数据代入公式得
［P］=0.0001×191×103（22.76726÷16.032）2×（4.4÷22.76726）1/2
=0.0001×191×103×2.0167×0.4396134=16.9336KPa
第七步计算本储罐设计荷载
固定载荷=8255Kg÷140.185m2×9.81÷1000=0.58KPa
附加荷载：
工作负压=50Kg×1.2×9.81=0.6KPa
活荷载主要内容是检修荷载=150Kg×9.81=1.472KPa
球壳设计外压［P］=0.58＋0.6＋1.472=2.652KPa
结论：
带肋球壳许用外荷载16.9336KPa大于球壳设计外压2.652KPa，设计成立。
第五部分底板
钢质底板属于柔性结构，它紧贴在防腐、防水、防潮的基础表面，上部荷载全部由地基承载着，一般设计的着眼点是防腐、防漏、防止焊接变形以保障储罐有较长的使用寿命，不要求做强度计算。
根据规范《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》GB50341-2003第5.1.1条的规定，当罐径大于10米时，罐底中幅板取最小公称厚度6mm，加上腐蚀裕量1mm，所以中幅板厚度取7mm，但市面上7mm厚度的板材不易购买,故中幅板取8mm。
同样根据该规范第5.1.2条的规定，罐底环行边缘板取最小公称厚度7mm，加上腐蚀裕量1mm，故环行边缘板的厚度取8mm。
第六部分抗震计算
设定条件：
抗震烈度按7度设防。
（一）基本数据计算式下：
（1）储液晃动基本周期计算式如下：
Tw=KsD1/2,
式中：
Tw—储液晃动基本周期（s）
D—罐壁内径,D=13.36m;-储液高度,Hw=16.1m
Ks—晃动周期系数，根据D/Hw=0.83,从表D.3.3中用内插法查得Ks=1.047
将有数代入公式得:
Tw=1.047*13.361/2
=1.047*3.655
=3.827（s）
（2.）水平地震作用下，罐内液体晃动波高按下式计算：
hv=1.5αR
式中：
hv—液面晃动波高（m）
α—地震影响系数，根据液体晃动基本周期Tw=3.827s及地震影响系数最大值αmax=,0.345按图D.3.1取得,α=[（3.5Tg/Tw2）0.9αmax
α=[（3.5*0.345/3.8272）0.9*0.345=0.0365
R—罐壁内径（m）,R=6.68m
将有关数值代入公式得：
Hv=1.5*0.0365*6.68
=0.366m。
（二）抗震验算
1.罐壁底部在水平地震作用剪力计算式如下：
Q0=0.000001*Cz*α*m1*Fr
式中：
CZ—综合影响系数,取Cz=0.4
α—地震影响系数，（根据Tc值及反映谱特征周期Tg及航地震影响最大值αmax,在图D.3.1中求得，）对于储罐容积小于10000m3,烈度7度,直接取αmax=0.345
Y1—罐体影响系数，取1.1
m1—储罐内储液总量（Kg）m1=2257*1000*0.80（酒精容重）=1805600Kg
Fr—动液系数，根据D/Hw在表中用内插法选取Fr=0.819
g—重力加速度，取g=9.81m/S2
将有数值代入公式得：
Q0=0.000001*0.4*0.345*1.1*1805600*0.819*9.81
=2.202MN
2.罐壁底部的地震弯矩计算式如下：
M1=0.45Q0Hw
式中：
M1—总水平地震作用在罐壁底部，所产生的地震弯矩（MN）
将有关数值代入公式得：
M1=0.45*2.202*16.1=15.955MN.m
3.罐壁的许用应力计算式如下：
[σcr]=0.15Et/D
式中：
E-钢材的弹性模量，取E=191500（Mpa）
t=0.010-0.001-0.0008=0.0082m
将有关数值代入公式得：
[σcr]=0.15*191500*0.0082/13.36
=17.6306MPa
4.地震作用下罐壁底部产生的最大轴向压力计算式如下：
σ1=（CvN1/A1）+（C1M1/Z1）
式中：
Cv—地震影响系数，7度Cv值取1.0
N1—罐壁底部垂直荷载（MN）,N1=47295Kg*9.81=0.46396MN
A1—罐壁横截面积（m2）,
A1=πDt=3.1416*13.36*（0.010-0.0008-0.001）=0.344m2
C1—底板翘离系数，C1=1.4
Z1—底圈壁板断面,Z1=0.785D2t=0.785*13.362*0.0082=1.1489
将有关数值代入公式得：
σ1=（1.0*0.46396/0.344）+（1.4*15.955/1.1489）
=1.3487+19.442=20.79MPa
结论：
计算的结果，地震产生的罐壁轴向应力11.27404Mpa小于许用的临界应力13.5646MN，设计成立，符合7度抗震要求。
储罐设计人:
2005年9月30日
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