固体料仓设计计算

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；

FV0?0—— 料仓底截面处垂直地震力，N；

FVI?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；

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；

I?Imm； —— 任意计算截面I－I处的基本振型地震弯矩，N·ME0?0mm； —— 底部截面0－0处的地震弯矩，N·MEMe—— 由偏心质量引起的弯矩，N·mm；

I?I—— 任意计算截面I－I处的风力弯矩，N·Mwmm； 0?0—— 底部截面0－0处的风力弯矩，N·Mwmm； MI?Imax—— M0?0max—— mc —— mmin —— mt —— mo —— m05 —— p —— po —— pI?Ih—— pI?Iv—— pa?ah—— pa?an—— pa?av—— pII?IIn——

pII?IIv——

qo —— qw ——

ReL—— 任意计算截面I－I处的最大弯矩，N·mm； 底部截面0－0处的最大弯矩，N·mm；

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；

物料在仓壳圆筒计算截面I－I处产生的水平压力，MPa； 物料在仓壳圆筒计算截面I－I处产生的垂直压力，MPa；

物料对仓壳锥体计算截面a－a处产生的水平压力，MPa； 物料对仓壳锥体计算截面a－a处产生的法向压力，MPa； 物料对仓壳锥体计算截面a－a处产生的垂直压力，MPa； 物料对仓壳锥体大端II－II处产生的法向压力，MPa；

物料在仓壳锥体大端II－II处产生的垂直压力，MPa；

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；

?R?t——

设计温度下材料的许用应力，MPa；

T1 —— 料仓基本自振周期，s； We —— 地震载荷，N； Ws —— 雪载荷，N；

?—— 物料堆积密度，kg/m3；

?e—— 仓壳圆筒或仓壳锥体的有效壁厚，mm；

?ei—— 各计算截面设定的仓壳圆筒或仓壳锥体的有效壁厚，mm；

?t—— 仓壳顶的有效壁厚，mm；

?—— 仓壳锥体的半顶角，（°）； ?—— 焊接接头系数；

?—— 物料与料仓壳体间的摩擦系数；

?f—— 物料与料仓壳体间摩擦产生的应力，MPa； ?z—— 组合轴向应力，MPa；

??—— 周向应力，MPa； ??—— 组合应力，MPa；

?—— 松散物料内摩擦角的最小值，（°）； ?’—— 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：

mo?mo1?mo2?mo3?mo4?mo5?ma?me ………………………（7）

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：

mmin?mo1?mo2?mo3?mo4?ma?me …..……………………（8）

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?90.33H

moH?3 ……………………………（9） ?10t3E?eDi6.4.2 直径、厚度（或材料）沿高度变化的料仓的基本自振周期 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2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。 mnInHnHiH3Hhnm3I3m2I2h1him1I1 图2 多质点的体系示意图 nhi3nHi3Hi3T1?114.8?mi()(?t??t)?10?3 …..………………（10） Hi?1EiIii?2Ei?1Ii?1i?1n式中：Eit、Eit?1—— 第i段、第i-1段仓壳材料在设计温度下的弹性模量，MPa； mi —— 第i段的操作质量，kg ； Ii、Ii-1 —— 第i段、第i-1段仓壳截面惯性矩，mm4。

仓壳圆筒段： Ii?h2?(Di??ei)3?ei822?DieDif?ei ............................................................

（11）

仓壳锥体段： Ii?4(Die?Dif) ………………………………………..

（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：

Fk1??1?k1mkg ………………………………………..（13）

式中：Fk1——

集中质量mk引起的基本振型水平地震力，N；

H2miIi

mk—— 距地面hk处的集中质量，kg；

?1—— 对应于料仓基本自振周期T1 的地震影响系数?值；

?——

地震影响系数，查图（4），曲线部分按图中公式计算。

?max—— 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?max

设防烈度 设计基本地震加速度 地震影响系数最大值?max 0.1g 0.08 7 0.15g 0.12 0.2g 0.16 8 0.3g 0.24 9 0.4g 0.32

?k1—— 基本振型参与系数；

h1.5k?k1??mhi?1i?1n?mh3iin1.5ii ……….…………………………….（14）

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 场地土类别 Ⅰ 0.25 0.30 0.35 Ⅱ 0.35 0.40 0.45 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：? —— 曲线下降段的衰减指数，按式（15）计算： ??0.9?0.05??……………………………………..（15）

0.5?5?? ——

阻尼比。固体料仓取 ?=0.02；

?1—— 直线下降段下降斜率的调整系数，按式（16）计算：

?1?0.02??0.05??? …………………………………..（16）

8?2 —— 阻尼调整系数，按式（17）计算：

?2?1?0.05??………………………………….. （17）

0.06?1.7?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：

Fv0?0??vmaxmeqg… …………………………………..（18）

?max； 式中：?vmax—— 垂直地震影响系数最大值，取?vmax?0.65meq—— 料仓的当量质量，取meq?0.75mo，kg。

任意质量i处所分配的垂直地震力按式（19）计算。

Fvi?mihiFv0?0?mhk?1n（i =1，2，……n） …………….………………（19）

kk任意计算截面I-I处的垂直地震力按式（20）计算。

FI?IV??FVkk?in ……………………………………….（20）

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）：

MI?IE??Fk1(hk?h)……………………….…………… （21）

k?in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：

I?IME?8?1m0g3.52.53.5(10H?14Hh?4h) …………….………（22）

175H2.50?0ME?16?1m0gH …………………………………….（23） 356.6 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：

P1?K1K21q0f1l1D01?10?6……………………………………（24） P2?K1K22q0f2l2D02?10?6…………………………………（25） Pi?K1K2iq0filiD0i?10?6……………..……………………（26）

式中：P1, P2,……, Pi—— 料仓各计算段的水平风力，N；

D01, D02, ……, D0i —— 料仓各计算段的外径，mm；

fi—— 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：

K2i?1??i?i?zifi ……….…………………………… （27）

?i—— 脉动增大系数，按表21选取；

vi—— 第i段脉动影响系数，按表22选取；

?zi—— 第i段振型系数，根据hit / H 由表23选取； li—— 第i计算段长度（见图6）, mm；

表20 风压高度变化系数fi

距地面高度Hit 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 地面粗糙度类别 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 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?i

q1T12(NS2/m2) 10 1.47 200 2.04 4000 3.09 20 1.57 400 2.24 6000 3.28 40 1.69 600 2.36 8000 3.42 60 1.77 800 2.46 10000 3.54 80 1.83 1000 2.53 20000 3.91 100 1.88 2000 2.80 30000 4.14 ?i q1T12(NS2/m2) ?i q1T12(NS2/m2) ?i 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 ?i

地面粗糙度类别 10 A B C D 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 Hit ，m 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 ?zi

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 注： 中间值可采用线性内插法求取。 振 型 序 号 1 0.02 0.06 0.14 0.23 0.34 0.46 0.59 0.79 0.85 1.00 2 －0.09 －0.30 －0.53 －0.68 －0.71 －0.59 －0.32 0.07 0.52 1.00

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：

I?IMw?Pilill?Pi?1(li?i?1)?Pi?2(li?li?1?i?2)?? ………………（28） 222lP1l1l?P2(l1?2)?P3(l1?l2?3)?? ……..…………………（29） 222料仓底截面为0－0处的风弯矩按式（29）计算：

0?0Mw?li+12Ili2liIPil32l2200l12l1P1l2P2l3HP3li+1Pi+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： Me?mege ……………………………………………（30）

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：

MI?ImaxI?I??Mw?Me??I?II?I??ME?0.25MW?Me 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：

M0?0max0?0??Mw?Me??0?00?0??ME?0.25MW?Me 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?Di4tg??tg2(45?hc??2?)hc ……………………………………（33） 3Ditg?………………………………………………（34） 66.9.2 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pv ，见图7，其值按式（35）计算：

pvI?Ih??h??g?hw(w?1)?1?c??10?9 ……………………………（35）

A3??6.9.3 物料对仓壳圆筒产生的水平压应力

物料对仓壳圆筒任意计算截面I－I处产生的水平压应力ph，按式（36）计算：

I?Iph??gDi?hw?2??9 ……………………………（36） 1?(?1)?10???4tg??A? 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：

F式中： Ff

6.10 雪载荷

I?I ——

I?If??Di2?ghw24(hw?A)?10?9 …………………………………（37）

I－I截面上仓壳圆筒表面的摩擦力，N。

仓壳顶的雪载荷Ws按式（38）计算：

Ws?6.11 仓壳圆筒应力计算

?Do2qw4?10?6 …………….………………………（38）

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：

?I?Iz1pDi? …….……………………………………（39） I?I4?eiI?I式中：?ei—— 设计压力在计算截面I－I处产生的轴向应力，MPa；

?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：

?I?zI2?FfI?I?Di?I?Iei ………………….……………………（40）

I?I式中：?z2—— 摩擦力在计算截面I－I处产生的轴向应力，MPa。

最大弯矩在仓壳圆筒内产生轴向应力：

?I?Iz3I?I32DoMmax ……………………………………（41） ?44?(Do?Di)I?I式中：?z3—— 最大弯矩在计算截面I－I处产生的轴向应力，MPa。

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：

?I?zI4?mupI?Ig?FVI?I?WsI?I?Di?ei ……………..………..………（42）

I?I式中：?z4—— 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。

mupI?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：

I?I?II?II?II?II?I

mup?m1Iup?m2up?m3up?m4up?maup ………..……………（43）

式中：m1up—— 计算截面I－I以上的料仓壳体质量，kg；

I?Im2up—— 计算截面I－I以上的料仓内件质量，kg； I?Im3up—— 计算截面I－I以上的保温、防护材料的质量，kg； I?Im4up—— 平台扶梯质量，kg；

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。 maupI?I

6.11.2 仓壳圆筒周向应力

I?I设计压力p和物料的水平压应力ph在计算截面I－I处仓壳圆筒中产生的周向应力按式（44）计算：

??I?II?I(p?ph)Di ……………………….……………（44） ?I?I2?ei式中：??I?I—— 由设计压力p和物料的水平压应力ph在计算截面I－I处产生周向应力，MPa。

6.11.3 应力组合 6.11.3.1 组合拉应力

组合轴向应力按式（45）计算：

?I?I?I …………..…..……………（45） ?zI?I??zI1?I??zI2??zI3??zI4I?I式中：?z—— 组合轴向应力，MPa。

组合拉应力按式（46）计算：

I?I?zL?(?zI?I)2?(??I?I)2??zI?I??I?I ………….………………（46）

I?I式中：?zL—— 组合拉应力，MPa。

6.11.3.2 组合压应力

组合压应力按式（47）计算：

I?I?I?I?I …………….………………（47） ?zA??zI1?I??zI2??zI3??zI4I?I式中：?zA—— 组合压应力，MPa。

6.11.4 应力校核

仓壳圆筒任意计算截面I－I处的组合拉应力与组合压应力分别按式（48）及式（49）校核：

组合拉应力：

tI?I?zL????φ …………….……..……………………

（48）

组合压应力：

I?I?zA????er…………….……………………………

（49）

???er????Ko?R?KoBt 取其中较小值 ………………….（50）

???er—— 仓壳圆筒材料的许用轴向压应力，MPa，按式（50）确定： 式中：

Ko —— 载荷组合系数，取Ko=1.2。

6.12 仓壳锥体应力

6.12.1 仓壳锥体任意截面上的应力计算

6.12.1.1 仓壳锥体特性纵坐标系数

仓壳锥体特性纵坐标系数Az，其值按式（51）计算：

Az?a?aDzi4tg??tg2(45??2?)hzc …………………………………（51） 3a?aDzihzc?tg? …..…………………..…………………（52）

6

式中：Az—— 仓壳锥体特性纵坐标值，mm；

a?a—— 仓壳锥体计算截面α－α处的内直径，mm； Dzihzc —— 物料在仓壳锥体计算截面α－α处的锥角高，mm。

6.12.1.2 物料对仓壳锥体的垂直压应力

物料对仓壳锥体任意截面a－a处产生的垂直方向压应力pv，见图8，其值按式（53）计算：

pva?a?hwhzc??1?9??g?hw(?1)???10 …………………………（53）

Az3??6.12.1.3 物料对仓壳锥体产生的水平压应力

物料对仓壳锥体任意计算截面a－a处产生的水平压应力ph，按式（54）计算：

pa?ah?gDzi?hw?2??1?(?1)??10?9 …………………………（54） ?4tg???Az? 图8 物料对仓壳锥体的垂直压应力

6.12.1.4 仓壳锥体任意截面处的法向压应力

物料在仓壳锥体任意计算截面a－a处所产生的法向压应力pn按式（55）计算，此压应力与仓壳锥体间产生的法向压应力。

a?aa?aa?apn?pvsin2??phcos2? ……….…….…………………（55）

6.12.1.5 周向应力

a?a仓壳锥体任意截面a－a处由设计压力p和和垂直于其壁面的法向压应力pn产生的

周向应力按式（56）计算。

??6.12.1.6 轴向应力

a?aa?aa?a(p?pn)Dzi ……………………………………（56） ?a?a2?eicos?a?a任意截面a－a处由设计压力p和物料垂直压应力pv产生的轴向应力按式（57）计算：

?a?a式中：—— mca?aza?a(p?pva?a)Dzimca?ag……………….…………（57） ??a?aa?aa?a4?eicos??Dzi?eicos?仓壳锥体计算截面a－a以下的仓壳锥体质量与仓壳锥体计算截面a－a以下的仓壳

锥体所储物料质量之和，kg。

6.12.2 组合应力

截面a－a处组合应力按式（58）计算：

a?a???(?za?a)2?(??a?a)2??za?a??a?a ……………………………（58）

6.12.3 应力校核

截面a－a处组合应力按式（59）校核：

ta?a??????φ ……………………………………………（59）

6.13 仓壳顶计算

6.13.1 自支承式锥形仓壳顶

自支承式锥形仓壳顶适用于壳体内直径不大于5m的料仓，见图9。

仓壳顶的有效厚度按式（60）计算，但不得小于4.5mm。当?t> 6mm时可以考虑采用加强筋结构。

?t?2.24Disin?mtg?10?3?C …………..………..………………（60） tEqw …….……………………………（61） gmt?mti?mt2?mt3?式中：mt1—— 单位面积的仓壳顶质量，kg/m2；

mt2—— 单位面积的仓壳顶附加质量，kg/m2； mt3—— 单位面积仓壳顶上平均载荷，kg/m2；

?—— 锥顶母线与其水平投影线间之夹角（见图9），一般取10о～35о。

图9 自支承式锥形仓壳顶 图10 自支承式拱形仓壳顶 受内压锥顶的周向应力按式（62）计算： ???周向应力??按式（63）校核：

pDi ……………………..…………………（62） 2?tsin???????tφ ……………………..…………………（63）

6.13.2 自支承式拱形仓壳顶

自支承式拱形仓壳顶的球壳内半径取料仓内直径的0.8~1.2倍, 见图10。

拱形仓壳顶球壳的有效厚度按式（64）计算，但不得小于4.5mm。当?t>6mm时可以考虑采用加强筋结构。

?t?Rn10mtg?3?10?C ……………………………（64） tE，mm。 式中：Rn—— 拱形仓壳顶球壳内半径（见图10）

受内压拱形仓壳顶的周向应力，按式（65）计算：

???周向应力??按式（66）校核

pDi …………………..……………………（65） 4?t??????tφ ……………………….………………（66）

6.13.3 仓壳顶加强筋

加强筋宜以仓壳顶中心为准，呈辐射状均匀并对称分布，如图11所示。 加强筋按以下步骤进行校核计算： a) 加强筋的最大弯矩

加强筋的最大弯矩按式（67）计算：

Mmax??Di3mtg48n?10??9WZDi4n?10?3 ………………………（67）

式中：Mmax—— 加强筋最大弯矩，N·m；

WZ—— 集中载荷，N；

n—— 直径方向加强筋的数量。 b) 所需加强筋截面模数按式（68）计算：

Zmin?Mmax?103 ………………………………………（68） t?R?式中：Zmin—— 所需加强筋最小截面模数，mm 3。

c) 已设定加强筋的截面模数应≥Zmin。否则需要调整加强筋的数量或型钢规格直到满

足为止。

图11 仓壳顶加强筋结构

6.14 仓壳顶与仓壳圆筒连接处的加强结构

加强用的包边角钢与仓壳圆筒的连接可以采用对接或搭接型式，见（图12）所示。 仓壳顶与仓壳圆筒连接处的有效面积（包边角钢横截面积加上与其相连的仓壳圆筒与仓壳顶各16倍板厚范围内的截面之和）应同时满足式（69）与表（24）之要求：

psDi2 …..…………………..…………………（69） Aj?t8????tg?式中： Aj—— 仓壳顶、仓壳圆筒与包边角钢有效截面积之和，mm2；

ps—— 取设计压力p及设计外压po中的较大值，MPa。

（a） （b） （c） （d） 图12 仓壳顶与仓壳圆筒连接处的加强结构

表

24 包边角钢最小尺寸

mm

仓壳圆筒内直径 Di 包边角钢最小尺寸 ∠50×50×5 ∠63×63×6 ∠75×75×8 ∠100×100×10 Di≤ 5000 5000＜Di≤10000 10000＜Di ≤20000 Di≥20000 包边角钢自身的对接接头及包边角钢与仓壳圆筒、仓壳顶连接的焊接接头应为全焊透结

构。

6.15 仓壳锥体与仓壳圆筒连接处的加强结构

仓壳锥体与仓壳圆筒连接处的加强结构形式见（图13）。

图13 仓壳锥体与仓壳圆筒连接处的加强结构 仓壳圆筒圆周方向拉力按式（70）计算：

YS?(p?ph)Di …………..…………………………（70） 2式中：Ys—— 仓壳圆筒圆周方向拉力，N/mm。 仓壳锥体母线方向拉力按式（71）计算：

Y1?(p?pv)Dimcg …………..……………………（71） ?4cos??Dicos?式中：Y1—— 仓壳锥体母线方向拉力，N/mm。

II?II(p?pn)RiY2? ………………….…………………（72）

cos?式中：Y2—— 仓壳锥体圆周方向拉力，N/mm。

Q?Y2Bn?YSBc?Y1Risin? ………………………………（73）

式中：Q—— 仓壳锥体圆周方向拉力，N；

Bn—— 仓壳锥体有效加强长度，mm； Bc—— 仓壳圆筒有效加强长度，mm。

Bn?0.6Di?e …………………………………………（74）

2cos?Di?eBc?0.6 ……………….…………………………（75）

2承压圈区域内所需截面积按式（76）计算：

Ac?Q????t ……………………….……………………（76）

式中：Ac—— 承压圈区域内所需截面积，mm2。

当Ac?Bctc?Bntn时需要增加具有相当于Ac?(Bctc?Bntn) 截面积的补强圈。 6.16 仓壳圆筒加强结构

6.16.1 仓壳圆筒设计外压

仓壳圆筒设计外压按式 （77）计算：

po?2.25fiq0?pin ………………………………………（77）

式中：pin—— 料仓内部负压值，MPa。 6.16.2 料仓许用临界外压力

料仓许用临界外压力值?p?cr按GB 150计算： 6.16.3 加强圈个数及位置

当?p?cr＜po时，需在仓壳圆筒外设置加强圈，加强圈的最少数量及其在当量仓壁上的位置，应符合表25。

表25 仓壁加强圈最少数量及位置

设计外压po与许用临界外压 所需加强圈 最少个数 ?p?cr的关系 加强圈距当量仓体上端的距离（mm） ?p?cr?po po??p?ct?po 2po1??p?cr?p0 320 1 1H? 22 n 1H?3 2H?3 po1??p?cr?po n?1n1 1H nH H???n?1n?1n?1

6.16.4 加强圈最小截面尺寸

加强圈最小截面尺寸宜符合表26的规定。

表

mm

仓壳圆筒内直径 26 加强圈最小截面尺寸

Di 加强圈最小截面尺寸 （可用同等截面模数的型钢或组合件代替） ∠100×63×8 ∠125×80×8 ∠150×150×10 Di≤20000 20000＜Di≤36000 Di＞36000 6.16.5 加强圈与仓壳圆筒的连接形式

加强圈与仓壳圆筒的连接形式按附录A确定。 6.17 裙座

6.17.1 裙座壳底截面的组合应力按式（78）和式（79）校核，见图14：

ri

图14 裙座壳示意图

0?0m0g?Fv0?0?K0Bcos2?1Mmax ………………………（78） (?)??tcos?ZsbAsb???K0R0?0?Memmaxg?K0Bcos2?10.3Mw ……………………（79） (?)??cos?ZsbAsb?0.9ReL式中：FV0?0—— 0－0截面处的垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项，N；

Asb—— 裙座壳底部截面积，mm2；

?—— 裙座半顶角，对圆柱形裙座，?=0，（°）；

Zsb—— 裙座壳底部截面模数，mm3； Dis—— 裙座壳底部内直径，mm；

?s—— 裙座壳底部壁厚，mm；

K0—— 载荷组合系数，取K0=1.2。

mmax—— 料仓最大质量，如不进行水压试验，可取mmax=m0，kg。

2Zsb??Dis?s/4 …….………….…………………………（80）

Asb??Dis?s …………….………………………………（81）

6.17.2 裙座上较大开孔（图15）处截面h－h组合应力按式（82）和式（83）校核：

2h?hh?h?mog?Fvh?h1Mmax?K0Bcos?(?)??………………………（82） tcos?ZsmAsm??K0???h?hh?h?Memmaxg?K0Bcos2?10.3Mw(?)??………………………（83） cos?ZsmAsm0.9?s?式中：FFh?h—— h－h截面处的垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项，N；

Asm—— h－h截面处裙座壳的截面积，mm2；

bm—— h－h截面处水平方向的最大宽度，mm； Dim—— h－h截面处裙座壳的内直径，mm； lm—— 开孔加强管长度，mm；

h?hmm； —— h－h截面处的最大弯矩，N·Mmaxh?hmm； —— h－h截面处的风弯矩，N·Mwh?h—— h－h截面以上料仓的操作质量，kg； m0h?hh?h—— h－h截面以上料仓的试验质量，如不进行水压试验，可取为m0，kg； mmaxZsm—— h－h截面处裙座壳的截面模数，mm3； Asm??Dim?es???(bm?2?m)?es?Am? …………..……………（84） Am?2lm?m ….………………………………………（85） Zsm??42Dim?es??(bmDim?es2?Zm) ………….………………（86） Zm?2?eslm(Dim2bm2)?() ………….………………（87） 22hhesDim 图15 裙座壳上较大开孔处h－h截面示意图 如果不满足上述条件时，须重新设定裙座壳有效厚度 ?es，重复上述计算，直至满足要求。 6.18 裙座地脚螺栓座 bmlmm6.18.1 裙座基础环 6.18.1.1 基础环内、外径（见图16、图17）按式（88）、式（89）选取： Dob?Dis?(160~400) …………….……………………（88） Dib?Dis?(160~400) ………….………………………（89） esesDisbDisYXbDibDobDibDoblbb 图16 无筋板基础环 图17 有筋板基础环 6.18.1.2 基础环厚度，按式（90）或式（91）计算： 无筋板时（图16）基础环厚度： ?b?1.73b有筋板时（见图17）的基础环厚度： ?bmax?R?b ……………………………………（90） ?b?6Ms …………..……………………………（91） ?R?b无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16 mm。 式中：?b—— 基础环厚度，mm；

?R?b——

基础环材料许用弯曲应力，MPa；

?bmax—— 混凝土基础上的最大压应力，MPa。

0?0?Mmaxm0g?FV0?0??ZAb?b?? 取其中较大值 ….…..………（92） 0?0?0.3MW?Me?mmaxg?ZbAb??bmax其中：FV0?0仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。 矩形板计算力矩按式（93）计算：

MS?max?MX,MY? …………..……………………………（93） MX?CX?bmaxb2 ……..……..……………………………（94） MY?CY?bmaxl2 ……..……..……………………………（95）

其中系数CX、CY按表（27）选取。

表27 矩形板力矩CX、CY计算表

b/l 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 CX 0.500 0.500 0.490 –0.448 –0.385 –0.319 –0.260 –0.212 CY 0 0.0000 0.0006 0.0051 0.0151 0.0293 0.0453 0.0610 b/l 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 CX –0.173 –0.142 –0.118 –0.0995 –0.0846 –0.0726 –0.0629 –0.0550 CY 0.075 0.0872 0.0972 0.105 0.112 0.116 0.120 0.123 b/l 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 CX -0.0485 –0.0430 –0.0384 –0.0345 –0.0312 –0.0283 –0.0258 –0.0236 CY 0.126 0.127 0.129 0.130 0.130 0.131 0.132 0.132 b/l 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 — CX –0.0217 –0.0200 –0.0185 –0.0171 –0.0159 –0.0149 –0.0139 — CY 0.132 0.133 0.133 0.133 0.133 0.133 0.133 — 注：l为两相邻筋板最大外侧间距。

6.18.2 地脚螺栓

地脚螺栓承受的最大拉应力按式（96）计算：

0?0?MW?Memming??ZAb??B??0?0b 取二者中较大值…………..……（96） 0?00?0?ME?0.25Mw?Me?m0g?Fv?ZbAb?式中：FV0?0—— 0－0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；

?B—— 地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa；

Ab—— 基础环面积，mm2； Zb—— 基础环的截面模数，mm3。

Ab??422(Dob?Dib) ……………..………………………（97）

Zb?44?(Dob?Dib)32Dob ………..……………………………（98）

当?B≤0时，料仓可自身稳定，但为了固定料仓位置，仍应视具体情况，设置一定的地脚螺栓。

当?B＞0时，料仓必须设置地脚螺栓。地脚螺栓根径按式（99）计算：

d1?4?BAb?C2 …………………..………………（99）

?n?R?bt式中：d1—— 地脚螺栓螺纹根径，mm；

C2—— 地脚螺栓腐蚀裕量，mm；

n —— 地脚螺栓个数，一般取4的倍数，对小直径料仓，可取n=6；

?R?bt——

地脚螺栓材料的许用应力，MPa。

6.18.3 筋板

筋板压应力按式（100）计算：

?G?Fn1?Gl2 ………………………………………（100）

式中：?G—— 筋板的压应力，MPa；

F —— 一个地脚螺栓承受的最大拉力，N； n1 —— 对应于一个地脚螺栓的筋板个数；

l2—— 筋板宽度，mm；

?G—— 筋板厚度，mm。

F??BAbn ………………………………………（101）

筋板的许用压应力按式（102）或（103）计算： 当???c时

??2?1?0.4()??R?G??c? ……………………………（102） ?R?c??v当???c时

G ………………………………（103） ?R?c?0.277?R?2(?/?c)式中：?R?c—— 筋板的许用压应力，MPa；

?—— 细长比，按式（104）计算，且不大于250；

i —— 回转半径，对长方形截面的筋板取0.289?G，mm； lk—— 筋板长度，mm；

v—— 系数，按式（105）计算；

?c—— 临界细长比，按式（106）计算：

E —— 钢板材料的弹性模量，MPa；

?R?G——

筋板材料的许用应力，MPa。

??0.5lk ……………………..……………………（104） i2?v?1.5?()2 ………………………………………（105）

3?c?c?0.6?R?G?2E ………….……………………………（106）

筋板的压应力等于或小于许用压应力，即?G≤???G。但?G一般不小于2 / 3基础环厚度。

6.18.4 盖板

6.18.4.1 分块盖板最大应力按式（107）或式（108）计算：

无垫板时

?z?有垫板时

Fl3……….……………………………（107） 2(l2?d3)?c?z?Fl3 …………….………………（108）

(l2?d3)?c2?(l4?d2)?z2式中：?z—— 盖板的最大应力，MPa；

d2—— 垫板上的地脚螺栓孔直径，mm； d3—— 盖板上的地脚螺栓孔直径，mm； l2—— 筋板长度，mm；

l3—— 筋板内侧间距，mm；

l4—— 垫板宽度，mm；

?c—— 盖板厚度，一般分块厚度不小于基础环的厚度，mm； ?z—— 垫板厚度，mm。

6.18.4.2 环形盖板的最大应力按式（109）或式（110）计算：

无垫板时

?z?有垫板时

3Fl3 ……….……………………………（109） 24(l2?d3)?c?z?3Fl3 ……..…………………（110）

4(l2?d3)?c2?4(l4?d2)?z2式中：?z—— 环形盖板最大应力，MPa。

ozl4d2d3l2l1l5l3Glkl5l3Dib注： ≥ +DobbG 图18 地脚螺栓座尺寸 一般环形盖板厚度不小于基础环厚度。

盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用应力。

6.19 仓壳圆筒与裙座连接焊缝

6.19.1 仓壳圆筒与裙座搭接焊接接头 J－J截面处（见图19）搭接焊接接头的剪应力按式（111）或式（112）校核： a） 圆筒形 b） 圆锥形 图19 仓壳圆筒与裙座搭接焊接接头示意图

J?JJ?JMmaxm0g?FvJ?Jt??0.8Ko?R?w …..……………………（111） ZwAwJ?JJ?J0.3Mw?Memmaxg??0.8?0.9Ko?s ……….……………（112）

ZwAw其中FvJ?J仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。

2

式中：Aw—— 焊接接头抗剪断面面积，按式（113）计算，mm；

Dot—— 裙座壳顶部截面外直径，mm；

FvJ?J—— 搭接焊接接头处的垂直地震力，N；

J?Jmm； Mmax—— 搭接焊接接头处的最大弯矩，N·

J?Jmm； —— 搭接焊接接头处的风弯矩，N·MwJ?J，kg； —— 水压试验时（或满仓时）料仓最大质量（不计裙座质量）mmaxmoJ?J—— J－J截面以上料仓操作质量，kg；

Zw—— 焊接接头抗剪截面模数，按式（114）计算，mm3；

?R?tw——

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者，MPa。

Aw?0.7?Dot?es …………….…………………………（113）

2ZW?0.55Dot?es ………………………………………（114）

6.19.2 仓壳圆筒与裙座对接焊接接头

对接焊接接头J－J截面处（见图20）的拉应力按式（115）校核：

J?JJ?J4Mmaxmog?FvJ?Jt≤0.6???KRw ………….………………（115） o2?Dit?es?Dit?es其中FvJ?J仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此项。

式中：Dit—— 裙座顶截面的内直径，mm。

a） 圆筒形 b） 圆锥形

图20 仓壳圆筒与裙座对接焊接接头示意图

6.20 耳式支座

耳式支座按JB/T 4725标准选用及校核。

6.21 环座式支座

6.21.1 刚性环耳式支座组合截面的惯性矩

刚性环、垫板与料仓筒体的组合截面（见图21）。 图21 刚性环、垫板与壳体的组合截面图

料仓筒体和支座垫板圆筒的有效加强宽度按式（116）及式（117）计算：

Ls?2?0.55Do?e?1.1Do?e ……………………….………..（116）

Lsi?2?0.55D1?1?1.1D1?1 ……………………..………….（117）

式中：Ls—— 料仓筒体有效加强长度，mm；

Lsi—— 垫板圆筒有效加强长度，mm；

D1—— 垫板圆筒外径，mm；

?1—— 垫板圆筒有效厚度，mm。

组合截面的惯性轴X—X距刚性环外缘的距离a按式（118）计算：

111B?T?B??1?Lsi(B??1)??1?Ls(B??1??e)222a? ……..…….（118）

B?T??1?Lsi??e?Ls式中：a—— 组合截面的惯性轴X—X距刚性环外缘的距离，mm；

B—— 刚性环宽度，mm；

T

—— 刚性环厚度，mm；

组合截面的惯性矩按式（119）计算：

I??Ii?I1?I2?I3 …………………..………………（119）

式中：I—— 组合截面的惯性矩，mm4；

I1—— 刚性环对于惯性轴X—X的惯性矩，按式（120）计算，mm4；

a1—— 刚性环中心对于惯性轴X—X的距离，mm；

I2—— 垫板有效加强段对于惯性轴X—X的惯性矩，按式（121）计算，mm4； a2—— 垫板中心对于惯性轴X—X的距离，mm；

I3—— 仓壳圆筒有效加强段对于惯性轴X—X的惯性矩，按式（122）计算，mm4； a3—— 仓壳圆筒中心对于惯性轴X—X的距离，mm ；

I1?I2?I3?13BT?B?T?a12 …………………………………（120） 12132?1Lsi??1?Lsi?a2 ………….……………………（121） 12132?eLs??e?Ls?a3 …………..……………………（122） 126.21.2 支座处作用于刚性环上的力

支座处作用于刚性环上的力F（见图22），按式（123）计算：

图22 支座及刚性环上的作用力图

F?式中：b——

Fb?b …………………………….……………（123） h反力Fb至壳体的力臂。设有垫板时，至仓壳圆筒的外表面；不设垫板时，至仓壳圆筒截面的中心，mm；

h—— 耳式支座的高度，mm；

F—— 支座处作用于刚性环上的力, N；

Fb—— 作用于支座上的反力，按式（124）计算，N；

Fb1—— 作用于一个支座上的反力，按式（125）计算，N；

J?J—— 支座底部截面J—J处最大弯矩，N·Mmaxmm；

n—— 支座的数量；

Db—— 反力Fb作用点的直径，mm；

Fb?nFb1 …………….…………….……..…………（124）

J?J4MmaxmgFb1??o …………………….……..…………（125）

nDbn6.21.3 刚性环组合断面上的内力和应力

刚性环组合断面上的内力和应力分布（见图23）。

6.21.3.1 支座处应力校核

支座处内力矩按式（126）计算：

D11Mr1?－F(－ctg?)s ………………………………（126）

2?2式中：Ds—— 组合截面惯性轴直径，mm；

Mr1—— 支座处内力矩，N·mm；

?—— 两支座之间半夹角，弧度。

4个支座时：???4 弧度

图23 刚性环组合断面上的力和力矩

支座处周向力按式（127）计算：

Tr1?1Fctg? ……………….……………………..（127） 2式中：Tr1—— 支座处圆周力，N；

支座处组合应力按式（128）计算：

?r1?Mr1?aI?Tr1 ……..…..………………………..（128） A式中：?r1—— 支座处组合应力， MPa；

2

A—— 组合截面的面积，A?B?T??1Ls1??eLs，mm；

支座处组合应力按式（129）校核：

?r1??R? …………….……………………………（129）

6.21.3.2 两支座中间处应力校核

两支座中间处内力矩按式（130）计算：

Mr2?111DF(?)s ………..…………………….（130） 2sin??2式中：Mr2—— 两支座中间处内力矩，N·mm；

两支座中间处周向力按式（131）计算：

Tr2?11F ………………..…………………….（131） 2sin?式中：Tr2—— 两支座中间处圆周力， N；

两支座中间处组合应力按式（132）计算：

?r2?Mr2?aI?Tr2 ……………….…………….（132） A式中：?r2—— 两支座中间处组合应力， MPa；

支座处组合应力按式（133）校核：

?r2??R?…………………………………………….（133）

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