立式钢制储罐环墙基础设计计算

立式钢制储罐环墙基础设计计算

李建国

（新疆寰球工程公司   乌鲁木齐市  830019）

摘要：储罐基础是保证储罐安全、正常使用的关键环节。因此，储罐基础设计尤为重要。钢制储罐基础设计计算根据储罐类型不同而有所差别。分析了一般储罐基础环墙和设有内罐储罐基础的计算。结合工程实例，分析了介质重度和罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值gK对储罐环墙厚度的影响。通过研究分析了储罐重量、介质高度、介质重度、环墙高度等因素对环墙厚度的影响，有利于优化设计，降低环墙厚度，节省材料用量。

关键词:储罐基础  环墙设计计算  内罐基础

钢制储罐是目前国内外石油储运的主要构筑物之一。随着我国经济建设的发展，石油工业在国民经济建设中扮演着越来越重要的角色，钢制储罐是石油化工生产储运中的重要环节，钢储罐在使用中要求基础平稳，基础的质量关乎到储罐的安全和正常使用。因此，储罐基础设计是石油化工构筑物设计中的重要内容。在工程设计中，钢制储罐基础设计根据储罐类型不同而有所区别。本文分别对一般储罐基础环墙和设有内罐储罐基础计算进行研究，并结合工程实例，分析了介质重度和罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值gK对储罐环墙厚度的影响，研究了储罐重量、介质高度、介质重度、环墙高度对环墙厚度的影响，有助于通过优化设计，降低环墙厚度。

1  储罐基础环墙计算

1.1一般储罐基础环墙计算

当储罐罐壁位于环墙顶面时，储罐环墙宽度是根据环墙底部压强P1和环墙内侧同一水平地基土压强P2标准值相等计算得来的，储罐环墙基础剖面如图1所示。

通过研究储罐环墙厚度计算公式可以发现，钢储罐基础环墙与一般建、构筑物的基础是有差别的。一般建、构筑物的上部荷载是通过基础传递分配到地基上的，而储罐环墙基础是环墙与环墙内各垫层组成的柔性基础共同作用。环墙只承受罐壁(浮顶罐)或罐壁、罐顶(固定顶罐)荷载及小部分储罐介质荷载，而大部分介质荷载是由环墙内各垫层传递到地基上的。储罐基础环墙设计时，应计算充水试压及正常使用工况下环墙单位高度环向力，并取环墙单位高度环向力的较大值计算环墙截面配筋，还要验算地基承载力、地基变形等是否满足设计要求。

1.2设有内罐的储罐基础环墙计算

对于设有内罐的储罐，在内罐底部应单独设置内罐基础，储罐内罐和内罐介质重量通过内罐基础传递到地基上，内罐和内罐介质的荷载由内罐基础独立承担，内罐基础应根据储罐内罐和内罐液体重量单独计算。对于设有内罐的储罐环墙计算，罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载 gK 的取值应仅为外罐重量，不包含内罐重量，且为了保证内外罐共同沉降，内罐基础和外罐环墙基础的地基承载力应相等，且内外罐之间应设置连系梁，设有内罐的储罐基础如图2，图3 所示。

对天然地基或处理后的地基上的储罐基础，其底面处压力应符合下式要求:

式中:pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值，kN/m2;

fa———修正后的地基承载力特征值，kN/m2;

储罐外罐环墙基础底面处的平均压力设计值可按下式计算:

式中:Fkp———相应于荷载效应标准组合时，外罐上部结构传至环墙基础顶面的竖向力，kN;

Gko———外罐环墙基础自重，kN;

Ao———外罐环墙基础底面面积，m2，对环墙式基础，计算面积应取环墙底面积。

储罐内罐基础底面处的平均压力设计值可按下式计算:

式中: Fki相应于荷载效应标准组合时，内罐上部结构传至内罐基础顶面的竖向力，kN;

Gki———内罐基础自重，kN;

Ai———内罐基础底面面积，m2。

2 工程实例对比分析

结合某项目一台调节罐实例，分析介质重度和罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值 gK，对环墙宽度计算结果的影响更为直观。调节罐设计参数: 此调节罐为拱顶罐(设有内罐)，容积为10985 m3，外罐内直径为28 m，内罐内直径为 11 m，储罐底板厚度为 0. 008 m。设备自重为3000kN(其中内罐重为 850 kN)，充水重为104600 kN(其中内罐充水重为17090kN)，储液面高度为16. 8 m，保温重为200 kN，梯子重为62 kN。环墙基础露出地面高度为0. 5 m，基础埋深为1 m。γc和γm分别取25kN/m3，18kN/m3，β为0. 5。

1）介质重度为 10 kN/m3，计算环墙宽度时，罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值gK应扣除内罐重量，仅考虑外罐、保温、梯子重量。

将数据代入公式（4），可得

2）介质重度为 9 kN/m3 ，计算环墙宽度，

3）介质重度为 10 kN/m3 ，计算环墙宽度时， 如果没有仔细研究储罐形式和受力情况，罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值 gK 取值没有扣除内罐重量，

通过工程实例 1)、2)对比可以显而易见地看出，介质重度越轻，环墙厚度反而增大，而不是想当然认为的介质重度越重，环墙厚度越大。通过工程实例 1)、3) 对比发现，在计算环墙宽度时，罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载标准值g

K的取值是至关重要，直接影响着计算结果的正确与否，应根据不同储罐类型和实际受力情况进行选取。

3 结语

1)通过研究储罐环墙厚度计算公式可知，环墙厚度取决于储罐重量、环墙顶面至罐内最高储液面高度、罐内使用阶段储存介质的重度、环墙高度等影响因素，分别降低储罐重量，增加介质重度，增加介质高度，减小环墙高度都有助于降低环墙厚度。介质重度越轻，介质高度越小，环墙厚度反而增大，而不是想当然认为的介质重度越重，介质高度越高，环墙厚度越大。因此，设计人员在进行储罐环墙设计时要对计算公式和受力情况进行深入分析和深刻理解。

2)对于设有内罐的储罐环墙计算，罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载 gK 的取值应减去内罐重量。储罐内罐基础应根据储罐内罐和内罐液体重量单独计算，内外罐之间应设置连系梁以保证内外罐共同沉降。

3)罐壁底端传给环墙顶端的线分布荷载 gK的取值至关重要，应根据储罐类型和实际受力情况分析进行计算。当储罐为浮顶罐时，gK仅为储罐重量(包含保温层重量); 当储罐为固定顶罐(含内浮顶)时，gK应取罐壁和罐顶重量(包含保温层重量)。

参考文献:

［1］ GB 50473—2008 钢制储罐地基基础设计规范［S］.

作者简介：李建国（1979-）男，汉，新疆乌鲁木齐市人，工程师，学士学位，研究方向：结构工程