..3.1塔體及裙座的強(qiáng)度計算適用范圍本章計算適用于高度大于10m,且高度與直徑之比大于5的裙座自支承式鋼制塔設(shè)備。塔設(shè)備的設(shè)計壓力可以是內(nèi)壓或外壓。引用標(biāo)準(zhǔn)4710-92"鋼制塔式容器"、GB150-98"鋼制壓力容器"。設(shè)計計算條件.1塔設(shè)備的設(shè)計壓力及設(shè)計溫度設(shè)計壓力系指在相應(yīng)設(shè)計溫度下用以確定塔設(shè)計殼體厚度的壓力,其值不得小于塔設(shè)備頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。設(shè)計溫度指塔殼體的設(shè)計溫度,系指塔設(shè)備在正常操作情況,并在相應(yīng)設(shè)計壓力下,設(shè)定的受壓元件的金屬溫度,其值不得低于元件金屬可能達(dá)到的最高金屬溫度。裙座設(shè)計溫度一般取建塔地區(qū)室外計算溫度<冬季>,見表3-1。.2塔設(shè)備設(shè)計應(yīng)考慮的載荷⑴設(shè)計壓力；⑵液柱靜壓；⑶塔設(shè)備自重<包括內(nèi)件和填料>以及正常操作條件下或試驗狀態(tài)下內(nèi)容物的重力載荷；⑷附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯及平臺等重力載荷；⑸風(fēng)載荷和地震載荷；必要時,應(yīng)考慮以下載荷的影響：⑹連接管道和其它部件的影響；⑺由于熱膨脹量不同而引起的作用力；⑻壓力和溫度變化的影響；⑼塔設(shè)備在運(yùn)輸或吊裝時承受的作用力。上述載荷中⑴～⑹部分載荷在本章計算中予以考慮。⑺～⑼部分的載荷引起的機(jī)械計算應(yīng)采用其它相應(yīng)的計算方法。.3塔設(shè)備壁厚⑴最小壁厚塔殼圓筒不包括腐蝕裕度的最小厚度,對于碳鋼和低合金鋼制塔設(shè)備為2‰的塔內(nèi)徑,且不小于4mm；不銹鋼制塔設(shè)備為3mm；裙座最小壁厚為6mm。⑵計算厚度指按GB150及4710相應(yīng)公式計算所得的厚度,不包括壁厚附加量。⑶壁厚附加量、設(shè)計厚度、名義厚度及有效厚度詳見4710第3章中的定義。.4材料及其許用應(yīng)力⑴受壓元件用鋼的選用原則、鋼材標(biāo)準(zhǔn)、熱處理狀態(tài)及許用應(yīng)力等均按GB150中的相關(guān)規(guī)定。表3-1中國部分地區(qū)室外計算溫度地名采暖冬季通風(fēng)冬季空氣調(diào)節(jié)地名采暖冬季通風(fēng)冬季空氣調(diào)節(jié)北京-9-5-12XX-60-9上海-23-4XX-32-6天津-9-4-11XX-51-8XX-25-19〔-20＊-29XX-32-7XX-26-20-29XX-1〔0＊5-3XX-23-17-26XX280XX-25-18-28XX5104XX-20-13-23XX-50-8XX-12-5-14XX-42-7烏魯木齊-23-15-27XX-23-5XX-13-9-15XX-15-3XX-11-7-13XX261XX-7-3-10XX-15-3XX-7-1-10XX3〔4＊81XX-7-3-9XX-62-8注：⒈本表摘自TJ19-75《工業(yè)企業(yè)采暖通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》〔試行,表中帶＊數(shù)字系《暖通空調(diào)氣象資料集》<增編Ⅰ稿>中的數(shù)據(jù)。⒉采暖室外計算溫度為歷年平均不保證5天的日平均溫度。⒊冬季通風(fēng)室外計算溫度為累年最冷月<一月>的平均溫度。⒋冬季空氣調(diào)節(jié)室外計算溫度為歷年平均不保證一天的日平均溫度。⑵裙座殼體用鋼按受壓元件用鋼要求選取。⑶非受壓元件用鋼必須是已列入材料標(biāo)準(zhǔn)的鋼材,用于焊接件的鋼材,應(yīng)具有良好的焊接性能。⑷地腳螺栓一般選用Q235-A或16Mn。Q235-A材料的許用應(yīng)力取［σ］bt=147MPa。16Mn材料的許用應(yīng)力取［σ］bt=170MPa。如采用其它碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼作地腳螺栓,則取安全系數(shù)ns≥1.6。⑸以碳素鋼制作的基礎(chǔ)環(huán)、蓋板及筋板,其許用應(yīng)力取[σ]b=140MPa。.5應(yīng)力評定在強(qiáng)度計算中,根據(jù)載荷的類型可分為長期載荷和短期載荷。其產(chǎn)生的應(yīng)力評定尺度是不同的。具體評定值詳見表3-2應(yīng)力評定表。強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算.1強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算所用符號說明Di棗塔殼內(nèi)徑,mm；Dib棗基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑,mm；Dih棗錐殼任意截面內(nèi)徑,mm；D0棗塔殼外徑,mm；D0b棗基礎(chǔ)環(huán)外直徑,mm；D0s棗裙座殼底部外直徑,mm；表3-2應(yīng)力評定表狀態(tài)載荷組合評定值備注正常操作⒈設(shè)計壓力、塔設(shè)備重力載荷、塔內(nèi)液柱壓力拉應(yīng)力：［σ］tφ壓應(yīng)力：［σ］cr[σcr=min<B,［σ］t>]［σ］t：設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力［σ］cr設(shè)計溫度下的許用壓應(yīng)力φ：焊縫系數(shù)σs：常溫下的屈服點(diǎn)⒉上述第1條加風(fēng)載荷或地震載荷拉應(yīng)力：1.2［σ］tφ壓應(yīng)力：1.2［σ］cr試壓⒈試驗壓力、塔設(shè)備重力載荷、試驗介質(zhì)產(chǎn)生的側(cè)壓拉應(yīng)力：周向：液壓0.9σsφ軸向或周向：氣壓0.8σsφ壓應(yīng)力：［σ］cr⒉上述第1條加30％風(fēng)載荷拉應(yīng)力：液壓：σsφ氣壓：σsφ壓應(yīng)力：1.2［σ］crE棗設(shè)計溫度下材料的彈性模量,MPa；FvI-I棗塔設(shè)備任意計算截面I－I處的垂直地震力,N；Fv0-0棗塔設(shè)備底截面處垂直地震力,N；g棗重力加速度,取g＝9.81m/s2；H棗塔設(shè)備高度,mm；Hi棗塔設(shè)備頂部至第i段底截面的距離〔見圖3-1,mm；h棗計算截面距地面高度〔見圖3-1,mm；hi棗塔設(shè)備第i段集中質(zhì)量距地面的高度〔見圖3-1,mm；hk棗任意計算截面I－I以上集中質(zhì)量mk距地面的高度〔見圖3-1,mm；Me棗偏心質(zhì)量引起的彎矩,N.mm；MEI-I棗任意計算截面I－I處的地震彎矩,N.mm；ME0-0棗底部截面0－0處的地震彎矩,N.mm；MmaxI-I棗任意計算截面I－I處的最大彎矩,N.mm；Mmax0－0棗底部截面0－0處的最大彎矩,N.mm；MWI-I棗任意計算截面I－I處的風(fēng)彎矩,N.mm；MW0-0棗底部截面0－0處的風(fēng)彎矩,N.mm；me棗偏心質(zhì)量,kg；mi棗塔設(shè)備第i段的操作質(zhì)量,kg；mmax棗塔設(shè)備最大質(zhì)量,kg；mmin棗塔設(shè)備最小質(zhì)量,kg；m0棗塔設(shè)備操作質(zhì)量,kg；m0I-I棗計算截面I－I以上的操作質(zhì)量,kg；p棗設(shè)計壓力,MPa；T1棗塔設(shè)備基本自振周期,s；Ti棗塔設(shè)備第i階振型自振周期,s；β棗錐殼半頂角,〔°；δb棗基礎(chǔ)環(huán)計算厚度,mm；δe棗圓筒或錐殼的有效厚度,mm；δeh棗封頭設(shè)定的有效厚度,mm；δei棗各計算截面設(shè)定的圓筒或錐殼有效厚度,mm；δes棗裙座殼設(shè)定的有效厚度,mm；σs棗常溫下塔殼或裙座殼材料的屈服點(diǎn),MPa；棗設(shè)計溫度下塔殼材料的許用應(yīng)力,MPa；棗設(shè)計溫度下裙座殼材料的許用應(yīng)力,MPa；棗設(shè)計溫度下塔殼或裙座殼材料的許用軸向壓應(yīng)力,MPa；φ棗焊縫系數(shù)；B棗系數(shù),MPa,按如下步驟確定：先計算系數(shù)式中Ri棗圓筒的內(nèi)半徑,mm。再由系數(shù)A根據(jù)材料牌號確定B值,若A值落在設(shè)計溫度下材料線的右方,則過此點(diǎn)垂直上移,與設(shè)計溫度下材料線相交〔中間溫度用內(nèi)插法。再過此交點(diǎn)水平右移,即得到B值；若系數(shù)A落在設(shè)計溫度線左方,則按下式計算B值：式中E棗設(shè)計溫度下材料的彈性模量,MPa。.2計算步驟⑴按壓力確定圓筒及封頭的有效厚度δe及δeh。⑵根據(jù)地震或風(fēng)載的需要,選取若干計算截面〔包括所有危險截面,并考慮制造、運(yùn)輸、安裝要求,設(shè)定各截面處圓筒的有效厚度與裙座有效厚度。⑶按.3中的規(guī)定依次進(jìn)行校核和計算,并滿足各相應(yīng)要求,否則應(yīng)重新設(shè)定圓筒的有效厚度,直至滿足全部校核條件為止。.3強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算⑴塔上主要載荷塔上主要載荷見圖3-1所示。⑵塔設(shè)備質(zhì)量塔設(shè)備操作質(zhì)量m0m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me塔設(shè)備最大質(zhì)量mmaxmmax=m01+m02+m03+m04+ma+mw+me塔設(shè)備最小質(zhì)量mminmmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+m式中m01棗塔殼和裙座質(zhì)量,kg；m02棗內(nèi)件質(zhì)量,kg；m03棗保溫材料質(zhì)量,kg；m04棗平臺、梯子質(zhì)量,kg；m05棗操作狀態(tài)下塔內(nèi)物料質(zhì)量,kg；ma棗人孔、接管及法蘭等附件質(zhì)量,kg；mw棗液壓試驗時,塔設(shè)備內(nèi)充液質(zhì)量,kg。最小質(zhì)量算式中0.2m02系考慮內(nèi)件焊在殼上的部分質(zhì)量；另外應(yīng)根據(jù)吊裝方案或?qū)嶋H情況調(diào)整其最小質(zhì)量。⑶自振周期在地震及風(fēng)載荷計算中,均要求引用塔設(shè)備的基本參數(shù)棗自振周期。等徑、等厚度塔設(shè)備的基本自振周期按下式計算：對于不等徑或不等厚度塔設(shè)備,可將直徑、厚度沿塔高度變化的塔設(shè)備視為一個多質(zhì)點(diǎn)體系,如圖3-2所示。其中直徑和厚度不變的每段塔設(shè)備質(zhì)量,可處理為一個作用在該段高度1/2處的集中質(zhì)量,其自振周期按下式計算：,s<3-1>式中Ei、Ei-1棗第i段、第i－1段的材料在設(shè)計溫度下的彈性模量,MPa；Ii、Ii-1棗第i段、第i－1段的截面慣性矩,mm4；圓筒段：<3-2>圓錐段：<3-3>式中Die棗大端內(nèi)徑,mm；Dif棗小端內(nèi)徑,mm。⑷地震載荷計算①水平地震力。在任意高度hk處的集中質(zhì)量mk引起的基本振型地震水平力按下式計算：Fkl＝Czα1ηklmkg<3-4>式中Fkl棗集中質(zhì)量mk引起的基本振型水平地震力,N；Cz棗綜合影響系數(shù),Cz＝0.5；mk棗距地面hk處的集中質(zhì)量〔見圖3-3,kg;α1棗對應(yīng)于塔器基本自振周期T1下的地震影響系數(shù)α值；α1值可查圖3-4得到,圖中曲線部分可按下列公式計算：α＝〔Tg/T0.9αmax<3-5>α值不得小于0.2αmax；αmax棗地震影響系數(shù)的最大值,見表3-3；ηkl棗基本振型參與系數(shù)；Tg棗各類場地土的特征周期,見表3-4表3-4場地土的特征周期Tg場地土近震遠(yuǎn)震場地土近震遠(yuǎn)震Ⅰ0.20.25Ⅲ0.40.55Ⅱ0.30.40Ⅳ0.650.85注：場地土分類及近震、遠(yuǎn)震4710附錄B②地震垂直力。設(shè)防裂度8度或9度區(qū)的塔設(shè)備應(yīng)考慮上下兩個方向的垂直地震力作用。如圖3-5所示。塔設(shè)備底截面處的垂直地震力為：FV0-0＝0.4875αmax*m0*g<3-7>任意質(zhì)量mi處垂直地震力按下式計算：<3-8>③地震彎矩。塔設(shè)備任意計算截面I－I的基本振型地震彎矩按下式計算：<3-9>式中ME1棗I－I處的地震彎矩,Nmm對于等徑、等壁厚塔任意截面I－I和底截面的基本振型彎矩分別為：<3-11><10><3-11>當(dāng)塔設(shè)備H/D＞15,或高度大于20m時,還應(yīng)考慮高振型的影響；其地震彎矩按4710附錄Ａ計算。也可按下式計算：<3-12>⑸風(fēng)載荷對室外安裝的塔設(shè)備,要承受風(fēng)載荷<屬于短期載荷>,當(dāng)塔設(shè)備的高度與直徑之比大于５,或高度大于10m時,在其強(qiáng)度和穩(wěn)定的計算中應(yīng)考慮風(fēng)載荷。計算風(fēng)載荷時,塔設(shè)備應(yīng)按圖3-6所示分段進(jìn)行,每段內(nèi)的風(fēng)壓值認(rèn)為是等值,整塔的風(fēng)載則呈階梯形分布。①水平風(fēng)力。第i計算段質(zhì)量重心處的水平風(fēng)力為：Pi=K1K2iq0filiDei×10-6<3-13>式中Pi棗第i段質(zhì)量重心處的水平風(fēng)力,N；Dei棗第i段的有效直徑,mm；當(dāng)籠式扶梯與塔頂管布置成180°時：Dei=Doi＋2δsi＋K3＋K4＋do＋2δps<3-14>當(dāng)籠式扶梯與塔頂管布置成90°時,取下列兩式中大值：Dei=Doi＋2δsi＋K3＋K4<3-15>Dei=Doi＋2δsi＋K4＋do＋2δps<3-16>式中Doi棗各計算段處的外徑,mm；do棗塔頂管線外徑,mm；δsi棗塔設(shè)備第i段保溫層厚度,mm；δps棗塔頂管線保溫層厚度,mm；K3棗籠式扶梯當(dāng)量寬度；當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時,可取K3=400mm；K4棗操作平臺當(dāng)量寬度,mm；∑A棗第i段內(nèi)平臺構(gòu)件的投影面積<不計空檔投影面積>,mm2；l0棗操作平臺所在計算段的長度,mm；fi棗風(fēng)壓高度變化系數(shù),查表3-5；K1棗體型系數(shù),取K1=0.7;表3-5風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi地面粗造度類別距地面高度HitABC地面粗造度類別距地面高度HitABC51.170.800.54502.031.671.36101.381.000.71602.121.771.46151.521.140.84702.201.861.55201.631.250.94802.271.951.64301.801.421.11902.342.021.72401.921.561.241002.402.091.79注：⒈A類地面粗糙度系指近海海面、海島、湖岸及沙漠地區(qū)；B類系指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)；C類系指有密集建筑群的大城市市區(qū)。⒉Hit為塔設(shè)備第i段頂截面距地面的高度,m。⒊若采用當(dāng)?shù)貧庀蟛块T資料時,對A類地區(qū)高度變化系數(shù)fi應(yīng)取B類地區(qū)系數(shù)；B類和C類地區(qū)不變。K2i棗第i段風(fēng)振系數(shù),當(dāng)塔高H≤20m時,取K2i=1.70,當(dāng)H＞20m時,按下式計算：式中ξ棗脈動增大系數(shù),按表3-6查取；i棗第i段脈動影響系數(shù),按表3-7查取；φzi棗第i段振型系數(shù),根據(jù)hit/H與u查表3-8；q0棗基本風(fēng)壓值,詳見表3-9"全國部分城市基本風(fēng)壓表"或按當(dāng)?shù)貧庀筚Y料,但不得小于250N/m2。表3-6脈動增大系數(shù)ξq1T12<Ns2/m2>1020406080100ξ1.471.571.691.771.831.88q1T12<Ns2/m2>20040060080010002000ξ2.042.242.362.462.532.80q1T12<Ns2/m2>400060008000100002000030000ξ3.093.283.423.543.914.14注：計算q1T12時,對B類q1＝q0,對A類q1＝1.38q0,對C類q1＝0.71q0。表3-7脈動影響系數(shù)i高度hitm粗造度類別1020406080100A0.780.830.870.890.890.89B0.720.790.850.880.890.90C0.660.740.820.860.880.89表3-8振型系數(shù)φziu相對高度hit/H10.80.6u相對高度hit/H10.80.60.10.20.30.40.50.020.070.150.240.350.020.060.120.210.320.010.050.110.190.290.60.70.80.91.00.480.600.730.871.000.440.570.710.861.000.410.550.690.851.00表3-9全國部分城市基本風(fēng)壓表N/m2城市名稱風(fēng)壓值城市名稱風(fēng)壓值城市名稱風(fēng)壓值城市名稱風(fēng)壓值北京350XX400XX550XX350天津400呼和浩特500XX550XX400上海550XX600濰坊400XX700XX300滿洲里700XX450XX700XX450XX350XX400XX250XX450XX350XX350XX300XX550XX400XX350XX350XX450XX400XX400XX400XX450XX400XX350XX300XX550XX400XX350XX300XX550XX500XX300XX250XX500嵊泗1100襄樊300XX300XX500XX400XX300XX600XX600XX550XX350XX350XX450XX300XX400XX300XX450XX300XX350XX500XX400XX350XX350XX350XX550馬XX400XX350XX300XX550XX350XX450嘉峪關(guān)650XX550XX600XX750敦煌400XX300XX750XX350XX350XX450XX500XX700格爾木550XX350XX600茂名600XX650XX400XX400XX700烏魯木齊600XX400XX300XX450克拉瑪依800XX350XX300XX350喀什650XX300XX350XX700香港700XX400XX350XX600澳門700注：本表摘自7410－92《鋼制塔式容器》全國基本風(fēng)壓分布圖,如需表中未列地區(qū)的基本風(fēng)壓值請查該圖。②風(fēng)彎矩。塔設(shè)備任意截面I－I處的彎矩為：…<3-17>底截面0－0處的風(fēng)彎矩為：…〔3-18⑹偏心彎矩偏心質(zhì)量引起的偏心彎矩按下式計算：Me=mege〔3-19式中e棗偏心質(zhì)量質(zhì)心距塔設(shè)備中心線的距離,m。⑺最大彎矩塔設(shè)備任意截面I－I處的最大彎矩按下式計算取其中較大值〔3-20塔設(shè)備底截面0－0處的最大彎矩為：取其中較大值〔3-21⑻塔設(shè)備圓筒體軸向應(yīng)力校核圓筒體任意計算截面I－I的幾項應(yīng)力內(nèi)壓或外壓引起的軸向應(yīng)力<3-22>塔設(shè)備質(zhì)量及垂直地震力引起的軸向應(yīng)力<3-23>彎矩引起的軸向應(yīng)力<3-24>塔設(shè)備筒體最大組合壓應(yīng)力按下式進(jìn)行軸向穩(wěn)定性校核對內(nèi)壓塔設(shè)備σ2＋σ3≤1.2［σcr］<3-25>對外壓塔設(shè)備σ1＋σ2＋σ3≤1.2［σcr］<3-26>式中許用應(yīng)力取其中較小值<3-27>塔設(shè)備軸向拉應(yīng)力校核對內(nèi)壓塔設(shè)備σ1－σ2＋σ3≤1.2[σ]tφ<3-28>對外壓塔設(shè)備－σ2＋σ3≤1.2[σ]tφ<3-29>若校核計算不滿足上述幾式,則應(yīng)重新設(shè)定有效厚度δei；重復(fù)本節(jié)的計算,直至滿足要求為止。⑼塔體錐殼軸向應(yīng)力若塔體計算段為錐殼,其各應(yīng)力分量應(yīng)除以cosβ,β為半錐角,見圖3-7所示。錐殼最大組合壓應(yīng)力按公式<3-25>和公式<3-26>計算及評定；錐殼最大組合拉應(yīng)力按公式<3-28>和<3-29>計算及評定。軸向許用壓應(yīng)力,取其中較小值求B值時,半徑Ri應(yīng)為錐殼小端半徑ri,見圖3-7所示。軸向許用拉應(yīng)力同圓筒的軸向許用拉應(yīng)力。⑽裙座軸向應(yīng)力校核在裙座底截面處的組合應(yīng)力校核,取小值<3-30>液壓試驗時組合應(yīng)力校核,取小值<3-31>公式<3-30>中,Fv僅在為地震彎矩時計入。上兩式中Asb棗裙座底截面面積,mm2；Asb=πDisδes〔3-32Zsb棗裙座底截面的截面系數(shù),mm3；Zsb=πD2isδes/<4cosβ><3-33>Dis棗裙座殼底部內(nèi)徑,mm。裙座檢查孔或較大管線引出孔處截面h-h<見圖3-6,圖3-8>組合應(yīng)力校核,取小值<3-34>,取小值<3-35>上兩式中Asm棗h-h截面處的裙座截面積,mm２；<3-36>Zsm棗h-h截面處的裙座截面系數(shù),mm３；<3-37><3-38>bm棗h-h截面處水平方向的最大寬度,mm；Dim棗h-h截面處裙座殼的內(nèi)徑,mm；棗h-h截面處的垂直地震力。但僅在最大彎矩為地震彎矩