浅析大型消防水罐的基础设计

陈庚 郭循杰 曹晓艳

摘要：本文主要针对目前工程上遇见的大型消防水罐的实际情况，具体的阐述了大型消防钢储罐的基础选型、内力计算、地基承载力计算以及基础的构造要求，对以后大型钢储罐工程设计积累了丰富的经验，具有一定的参考价值。

关键词：消防水罐；基础选型；地基；工程设计

一、工程概况

本工程位于四川省眉山市东坡区象耳镇金象化工园区内，眉山地区抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0.10g，设计地震分组外为第三组，场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为II类，修正后的地基承载力特征值180 ，消防水罐自身重量为24.5t，充水重为630t，平台梯子及保温质量为1.5t，罐体高度为10.5m， 罐体直径为8.6m， 罐体底板直径为8.72m， 消防水罐顶部采用拱顶形式。

二、消防水罐基础计算

2.1环墙宽度计算

由于本工程消防水罐受场地限制，根据《钢制储罐地基基础设计规范》GB50473-2008[1]中3.2.3-4条，采用钢筋混凝土环墙基础。因为罐壁位于环墙顶面，环墙厚度计算根据《钢储罐地基基础设计规范》GB50473-2008中4.1.2条公式：

取 b=300mm，其中，b为环墙厚度，g为钢儲罐底端传至环墙顶端的竖向线分布荷载标准值，当有保温层时，尚应包括保温层的荷载标准值 ）， 为罐壁伸入环墙顶面宽度系数，可取0.5， 为环墙的重度，取25 ， 为环墙内各层土的平均值，取18 ， 为罐体内试用阶段储存介质的重度，取9 ， 为环墙顶面至罐内最高储液面高度， 为环墙高度，取2m.

2.2环墙内力计算

因为罐体高宽比很小，消防水罐基础所承受的竖向荷载远大于水平荷载，所以在计算环墙内力时只考虑竖向荷载对环墙的作用，不考虑水平荷载的影响作用。环墙基础所承受竖向荷载分为两个部分，一部分是消防水罐壁传给环墙顶面的罐体自重荷载，对环墙基础产生的竖向压应力；另一部分是由消防水罐底传给环墙内垫层的罐内水自重和环墙内各层自重荷载，环墙在上部荷载作用下产生侧压力，从而使得环墙外侧受拉应力影响，由于消防水罐本身的自重远远小于充满水的重量，因此，我们只需计算在拉应力作用下所需要配置的钢筋，而在竖向压应力作用下只需按照构造要求配置钢筋即可。按《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH/T3068-2007[2]中6.2.3式计算环墙单位高度下的环向应力设计值：

式中， 为环墙基础单位高度环向应力设计值 ， 、 分别为水、环墙内各层自重分项系数， 可取1.1， 可取1.0， 、 分别为水的重度、环墙内各层的平均重度 ， 可取9.8， 可取18， 为环墙顶面至罐内最高储水面高度， 为侧压力系数，一般地基可取0.33，软土地基可取0.5， 为环墙中心线半径。

2.3环墙钢筋配置

消防水罐基础混凝土等级为C30，环向钢筋采用HRB300级钢筋，按照《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH/T3068-2007中3.3.1式计算单位高度环向钢筋截面面积，式中重要性系数 为1.0，钢筋设计强度为300N/mm2，经计算：

式中， 为环墙单位高度环向应力钢筋的截面面积 ， 为重要性系数，取1.0； 为普通钢筋的抗拉强度设计值，环向钢筋配7根12（一级钢），单位高度的实配钢筋截面面积为792mm2，环向钢筋总配筋率为1.32%，满足要求；环墙竖向钢筋用HRB300级钢筋，构造钢筋配12@180，满足规范构造钢筋直径为12mm～18mm，间距宜为150mm～200mm，且竖向钢筋上下两端为封闭式的要求，拉筋配置为ф8@400。

2.4地基承载力计算

由于消防水罐罐体高宽比很小，消防水罐基础所承受的竖向荷载远远大于水平荷载，所以罐体基础底面处的平均压力设计值可作为轴心荷载考虑，按照《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH/T 3068-2007中7.1.2式计算

；

； ；

；因此满足规范《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH/T 3068-2007中7.1.1，

式中， 为相当于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值， 为基础自重和基础上的土重， 为罐基础地面的面积， 为相当于荷载效应标准值组合时，基础底面平均压力值， 为修正后的地基承载力特征值。

2.5构造要求

本工程储罐基础顶面应设置沥青绝缘层，沥青绝缘层的厚度为100mm，压实系数为0.97，基础表面的沥青砂绝缘层在任意方向上不应有突起的棱角，从中心向周边拉线测量基础表面凹凸度不应超过25mm；在沥青砂绝缘层下面应设置中粗砂垫层，中砂层的厚度为350mm，压实系数为0.97；在中粗砂垫层下的回填土系数为0.97，回填土采用粘性土；钢储罐基础设置泄漏孔，本工程设置2个泄漏孔，孔径为50mm， 泄漏孔进口处孔底与砂垫层底标高相同，并且以10%的坡度坡向环墙外侧；钢筋混凝土环墙的环向受力钢筋的混凝土保护层厚度为50mm。

三、结 论

大型钢储罐基础设计一直是工程上的一个热点话题，也与我们日常生活息息相关，对大型钢储罐基础设计的研究分析可以产生较好的社会经济效益，本文主要针对目前大型钢储罐基础设计的情况，详细的阐述了钢储罐的基础选型、内力计算以及地基承载力计算，对以后大型钢储罐工程设计积累了丰富的经验，具有一定的参考价值。

四、 参考文献

[1]《钢储罐地基基础设计规范》GB50473-2008

[2]《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》SH/T3068-2007