钢储罐外环墙基础的设计探讨

陈 喜 峰

(中国中材国际工程股份有限公司，江苏 南京 211100)



钢储罐外环墙基础的设计探讨

陈 喜 峰

(中国中材国际工程股份有限公司，江苏 南京 211100)

结合工程实例，从外环墙基础的计算公式及结果两方面，对比分析了SHT 3068—2007石油化工钢储罐地基与基础设计规范和GB 50473—2008钢制储罐地基基础设计规范的差异性，并给出了钢储罐外环墙基础设计的建议，旨在确保工程设计的经济合理性。

钢储罐，外环墙基础，计算公式，配筋

在中东沙特阿拉伯地区，石油储量极为丰富，重油量多且价格便宜，这类国家的水泥厂通常会建设以重油为燃料的自备电站，工厂所用的全部电能由自备电站供应。

重油一般都是用钢罐来储存，需要根据地质情况选择基础形式，基础设计除了要满足《建筑地基基础设计规范》外，还要满足行业和国家的设计规范。根据地质条件的不同，钢储罐基础有三种选择：护坡式、环墙式和外环墙式(钢筋混凝土)基础。涉及到钢储罐的规范有两本：SHT 3068—2007石油化工钢储罐地基与基础设计规范和GB 50473—2008钢制储罐地基基础设计规范。

两本规范的适用范围，计算图形和公式基本相同，但是在钢储罐的环墙式基础计算方面有一定的区别。由于本工程选用的是外环墙式基础，籍此对两本规范的外环墙计算内容进行了深入的比较，找出了不同规范的适用范围，以供广大设计者参考。

为方便起见，在下文中，两本规范分别以规范号代替。

1 《SHT 3068》外环墙计算内容[1]

外环墙尺寸示意图见图1。

规范6.2.4节，当罐壁位于环墙内侧一定距离时(即外环墙式)，外环墙单位高环向力设计值可按下列公式计算。

1)当b1≤H时：

a.在45°扩散角以下的部分，可按式(1)计算：

(1)

b.在45°扩散角以上的部分，可按式(2)计算：

Ft0=(γQwγmb1)KR

(2)

2)当b1>H时:

Ft0=γQmγmHKR

(3)

其中，Ft0为外环墙单位高环向力设计值，kN/m；γ为罐体自重分项系数，可取1.2；b1为外环墙内侧至罐壁内侧距离，m；Rh为外环墙内侧半径,m；Rt为储罐底圈内半径,m；H为罐底至外环墙底高度，m；R为外环墙中心线半径,m。

3)配筋。规范6.3.2节，外环墙单位高环向钢筋的截面面积，可按式(4)计算:

(4)

其中，AS0为外环墙单位高环向钢筋的截面面积，mm2。

2 《GB 50473》外环墙计算[2]

外环墙示意图见图2。

规范4.1.4节，外环墙单位高度环向力设计值，可按以下公式计算。

1)当b1≤H时按下列公式计算：

a.在45°扩散角以下的部分：

充水试压时：

(5)

正常使用时：

(6)

b.在45°扩散角以上的部分：

(7)

(8)

其中，Ft0为外环墙单位高度环向力设计，kN/m；γ为罐体自重分项系数，可取1.2；b1为外环墙内侧至罐壁内侧距离，m；Rh为外环墙内侧半径，m；Rt为储罐底圈内半径，m；H为罐底至外环墙底高度，m；R为外环墙中心线半径，m。

3)配筋。

规范4.2.2节，外环墙单位高度环向钢筋的截面面积，可按下式计算:

其中，AS0为外环墙单位高度环向钢筋的截面面积，mm2;Ft0为外环墙单位高度环向力设计值，kN/m；当b1≤H时，在45°扩散角以下的部分取式(5)和式(6)的较大值。

3 两本规范的比较

3.1 计算公式的差异

样本按“1.3”项试验条件进行气相色谱质谱分析，对应总离子流色谱图如图1所示。从图1可以看出，试验用气相色谱条件满足紫椴鲜花挥发性成分的分离要求。经气相色谱-质谱联用仪分析，用NIST05数据系统检索，分离出55个色谱峰，最终鉴定44种成分，占总面积的96.71%。挥发性成分分析及面积归一化法定量结果见表1。表1 数据说明，紫椴花主要挥发性有机成分有芳樟醇(34.37%)、β-苯乙醇(31.37%)、β-顺式-罗勒烯 (12.03%)、丁香醇A(2.00%)、反式-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化-2-呋喃甲醇(3.59%)等，占挥发性物质总量的83.36%。

两种规范的计算参数，比如外环墙内侧半径，储罐底圈内半径，外环墙中心线半径的定义基本一致，但在计算公式上存在着以下很明显的区别：

1)在计算外环墙单位高度环向力设计值和环向钢筋的截面面积时，规范《SHT 3068》仅考虑了充水状态，没有考虑储存介质的状态；规范《GB 50473》则考虑了充水试压和储存介质的两种状态，并将储液重划为可变荷载考虑，按《建筑结构荷载规范》的3.2.4条，分项系数取1.3(标准值大于4 kN/m2的活荷载)。

3)γQm分项系数，在规范《SHT3068》中取1.0，在规范《GB50473》中取1.2。

3.2 计算结果Ft0的差异

已知γw=9.80kN/m3，另假定hw=hL。

1)b1≤H时：

在45°扩散角以下的部分：规范《GB50473》，γQL=1.3，γQw=1.1，γQm=1.2。

(9)

(10)

当γL≥8.3kN/m3时，Ft0取式(10)的计算结果。

规范《SHT3068》中，γQw=1.1，γQm=1.0。

(11)

若要取规范《GB 50473》式(10)的Ft0，必须得:

在45°扩散角以上的部分：

规范《GB50473》：

(12)

规范《SHT 3068》：

Ft0=(γQwγmb1)KR

(13)

按规范《SHT 3068》计算的Ft0值较大。

2)当b1>H时：

(14)

《SHT 3068》：Ft0=γQmγmHKR

(15)

按规范《SHT 3068》计算的Ft0值较大。

4 实例

沙特某地电厂配套工程，FUEL OIL TANK项目，三个油罐储存的是重油，密度为9.80 kN/m3，单个油罐的储量为5 000 m3，场地土为中硬土，选择外环墙式基础，外环墙计算图形同图2。

已知参数：b=300 mm,H=1 020 mm，Rt=12 m,HL=HW=13 m,gk=17.4 kN/m，k=0.33,fy=360 N/mm2。

4.1 按规范《SHT 3068》计算

1)b1≤H：b1=300 mm,Rh=12.3 m,R=12.45 m，h=1 000 mm。

在45°扩散角以下的部分：

Ft0=766.4 kN/m,AS0=2 129 mm2。

在45°扩散角以上的部分:

Ft0=24.4 kN/m;AS0=68 mm2。

整个截面的环向钢筋面积：

0.3×68+0.7×2 129=1 511 mm2。

规范9.1.5构造配筋：

300×1 000×0.4%=1 200 mm2，1 511 mm2>1 200 mm2。

2)b1>H：b1=1 200 mm,Rh=13.2 m,R=13.35 m，h=900 mm。

Ft0=80.9 kN/m，AS0=225 mm2。

整个截面的环向钢筋面积：0.9×225=203 mm2。规范9.1.5构造配筋：300×900×0.4%=1 080 mm2。

配筋取构造：1 080 mm2。

4.2 按规范《GB 50473》计算

1)b1≤H：b1=300 mm,Rh=12.3 m,R=12.45 m，h=1 000 mm。

在45°扩散角以下的部分：

充水试压时：Ft0=736.3 kN/m；

正常使用时：Ft0=816 kN/m；

取Ft0=816 kN/m，AS0=2 267 mm2。

在45°扩散角以上的部分：

Ft0=13.3 kN/m，AS0=37 mm2。

整个截面的环向钢筋面积：

0.3×37+0.7×2 267=1 598 mm2。

规范7.1.14构造配筋：

300×1 000×0.4%=1 200 mm2，1 598 mm2>1 200 mm2。

2)b1>H：b1=1 200 mm,Rh=13.2 m,R=13.35 m，h=900 mm。

Ft0=48.5 kN/m,AS0=135 mm2。

整个截面的环向钢筋面积：0.9×135=122 mm2。

规范7.1.14构造配筋：300×900×0.4%=1 080 mm2。

配筋取构造：1 080 mm2。

4.3 比较

取重油密度分别为5.80 kN/m3，6.80 kN/m3，7.80 kN/m3，8.80 kN/m3，10.0 kN/m3，并将计算结果列于表1。

表1 计算结果表

从以上计算结果可以看出，对于本例中5 000 m3储量的中型油罐，在b1≤H时，取γL=8.6 kN/m3，两本规范的计算配筋结果基本一致，取γL=10.0 kN/m3，两本规范的计算配筋差值仅在7%左右。由于两本规范都不适用于储存介质自重大于10 kN/m3储罐的地基与基础设计，7%的差值基本上是极限状态。

5 结语

因为环基构件作为弹性地基上的圆环是一种具有无数弹性支承的高次超静定结构，从裂缝观察中发现，裂缝很少有贯穿整个环基高度的，环基事实上具有很高的安全储备[3]。所以在进行5 000m3储量左右的油罐外环墙基础的计算时，可以按石油化工行业标准《SHT3068》的公式计算，在γL较大时，将配筋结果适当加大即可，不必再用国家标准《GB50473》的公式校核，就能满足经济性和安全性的要求。

[1]SHT3068—2007，石油化工钢储罐地基与基础设计规范[S].

[2]GB50473—2008，钢制储罐地基基础设计规范[S].

[3] 贾庆山.储罐基础工程手册[M].北京：中国石化出版社,2002.

Study on the design of outside ringwall foundation of steel storage tank

Chen Xifeng

(SinomaInternationalEngineeringCo.,Ltd,Nanjing211100,China)

Combining with the engineering cases, the paper undertakes the comparative analysis of the differences between the SHT 3068—2007RegulationforSteelStorageTankBasementandFoundationDesignand GB 50473—2008RegulationforSteelStorageTankFoundationDesignin petrochemical industry from the calculation formula and results of the external ringwall foundation, and provides the design suggestions, so as to ensure the economical and reasonable engineering design.

steel storage tank, external ringwall foundation, calculation formula, reinforcement

1009-6825(2016)27-0042-03

2016-07-17

陈喜峰(1977- )，男，硕士，高级工程师，一级结构注册工程师

TU471

A