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6.4 抗風圈

6.4.1 抗風圈(頂部抗風圈、中間抗風圈)的設計應符合下列規定:

1 敞口油罐應在罐壁外側靠近罐壁上端設置頂部抗風圈,設置位置宜在離罐壁上端1m的水平面上。

2 當設置一道頂部抗風圈不能滿足要求時,可設置多道。

3 抗風圈的外周邊緣可以是圓形的,也可以是多邊形的。當抗風圈兼作走道時,其最小凈寬度不應小于650mm,抗風圈上表面不得存在影響行走的障礙物。

4 抗風圈結構形式(圖6.4.1-1)可采用鋼板、型鋼或兩者組合焊接而成;鋼板最小名義厚度應為5mm,角鋼的最小規格應為63mm×6mm,槽鋼的最小規格應為160mm×60mm×6.5mm。

圖6.4.1-1 抗風圈截面結構形式

5 抗風圈水平鋪板上應開設排液孔,孔徑宜為16mm~20mm。

6 抗風圈自身部件的對接接頭應采用全焊透對接結構,對接焊縫下部宜加墊板,且距罐壁縱焊縫的距離不應小于150mm;抗風圈與罐壁的連接,上側應采用連續焊,下側可采用間斷焊,且距罐壁環焊縫的距離不應小于150mm。

7 當盤梯穿過抗風圈(圖6.4.1-2)時,抗風圈應開設盤梯洞口;開口處任意截面的截面模量不應小于頂部抗風圈、中間抗風圈各自最小截面模量的規定。

圖6.4.1-2 盤梯穿抗風圈示意圖

8 盤梯洞口處的罐壁應采用角鋼加強,角鋼兩端伸出洞外的距離不應小于抗風圈的最小寬度;加強用角鋼的尺寸不應小于罐壁包邊角鋼的尺寸。

9 抗風圈腹板開洞邊緣應進行加強,加強件有效截面積不應小于所在位置32倍罐壁厚度范圍內的截面積。加強件之間及加強件與罐壁之間應進行雙面滿角焊。

10 頂部抗風圈應設置垂直支撐。支撐間距應滿足頂部抗風圈上活動荷載及靜荷載的要求,且支撐間距不應超過頂部抗風圈外側邊緣構件豎向尺寸的24倍。

11 頂部抗風圈外側及盤梯洞口無防護側應設置欄桿。

6.4.2 頂部抗風圈設計還應符合下列規定:

1 頂部抗風圈的最小截面模數應按下式計算:

式中:WZ——頂部抗風圈的最小截面模數(cm3);

H1———罐壁總高度(m);

D———油罐內徑(m);

ω0——基本風壓(kPa),取值應符合本規范第6.4.4條的規定。

2 計算頂部抗風圈的截面模數時,應計入頂部抗風圈上、下兩側各16倍罐壁厚度范圍內的罐壁截面積。當罐壁有厚度附加量時,計算時應扣除厚度附加量。

與API 650、JIS B 8501和BS EN 14015等油罐規范相比,原規范中的抗風圈截面模量計算公式為WZ=0.083D2H1ωk,抗風圈截面模量計算值過大。考慮到國內工程的實際情況,本次修訂將WZ=0.083D2H1ωk中ωk替換為ω0,即WZ=0.083D2H1ω0。即使如此,抗風圈截面模量計算值與API 650、JIS B 8501和BS EN 14015等油罐規范的抗風圈截面模量相比,還是略顯保守。

6.4.3 中間抗風圈設計還應符合下列規定:

1 固定頂油罐應將罐壁全高作為風力穩定核算區間,敞口油罐應將頂部抗風圈以下的罐壁作為風力穩定核算區間。

2 核算區間的罐壁筒體許用臨界壓力應按下列公式計算:

式中:[Pcr]——核算區間罐壁筒體的許用臨界壓力(kPa);

HE——核算區間罐壁筒體的當量高度(m);

tmin——核算區間最薄圈罐壁板的有效厚度(mm);

ti——第i圈罐壁板的有效厚度(mm);

hi——第i圈罐壁板的實際高度(m);

Hei——第i圈罐壁板的當量高度(m)。

3 罐壁筒體的設計外壓應按下列公式計算:

對于敞口的浮頂油罐:

對于與大氣連通的內浮頂油罐:

對于存在內壓的固定頂油罐:

式中:Po——罐壁筒體的設計外壓(kPa);

ω0——基本風壓(kPa),取值應符合本規范第6.4.4條的規定;

μz——風壓高度變化系數,取值應符合本規范第6.4.5條的規定;

q——設計真空負壓(kPa),不得超過0.25 kPa。

4 中間抗風圈的數量及在當量筒體上的位置應按下列規定設置:

1)當[Pcr]≥Po時,可不設中間抗風圈;

2)當Po>[Pcr]≥ 時,應設一個中間抗風圈,中間抗風圈位置宜在 HE處;

3)當 >[Pcr]≥ 時,應設兩個中間抗風圈,中間抗風圈位置宜分別在 HE HE處;

4)當 >[Pcr]≥ 時,應設三個中間抗風圈,中間抗風圈的位置宜分別在 處;

5)當 >[Pcr]≥ 時,應設四個中間抗風圈,中間抗風圈的位置宜分別在 處;

6)當 >[Pcr]≥ 時,應設五個中間抗風圈,中間抗風圈的位置宜分別在 處。

5 中間抗風圈在實際罐壁上的位置應符合下列規定:

1)當中間抗風圈位于最薄的罐壁板上時,其到上面一個加強截面的實際距離可不換算。

2)當中間抗風圈不在最薄罐壁板上時,其到上面一個加強截面的實際距離應按下式進行換算:

6 中間抗風圈的最小截面尺寸應符合表6.4.3的規定。

表6.4.3  中間抗風圈的最小截面尺寸

7 中間抗風圈與罐壁的連接應使角鋼長肢保持水平,短肢朝下,長肢端與罐壁相焊。

8 當設計負壓大于0.25kPa時,中間抗風圈設計應按本規范附錄B的規定進行。

根據審查會專家意見,中間抗風圈維持原規范的方法,當中間抗風圈數量超過5道時,應按本條規定的方法設置。關于中間抗風圈的最小截面尺寸,說明如下:

(1)中間抗風圈的截面尺寸達到一定程度后,相應直徑的筒體已經能夠起到支撐作用,如再增大截面尺寸已無實質性作用。

潘家華在《圓柱形金屬油罐設計》一書中指出,根據中國科學院力學研究所的理論推導表明,當加強圈的慣性矩接近100·t3 時,加強圈已傾于剛性支撐的作用,若再加大其慣性矩,對提高罐壁的臨界壓力已不起作用了。因此,關于中間抗風圈的截面模量,國內外的觀點是一致的。

(2)在API 650關于抗風圈截面模量的計算中指出:當油罐直徑大于60m時,供需雙方協商一致后,可按D=60m計算抗風圈截面模量。而本規范在確定中間抗風圈截面模量時,未提及這種處理方法。近些年來,油罐已明顯向大型化發展,直徑已遠超過60m。所以本規范在中間抗風圈最小截面尺寸(本規范表6.4.3)中增加了一個檔次,規定:D>60m時,最小截面尺寸為200×200×14。

6.4.4 基本風壓取值應符合下列規定:

1 基本風壓應采用現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB 50009—2012附錄E中表E.5重現期為50年的風壓值,但不得小于0.3kPa。除此之外,還應考慮建罐地區地理位置和當地氣象條件的影響。

2 當建設地點沒有風荷載資料時,應根據附近地區規定的基本風壓或長期資料,通過氣象和地形條件的對比分析確定。

3 當所設計的油罐由于前排油罐有可能形成狹管效應,導致風力增強時,應將基本風壓再乘以1.2~1.5的調整系數。

6.4.5 風壓高度變化系數μz應按下列規定選用:

1 對于平坦或稍有起伏的地形,風壓高度變化系數應根據油罐高度及地面粗糙度類別按表6.4.5-1確定,中間值應采用插入法。

地面粗糙度可分為A、B、C、D四類:A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區,B類指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮,C類指有密集建筑群的城市市區,D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區。

表6.4.5-1  風壓高度變化系數μz

2 對于建在山區的油罐,風壓高度變化系數可按平坦地面的粗糙度類別按表6.4.5-1確定后,再乘以修正系數η。山峰和山坡,頂部B處的修正系數可按下式確定:

式中:ηB——山峰或山坡頂部的修正系數;

α——山峰或山坡在迎風面一側的坡度,當tanα>0.3時,取tanα=0.3;

k——系數,對山峰取2.2,對山坡取1.4;

H2——山頂或山坡全高(m);

z——油罐計算位置離地面的高度(m);當z>2.5H2時,取z=2.5H2

山峰和山坡的其他部位可按山峰和山坡(圖6.4.5)結構,取A、C處的修正系數 為1,AB間和BC間的修正系數按η的線性插值確定。

圖6.4.5 山峰和山坡示意圖

山間盆地、谷地等閉塞地形,η=0.75~0.85;對于與風向一致的谷口、山口,η=1.20~1.50。

3 對于遠海海面和海島的油罐,風壓高度變化系數除可按表6.4.5-1(A類粗糙度類別)確定外,還應乘以表6.4.5-2中給出的修正系數。

表6.4.5-2  遠海海面和海島的修正系數η

與原規范相比,表6.4.5-1 中風壓高度變化系數按現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB 50009—2012進行了修改。

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