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1、第六节塔的强度设计特点一安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上。三种工况：正常操作、停工检修、压力试验。轴向强度及稳定性校核的基本步骤： 按设计条件，初步确定塔的壁厚和其它尺寸。 计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等。 危险截面的轴向强度和稳定性校核。 设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。塔的强度设计的解题思路由轴向力承受载荷轴向总应力一、塔的载荷分析介质压力承受载荷各种重量管道推力偏心载荷包括塔体、塔内件、成 质、保温层、操作平台、扶梯等附件的重量风载荷地震载荷介质压力:包括p工、p水，前面已讲质量载荷1.包括：m01塔体、裙座质量；m02塔内件如塔盘
2、或填料的质量;m03保温材料的质量；m04操作平台及扶梯的质量；m05操作时物料的质量；m 塔附件如人孔、接管、法兰等质量； amw 水压试验时充水的质量；me偏心载荷。2. 区分不同工况分别计算塔设备在正常操作时的质量：m = m + m + m + m + m + m + m(7-13)00102030405 a e塔设备在水压试验时的最大质量：m = m + m + m + m + m + m + m(7-14)塔设备在停工检修时的最小质量：m . = m + 0.2m + m + m + m + m(7-15)偏心载荷定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件所引起的载荷。载
3、荷产生的弯矩为：M = m ge(7-16)式中：g重力加速度，m/s2；e 偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线间的距离，m；M 偏心弯矩，Nm。风载荷1. 影响：(1) 使塔体产生应力和变形；使塔体产生顺风向的振动(纵向振动)使塔体产生垂直于风向的诱导振动(横向振动)；(2) 过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效；(3) 太大的塔体挠度会造成塔盘上流体分布不均，分离效率下降。2. 风载荷的构成：一种随机载荷，大小和方向随时、随地变化；对于顺风向风力，认为由两部分组成:(1) 平均风力(稳定风力)，对结构的作用相当于静力的作用；是风载荷的静力部分，其值等于风压和塔设备迎风面积的乘积。(2
4、) 脉动风力(阵风脉动)，对结构的作用是动力的作用。是非周期性的随机作用力，它是风载荷的动力部分，会引起塔设备的振动。计算时，折算成静载荷，即在静力基础上考虑与动力有关的折算系数，称风振 系数。3. 风力计算P = KK fqlD(7-17)i 12i i 0 i ei式中：P 塔设备中第i段的水平风力，N； iK1 体型系数；塔设备中第i计算段的风振系数;K 2风压高度变化系数；f 各地区的基本风压，N/m2； iq0 塔设备各计算段的计算高度(见图7-74)，m；Z 各地区的基本风压，N/m2；D 塔设备中第i段迎风面的有效直径，m；图7-74风载荷计算简图a. 基本风压q0基本风压q0由
5、相应地区的基本风速v0通过下式确定: q0 = 2pv 2(7-18)式中：q0基本风压，N/m2空气密度，随当地的高度和湿度而异，kg/m3；V0 基本风速，随地区、季节及离地面的高度而变化，m/s。 我国设计规范规定：空气密度p 根据一个大气压下、10C时干空气密度计算，即p =1.25kg/m3；基本风速七一采用离地面高度10m, 30年一遇，10分钟内平均最大风速，查图。b. 高度变化系数i风速或风压随离地面的高度而变化。风速沿高度变化呈指数规律，风压等于基本风压q0与高度变化系数的乘积。风压高度变化系数力值随地面的粗糙度类别而不同，见表7-5。i表7-5风压高度变化系数i地面粗糙度类
6、别距地面高度Hit/mff-r、ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.201.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.402.091.701.271502.642.382.031.612002.832.612.301.92注：A类指近海海面、海岸、海岛、湖岸及沙漠地区；B类
7、指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。C类指有密集建筑群的城市市区。D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。c. 风压塔高度10m:分段计算，每10m分为一计算段，余下的最后一段高度取其实 际高度，如图7-74所示。其中任意计算段风压为：q=fq0（7-i9）式中：q第i段的风压，N/m2。图7-74风载荷计算简图d. 体型系数K1在同样风速条件下，风压在不同体型的结构表面分布不相同：对细长圆柱形塔体结构，体型系数=0.7 ；对矩形截面结构，体型系数气=1.0。e. 风振系数K2i风振系数是考虑风载荷的脉动性质和塔体的动力特性的折算系数。塔的振动会影响风力的大小。当塔设备越高
8、时，基本周期越大，塔体摇晃越大，则反弹时在同样的风压下引 起更大的风力。塔高H20m时，K2 .按下式计算：K = 1 + X(7-20)刀 fi式中：& 脉动增大系数，与T1有关，其值按表7-6确定；v,第i段的脉动影响系数，与离地面高度有关，由表7-7确定;七一一第i段的振型系数，由表7-8查得。表7-6脉动放大系数Eq!Tj2/(Ns2/-m2)1020406080100S1.471.571.691.771.831.88q? (Ns/-m2)20040060080010002000S2.042.242.362.462.532.80T12/(Ns2/m2)40006000800010000
9、2000030000S3.093.283.423.543.914.14注：(1)表中q1为风压，对于B类地区取q= %，而对A类取q1=1.38 %，C类地区 q1=0.62 q0, D 类地区 q1=0.32 qQ ； (2)T1 为第一自振周期。注：表中hit为塔设备第i计算段顶部截面至地面的高度，m。表7-8振型系数4zi相对高度ht / H振型序号相对高度hit / H振型序号12120.100.020.090.600.46-0.590.200.060.300.700.59-0.320.300.140.530.800.790.070.400.230.680.900.850.520.50
10、0.340.711.001.001.00注：Hit为第i计算段顶部截面至地面的高度，m(见图7-74)；H为塔设备总高度，m(见图7-74)。f.塔设备迎风面的有效直径Dei塔设备迎风面有效直径D :该段所有受风构件迎风面宽度总和。当笼式扶梯与塔顶管线布置成180时(7-21)D = D + 25 + K + K + d + 25ei oi si 340 pi当笼式扶梯与塔顶管线布置成90时，Dei取下列两式中的较大值。(7-22)D = D + 25 . + K + KD :D +。25 . &4 +d0 + 25 ,4. 风弯矩计算将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的风弯矩为
11、(图7-74所示)，+ Pi+2、li + li+i + T +/一 一l、(7-23)+ p l + l + l +nn ii+1i+22 )地震载荷纵向波一引I设备纵向振动，危险性一般不考虑，地震波 只有地震烈度为8或9度地区才考虑横向波一引1设备水平方向振动,危险性T,考虑由设备水平方向震动一计算出地震力。1 .地震力计算水平地震力：地震时地面运动对于设备的作用力。a.单质点体系：F =a m g(7-24)式中：mp 集中于单质点的质量，kg；a 地震影响系数，根据场地土特性周期及塔自振周期由图7-76确定。a图7-76中曲线下降段部分，按(7-25)式计算；a图7-76中直线下降段部
12、分，按(7-28)式计算。图7-75单质点体系的地震力图7-76地震影响系数a值(7-25)(T V侦max式中一特征周期，按场地土的类型及震区类型由表7-9确定;amax地震影响系数的最大值，如表7-10所示。y 衰减指数，根据塔的阻尼比按式（7-26）确定眼0.05& y = 0.9 +0.5 + &(7-26)门2 阻尼调整系数，按式（7-27）计算10.05 &门2 = + 0.06 +1.7&a =门 0.2y 一门(T 一5T a(7-27)（7-28）式中：气一一调整系数，按式（7-29）计算% = 0.02+(0.05&)/8(7-29)设计地震 分组场地土类型IIIIIIW第
13、一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90表7-9场地土的特性周期TgI类场地土：坚硬场地土II类场地土：中硬场地土III类场地土：中软场地土W类场地土：软弱场地土设防烈度789amax0.08(0.12)0.16(0.24)0.32表7-10地震影响系数a的最大值注:括号中数值分别用于GB50011-2001中规定的设计基本加速度为.15g和0.3g的地区。b.多质点体系：图7-77对于多质点体系，具有多个振型。根据振型迭加原理，可将多质点体系的计算转换成多个单质点体系相迭加。对于实际塔设备水平地震力的计算，可在前述单质点体系计算的基础上，为考虑振型对绝对加速度及地震力的影响，引入振型参考系数Y Em Y门
