低温储罐基础设计和探析

《低温储罐基础设计和探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、低温储罐基础设计和探析　　摘要：本文总结了低温储罐基础的几个特点及其荷载分布的特点，列举了基础的荷载情况，摘录了国内外标准的有关条款和规定。关键词：低温储罐基础荷载中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：近几年来我们在设计中经常遇到低温介质（主要有液态乙烯、丙烯、液氧、液氮、液氩等）的储罐设计问题，与普通立式储罐最大的不同在于它的低温并有因储存液体汽化而形成的内压的特点。罐内的温度可达-165℃，罐体可分为单壁和双壁两种形式。由于双壁全包容罐（外壁为预应力混凝土）基础大多为国外工程公司和罐体、罐壁一起设计，本文主要探讨有关单壁低温储罐基础的有关问题。基础选型目前我们石化行业的相关规范中还

2、没有针对此类储罐的相关设计规范，就我们结构专业而言，现行的《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》(SH3068-95)总则1.0.1条中已明确写道:“本规范不适用于储存低温、剧毒、酸、碱腐蚀介质和介质自重大于10kN/m3及架高储罐的地基与基础的设计”，这就给我们带来了新的问题--如何设计这类基础！8尽管此类基础上一般设有泡沫玻璃砖保温层，但由于考虑泄漏等事故状态的原因，基础还需考虑受冻的可能性，因此采取必要的防冻措施。一般来说，普通的储罐基础不需要设计地脚螺栓，但对于低温储罐，由于其内部介质均为低温介质，无论采取何种保冷措施，都会有冷量损失，介质温度升高，其内部压力必然增大。为了避免罐内

3、压造成的储罐边缘“上举”，所以低温储罐基础边缘都设置锚栓。考虑到罐壁和罐底由于温度变化而会产生位移，不能简单的采用直锚栓锚固，一般采用如右图所示的扁钢锚固带，既简单又能适应罐体变形要求（a值为预留罐壁位移量）。可见这种低温储罐基础的设计要比常规储罐复杂一些。8在美国石油协会标准《大型低压焊接储罐设计与施工（API620）》附录R中对这种低温储罐的基础设计给出了一些建设性意见；英国标准化协会标准《低温用平底、立式、圆柱形储罐.预应力钢筋混凝土罐基础的设计和制造及罐内衬和罐涂层的设计和安装推荐方法》（BS7777-3：1993）中也给出了低温罐基础的类型：环梁基础、筏板基础、桩筏基础、高承台基础

4、。设计人员可根据地质状况、承载力、沉降等方面来选择基础形式。当天然地基承载力及沉降均满足要求，可采用环墙基础或筏板基础；浅层无较好的持力层，不能满足设计要求时，则采用桩筏基础及高承台基础，如采用环梁及筏板基础，位于罐底的混凝土筏板或者地基土必然受到冻害，为防止这种现象，就必须采取电加热方式，将温度传感器及辅助加热系统埋在混凝土中或砂垫层中，依靠通电加热，防止冻害。但在实际设计中，考虑到这种储罐基础的重要性和危险性，以及采用电加热需要日常的操作维护，工程费用较高等原因，国内已完成低温储罐基础均采用架空基础。此时地面和储罐基础底板之间形成空气隔层，维持基础底面与外界温度一致，保持良好通风，利用空

5、气流动使基础底面与顶面温度梯度尽量大，从而保证基础内部的温度与常温接近，确保基础在低温介质作用下长期正常工作。架空底板与地面之间的高度，BS7777-3：1993中要求净空至少1500mm，以便检查和维修。但有的基础由于工艺流程的要求，此高度达到了4200mm。8采用架空基础后，随之而来的就是支撑柱（桩）及顶板的设计，根据国内已建成的低温罐及近几年本人设计的一些工程实例，这种架空基础大致可分为三类：高桩承台；柱+无梁楼盖；框架结构。首先，高桩承台设计时将桩顶标高设计为锚入顶板的高度，桩身露出地面较长，应按《建筑桩基设计规范》JGJ94-2008中第5.2节、第5.8节以及附录C的的有关规定考

6、虑压曲的影响，按大偏心受压计算，对桩身承载力进行复核。其结果比按正常设计的桩配筋大许多，因此此部分桩身应与普通桩区别设计。而顶板则按无梁楼盖设计。但此种基础类型也有其局限性，当桩承载力较低时，由于布桩间距较小，就会给施工带来困难，桩机移动不便，很容易将已完工的桩身破坏。此时柱+无梁楼盖结构可解决此问题，但这前两种基础形式其实都是板柱结构，由于上部荷载较大，基础可能受到较大侧向外力（水平地震力）一般情况需要增设剪力墙或其他抗侧向力构件,以限制结构的水平位移，增强抗地震、抗风的能力，在柱顶或桩顶设置柱帽或桩帽以提高节点刚度。但对于此类低温罐基础，顶板下部要求通畅，保持空气流通，因此对墙体布置带来

7、了难度。在最近的一些过程中，我们对以上两种基础类型进行了改进，将其设计为框架结构（如上图所示），在柱之间设框架梁，这样主要顶板的受力构件就变成了梁，顶板厚也可以相应变薄，板变薄后也更有利于冷量的迅速传递，也增强了结构的抗震性能。由于罐主要荷载都集中在内罐，我们布置梁柱时均将外圈柱布置在内罐壁下方，外侧采用悬臂梁板支撑8外罐壁及内外罐壁间的保温材料，这样布置受力比较明确。罐容积较小时（5000m3以下）柱可按环