塔设备强度计算-裙座基础环和螺栓计算
1-塔设备的附件(一)--裙座
mAm sbaxmin0.9s,KB
裙座壳检查孔或较大管线引出截面为危险截面，应满足下列条件：
O 操作时 O 水压实验时
M Z m s 1 1 m a x m 0 1 1g A s m F V 1 1m K in ,K Bts
0 .3 M Z w 1 s 1 m M e m 1 m 1g A as x m F V 1 1m K i,0 n .B 9s
基础环上无筋板时基础环作为悬臂梁，在均匀载荷Dmax的作用下其最大弯曲应力
O 为：
b 2 bmax
1 max
Mm1 ax zb1
2
1•b2
b
6b
bmax []b
基础环上有筋板时，求出基础环厚
O 度：
b
6M s
[ ]b
3螺栓座的设计
O 为了使塔设备在刮风或地震时不致翻倒，必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓，把设备固定 在基础上。地脚螺栓承受的最大拉应力为
1.座体设计
首先参照塔体厚度试取一座体有效厚度L0,然后验算危险截面的应力，危险截面的位置一般取裙座基底 截面、裙座壳检查孔或较大管线引出孔截面。
M 裙座基底截面危险截面，应满足下列0条件0 ：
操作时
+
max
+水压试验时
+
Z sb
m0gFV 00 Asb
miK n,B Kts
0.3Mw00 Me Zsb
F1l3'
d3)c2
Z
F1l3'
(l2' d3)
c2(l4' d2)
2 z
三．总结，
O 裙座在化工设备中应用非常广泛，它是很好的固定装置，将设备与地面连接起来，虽然裙座不是 受压元件，但是由于裙座对整个塔器至关重要，标准要求与受压元件相同，因为裙座受压不多， 提高裙座的用材要求造成太大的浪费，这种处理大大提高了裙座支承塔体的可靠性。
裙座
二、裙座的强度计算
裙座是最常见的塔设备支承结构，如右图所示。
按所支承设备的高度与直径比，裙座可分成两种：
一种是圆筒形，一种是圆锥形。
由于圆筒形裙座制
造方便和节省材料，所以被广泛采用。
但对于承受
较大风载荷和地震载荷的塔，需要配置较多的地角
螺栓和承受面积较大的基础环，则采用圆锥形裙座
支撑结构。
裙座由裙座体、基础环板、螺栓座及基础螺栓Array等结构组成。
裙座的上端与塔体的底封头焊接，下
端与基础环、筋板焊接，距地面一定高度处开有人
孔、出料孔等通道，基础环上筋板之间还组成螺栓
座结构。
裙座体常用Q235-A或16Mn材料。
裙座体
直径超过800mm时，一般开设人孔。
裙座体上方开
直径为50mm的排气孔，在底部开设排液孔，以便
随时排除液体。
座体和塔体的联接焊缝应和塔体本身的环焊封
保持一定距离。
如果封头是由数块钢板拼焊而成，
则应在裙座上相应部位开有缺口,以免联接焊缝和
封头焊缝相互交叉，见下图。
基础环板通常是一块环形板,基础环板上的螺栓孔开成圆缺口而不是圆形孔，如下图螺栓座
由筋板和压板构成。
地脚螺栓穿过基础环板与压板，便把裙座固定在地基上。
T0601过程设备强度计算书
mm
30
盖板宽度
mm
0
垫板
有
垫板上地脚螺栓孔直径
mm
39
垫板厚度
mm
16
垫板宽度
mm
80
基础环板外径
mm
4820
基础环板内径
mm
4420
基础环板名义厚度
mm
30
计算结果
容器壳体强度计算
元件名称
压力设计
名义厚度(mm)
直立容器校核
取用厚度(mm)
许用内压(MPa)
许用外压(MPa)
下封头
15
15
介质密度
kg/m3
909
塔釜液面离焊接接头的高度
mm
50
塔板分段数
1
2
3
4
5
塔板型式
浮阀
塔板层数
33
每层塔板上积液厚度
mm
88
最高一层塔板高度
mm
30570
最低一层塔板高度
mm
3530
填料分段数
1
2
3
4
5
填料顶部高度
mm
填料底部高度
mm
填料密度
kg/m3
集中载荷数
1
2
3
4
5
集中载荷
kg
集中载荷高度
mm
B
地震设防烈度
低于7度
设计地震分组
第一组
地震影响系数最大值max
3.28545e-66
阻尼比
0.01
塔器上平台总个数
5
平台宽度
mm
800
塔器上最高平台高度
mm
塔设备强度计算 裙座基础环和螺栓计算
㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截面的外径，mm。
2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：（4-69）式中：A b-基础环面积，mm2；W b-基础环的截面系数，mm3；（1）基础环板上无筋板基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。
对低碳钢取[σ]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。
此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。
基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按计算，N·mm/mm。
无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。
㈢地脚螺栓地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。
在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。
塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。
当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。
当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。
塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算
塔器裙座兼作储液槽时地脚螺栓和圆底板的强度计算刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明【摘要】对裙座兼作储液槽的化工塔器，提出了地脚螺栓和圆底板的强度计算方法---根据“维赫曼法”的概念，假设一个“虚拟基础环”。
在抵抗外力矩时，该“虚拟基础环”所应提供的拉应力，由地脚螺栓的拉力来提供，由此计算出地脚螺栓的直径。
对于圆底板，则按圆形截面计算出其抵抗外力矩所需提供的压应力，以此计算出圆底板的厚度。
%Proposeastrengthcalculation methodforanchorboltsandroundbaseplate when chemicaltowerskirt doublesasaliquid storagetant.The methodis asfollows:according to Weiherrmannmethodconcept,assumea virtualbasering",whenresistingexte rnaltorque,thetensilestressshouldbeofferedby virtualbasering"isofferedbyanchorboltsinf act,therebycalculatethediameteroftheanchorbolt.Tocalculatestrengthoftheroundbasep late,calculateit s compressivestressstrengthresistingtoexternaltorqueaccordingtosizeofthecir cularcross-section, therebycalculatethethicknessofroundbaseplate.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P90-94)【关键词】维赫曼法;虚拟基础环;地脚螺栓;圆底板;扇形圆环;合力矩;弯矩;抗弯截面模量【作者】刘武昌;关永祥;刘鑫杰;高建明【作者单位】天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津300130;天津市创举科技有限公司，天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TQ053在化工塔器中，常有利用裙座兼作储液槽的情况。
塔设备强度计算-裙座基础环和螺栓计算
塔设备强度计算-裙座基础环和螺栓计算㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外⼒传递到混凝⼟基础上，基础环的主要尺⼨为内、外直径（见下图），其⼤⼩⼀般可参考下式选⽤（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截⾯的外径，mm。
2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备⾃重及各种弯矩的作⽤，在背风侧外缘的压应⼒最⼤，其组合轴向压应⼒为：（4-69）式中：A b-基础环⾯积，mm2；W b-基础环的截⾯系数，mm3；（1）基础环板上⽆筋板基础环板上⽆筋板时，可将基础环板简化为⼀悬臂梁，在均布载荷σbmax的作⽤下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许⽤应⼒，MPa。
对低碳钢取[σ]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从⽽减薄基础环厚度。
此时，可将基础环板简化为⼀受均布载荷σbmax作⽤的矩形板（b×l）。
基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算⼒矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较⼤者，M x、M y按表4-35计算，N·mm/mm。
⽆论⽆筋板或有筋板的基础环厚度均不得⼩于16mm。
㈢地脚螺栓地脚螺栓的作⽤是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外⼒作⽤时发⽣倾倒。
在风载荷、⾃重、地震载荷等作⽤下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚⾄拉⼒作⽤，因⽽必须安装⾜够数量和⼀定直径的地脚螺栓。
塔设备在基础⾯上由螺栓承受的最⼤拉应⼒为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最⼤拉应⼒，MPa。
当σB≤0时，塔设备可⾃⾝稳定，但为固定塔设备位置，应设置⼀定数量的地脚螺栓。
当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹⼩径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹⼩径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，⼀般取4的倍数；对⼩直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许⽤应⼒，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。
塔设备图结构设计与强度计算
●双流塔板组件结构
D、分块塔板结构与尺寸
分块塔板结构——有自身梁式a和槽式b，增强抗弯变形能力。
大多采用自身梁结构； 碳钢塔板厚度一般3-4mm，不锈钢为2-3mm（根据液位及 载荷可计算出)
E、塔板间连接固定结构
●通道板与塔板及塔板间的固定连接 上、下均可拆结构
自身梁松开结构与拧紧固定结构
●塔板与支撑圈间连接
塔板分为——整块塔板和分块塔板
A、整块塔板结构
B、分块塔板
分为单流与双流塔盘，塔径800mm以上人可进入塔内，采用 分块塔板
C、分块塔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构与连接 ●单流塔板组件结构
1-通道板，2-矩形板，3-弓形板 4-支撑圈，5-筋板，6-受液盘 7-支撑板，8-固定降液板 9-可调堰板，10-可拆降液板 11-连接板
正压塔校核条件
不同工况下各种应力组合——式中的弯矩Mmax为裙座与筒体焊 接处的弯矩（2-2截面）
●裙座各截面强度校核公式
裙座人孔中心线处（1-1截面）
裙座人孔中心线处截面抗弯模量
裙座与塔体的焊缝强度校核（2-2截面）
基础环板弯曲强度和混凝土压缩强度
基础螺栓设计
螺栓埋入深度
7-蒸汽入口，8-塔盘，9-回流口，10-吊柱， 11-塔顶气体出口
2、裙座结构 裙座：有圆筒形和圆锥形 圆筒形——广泛使用，方 便制造 圆锥形——适用H/D特别大 的塔，为了多布置基础螺 栓提高抗风与地震载荷。 当筒体采用低合金钢， 如Q345R，裙座采用低碳钢时，裙座与塔体之间设置一个250350mm短节，避免异种材料焊接。 1-塔体，2,3-无保温层和有保温层时的排气孔，4-裙座，5-引出 管通道，7-排液孔，8-螺栓座 裙座总高——一般确定为5m，裙座人孔中心线距地面一般为1m
塔设备04
系数α值，按图2查取；
αmax——地震影响系数α的最大值，按表4选取；
图2
1.0α
α
max
Ⅰ类场地土 Ⅱ类场地土
0.2 max
0.3 max T
T
Ⅲ类场地土
0.2α
max
0.7 max T
0
0.2 0.3 0.7 1.0
1.5
2.0
3.0
3.5T1s
Ⅰ类 微风化和中等风化的基石； Ⅱ类 除Ⅰ、Ⅲ类之外的一级稳定土； Ⅲ类 饱和松沙、淤泥和淤泥质土、冲填土、杂填土等；
i
——系数，按表3选取；
T1——塔设备的基本自振周期，s；由式（A）或（B） 计算； li——计算段的长度，mm；
Dei——塔设备各段的有效直径，mm；当笼式扶梯与进出 口管布置成180°时， ei Doi 2 si K 3 K 4 d 0 2 ps D
当笼式扶梯与进出口管布置成90°时，取下列二式中的
6
N
式中
q0 ——10 m高度处的基本风压值，按有关资料选取； fi ——风压高度变化系数，在100m以下时，按下式
计算或按表1选取： hit——塔设备第i段顶截面距地面的高度，m； K1——空气动力系数，取K1=0.7； K2i——风振系数， K 2i 1 i i
λi——系数，按表2求取；
塔设备任意危险截面I-I的最大弯矩按下面两式计 算取大值：
M max M W M e
I I I I
N mm
M max M E
I I I I
0.25M W M e
I I
首先按内压或外压圆筒及封头的设计方法，确定圆筒及 封头的有效厚度δe和δeh。再考虑制造、运输、安装的刚度要
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㈡基础环板设计
1. 基础环板内、外径的确定
裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用
（4-68）
式中：
D ob-基础环的外径，mm；
D ib-基础环的内径，mm；
D is-裙座底截面的外径，
mm。
2. 基础环板厚度计算
在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：
（4-69）
式中：
A b-基础环面积，mm2；
W b-基础环的截面系数，mm3；
（1）基础环板上无筋板
基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：
（4-70）
式中：
δb-基础环厚度，mm；
[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。
对低碳钢取[σ]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板
基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。
此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。
基础环厚度：
（4-71）
式中：
δb-基础环厚度，mm；
M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按表4-35计算，N·mm/mm。
无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。
㈢地脚螺栓
地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。
在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。
塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：
（4-72）
式中：
σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。
当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。
当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：
（4-73）
式中：
d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；
C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；
n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；
[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。
圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24。
㈣裙座体与塔体底封头的焊接结构
裙座体与塔体的焊接形式有下表所示的两种：
名称结构要求特点适用对象
对接焊
缝裙座与塔体直径相等，二者对
齐焊在一起
焊缝承受压应力作用，可承受较高
的轴向载荷
大型塔设备
搭接焊
缝
裙座内径稍大于塔体外径焊缝承受剪应力作用，受力条件差小型塔设备1．裙座体与塔体对接焊缝（如附图）J-J截面的拉应力校核
（4-74）
式中D it-裙座顶截面的内直径，mm。
２．裙座体与塔体搭接焊缝（如附图）J-J截面的剪应力校核
（4-75）
（4-76）
式中：
A W-焊缝抗剪断面面积，mm2；
D ot-裙座壳顶部截面的外直径，mm；
M max J-J-搭接焊缝处的最大弯矩，N·mm；
m max J-J-压力试验时塔设备的最大质量（不计裙座质量），Kg；
m0J-J-J-J截面以上塔设备的操作质量，Kg；
W W-焊缝抗剪截面系数，mm3；
[ ]W t-设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的小值，MPa。