第二组课程设计.doc

某油库储罐区防火堤设计
一、 设计概况
1．油库的主要技术经济指标
罐区面积：9620m2（140m×74m）
总容量：40000m3
储存油类：柴油
储罐类型：钢制拱顶立式储罐，油罐为固定顶罐，全地上式
2．地基土参数
地基土为粉质粘土：容重；孔隙比；液性指数； 粘聚力；内摩擦角°；地基承载力标准值。
3．储罐储存物质参数
车用10#柴油：密度（20℃）=820～860kg/m3；闪点（闭口）>55℃。
4．储罐规格
钢制拱顶立式储罐规格
容积（m3）
公称容积
3000
5000
10000
设计容积
3300
5500
10700
储罐尺寸（mm）
内径
18992
23760
31282
罐底直径
19092
23880
31402
罐壁高度
11760
12530
14070
储罐总高度
13857
15143
17504

5．设计计算中有关术语：
（1） 储罐组
由防火堤或防护墙围成的一个或几个储罐组成的储罐单元。
（2） 储罐区
由一个或若干个储罐组组成的储罐区域。
（3） 防火堤
用于常压液体储罐组，在油罐和其他液态危险品储罐发生泄漏事故时，防止液体外流和火灾蔓延的构筑物。 用于常压条件下，通过低温使气态变成液态物质的储罐组，在发生泄漏事故时，防止冷冻液体骤变成气体前外流的防火堤亦称围堰。
（4） 隔堤
用于减少防火堤内储罐发生少量泄漏(如冒顶)事故时的污染范围，而将一个储罐组分隔成若干个分区的构筑物口用于减少防火堤内储罐发生少量泄漏事故时，低温液体骤变成气体前的影响范围，而将一个储罐组分隔成若干个分区的隔堤亦称隔堰。
（5） 防火堤有效容积
一个储罐组的防火堤内可以有效利用的容积。
（6） 设计液面高度
计算防火堤有效容积时堤内液面的设计平均高度。
（7） 防火堤内堤脚线
防火堤内侧或其边坡与防火堤内设计地面的交线。
（8） 防火堤外堤脚线
防火堤外侧或其边坡与防火堤外侧设计地面的交线。

二、 储罐及防火堤布置
1、防火堤设计时所参照的规范：
GB50351—2005《储油罐区防火堤设计规范》
GB50003—2001《砌体结构设计规范》
GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》
GB 50016-2006《建筑设计防火规范》
GB 50074-2002《石油库设计规范》
GB 50160-2008《石油化工企业设计防火规范》
GB 50007-2002《建筑地基基础设计规范》
2、储罐、防火堤布置
根据储罐区面积和储罐总容量要求并参照 GB50351—2005《储油罐区防火堤设计规范》，现在规定的面积内设置6个容积为10000的储罐。具体储罐及防火堤位置，详见附图。
① 防火堤内储罐成组布置的要求
GB50160--2008《石油化工企业设计防火规范》中6.2.5规定， 储罐应成组布置，并应符合下列规定：1、在同一罐组内，宜布置火灾危险性类别相同或相近的储罐；当单罐容积小于或等于1000时，火灾危险性类别不同的储罐也可同组布置；2、 沸溢性液体的储罐不应与非沸溢性液体储罐同组布置； 3、可燃液体的压力储罐可与液化烃的全压力储罐同组布置；4、可燃液体的低压储罐可与常压储罐同组布置。
② 防火堤内储罐组总容积的规定
GB50351--2005《储罐区防火堤设计规范》规定：3.2.3 同一个油罐组内的总容量及油罐数量应符合下列规定:1、 固 定 顶油罐组及固定顶油罐与浮顶、内浮顶油罐的混合罐组，其总容量不应大于120000.2 、浮 顶 、内浮顶油罐组，其总容量不应大于600000
③ 防火堤内储罐个数的规定
GB50351--2005《储罐区防火堤设计规范》规定：3.2.3 .3、油 罐 组内的油罐数量，当单罐容量大于或等于1000时，不应多于12座;当单罐容量小于1000或储存丙B类油品时，油罐数量不限。
④ 防火堤内储罐布置排数的规定
GB50351--2005《储罐区防火堤设计规范》规定：3.2.3.4 、油 罐 组内单罐容量小于1000m，的储存丙B类油品的油罐不应超过4排;其他油罐不应超过2排。
⑤ 防火堤内储罐之间防火间距的规定
GB50160--2008《石油化工企业设计防火规范》中6.2.8规定：罐组内相邻可燃液体地上储罐的防火间距不应小于下表的规定。
表6.2.8 罐组内相邻可燃液体地上储罐的防火间距
类别
储罐型式
固定顶罐
浮顶、内浮顶罐
卧罐
≤1000m3
>1000m3
甲B、乙类
0.75D
0.6D
0.4D
0.8m
丙A类
0.4D
丙B类
2m
5m
注：1. 表中D为相邻较大罐的直径，单罐容积大于1000m3的储罐取直径或高度的较大值；
2. 储存不同类别液体的或不同型式的相邻储罐的防火间距应采用本表规定的较大值；
3. 现有浅盘式内浮顶罐的防火间距同固定顶罐；
4. 可燃液体的低压储罐，其防火间距按固定顶罐考虑；
5. 储存丙B类可燃液体的浮顶、内浮顶罐，其防火间距大于15m时，可取15m。
⑥储罐至防火堤内堤脚线的距离规定
GB50351--2005《储罐区防火堤设计规范》规定：3.2 .1 立式油罐的罐壁至防火堤内堤脚线的距离，不应小于该罐罐壁高度的一半;卧式油罐的罐壁至防火堤或防护墙内堤脚线的距离不应小于3m.
⑦ 两个油罐组（区）防火堤外坡脚线间的距离的规定
GB50351--2005《储罐区防火堤设计规范》规定：3.2.2 相邻油罐组防火堤外堤脚线之间，应留有宽度不小于7m的消防空地。
3、隔堤的布置要求
GB50351--2005《储罐区防火堤设计规范》规定：3.2.11 油罐组内隔堤的布置应符合下列规定:1、单 罐 容量等于或大于20000时，隔堤内油罐数量不应多于2座。单 罐 容量等于或大于5000且小于20000的罐，隔堤内油罐数量不应多于4座。3、单 罐 容量小于5000的罐，隔堤内油罐数量不应多于6座。4、沸 溢 性油品油罐，隔堤内储罐数量不应多于2座。5、丙 B 类油品油罐，隔堤内储罐数量不受以上限制，可根据具体情况进行设置。

防火堤设计说明书
罐区面积：9620m2（130m×74m
总容量： 40000m3
钢制拱顶立式储罐规格
容积（m3）
公称容量
3000
5000
10000
设计容量
3300
5500
10700
储罐尺寸（mm）
罐内径
18992
23760
31852
罐底直径
19092
23880
31402
罐壁高度
11760
12530
14070
储罐总高度
13857
15143
17504

公称容量
3000
5000
设计容量
3300
5500
罐内径D内
18.992
23.76
罐底直径D底
19.092
23.88
罐底半径r底
9.546
11.94
罐壁高度H罐壁
11.76
12.53
储罐总高度H总
13.857
15.143
罐底面积s底
286.1360042
447.6497
罐基础高H基础
0.6
0.6
基础半径r基础=r+0.12
9.666
12.06
基础直径D基础
19.332
24.12
液面高度Hj

V1
176.0250515
274.01574
防火堤顶面宽b=370mm=0.37m
基础高H=600mm=0.6m

防火堤高度的计算

设计液面高度及防火堤高度的确定
相关概念
防火堤有效容积（virtual capacity of dike）：一个储罐组的防火堤内可以有效利用的容积。
设计液面高度（design height of liquid level）：计算防火堤有效容积是堤内液面的设计平均高度。
设计液面高度的确定
设计液面高度主要根据油罐组防火堤有效容积的计算公式：
V=AHj-(V1+V2+V3+V4)
式中：
V——防火堤有效容积（m3）;
A——有防火堤中心线围成的水平投影面积（m2）;
Hj——设计液面高度（m）；
V1——防火堤内设计液面高度内的一个最大油罐的基础体积（m3）；
V2——防火堤内除一个最大油罐以外的其他油罐在防火堤设计页面高度内的液体体积和油罐基础体积之和（m3）;
V3——防火堤中心线以内设计液面高度内的防火堤体积和内培土体积之和（m3）;
V4——防火堤内设计液面高度内的隔堤、配管、设备及其他构筑物体积之和（m3）;
GB50160中6.2.12防火堤及隔堤内的有效容积应符合下列规定：防火堤内的有效容积不应小于罐组内1个最大储罐的容积，故有效容积V取最大储罐的设计容积，即V=5500m3
V4=0.24×0.8×74+600=614.208m2
将V、V1、V2、V3、V4及A将代入式(2.1.1)得：
5000=10360Hj-（274.01574+37.982+3133.55Hj+75.3431Hj+614.208）
7151.1069Hj=5926.20574
Hj=0.83m
由于无内培土故只计算防火堤中心线以内设计液面高度内的砌体体积，故 防火堤高度为H=Hj+0.2=1.1m

GB50351中3.2.5规定油罐组防火堤顶面应比计算液面高出0.2m。立式油罐组的防火堤内侧高度不应小于1.0m，且外侧高度不应大于2.2m；
GB50160中6.2.17规定立式储罐防火堤的高度应为计算高度加0.2m，但不应低于1.0m（以堤内设计地坪标高为准），且不宜高于2.2m（以堤外3m范围内设计地坪标高为准）；
综上，防火堤高度为Hj+0.2=1.2m
强度计算
根据规范规定，防火堤堤身厚度应由强度及稳定性计算确定且不应小于300mm，结合考虑烧结普通砖的规格，则本防火堤顶面设为厚度为370mm，采用的是强度等级为MU20的烧结普通砖，强度等级为M10的混合砂浆，堤外侧用水泥砂浆抹面。.
为有效确定防火堤的截面厚度，应按防火堤截面抗剪强度设计值计算确定：
由；
——结构重要性系数，取1.0；
——荷载效应组合设计值，按式5.1.2计算；
——防火堤抗力设计值，按各有关规定确定。
则有γoS ≤f v ，其中SF荷载效应组合的抗剪强度设计值，f v 为防火堤抗剪强度设计值。
进行堤内满液工况荷载效应基本组合计算时，荷载效应基本组合的设计值应按下式确定：
S=γGSGK+γYSYK+γTSTK (5.1.2)
式中： S——荷载效应组合的设计值；
γG、γY、γT——分别为堤身自重载荷、静液压力、净土压力荷载分项系数，取值见表5.1.4；
SGK——按堤身自重载荷标准值计算的效应值；
SYK——按静液压力载荷标准值计算的效应值；
STK——按净土压力载荷标准值计算的效应值；
γG、γY、γT的确定
表5.1.4 载荷效应和地震作用效应的分项系数
所考虑的组合
γG
γY
γT

堤内满液工况荷载效应基本组合
1.2
1.0
1.2
-
地震作用和其他荷载效应基本组合
1.2
1.0
1.2
1.3

根据上表γG=1.2、γY=1.0、γT=1.2
由于堤身自重载荷对堤上截面不产生作用，则SGK =0，又因为净土压力载荷不存在，则STK =0 ;SYK 按承载能力极限状态下的静液压力载荷标准值计算的效应值.
每米堤长静液压力沿液体深度分布的水平荷载标准值 ，
式中： ——每米堤长静液压力沿液体深度分布的水平荷载标准值(kN/m2)；
——堤内液体重度，取10 kN/m3；
——计算截面至液面距离（m）；
在防火堤的内堤脚线处（Hj=1.0m处），防火堤所受的剪力最大，则令在防火堤内堤脚线处的堤身最小厚度为b，则有：
SYK=Pyk/d=1/2×γy×Hy²/(b×1)=1/2×10×1.0²/b=5.0/b KP
静液压力荷载分项系数γY=1.0 ；则S=γY SYK=1.0×5.0/b = 5.0/b KP
查表得K5=0.125； 砂浆的抗压强度平均值f2=1.07 MP.
则烧结普通砖墙的抗剪强度标准值为fv.m = K5 (f2)½ =0.125×(1.07)½=0.13 MP，
由砌体的强度设计值 f = f k /γ0 （γ0为砌体结构的材料性能分项系数 ，一般情况下 ，宜按施工控制等级为 B 级取γ0 =1.6；当为 C 级时， 取 γ0=1.8 。本工程按施工控制等级 B 级计算。）
烧结普通砖墙的抗剪强度设计值fv=fv.m /γ0=0.13/1.6=0.081 MP=81 KP
则S=1.0×5.0/b≤81 ;得b≥61.7mm
由于本防火堤顶面厚度为370mm，把整个防火堤堤身设为厚度为370mm的堤，满足抗剪强度要求。

3.3.防火堤基础尺寸的确定
3.3.1基础类型的确定
砌体结构是住宅、办公楼等建筑常用的结构形式, 在场地条件较好的情况下, 常采用条形基础。所以，本防火堤采用的基础为条形基础。同时使用砖基础，其上用砖放脚与墙体相连。
3.3.2基础埋深度的确定
防火堤基础为条形砖基础, 由于《储罐区防火堤设计规范》4.2.2可知防火堤基础埋深不宜小于0.5m，所以可以假设防火堤的地基埋深d = 0.8m。
3.3.3基础底面宽度b的确定
设基础底面宽度b为1m，下面根据承载力验算看是否满足要求。
（1）由《建筑地基基础设计规范》第5.2.1条可知基础底面的压力,应符合下式要求，当轴心荷载作用时：
(3.3.1)

式中: Pk--相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值;
fa--修正后的地基承载力特征值。
（2） 计算PK与fa的值
由《建规》第5.2.2条可得基础底面的压力,可按下列公式确定，当轴心荷载作用时：
(3.3.2)
式中: Fk--相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值;
Gk--基础自重和基础上的土重;
A--基础底面面积。
基础自重和基础上的土重：，
式中: ——基础和基础底面以上土的加权平均重度，一般取20kN/m3，地下水位以下取浮重度；
——基础埋置深度，一般自室外底面标高算起，m；

所以
由得

由此可得，矩形地面面积为

对于条形基础，可沿基础长度的方向取单位长度（即基础长度取1m）进行计算，荷载同样是单位长度上的荷载，则基础宽度为

由于设的防火堤的地基埋深d= 0.8m，根据《建规》第5.2.4条的规定当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：
(3.3.4)
式中: fa--修正后的地基承载力特征值;kPa
fak--地基承载力特征值;kPa
η b 、η d--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数,按基底下土的类别查表5.2.4取值;
γ--基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度，kN/m3;
b--基础底面宽度(m),当基宽小于3m按3m取值,大于6m按6m取值;
--基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取浮重度;kN/m3
d--基础埋置深度(m),一般自室外地面标高算起。当采用独立基础或条形基础时,应从室内地面标高算起。
根据GB50007-2002中查表5.2.4，
表5.2.4承载力修正系数
土的类别

淤泥和淤泥质土
0
1.0
人工填土
e或ＩL大于等于0.85的粘性土
0
1.0
红粘土
含水比aw＞0.8
含水比aw≤0.8
0
0.15
1.2
1.4
大面积
压实填土
压实系数大于0.95，粘粒含量ρc≥10％的粉土最大干密度大于2.1t／m3的级配砂石
0 0
1.5
2.0
粉土
粘粒含量ρc≥10％的粉土
粘粒含量ρc＜10％的粉土
0.3
0.5
1.5
2.0
e或ＩL均小于0.85的粘性土
粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)
中砂、粗砂、砾砂和碎石土
0.3
2.0
3.0
1.6
3.0
4.4
本地基选用的是粉质粘土，孔隙比；液性指数，两项系数均大于0.85，经查表：=0，=1.0。
另外，地基承载力标准值=136kPa，土的内摩擦角标准值=28°，粉质粘土的容重=18.5 kN/m3，=20kN/m3，基础底面宽度b小于3m，所以b按3m的取值，d=0.8m
kPa
由《储罐区防火堤设计规范》5.2.1可知自重荷载标准值可按下式计算确定：
(3.33)
式中： ——每米堤长计算截面以上堤身自重荷载标准值(kN/m)；
——计算截面至堤顶面的距离(m)；
——计算截面以上堤身的平均厚度(m)；
——材质重量(kN/m3)。
上部结构传至基础顶面的竖向力值:kN/m
带入上式中，得：

所以上面设的基础宽度1m可以满足地基承载力的要求。
3.3.4基础高度的计算
设基础高度为0.3m，下面验算看是否满足承载力要求。
GB50007中8.1.2基础高度，应符合下式要求(图8.1.2)
(8.1.2)
式中
——基础底面宽度；
——基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度；
———基础高度；
———基础台阶宽度；
———基础台阶宽高比，其允许值可按表8.1.2选用。

的确定
本防火堤基础采用MU15普通砖和M7.5水泥砂浆砌筑，是“二、一间隔收”砖基础（宽120高60），故
的确定

台阶宽高比的确定
根据基底接触压力查资料允许高度比
由砖墙传至基础顶面的竖向力值:
计入基础自重和基础上的土重：，
在GB50007中5.2.2计算基础底面的压力，当轴心荷载作用时

表8.1.2 无筋扩展基础台阶宽高比的允许值
基础材料
质量要求
台阶宽
高比的
允许值
pk≤100
100＜pk≤200
200＜pk≤300
混凝土基础
C15混凝土
1:1.00
1:1.00
1:1.25
毛石混凝土基础
C15混凝土
1:1.00
1.1.25
1:1.50
砖基础
砖不低于MU10、砂浆不低于M5
1:1.50
1:1.50
1:1.50
毛石基础
砂浆不低于M5
1:1.25
1:1.50
－
灰土基础
体积比为3:7或2:8的灰土，其最小干密度：粉土1.55t／m3粉质粘土1.50t／m3
粘土1.45t／m3
1:1.25
1:1.50
－
三合土基础
体积比1:2:4～1:3:6(石灰:砂:骨料)，每层约虚铺220mm，夯至150mm
1:1.50
1:2.00
－
基础采用MU15普通砖和M7.5水泥砂浆砌筑的“等阶式”砖基础，所以取1：1.5

所以上面设=0.3m满足承载力要求。
4.稳定性计算
1）防火堤抗滑验算
①根据GB50351-2005中5.4.2规定：
(11)
式中P—— 防火堤每米堤长所承受的总水平荷载设计值(kN/m)，按公式6计算确定;
—— 每米堤长基础底面摩擦阻力设计值(kN/m);
——每米堤长被动土压力设计值(kN/m)。
②基础底面摩擦阻力设计值可按下式计算确定:
(12)
式中 G ——每米堤长自重及覆土传至基础底面的垂直荷载合力设计值，kN/m；
——基础与地基之间的摩擦系数，应根据试验资料取值;当无试验资料时按附录B取值。
根据附录B，取0.3；
=23.733kN/m;
计算得==0.3×23.733=7.1199kN/m.
③被动土压力设计值可按下列公式计算确定:
(13)

式中： ——被动土压力折减系数，取0.3；
——基础埋置深度（0.8m）；
——被动土压力系数，按式5.4.2-4计算或查附录表A.0.3（=2.2)；
——粘性地基土的粘结力（1.2kN/m2）；
——地基土的内摩擦角（22°）
——土的重度（kN/m3），=18.5；
计算得Pp=1/2×0.3×18.5×0.8²×2.2+2×0.3×1.2×0.8×=4.76 kN/m
④计算防火堤每米堤长所承受的总水平荷载设计值
=4.5kN/m.
⑤验算
=2.8>1.3
所以满足抗滑验算。
2） 防火堤抗倾覆验算
根据GB50351中5.4.3防火堤抗倾覆验算应符合以下规定，防火堤抗倾覆验算应按下式计算确定：
（5.4.2-5）
式中：——各倾覆力矩换算至基础底面并按式子S=γGSGK+γYSYK+γTSTK 进行组合后的每米堤长总力矩设计值，kN/m；
——每米堤长垂直荷载合力产生的稳定力矩设计值，kN/m
的确定

的确定
稳定力矩设计值可按下式计算确定（图5.4.3）：
（5.4.2-6）
式中：——垂直荷载合力作用线至基础前端的水平距离，m。
——每米堤长自重及覆土传至基础底面的垂直荷载合力设计值，kN/m；

=23.733kN/m;

图5.4.3 抗倾覆验算简图

所以满足防火堤抗倾覆验算。
五、附图