目录一、选择材料 (18)二、按计算压力计算筒体和封头的壁厚 (18)三、塔的质量载荷计算 (19)四、塔的自振周期计算 (22)五、地震载荷计算 (22)六、风载荷计算 (23)七、各种载荷引起的轴向应力 (25)八、筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核 (26)九、筒体和裙座水压试验应力校核 (27)十、基础环设计 (29)十一、地脚螺栓设计 (30)十二、补强计算 (32)主要符号说明 (35)正文机械设计条件：一、 选择材料塔体16MnR: [σ]t =170 MPa, [σ]=170 MPa,σs=345MPa 裙座 Q235-A:[σ]t =113MPa, [σ]=113 MPa,σs=235 MPa E=1.9*105 MPa二、按计算压力计算筒体和封头的壁厚 筒体：20.1083.185.01702160083.1][2=-⨯⨯⨯=-=c t i c p D p S φσ(mm)封头，采用标准椭圆封头：16.1083.15.085.017021160083.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=c t i c p K D p S φσmm加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还应考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头、和裙座的名义厚度Sn 均为20mm ，Se=Sn-C=20-2=18mm 。

三、塔的质量载荷计算 1．塔壳和裙座的质量 （1）圆筒质量/塔体圆筒总高度：Ho=81.2-5-2.6 =73.6mkg Ho Di Do m =⨯⨯⨯--=322221085.76.73)6.164.14)(41 πρπ（2）封头质量查得，DN1600,壁厚20mm 的椭圆形封头的质量为250kg ，则kg m 50022502=⨯=（3）裙座质量裙座尺寸：Dis=1800mm,Dos=1836mm,dis=1200mm,dos=1236mm 由于锥角小，故用锥体的平均直径Dim=1500mm 。

按圆筒计算：33691085.75)5.1536.1(4)(4322223=⨯⨯⨯-=-=πρπg Hs Dim Dom m kg5.2270632101=++=m m m m kg2.塔内构件质量：查表得筛板塔盘质量为75kg/m 2kg N Di m p 9.627675742.146542202=⨯⨯=⨯=ππ3．人孔，法兰，接管与附属物质量kg m m a 6.567625.1883725.025.01=⨯==4．保温材料质量m ’03为封头保温层质量。

kg m Ho Do Do m s 88.4434'2])2[(40322203=+-+=ρδπ5．平台，扶梯质量 平台单位质量q p =150 kg/m 2 扶梯高度H F =39.7 m笼式扶梯单位质量q F =40kg/m n=4为平台数量kg H q nq Do B Do m F f p s s 5.356921])2()22[(42204=+⨯+-++=δδπ6．操作时塔内物料质量kg V ho D N h Di m L f L i L p L 5.2340442205=++=ρρπρπ7．充水质量kg V H Di m w f w o w 1.40085242=+=ρρπ8．全塔操作质量a m m m m m m m +++++=05040302010＝45004.83kg9．全塔最小质量kg m m m m m m a 85.376422.004030201min =++++=10．全塔最大质量kg m m m m m m m a w 49.8274904030201max =+++++=将全塔分成7段，如图1所示，各段质量载荷列入下表：表1 各塔段质量载荷图1 四、塔的自振周期计算s ESeD H m HT i17.21033.903301=⨯=-五、地震载荷计算 查得：αmax =0.23(设计地震烈度7级) Tg=0.3（Ⅱ类场地土，近震）地震影响系数0387.0)(max 9.011==ααT T g但α1应不小于0.2αmax故取α1＝0.046质量 1234567合计 m01 551.87 3067.4 2000.5 4325.4 4325.4 4325.4 4110.422706.5 m02 0 0 84.823 1611.6 1611.6 1611.6 1537.2 6276.9 m03 0 24 465.89 1007.3 1007.3 1007.3 923.03 4434.88 m04 28172 643.37 815.37320 815.37 775.373569.47 m05 0 153.45 782.65 365.52 365.52 365.52 307.81 2340.46 ma 137.97 766.85500.1 1081.4 1081.4 1081.4 1027.65676.63 mw 0341 4184.6 9047.8 9047.8 9047.8 8416.240085.1 m0 717.83 4183.7 4477.4 9206.6 8711.3 9206.6 8501.4 45004.8 mmax 717.83 4371.2 7879.3 17889 17394 17889 16610 82749.5 mmin 717.83 4030.2 3626.9 7551.8 7056.4 7551.8 7107.937642.8 长度/mm 700 4300 3700 8000 8000 8000 8000 40700人孔平台 0 0 1 1 0 1 1 4 塔板数11919191674结构综合影响系数Cz=0.5H/Di=33.1>15,必须考虑高震型影响。

确定危险截面，如图1所示，0－0截面为裙座基底截面，1－1为裙座人孔处截面，2－2为裙座与塔体焊缝处截面。

计算危险截面的地震弯矩： 0－0截面mm N gH m Cz M E ∙==-2.188********16'0100α mm N M M E E ∙==--7.236091052'25.10000 1－1截面mm N h h H H Hg m Cz M E ∙=+-=-4.184325094)41410(1758'5.35.25.35.20111α mm N M M E E ∙==--230406368'25.11111 2－2截面mm N h h H H H g m Cz M E∙=+-=-4.156437665)41410(1758'5.35.25.35.20122αmm N M M E E ∙==--7.195547081'25.12222六、风载荷计算 1．风力计算1）风振系数 各计算塔段的风振系数K 2i 由izii i f K φξυ+=12计算，计算结果列于下表中表2 各塔段的风振系数塔段 1 2 3 4 5 6 7 高度hit/m 0.758.716.7 24.732.740.7ζ 2.85 γi 0.72 0.72 0.72 0.79 0.85 0.85 0.88 Φzi 0.0034 0.021 0.0812 0.251 0.4884 0.7342 1 fi 0.110.80.9481.1774 1.3299 1.4578 1.5677 K2i1.0634 1.053865 1.175761.4799781.889652.22012.59982）有效直径Dei 设笼式扶梯与塔顶管线成90º角，取平台构件的投影面积∑A=0.5m 2，则Dei 取下式计算值中的较大者。

Dei=Doi+2δsi+K 3+ K 4 Dei=Doi+2δsi+K 4+do+2δps式中，塔和管线的保温层厚度δsi ＝δp s=100mm ，塔顶管线外径do=325mm ，K 3=400mm ，il AK ∑=24 各塔段Dei 计算结果列于表3中表3 各塔段的有效直径/mm3）水平风力计算由式Pi=K 1K 2i q 0 f i l i Dei ×10-6(N)计算塔段水平风力 计算结果列于下表中：li/mm700 4300 3700 8000 8000 8000 8000K3 400 K4 0 0 270.27 125 125 125 125 Dei 2525 2346 2231.3 2086 2086 2086 2086表4 各塔段水平风力计算结果2．风弯矩计算 计算危险截面的风弯矩 0－0截面mm N l l l l l l P ll P l P M w ⋅=+++++++++=-1879844316)2()2(265432162121100 1－1截面mm N l l l l l P l l P l P M w ⋅=++++++++=-1828185657)2()2(26543263232211 2－2截面mm N l l l l P ll P l P M w ⋅=+++++++=-1517409447)2()2(2654364343322 七、各种载荷引起的轴向应力 1．计算压力引起的轴向拉应力σ1MPa S D p eic 4375.5341==σ 2．操作质量引起的轴向压应力σ2 0－0截面MPa A g m sb87813.4000002-=-=--σ1－1截面MPa A g m sm27751.4110112-=-=--σ2－2截面MPa SeD g m i 52027.6220222-=-=--πσ 3．最大弯矩引起的轴向应力σ3 最大弯矩取下式计算值中较大者：ii wi i M M --=max ii wi i E i i M M M ---+=25.0max 计算结果如下：（单位：N.mm ）Mmax 0-0Mmax 1-1 Mmax 2-21879844316 1828185657 1517409447σ3计算如下：MPa S D M Z M es is sb17.464200max 00max 003±=±=±=---πσMPa Z M sm65.3511max 113±=±=--σMPa S D M ZM e i 86.834222max 22max 223±=±=±=---σ八、筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核 1．筒体的强度与稳定性校核1）强度校核 筒体危险截面2－2处的最大组合轴向拉应力 σ2-2max 组拉=σ1 +σ2-22+σ2-23=130.77MPa轴向许用应力：K[σ]t Φ=173.4MPa因为σ2-2max组拉< K[σ]tΦ故满足强度条件2）稳定性校核筒体危险截面2－2处的最大组合轴向压应力σ2-2max组压=σ2-22+σ2-23=－90.3756MPa许用轴向压应力[σ]cr =min{KB, K[σ]t}其中按GB150《钢制压力容器》中的规定，由A=0.094/(Ri/Se)=0.0025查图得：B=118MPa则算得[σ]cr =141.6MPa因为σ2-2max组压< [σ]cr故满足稳定性条件2．裙座的稳定性校核裙座危险截面0－0及1－1处的最大组合轴向压应力σ0－0max组压=σ0－02+σ0－03=－51.0488MPaσ1－1max组压=σ1－12+σ1－13=－39.93147MPaA=0.094/(Ri/Se)＝0.001489查得：B＝101MPa则[σ]cr =min{KB, K[σ]t}＝121.2MPa因为σ0－0max组压< [σ]crσ1－1max组压< [σ]cr故满足稳定性条件九、筒体和裙座水压试验应力校核1．筒体水压试验应力校核 1）由试验压力引起的环向应力σ 试验压力 M P a Pp tT 56.3][][25.1==σσ σ=(p T +液柱静压力)(Di+Sei)/(2Sei)=135.3895MPa 0.9σs Φ=263.93MPa 因为σ<0.9σs Φ 故满足要求2）由实验压力引起的轴向应力σ1 σ1= p T Di/(4Sei)=66.797MPa 3）水压试验时，重力引起的轴向应力σ2 σ2-22=MPa DiS g M e627.1222max -=-π 4）由弯矩引起的轴向应力σ3MPa S Di M eiw157.25)4/(3.0222223-=±=--πσ5）最大组合轴向拉应力校核 σ2-2max 组拉=σ1+σ2－22+σ2－23=79.3269MPa许用应力：0.9K σs Φ=316.71MPa 因为 σ2-2max 组拉<0.9K σs Φ故满足要求6）最大组合轴向压应力校核 σ2－2max 组压=σ2－22+σ2－23=－37.8731MPa轴向许用压应力[σ]cr =min{KB,0.9K σs}＝141.6MPa因为 σ2-2max 组压< [σ]cr故满足要求2．裙座水压试验应力校核1）水压试验时，重力引起的轴向应力σ2 σ0－02= MPa DisS g M es 9693.800max -=--π σ1－12= MPa Ag M 9231.711max -=-- 2）由弯矩引起的轴向应力σ3MPa S D M esisw851.1343.0200003±=±=--πσMPa Z M smw 696.103.011113±=±=--σ3）最大组合轴向压应力校核 σ0－0max 组压=σ0－02+σ0－03=－22.8205MPa σ1－1max 组压=σ1－12+σ1－13=－18.6193MPa轴向许用应力[σ]cr =min{KB,0.9 K σs }=121.2MPa 因为σ0－0max 组压< [σ]cr σ1－1max 组压< [σ]cr故满足要求十、基础环设计 1．基础环尺寸取 D ob = D is +(160~400)= 2100mmD ib = D is －(160~400)= 1600mm 2．基础环应力校核384410632)(mm D D D Z obib ob b ⨯=-=π22214529874)(mm D D A ib ob b =-=πMPa A gm Z M A g m Z M MAX bb w b b b 422198.3}3.0,{max 00000max max=++=--σ选用100号混凝土的许用压力Ra=5MPa 因为 σbmax<Ra故满足要求 3．基础环厚度按有筋板时，计算基础环厚度Sb b=0.5(D ob —D os )=132mm设地脚螺栓直径为M36，l=160mm ，则b/l=0.825 查表得Mx=－0.142σbmaxb 2=-9838.68N.mm/mmMy=0.0872σbmaxl 2=6842.21N.mm/mm取Ms=∣Mx ∣=9838.68N.mm/mm 基础环材料的许用应力[σ]b =140MPa 基础环厚度mm MsSb b53431.20][6==σ 取Sb=26mm十一、地脚螺栓设计1． 地脚螺栓承受的最大拉应力MPa A g m Z M bb w B 8644.2min 00=-=-σMPa A g m Z M M bb w E B 867.025.000000=-+=--σ所以取σB =2.8644MPa 2． 地脚螺栓直径因为σB >0，故此塔须安装地脚螺栓。