立式不等径设备组合支座的设计
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m = 2，许用应力 ［σ］ = 235 MPa，许用应力降低系
数 k = 0. 7。代入上式得：
筋板厚度
S1 '
=
Q mbsin2 αk
［σ］
+ 2C2
= 13.
94
mm
取 S1 = 20 mm，筋板满足要求。 1. 2. 5 底板厚度计算
底板结构尺寸及受力状况如图 4、图 5 所示。
图 4 筋板受力
（ 3） 底板处的最大弯矩
M 0－0 max
=
M 0－0 E
+
0. 25Mw 0 － 0
= 501882969 N·mm
水平载荷
FH = Pe + 0. 25 Pw = 57849. 8 N 1. 3. 1. 2 垂直载荷 W1
垂直载荷 W1，取设备最大操作重力： W1 = Gmax = 460600 N 1. 3. 1. 3 支腿的水平反力 R
体壁上的受压构件，因而将图 4 中的筋板简化为断
面 S1 a、长度 l、两端铰接并受轴向力Q / （ m·sinα） 的压板，按下式计算稳定性：
Q
σ
=
msinα S1 a
≤k［σ］
整理后得筋板厚度的计算公式：
S1 ' =
Q mbsin2 αk
［σ］ + 2C2
mm
已知： b = 250 mm，α = 39°，单个支座筋板数
图 8 支座上载荷筒化
图 9 一个支腿受力图
图 7 计算耳座螺栓时的载荷
螺栓根径：
槡 d0 =
4Q' πn［σ］
+ C2
=
34. 88
mm
选取 M42 地脚螺栓 ，其 dmin = 37. 129 mm ＞ d0 ，满 足要求。
1. 3 支腿的校核计算
该设备 的 支 腿 由 钢 管、 上 下 两 块 钢 板 焊 接 而
1. 3. 1 载荷的确定
1. 3. 1. 1 风弯矩和地震弯矩
本设备依据《钢制塔式容器》JB / T 4710—2005
按直径不同沿高度方向分为四段求支腿底板处（ 0
－ 0 截面） 的风弯矩和地震弯矩。
（ 1） 风弯矩
M 0－0 w
=
P w1
l1 2
+
Pw2 （ l1 +
l2 2
）
+ Pw3 （ l1 + l2 +
耳座的作用是承受容器重量，对该设备而言， 还应考虑风载荷和地震载荷引起的力矩。因为耳座 是焊接在管板上的，而管板有足够的刚度，所以计 算时不用考虑支座弯矩对壳体所产生的局部应力， 只考虑支座本身的受力。支座上的主要载荷如图 2 所示。
M———作用在底板处的弯矩，N·mm。 1. 2. 2 底板处的弯矩
1. 2. 3 单个支座的最大轴向压力、拉力
将已知值代入轴向压力、拉力公式得：
单个支座的最大轴向压力
Q = 323658 N
单个支座的最大轴向拉力
Q' = 144313 N
1. 2. 4 筋板厚度计算
筋板结构尺寸如图 4 所示。实践证明，耳座的
破坏往往是由于筋板失去稳定性而造成的。通常将
直立筋板看做一端连接在底板上，另一端支撑在壳
τmax = 槡τ2 + σ2 = 133. 3 MPa
有 τmax ＜ ［τ］，焊缝满足要求。 1. 2. 7 螺栓计算
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立式不等径设备组合支座的设计
简化后的情况如图 8、图 9 所示。计算时参考 JB / T 4712. 2—2007 “腿式支座” 的附录 A。
图 6 耳座与管板连接焊缝
在支座底板上安装螺栓，把设备固定在支腿上 是为了使设备在外力矩作用下不致翻到。Q345 地 脚螺栓许用应力 ［σ］ = 170 MPa，单个耳座的螺 栓个数 n = 1，计算螺栓时的载荷见图 7。
已知： a1 = 288 mm，单个支座的焊缝总长度 L = 4a1 = 4 × 288 = 1152 mm，c = 220 mm 。
焊缝中的剪应力：
τ
=
Q F
=Q 0. 707h0 L
= 28. 4 MPa
焊缝中的最大拉应力：
σ
=
M W 0.
Qc 471h0 a1 2
= 130.
2
MPa
焊缝中的合应力：
风载 荷 Pw1 ' = 3368. 9 N，PW2 ' = 4186. 7 N，
PW3 ' = 751. 1 N。
风弯矩
M I－I w
= 52593898
N·mm。
（ 2） 地震弯矩
M I－I E
=
Pe1 h1
+
Pe2 h2 +
Pe3 h3 N·mm
式中，水平地震力 Pei = αm0i g N。
= 5150 mm，h3 = 11040 mm，h4 = 13500 mm。代入
上式得：
水平地震力
Pe1 = 2267. 33 N，Pe2 = 22302 N ，
Pe3 = 21459. 7 N，Pe4 = 9243. 4 N
地震弯矩
M 0－0 E
= 481997880
N·mm
总水平地震力
Pe = Pe1 + Pe2 + Pe3 + Pe4 = 55272 N
成，结构尺寸如图 1 所示。支腿承受设备上的水
平、垂直载荷以及载荷产生的弯矩。有时设备承受
的水平、垂直载荷不止一个，可将这些载荷简化为
作用在支腿上的水平力 R、垂直力 W1 和弯矩 M，
已知： 支腿个数 N = 4，支腿的中心圆直径 DB = 1790 mm，支腿钢管219 × 12，材质 20。
）
+
Pw3 （
l1 '
+
l2 '
+
l3 ' 2
）
N·mm
式中，风载荷 Pwi = 1. 2fi q0 D0i l0i × 10 － 6 N ，i = 1， 2，3。
有关数据为，D01 = 1132 mm，D02 = 2248 mm， D03 = 1032 mm，l1 ' = 6200 mm ，l2 ' = 3880 mm，l3 ' = 1330 mm，f1 = f2 = 1，f3 = 1. 14，q0 = 400 N / m2 。 代入上式得：
设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度 0. 2g，地 震影响系数 α = 0. 16，设 备 建 设 场 地 土 类 别 为 II 类，设备直接安装在刚性混凝土基础上。
1 实例
1. 1 设备已知条件 该立式氨冷器是氨合成工段的重要设备，也是
一台立式 U 形管换热器。其结构特点是整台设备的 直径尺寸变化比较大（ 如图 1 所 示） ，有 DN1350、 DN1100、DN2200、DN1000 四个尺寸，直径最大处 在设备靠上部位，设备总高约 14300 mm。已知条 件： （ 1） 设备总质量 m0 = 26200 kg，充满水的质量 mw = 47000 kg； 支座板材全部为 Q345R，钢管材质 20，联接（ 地脚） 螺栓采用 Q345； 支座设计温度 50 ℃ ，支座（ 含螺栓） 腐蚀裕度 C2 = 2 mm。（ 2） 设计基 本风压为 q0 = 400 N / m2 ，地面粗糙度为 B 类，地震
《化工装备技术》 第 31 卷 第 4 期 2010 年
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立式不等径设备组合支座的设计
邸广民* 吴冬果
（ 山西丰喜化工设备有限公司）
摘 要 支座型式及规格是根据设备的重量、结构、承受的载荷、操作和维修等要求按照相 应标准来选取的，而对于非标准的组合型式支座，必须根据实际载荷条件进行必要的受力分 析和设计计算，以保证满足使用要求。通过实例，介绍一种立式不等径设备组合式支座的设 计方法。
本设备按直径不同沿高度方向分为三段求耳座 处（ I － I 截面） 的风弯矩和地震弯矩，参数如图 3 （ a） 所示。
图 2 支座上主要载荷
当容器充满水时，支座中最大压应力在背风
侧，因为静载荷与风载荷是叠加的，因此背风侧的
应力是支座设计的控制应力。
单个支座的最大轴向压力：
Q
=
M DB
+
G max n
有关数据为，m01 ' = 24370 kg，m02 ' = 18964 kg，
m03 ' = 1928 kg，g = 9. 8 m / s2 ，h1 ' = 2250 mm ，h2 ' =
8140 mm ，h3 ' = 10600 mm 。代入上式得：
水平地 震 力 Pe1 ' = 38212 N，Pe2 ' = 29736 N， Pe3 ' = 3023 N。
l3 2
）
+
Pw3 （
l1
+
l2
+
l3
+
l4 2
）
N·m
式中，风载荷 Pwi = 1. 2fi q0 D0i l0i × 10 － 6 N，i = 1，2， 3，4。
有关数据为，D01 = 1350 mm，D02 = 1132 mm， D03 = 2248 mm ，D04 = 1032 mm ，l1 = 2900 mm，l2 = 5900 mm，l3 = 3880 m，l4 = 1330 mm，f1 = f2 = 1， f3 = f4 = 1. 14。代入上式得：
注： 上式以及本文其他公式中的符号含义与参
考文献［1］和［2］相同。
当容器空置时，支座中最大拉应力在迎风侧：
