储罐特别是大型储罐是一种薄壳板柔性结构，如何保证大型储罐在风压和负压或两者同时作用下的稳定性问题已引起人们的注意。在风力作用下，立式圆柱形设备的稳定性问题有以下几种情况：第一种情况是在压力作用下发生整体倾复或滑移。第二种情况是背风面壳壁发生轴压失稳。第三种情况是迎风面在风力作用下发生凹瘪。其中大型储罐的稳定性问题以第三种情况较为普遍，通常在空罐或贮液不多的情况下受强风作用发生罐壁凹瘪。

单纯理论的稳定计算是非常复杂的，在工程计算中，需要一些简化的计算方法，为此就需要明确储罐的风压分布规律，这是研究罐壁稳定性的最原始数据，中国科学院力学研究所在1965年及1974年进行了模型风洞试验及一系列均匀外压的模型试验，为分析和解决生产实践中的储罐风力稳定性问题提供了实验依据。

1．储罐罐壁风压分布分析

(1)外壁的风压分布。对固定顶罐和敞口罐在实验风E为W时，外壁风压分布是不均匀的，如图2-2。

从图中可看出只有迎风面60°中心角所对应的罐壁是受压区，其余罐壁承受的是张力。最大风压是在20°所对弧长上，风压近似为常数，最大风压发生在驻点A，其值为1.0倍风压Wo。

(2)内壁的风压分布：对固定顶储罐风载引起的风压分布仅存在罐壁外部，不存在内壁的风压分布问题。对敞口储罐内壁由于风吹过时引起抽力，故罐内壁全部是负压，风洞试验表明最大负压值为W，位于驻点内侧，而其余部位的负压值变化不大与驻点值相近。

2．罐壁在外压作用下的屈曲特征

(1)同样的试验模型、实验表明风压的临界压力(即驻点A处的最大不失稳压力)比均匀外压作用下的临界压力约高18%左右。

(2)罐壁的外压失稳是由瞬时外压控制，在一定范围内失稳是完全弹性的。当外压保持在临界压力低一点时，模型不会出现屈曲，一旦增压至临界压力，立即发生凹瘪，若将外压减小到临界压力以下，壳面上的屈曲波形会立即跳回去恢复原形而不留痕迹。但是若罐壁制造时存在椭圈度或存在局部凹瘪，即这些部位在风压下会提前失稳并难以复原。

3.储罐罐壁的设计外压

储罐的外压包括风压和罐内负压两部分。浮顶储罐，固定顶储罐以及内浮顶储罐，三者相比，外壁风压分布相同，内壁各不相同。浮顶罐有风的吸力，固定顶储罐没有风的吸力，但有罐内负压，内浮顶储罐既没有风的吸力又无罐内负压，故三者的设计外压是不相同的。

由于在风载荷作用下驻点的临界压力比均匀外压作用下的临界压力要高，因此在工程上用驻点处最大侧压力作为设计外压是简单而安全的。

浮顶罐罐壁的设计外压：

P=K1K2K3W0 (2-24)

式中：W0——建罐地区的基本风压，kgf/m2。

我国主要地区风压值见表2-3。

表2-3 我国主要地区风压值(kgf/m2)

地区	W0	地区	W0	地区	W0
上海	45	沈阳	45	大同	45
南京	25	长春	50	兰州	30
徐州	35	抚顺	45	银川	50
扬州	35	大连	50	长沙	35
南通	40	吉林	40	株洲	35
杭州	30	四平	55	南宁	45
宁波	50	哈尔滨	40	成都	25
衢县	40	济南	40	重庆	30
温州	55	青岛	50	贵阳	25
福州	60	郑州	35	西安	35
广州	50	洛阳	30	延安	25
茂名	55	蚌埠	30	昆明	20
湛江	85	南昌	40	西宁	35
北京	35	武汉	28	拉萨	35
天津	35	包头	45	乌鲁木齐	60
保定	40	呼和浩特	50	台北	120
石家庄	30	太原	30	台东	150

注:

1.河道、缺谷、山岭、山沟汇交口、山沟的转弯处以及堙口应根据实测值选取。

2.基本风压值Wo系按TJ9-74<工业与民用建筑结构荷载规范>选取。

其余地区根据TJ9-74《工业与民用建筑结构荷载规范》基本风压取值。对下列地区条件应乘以调整系数；山间盆地谷地等闭塞地形为0.75~0.85，与大风方向一致的谷口、山口为1.2~1.4。若后排储罐受前排储罐布置较近而造成的强风狭管效应，基本风压取值还应适当提高。

K1——体形系数，由于敞口在风力作用下外璧的最大风压为Wo，内壁存在的吸力为外壁最大风压的w0/2，故取K1=1.5。

K2——主要考虑到罐壁作用临界压力公式与英国标准(BS 2654)相仿，英国标准公式中风速是采用50年一遇的8秒钟瞬时风速，而TJ9-74中的风速是80年一遇10分钟平均风速，时距越小最大平均风速越高。为使10分钟与3秒钟平均风速(瞬时风速)相对应，应乘以风速转换系数近似取1.5，基本风压与风速为平方关系

(W0=v2/16)，

所以10分钟最大平均风压折合成瞬时风压要乘以转换系数K2=2.25。

Ks—一风压高度变化系数见表2-4。

表 2-4

离地面或海面高度(m)		≦5	10	15	20	30	40	50	60	70	80
风压高度变化系数Ks	陆上	0.78	1.00	1.15	1.25	1.41	1.54	1.63	1.71	1.78	1.84
	海上	0.84	1.00	1.10	1.18	1.29	1.37	1.43	1.49	1.54	1.58

(2)固定顶储罐罐壁的设计外压；

P=K1K2KsW0+K3P=K2KsW0+K3P(2-25)

式中。K——体形系数，由于固定顶罐在风力作用下外壁的最大风压为1.0倍W0。内壁没有风的吸力，所以取K1=1；

K2、Ks、W0意义同上；

P——操作负压，kgf/m2；

K3——对于安装呼吸阀的储罐，考虑到呼吸阀打开的滞后系数。建议取K=1.2。若不安裴呼吸阀的储罐取K3=1。

(3)内浮顶储罐的设计外压

P=K1K2KsW0=K2KsW0 (2-26)

式中的符号意义同前。

4．储罐在风载荷作用下的倾覆和滑移

对大型储罐，一般来说，无需考虑风载荷(或地震载荷)对整个罐体的倾覆和滑移，因其直径比高度要大，需要核算的是空罐或贮液量少的状态下的较小的罐，因其高度比直径要大。

(1)倾覆：取风载荷作用于储罐重心位置，由风载荷使储罐倾覆的力矩应小于由储罐重量产生的抵抗力矩(一般应考虑空罐时的最不利情况)。

倾覆力矩MD[kgf-m]

MD=1/2HQ

抵抗力矩MR[kgf-m]

MR=1/2D(Wr+WL)

式中：H——储罐高度，m；

D——储罐直径，m；

Wr——储罐自重(包括附件及配件)，kgf；

WL——贮液自重，kgf，

空罐时

WL=0

Q——风载荷，kgf，

Q=cKsW0A

C——形状系数，取C=0.7；

Ks——风压高度变化系数，见表2-4；

Wo——基本风压值，见表2-3；

A——受压面积，即储罐的最大垂直投影面积，m2，

A=HD

(2)滑移；由风载荷在底板下表面产生的滑移剪力应小于由底板和基础面之间的摩擦抵抗力(一般应考虑空罐时的最不利情况)。

滑移剪力FD， kgf

FD=Q

摩擦抵抗力FR， kgf

FR= μ(Wr+WL)

空罐时

WL=0

式中：μ——底板和基础表面之间的静摩擦系数，取μ=0.4~0.7。

静摩擦系数是计算滑移的基础数据，但实际储罐钢表面和砂或砂浆之间的静岸擦系数的数据都很难查找。石头与金属面之间的静摩擦系数为0.3~0.4，石头与土面之间的静摩擦系数为0.3(湿)~0.5(干)，低碳钢表面之间静摩擦系数为0.35~0.4，而钢板在沥青砂面上进行试验的结果表明，其库擦系数大致为0.7，因此实际储罐的静岸擦系数取0.4~0.7。