BS EN 1993-4-1:2007+A1:2017. 欧洲规范3：钢结构设计— 第4-1 部分：筒仓
Eurocode 3. Design of steel structures. Silos
前言............................................................................................................................................................. 5
“欧洲规范”计划回顾.......................................................................................................................... 5
欧洲规范的身份和适用范围.............................................................................................................. 6
转换为欧洲规范的国家标准.............................................................................................................. 6
欧洲规范与协调技术标准（EN 与ATE ）之间在产品上的联系...................................................... 6
EN 1993‐4‐1 特别补充信息................................................................................................................. 7
EN 1993‐4‐1 的国家附件..................................................................................................................... 7
1 概述......................................................................................................................................................... 1
1.1 适用范围....................................................................................................................................... 1
1.2 参考标准....................................................................................................................................... 1
1.3 假定条件....................................................................................................................................... 2
1.4 原理和应用规则之间的区别‘...................................................................................................... 2
1.5 术语和定义................................................................................................................................... 2
1.6 欧洲规范3 第4.1 部分所使用的符号........................................................................................ 4
1.6.1 大写罗马字母.................................................................................................................... 4
1.6.2 小写罗马字母.................................................................................................................... 5
1.6.3 希腊字母............................................................................................................................ 6
1.6.4 下标.................................................................................................................................... 7
1.7 符号约定....................................................................................................................................... 8
1.7.1 圆形筒仓整体筒仓结构坐标系统约定............................................................................ 8
1.7.2 矩形筒仓整体筒仓结构坐标体系约定............................................................................ 9
1.7.3 圆形和矩形筒仓结构件中心线的约定.......................................................................... 10
1.7.4 有关圆形筒仓和矩形筒仓应力合力的约定.................................................................. 11
1.8 单位............................................................................................................................................ 13
2 设计基础................................................................................................................................................ 14
2.1 要求............................................................................................................................................ 14
2.2 可靠度区分................................................................................................................................. 14
2.3 极限状态..................................................................................................................................... 15
2.4 作用和环境影响......................................................................................................................... 15
2.4.1 概述.................................................................................................................................. 15
2.4.2 风的作用.......................................................................................................................... 15
2.4.3 筒仓压力和其它作用的组合.......................................................................................... 16
2.5 材料特性..................................................................................................................................... 16
2.6 几何数据..................................................................................................................................... 16
2.7 确定筒仓作用效应的建模......................................................................................................... 16
2.8 实验辅助设计............................................................................................................................. 16
2.9 用于极限状态验算的作用效应................................................................................................. 16
2.9.1 概述................................................................................................................................... 16
2.9.2 与承载能力极限状态有关的分项系数.......................................................................... 17
2.9.3 正常使用极限状态.......................................................................................................... 18
2.10 耐久性...................................................................................................................................... 18
2.11 耐火强度...................................................................................................................................18
3 材料特性................................................................................................................................................19
3.1 概述.............................................................................................................................................19
3.2 结构钢.........................................................................................................................................19
3.3 不锈钢.........................................................................................................................................19
3.4 特殊合金钢.................................................................................................................................19
3.5 断裂韧性要求.............................................................................................................................20
4 结构分析基础........................................................................................................................................21
4.1 承载能力极限状态.....................................................................................................................21
4.1.1 基础..................................................................................................................................21
4.1.2 要求检查...........................................................................................................................21
4.1.3 疲劳和周期塑性——低频疲劳.......................................................................................21
4.1.4 腐蚀和磨损的考虑..........................................................................................................21
4.1.5 温度作用的考虑..............................................................................................................22
4.2 壳体筒仓结构分析.....................................................................................................................22
4.2.1 结构壳体模型..................................................................................................................22
4.2.2 分析方法..........................................................................................................................22
4.2.3 几何缺陷..........................................................................................................................24
4.3 矩形筒仓箱体结构分析.............................................................................................................24
4.3.1 结构箱体的模型制作......................................................................................................24
4.3.2 几何缺陷..........................................................................................................................25
4.3.3 分析方法..........................................................................................................................25
4.4 波纹板的等效正交各向异性属性.............................................................................................25
5 圆柱形壁板设计....................................................................................................................................28
5.1 基础.............................................................................................................................................28
5.1.1 概述..................................................................................................................................28
5.1.2 筒仓壁板设计..................................................................................................................28
5.2 圆柱形壳体形状的区别.............................................................................................................28
5.3 筒仓圆柱壁板强度.....................................................................................................................29
5.3.1 概述..................................................................................................................................29
5.3.2 各向同性螺栓或焊接壁板..............................................................................................30
5.3.3 带垂直加劲肋的各向同性壁板......................................................................................40
5.3.4 水平波纹壁板..................................................................................................................41
5.3.5 带有环形加劲肋的垂直波纹板......................................................................................50
5.4 圆柱形壁板特殊支撑.................................................................................................................51
5.4.1 底部完全支撑或位于梁架之上的壳体..........................................................................51
5.4.2 裙部支撑壳体..................................................................................................................51
5.4.3 带有延长立柱的圆柱形壳体壁板..................................................................................51
5.4.4 不连续支撑圆柱形壳体..................................................................................................51
5.4.5 料斗下带有立柱的不连续支撑筒仓..............................................................................52
5.4.6 局部支撑细部和在引入圆柱形壁板荷载的肋..............................................................53
5.4.7 筒仓底部的锚固..............................................................................................................54
5.5 圆柱壁板开口的详细规定.........................................................................................................55
5.5.1 概述..................................................................................................................................55
5.5.2 矩形开口.......................................................................................................................... 55
5.6 正常使用极限状态..................................................................................................................... 56
5.6.1 基础.................................................................................................................................. 56
5.6.2 挠度.................................................................................................................................. 56
6 锥形料斗设计........................................................................................................................................ 57
6.1 基础............................................................................................................................................ 57
6.1.1 概述.................................................................................................................................. 57
6.1.2 料斗壁板设计.................................................................................................................. 57
6.2 料斗壳体形状的区别................................................................................................................. 57
6.3 锥形料斗的强度......................................................................................................................... 58
6.3.1 概述.................................................................................................................................. 58
6.3.2 焊接或螺栓连接的各向同性不加劲料斗...................................................................... 58
6.4 有关特殊料斗结构的考虑......................................................................................................... 63
6.4.1 支撑结构.......................................................................................................................... 63
6.4.2 支撑在立柱上的料斗...................................................................................................... 63
6.4.3 不对称料斗...................................................................................................................... 63
6.4.4 加劲椎体.......................................................................................................................... 64
6.4.5 多节段锥体...................................................................................................................... 64
6.5 正常使用极限状态..................................................................................................................... 64
6.5.1 基础.................................................................................................................................. 64
6.5.2 振动.................................................................................................................................. 64
7 圆锥形顶板结构设计............................................................................................................................ 65
7.1 基础............................................................................................................................................ 65
7.2 顶板不同结构型式之间的区别................................................................................................. 65
7.2.1 术语.................................................................................................................................. 65
7.3 圆锥筒仓顶板强度..................................................................................................................... 65
7.3.1 壳体或无支撑顶板.......................................................................................................... 65
7.3.2 框架或支撑顶板.............................................................................................................. 66
7.3.3 边缘连接（顶板与壳体之间的连接）.......................................................................... 66
8 过渡连接和支撑环梁设计.................................................................................................................... 67
8.1 基础............................................................................................................................................ 67
8.1.1 概述.................................................................................................................................. 67
8.1.2 环箍设计.......................................................................................................................... 67
8.1.3 术语.................................................................................................................................. 67
8.1.4 连接模型.......................................................................................................................... 68
8.1.5 涉及到环箍位置的限制.................................................................................................. 68
8.2 连接分析..................................................................................................................................... 68
8.2.1 概述.................................................................................................................................. 68
8.2.2 均匀支撑的过渡连接...................................................................................................... 69
8.2.3 过渡连接环梁.................................................................................................................. 73
8.3 结构强度..................................................................................................................................... 75
8.3.1 概述.................................................................................................................................. 75
8.3.2 塑性极限状态的强度...................................................................................................... 76
8.3.3 平面压曲强度.................................................................................................................. 77
8.3.4 面外压曲强度和连接附近的局部壳体压曲..................................................................78
8.4 极限状态验算.............................................................................................................................81
8.4.1 均匀支撑过渡连接..........................................................................................................81
8.4.2 过渡连接环梁..................................................................................................................82
8.5 关于连接支撑布置的考虑.........................................................................................................83
8.5.1 裙部支撑连接..................................................................................................................83
8.5.2 柱支撑连接和环梁..........................................................................................................83
8.5.3 基础环箍..........................................................................................................................84
9 矩形筒仓及平面边缘筒仓设计............................................................................................................85
9.1 基础.............................................................................................................................................85
9.2 结构形式分类.............................................................................................................................85
9.2.1 未加劲筒仓......................................................................................................................85
9.2.2 加劲筒仓..........................................................................................................................85
9.2.3 带系杆的筒仓..................................................................................................................85
9.3 未加劲垂直壁板强度.................................................................................................................86
9.4 由加劲波纹板构成的筒仓壁板强度.........................................................................................86
9.4.1 概述..................................................................................................................................86
9.4.2 储存材料的直接作用导致的一般弯曲..........................................................................87
9.4.3 隔板作用导致的薄膜应力..............................................................................................88
9.5 带内部系杆的筒仓.....................................................................................................................89
9.5.1 由于固料在梁上的压力导致的内部系杆力..................................................................89
9.5.2 系杆的建模......................................................................................................................90
9.5.3 系杆连接的荷载工况......................................................................................................91
9.6 金字塔型料斗强度.....................................................................................................................91
9.7 箱体壁板的垂直加劲肋.............................................................................................................93
9.8 正常使用极限状态.....................................................................................................................93
9.8.1 基础..................................................................................................................................93
9.8.2 挠度..................................................................................................................................93
附件A （信息性）结果等级1 的圆形筒仓的简单规则.....................................................................94
A.1 结果等级1 的作用组合.............................................................................................................94
A.2 作用效应评估.............................................................................................................................94
A.3 承载能力极限状态评估.............................................................................................................94
A.3.1 概述..................................................................................................................................94
A.3.2 各向同性焊接或螺栓连接的圆柱壁板..........................................................................95
A.3.3 锥形焊接料斗..................................................................................................................97
A.3.4 过渡连接..........................................................................................................................98
附件B （信息性）椎体料斗薄膜应力公式.......................................................................................101
B.1 均布压力p0(壁板摩擦力μp0) .................................................................................................101
B.2 从顶点p1 到过渡点p2 的线性变化的压力(壁板摩擦力μp) .................................................101
B.3 连接处带三角形转换应力的“径向应力区域”........................................................................102
B.4 一般料斗理论压力...................................................................................................................102
附件C （信息性）圆形料斗结构周围的风压分配...........................................................................103
1 概述
1.1 适用范围
1 (1) 欧洲规范3第4.1部分给出了圆形或矩形平面、自承重或被承重钢制筒仓的设计原理和应用规则。
2 (2) 本部分所给出的规定对EN1993-1 中给出的相应规定进行补充、修改和取代。
3 (3) 本部分只涉及钢制筒仓的强度和稳定性要求。对于其它要求（如工作安全性、工作性能、制造和安装、质量检验、详细之处如检查孔、翼缘、填充装置、排出阀和导管，等等），请参见相应的标准。
4 (4) 有关抗震计算的特殊要求规定在EN 1998-4 中给出，该标准对欧洲规范3给出的规定进行了专门的补充和完善。
5 (5) 筒仓承重结构的设计在EN 1993-1-1 中论述。承重结构假定由所有位于筒仓最下面环箍的下翼缘以下的结构件构成。
6 (6) 钢制筒仓的钢筋混凝土基础在EN 1992 和EN1997 中论及。
7 (7) 在设计中考虑到的钢制筒仓上的特殊作用的数据值在-EN 1991-4“ 筒仓和储罐中的作用”中给出。
(8) 本4.1部分不包括：
-耐火
-带有内部分仓和内部结构的筒仓；
-容量小于10吨的筒仓；
-需要进行特殊测量以减少事故后果的情况。
8 (9) 当本标准适用于圆形平面的筒仓时，几何形状限于轴对称结构，但在结构上施加的作用力可为不对称，它们的支撑物可在筒仓上引起非轴对称的力。
1.2 参考标准
本欧洲标准包含了作为参考的其它出版物中注明或未注明日期的条文。在文章中以及出版物中的适当位置引用的这些标准类参考资料列举如下：对于注明日期的参考资料，日后由任一出版物所做的变更或修改，在其包含有变更或更修改的内容时，方可应用于本欧洲标准。对于未注明日期的参考资料，采用的时间是出版物的最后发行日期。
EN 1090，钢结构的施工
EN 1990，欧洲规范结构计算基础
EN 1991，欧洲规范1 结构上的作用
第1.1 部分：结构上的作用–建筑物的密度，自重，外加荷载。
第1.2 部分：结构上的作用–暴露在火中的结构上的作用
第1.3 部分：结构上的作用-雪荷载
第1.4 部分：结构上的作用-风荷载
第1.5 部分：结构上的作用-热荷载
第1.6 部分：结构上的作用-施工荷载
第1.5 部分：结构上的作用-偶然作用
第4 部分：筒仓和储罐上的作用
EN 1993，欧洲规范3 钢结构设计
第1.1 部分：一般规则和建筑规则
第1.3 部分：冷成型薄标准构件和板材
第1.4 部分：不锈钢
第1.6 部分：壳体结构强度和稳定性
第1.7 部分：横向受载的平板结构
第1.8 部分：连接计算
第1.9 部分：钢结构疲劳强度
第1.10 部分：钢材断裂韧性和全厚度特性的选择
第4.2 部分：储罐
EN 1997，欧洲规范7-土工设计
EN 1998，欧洲规范8–结构的抗震强度计算 第4 部分：筒仓、储罐和管道
EN 10025，非合金结构钢热轧钢材-技术供货条件
EN 10047，高屈服强度钢制冷成型热轧扁平钢材
ISO 1000，SI 单位
ISO 3898，结构设计基础–注释–一般符号
ISO 4997，冷轧结构钢板
ISO 8930，结构可靠性一般原理–相应术语清单