高聳落地反應(yīng)器構(gòu)架計算要點簡述

朱 丹

(中石化洛陽工程有限公司，河南洛陽 471000)

1 概述

高聳落地反應(yīng)器構(gòu)架的特點是反應(yīng)器落地，構(gòu)架只支撐上部平臺及樓梯。一些裝置中，因為工藝需要，反應(yīng)器構(gòu)架很高，有的高達幾十米，加之裝置所在地的基本風(fēng)壓比較高，這種高聳的反應(yīng)器構(gòu)架較之一般的構(gòu)架計算過程中有幾點需要特別注意，比如框架風(fēng)荷載計算、梁柱選型及斜撐布置、框架柱地腳螺栓計算、基礎(chǔ)計算等，本文結(jié)合工程實例只對以上幾點做簡單介紹。

工程概況:中國石油獨山子石化200×104t/年加氫裂化裝置中構(gòu)-101，跨度9 m×9 m;高度53.29 m，共17層平臺;梁、柱和支撐采用高強螺栓連接。基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，埋深2.5 m。

2 框架風(fēng)荷載計算

框架每層節(jié)點上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值依SH 3077-96石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)冷換框架設(shè)計規(guī)范可近似按下式計算:

其中，A1，A2，A3，A4，A5分別為梁、柱、斜撐、欄桿和設(shè)備的折算擋風(fēng)面積;WZ為當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓;μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，需特別注意的是風(fēng)振系數(shù)βZ，因高聳反應(yīng)器構(gòu)架一般均滿足“高度大于30 m及高寬比不小于1.5”這兩個條件，按照現(xiàn)行GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006年版)規(guī)定，按下式計算:

其中，脈動增大系數(shù)ξ按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中表7.4.3確定;脈動影響系數(shù)υ按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中表7.4.4-1確定;振型系數(shù)φZ根據(jù)相對高度Z/H按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中附表F.1.1采用，對順風(fēng)向響應(yīng)僅考慮第1振型的影響。

這樣，計算出每榀框架每層節(jié)點上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，同時計算出每層風(fēng)荷載對柱底產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值及風(fēng)荷載對柱底產(chǎn)生的總彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，以便以后計算基礎(chǔ)時引用。

3 梁柱選型及斜撐布置

高聳反應(yīng)器構(gòu)架的柱一般選用寬翼緣的焊接H型鋼，梁一般選用中翼緣的軋制H型鋼，具體型號經(jīng)PKPM計算后確定。因為反應(yīng)器構(gòu)架上的豎向荷載較小，而水平風(fēng)荷載較大，所以計算所需梁的型號較小而柱的型號較大，但適當(dāng)加大梁的型號，可降低柱斷面應(yīng)力。高聳反應(yīng)器構(gòu)架一般四面均布置斜撐，斜撐形式有十字撐、八字撐、倒八字撐，一般斜撐的布置由主體專業(yè)確定。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我們應(yīng)注意:斜撐的長細(xì)比要滿足要求，壓桿為1/150;斜撐與梁的夾角最好在30°～60°之間，這樣才能起到傳遞水平力的作用;在用PKPM計算時，鋼柱計算長度計算方法要按無側(cè)移框架計算，因為加了斜撐;在螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)中斜撐的軸力要小于高強螺栓連接節(jié)點的承載力。

4 框架柱地腳螺栓計算

高聳反應(yīng)器構(gòu)架計算地腳螺栓的控制內(nèi)力一般是拉力和彎矩的組合而不是壓力和彎矩的組合。地腳螺栓應(yīng)按下式計算:

一側(cè)螺栓承受最大拉力:

每個螺栓承受最大拉力:

其中，n為一側(cè)螺栓的個數(shù)。計算簡圖見圖1。

圖1 計算簡圖

5 基礎(chǔ)計算

因為上部結(jié)構(gòu)豎向荷載較小而水平荷載較大，高聳反應(yīng)器構(gòu)架的柱基礎(chǔ)也較大，加之高而重的反應(yīng)器基礎(chǔ)也很大，所以反應(yīng)器構(gòu)架和反應(yīng)器做成聯(lián)合的筏板基礎(chǔ)。這樣，上部荷載向基底導(dǎo)算成為計算基礎(chǔ)時的關(guān)鍵所在。反應(yīng)器基礎(chǔ)采用CTCAD 2002獨立塔基礎(chǔ)計算機輔助設(shè)計計算，取“基頂荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合”一組中的反力參與筏板基礎(chǔ)的計算。將反應(yīng)器構(gòu)架視為一懸臂構(gòu)件，計算豎向荷載、風(fēng)荷載、水平地震荷載、豎向地震荷載分別作用時的構(gòu)架底部反力。豎向荷載計算較簡單，這里不作詳細(xì)介紹;荷載產(chǎn)生的反力即為框架計算時柱底風(fēng)荷載效應(yīng)的兩倍;地震荷載計算采用底部剪力法計算。底板反力計算見表1。

圖2 垂直荷載布置圖

表1 底板反力計算

各分項荷載效應(yīng)已知后，需進行荷載組合，這是基礎(chǔ)計算時非常關(guān)鍵的一步。本工程荷載組合如圖2所示。

表1中，沖水試壓時基本風(fēng)壓取為0.15 kN/m2，地震作用時風(fēng)荷載組合值系數(shù)取0.2?！八降卣馂橹?豎向地震”組合，豎向地震荷載的組合值系數(shù)為0.5/1.3，“水平地震+豎向地震為主”組合，水平地震荷載的組合值系數(shù)為0.5/1.3。

6 結(jié)語

高聳反應(yīng)器構(gòu)架結(jié)構(gòu)較簡單，但計算時涉及的內(nèi)容較多，通過設(shè)計，增強了對于規(guī)范的理解和運用。

[1]GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2]GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]SH 3077-96，石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)冷換框架設(shè)計規(guī)范[S].