淺析壓縮機(jī)排架廠房的設(shè)計(jì)

楊 蕾

（唐山三友化工工程設(shè)計(jì)有限公司，河北 豐南 0 6 3 3 0 5）

淺析壓縮機(jī)排架廠房的設(shè)計(jì)

楊 蕾

（唐山三友化工工程設(shè)計(jì)有限公司，河北 豐南 0 6 3 3 0 5）

介紹了我公司二氧化碳壓縮機(jī)排架廠房的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及相關(guān)抗震要求，減小壓縮機(jī)廠房震動的措施，為壓縮機(jī)排架廠房的設(shè)計(jì)提供參考。

壓縮機(jī)；排架廠房；設(shè)計(jì)；純堿

在純堿生產(chǎn)裝置二氧化碳壓縮機(jī)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝布置的要求、壓縮機(jī)的動力特性和工程地質(zhì)條件等原始資料采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

三友化工股份公司在進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)，出于對壓縮機(jī)的安全生產(chǎn)、提高工作效率和使用壽命諸方面的考慮，對其廠房形式采用排架結(jié)構(gòu)封閉式廠房，并安裝了吊車以便大修期間維修方便，這對于降低機(jī)器的運(yùn)行功耗，有著重要的意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這次擴(kuò)建的廠房跨度為1 9m，柱距6.6m，長度為2 1.2 9m，內(nèi)設(shè)重級工作制1 6／8 tQ D型橋式起重機(jī)。

二氧化碳壓縮機(jī)廠房屬于戊類廠房，防火等級二級。因廠房采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其承重鋼柱宜外包細(xì)石混凝土防火層，考慮到施工所以本次設(shè)計(jì)時(shí)采用了混凝土排架柱、鋼梁的結(jié)構(gòu)形式，鋼梁及屋頂?shù)葮?gòu)件采取防火涂料保護(hù)，排架柱與鋼梁的連接設(shè)計(jì)成鉸接。

1 屋蓋結(jié)構(gòu)方案的確定

本次廠房設(shè)計(jì)成封閉式廠房，在廠房內(nèi)有2臺強(qiáng)振動的壓縮機(jī)，鋼梁抗震性能好，采用焊接H型鋼，再適度加強(qiáng)其支撐系統(tǒng)，保證了屋面桿件的穩(wěn)定性和屋蓋的整體剛度，根據(jù)廠房的防火要求，頂棚應(yīng)盡量平整，屋面坡度宜取1／8～1／2 0，且各榀鋼梁之間通過足夠且必要的水平支撐及系桿連成一個(gè)穩(wěn)固的整體，從而保證了屋蓋結(jié)構(gòu)體系具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

1）檁條的設(shè)計(jì)

在屋面檁條的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。當(dāng)風(fēng)荷載為正風(fēng)壓時(shí)，C型冷彎型鋼上翼緣為受壓翼緣，鋪設(shè)在上翼緣上并與其牢固相連的屋面彩鋼夾芯復(fù)合板，可以起到阻止受壓翼緣側(cè)向位移的作用，因此不必驗(yàn)算檁條的整體穩(wěn)定性。當(dāng)風(fēng)荷載為負(fù)風(fēng)壓且大于屋面永久荷載時(shí)，檁條在這兩種荷載的聯(lián)合作用下將出現(xiàn)上翼緣受拉，下翼緣受壓的情況，這時(shí)的屋面板不能起到阻止受壓翼緣側(cè)向位移的作用，因此應(yīng)驗(yàn)算C型檁條在這種荷載組合作用下的整體穩(wěn)定性，并且滿足冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范的要求。

2）屋面支撐及系桿的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)屋面水平支撐設(shè)計(jì)為壓桿支撐，設(shè)置的最佳位置應(yīng)考慮到屋面梁間和柱間水平支撐須設(shè)在同一開間，所以在端跨及中間跨均設(shè)置了水平支撐。

剛性系桿構(gòu)件主要選用型鋼和鋼管，與剛架通過螺栓鉸接，設(shè)置主要考慮在剛架轉(zhuǎn)角和屋脊聯(lián)結(jié)處。另外，剛性系桿的間距主要取決于剛架構(gòu)件的出平面穩(wěn)定性要求，一般應(yīng)為：在剛架斜梁上1 2～1 8m之間，在剛架柱上約8m左右，否則應(yīng)考慮在其間增設(shè)。而剛度較大的吊車梁等均可作為剛性系桿考慮。

2 排架的設(shè)計(jì)

1）計(jì)算模型的確定

本次壓縮機(jī)廠房設(shè)計(jì)中，柱頂標(biāo)高為1 5.6m，牛腿標(biāo)高為9.7m，廠房設(shè)有重級工作制1 6／8tQ D型橋式起重機(jī)。計(jì)算時(shí)柱下端嵌固于基礎(chǔ)中，固定端位于基礎(chǔ)頂面；且柱頂與屋面梁設(shè)為鉸接，只能傳遞豎向軸力和水平剪力，不能傳遞彎矩；屋面梁為軸向剛度很大的剛性桿，經(jīng)計(jì)算滿足規(guī)范要求，計(jì)算模型如圖1，下柱高度1 1m，上柱高度5.9 0m。

2）荷載的統(tǒng)計(jì)

作用于廠房橫向排架上的荷載有恒荷載和活荷載兩類。恒荷載一般包括屋蓋自重、上柱自重、下柱自重、吊車梁與軌道聯(lián)結(jié)件等自重以及由支承在柱牛腿上的連系梁傳來的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等自重?；詈奢d一般包括屋面活荷載、吊車豎向荷載、吊車橫向水平荷載、橫向的均布風(fēng)荷載及作用于排架柱頂?shù)募酗L(fēng)荷載等。

3）內(nèi)力分析

圖1 排架計(jì)算模型

單層廠房結(jié)構(gòu)是由屋蓋結(jié)構(gòu)、排架柱、山墻、吊車梁和連系梁等構(gòu)件組成的整體空間結(jié)構(gòu)。當(dāng)某榀橫向排架受到荷載作用時(shí)，不僅該排架受力產(chǎn)生位移，而且其他排架也參與受力產(chǎn)生位移，從而使直接受荷排架承受的力減少。這種排架與排架之間的相互關(guān)聯(lián)作用稱為廠房的整體空間作用。對吊車荷載等局部荷載，廠房的整體空間作用較均布荷載要大。因此，在廠房的設(shè)計(jì)中，當(dāng)需要考慮整體空間作用的有利影響時(shí)，僅對吊車荷載而言。當(dāng)不考慮廠房的整體空間作用時(shí)，單層廠房的橫向排架是一個(gè)承受多種荷載作用、具有變截面柱的平面結(jié)構(gòu)。為了確定排架柱在可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載作用下的截面最不利內(nèi)力，一般需先對各種荷載單獨(dú)作用下的排架進(jìn)行內(nèi)力分析。對單跨排架，通常需考慮如下8種單獨(dú)作用的荷載情況：

①荷載（屋蓋自重、上柱及下柱自重等）。

②屋面活荷載。

③吊車豎向荷載Dmax作用于A柱，Dmin作用于B柱。

④吊車豎向荷載Dmim作用于A柱，Dmax作用于B柱。

⑤吊車水平荷載Tmax作用于A、B柱，方向由左向右。

⑥吊車水平荷載Tmax作用于A、B柱，方向由右向左。

⑦風(fēng)荷載由左向右作用。

⑧風(fēng)荷載由右向左作用。

4）內(nèi)力組合應(yīng)注意的問題

①恒荷載參與每一種組合。

②吊車豎向荷載Dmax作用于A柱和Dmin作用于A柱，只能選其中一種參與組合。

③吊車水平荷載Tmax作用方向向右與向左只能選其中一種參與組合。

④有吊車豎向荷載Dmax（Dmin）應(yīng)同時(shí)考慮吊車水平荷載Tmax作用的可能。

⑤風(fēng)荷載作用方向向右與向左只能選其中一種參與組合。

⑥組合Nmax或Nmin項(xiàng)時(shí)，對于軸向力為零，而彎矩不為零的荷載（如風(fēng)荷載）也應(yīng)考慮參與組合。

綜上所述，橫向平面排架結(jié)構(gòu)一般采用力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。對于等高排架，亦可采用剪力分配法計(jì)算內(nèi)力，其實(shí)質(zhì)是按柱的抗剪剛度比例分配水平力。

3 抗震設(shè)計(jì)

由于該廠房位于設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，需按照抗震設(shè)計(jì)基本要求和抗震構(gòu)造措施進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。一般需滿足下列要求：

3.1 抗震結(jié)構(gòu)體系

廠房的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；還宜有多道抗震防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d能力；同一結(jié)構(gòu)單元宜采用同一類型的基礎(chǔ)，同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上。

3.2 抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則

1）合理選擇構(gòu)件尺寸和配筋，避免剪切先于彎曲破壞、混凝土的壓碎先于鋼筋的屈服，以及鋼筋錨固的失效先于構(gòu)件的破壞；

2）合理設(shè)計(jì)構(gòu)件間的連接構(gòu)造，使得連接節(jié)點(diǎn)的承載力不低于其連接構(gòu)件的承載力，預(yù)埋件的錨固承載力不低于連接件的承載力；

3）采用延性較好強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)材料。

3.3 單層廠房的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件

1）屋面板——應(yīng)與屋架可靠連接，這是保證屋蓋整體性的第一道防線；將垂直屋架方向相鄰大型屋面板的頂面彼此連接，這是保證屋蓋整體性第二道防線。

2）柱——宜采用矩形、工字形截面或斜腹桿雙肢柱。其抗震構(gòu)造措施有：①柱頂與屋架連接，還應(yīng)加強(qiáng)柱頂預(yù)埋件的錨固；②加強(qiáng)柱間縱向聯(lián)系；③山墻柱應(yīng)在柱頂處設(shè)置預(yù)埋鋼板，使柱頂與端屋架上弦有可靠連接，其節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有傳遞縱向水平地震作用和足夠的強(qiáng)度和變形能力；④柱頭、上下柱根、牛腿以及可能形成短柱的部位，由于在地震作用下應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，需要加密箍筋提高抗剪能力，具體加密要求參見抗震規(guī)范的規(guī)定。

3）單層結(jié)構(gòu)中的支撐系統(tǒng)

柱間支撐——一般情況下應(yīng)在單層廠房結(jié)構(gòu)單元的中部設(shè)置上、下柱間支撐，作為保證廠房縱向剛度、傳遞縱向水平地震作用的重要構(gòu)件。

屋蓋支撐——其作用主要是保證并加強(qiáng)屋蓋抗震時(shí)的整體性，使由屋蓋引起的水平地震作用能迅速往下傳遞，所以屋蓋支撐和柱間支撐協(xié)調(diào)布置，使地震作用的傳力路線短捷明確?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)屋蓋支撐的構(gòu)造做法與非抗震時(shí)相同，但設(shè)置的數(shù)量在某些情況下有所增加。

4）單層廠房結(jié)構(gòu)中的圍護(hù)墻

一般說來，單層排架廠房結(jié)構(gòu)中圍護(hù)墻的抗震構(gòu)造要求有：

①處理好圍護(hù)墻體與排架結(jié)構(gòu)、山墻柱的連接問題——若為磚墻，沿墻體每隔5 0 0mm與柱內(nèi)伸出的2φ6鋼筋拉接，鋼筋伸入墻內(nèi)不小于6 0 0mm，此外與屋架端部屋面板和天溝板也應(yīng)有可靠連接；廠房轉(zhuǎn)角處的磚墻應(yīng)沿兩個(gè)主軸方向與柱拉結(jié)；墻體頂部應(yīng)設(shè)置整體現(xiàn)澆的鋼筋混凝土壓頂梁。

②在磚圍護(hù)墻中要設(shè)置好現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁——并應(yīng)在檐口部位設(shè)置圈梁。

4 結(jié) 語

在壓縮機(jī)排架廠房結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員首先必須做好優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合理的跨度、柱距，設(shè)計(jì)最佳的結(jié)構(gòu)方案，并應(yīng)符合工藝等各專業(yè)的布置要求，使壓縮機(jī)廠房所受的震動影響減到最小，使設(shè)計(jì)越來越趨于合理。

［1］ HG 2 0 6 7 3－2 0 0 5壓縮機(jī)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)定［S］

［2］ G B 5 0 0 1－2 0 1 0建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］ 沈蒲生.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2 0 0 8

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