高聳落地反應器構架計算要點簡述

朱 丹

(中石化洛陽工程有限公司，河南洛陽 471000)

1 概述

高聳落地反應器構架的特點是反應器落地，構架只支撐上部平臺及樓梯。一些裝置中，因為工藝需要，反應器構架很高，有的高達幾十米，加之裝置所在地的基本風壓比較高，這種高聳的反應器構架較之一般的構架計算過程中有幾點需要特別注意，比如框架風荷載計算、梁柱選型及斜撐布置、框架柱地腳螺栓計算、基礎計算等，本文結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-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。基礎為筏板基礎，埋深2.5 m。

2 框架風荷載計算

框架每層節點上的風荷載標準值依SH 3077-96石油化工企業鋼結構冷換框架設計規范可近似按下式計算:

其中，A1，A2，A3，A4，A5分別為梁、柱、斜撐、欄桿和設備的折算擋風面積;WZ為當地的基本風壓;μZ為風壓高度變化系數，需特別注意的是風振系數βZ，因高聳反應器構架一般均滿足“高度大于30 m及高寬比不小于1.5”這兩個條件，按照現行GB 50009-2001建筑結構荷載規范(2006年版)規定，按下式計算:

其中，脈動增大系數ξ按《建筑結構荷載規范》中表7.4.3確定;脈動影響系數υ按《建筑結構荷載規范》中表7.4.4-1確定;振型系數φZ根據相對高度Z/H按《建筑結構荷載規范》中附表F.1.1采用，對順風向響應僅考慮第1振型的影響。

這樣，計算出每榀框架每層節點上的風荷載標準值，同時計算出每層風荷載對柱底產生的彎矩標準值及風荷載對柱底產生的總彎矩標準值，以便以后計算基礎時引用。

3 梁柱選型及斜撐布置

高聳反應器構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PKPM計算后確定。因為反應器構架上的豎向荷載較小，而水平風荷載較大，所以計算所需梁的型號較小而柱的型號較大，但適當加大梁的型號，可降低柱斷面應力。高聳反應器構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確定。在結構設計中，我們應注意:斜撐的長細比要滿足要求，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移框架計算，因為加了斜撐;在螺栓連接的鋼結構中斜撐的軸力要小于高強螺栓連接節點的承載力。

4 框架柱地腳螺栓計算

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

一側螺栓承受最大拉力:

每個螺栓承受最大拉力:

其中，n為一側螺栓的個數。計算簡圖見圖1。

圖1 計算簡圖

5 基礎計算

因為上部結構豎向荷載較小而水平荷載較大，高聳反應器構架的柱基礎也較大，加之高而重的反應器基礎也很大，所以反應器構架和反應器做成聯合的筏板基礎。這樣，上部荷載向基底導算成為計算基礎時的關鍵所在。反應器基礎采用CTCAD 2002獨立塔基礎計算機輔助設計計算，取“基頂荷載效應標準組合”一組中的反力參與筏板基礎的計算。將反應器構架視為一懸臂構件，計算豎向荷載、風荷載、水平地震荷載、豎向地震荷載分別作用時的構架底部反力。豎向荷載計算較簡單，這里不作詳細介紹;荷載產生的反力即為框架計算時柱底風荷載效應的兩倍;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

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

表1中，沖水試壓時基本風壓取為0.15 kN/m2，地震作用時風荷載組合值系數取0.2。“水平地震為主+豎向地震”組合，豎向地震荷載的組合值系數為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為0.5/1.3。

6 結語

高聳反應器構架結構較簡單，但計算時涉及的內容較多，通過設計，增強了對于規范的理解和運用。

[1]GB 50009-2001，建筑結構荷載規范[S].

[2]GB 50011-2001，建筑抗震設計規范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].

[4]SH 3077-96，石油化工企業鋼結構冷換框架設計規范[S].