淺析壓縮機排架廠房的設計

楊 蕾

（唐山三友化工工程設計有限公司，河北 豐南 0 6 3 3 0 5）

淺析壓縮機排架廠房的設計

楊 蕾

（唐山三友化工工程設計有限公司，河北 豐南 0 6 3 3 0 5）

介紹了我公司二氧化碳壓縮機排架廠房的設計要點及相關抗震要求，減小壓縮機廠房震動的措施，為壓縮機排架廠房的設計提供參考。

壓縮機；排架廠房；設計；純堿

在純堿生產裝置二氧化碳壓縮機廠房結構設計時，應根據工藝布置的要求、壓縮機的動力特性和工程地質條件等原始資料采用技術先進、經濟合理、安全適用的結構設計方案。

三友化工股份公司在進行擴建時，出于對壓縮機的安全生產、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構封閉式廠房，并安裝了吊車以便大修期間維修方便，這對于降低機器的運行功耗，有著重要的意義和巨大的經濟效益。這次擴建的廠房跨度為1 9m，柱距6.6m，長度為2 1.2 9m，內設重級工作制1 6／8 tQ D型橋式起重機。

二氧化碳壓縮機廠房屬于戊類廠房，防火等級二級。因廠房采用鋼結構時，其承重鋼柱宜外包細石混凝土防火層，考慮到施工所以本次設計時采用了混凝土排架柱、鋼梁的結構形式，鋼梁及屋頂等構件采取防火涂料保護，排架柱與鋼梁的連接設計成鉸接。

1 屋蓋結構方案的確定

本次廠房設計成封閉式廠房，在廠房內有2臺強振動的壓縮機，鋼梁抗震性能好，采用焊接H型鋼，再適度加強其支撐系統，保證了屋面桿件的穩定性和屋蓋的整體剛度，根據廠房的防火要求，頂棚應盡量平整，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穩固的整體，從而保證了屋蓋結構體系具有足夠的剛度、強度和穩定性。

1）檁條的設計

在屋面檁條的設計中，應考慮風荷載的影響。當風荷載為正風壓時，C型冷彎型鋼上翼緣為受壓翼緣，鋪設在上翼緣上并與其牢固相連的屋面彩鋼夾芯復合板，可以起到阻止受壓翼緣側向位移的作用，因此不必驗算檁條的整體穩定性。當風荷載為負風壓且大于屋面永久荷載時，檁條在這兩種荷載的聯合作用下將出現上翼緣受拉，下翼緣受壓的情況，這時的屋面板不能起到阻止受壓翼緣側向位移的作用，因此應驗算C型檁條在這種荷載組合作用下的整體穩定性，并且滿足冷彎薄壁型鋼結構技術規范的要求。

2）屋面支撐及系桿的設計

本設計屋面水平支撐設計為壓桿支撐，設置的最佳位置應考慮到屋面梁間和柱間水平支撐須設在同一開間，所以在端跨及中間跨均設置了水平支撐。

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

2 排架的設計

1）計算模型的確定

本次壓縮機廠房設計中，柱頂標高為1 5.6m，牛腿標高為9.7m，廠房設有重級工作制1 6／8tQ D型橋式起重機。計算時柱下端嵌固于基礎中，固定端位于基礎頂面；且柱頂與屋面梁設為鉸接，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，經計算滿足規范要求，計算模型如圖1，下柱高度1 1m，上柱高度5.9 0m。

2）荷載的統計

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、吊車梁與軌道聯結件等自重以及由支承在柱牛腿上的連系梁傳來的圍護結構等自重。活荷載一般包括屋面活荷載、吊車豎向荷載、吊車橫向水平荷載、橫向的均布風荷載及作用于排架柱頂的集中風荷載等。

3）內力分析

圖1 排架計算模型

單層廠房結構是由屋蓋結構、排架柱、山墻、吊車梁和連系梁等構件組成的整體空間結構。當某榀橫向排架受到荷載作用時，不僅該排架受力產生位移，而且其他排架也參與受力產生位移，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聯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，在廠房的設計中，當需要考慮整體空間作用的有利影響時，僅對吊車荷載而言。當不考慮廠房的整體空間作用時，單層廠房的橫向排架是一個承受多種荷載作用、具有變截面柱的平面結構。為了確定排架柱在可能同時出現的荷載作用下的截面最不利內力，一般需先對各種荷載單獨作用下的排架進行內力分析。對單跨排架，通常需考慮如下8種單獨作用的荷載情況：

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風荷載由左向右作用。

⑧風荷載由右向左作用。

4）內力組合應注意的問題

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）應同時考慮吊車水平荷載Tmax作用的可能。

⑤風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項時，對于軸向力為零，而彎矩不為零的荷載（如風荷載）也應考慮參與組合。

綜上所述，橫向平面排架結構一般采用力法進行結構內力分析。對于等高排架，亦可采用剪力分配法計算內力，其實質是按柱的抗剪剛度比例分配水平力。

3 抗震設計

由于該廠房位于設防烈度為8度的地區，需按照抗震設計基本要求和抗震構造措施進行抗震設計。一般需滿足下列要求：

3.1 抗震結構體系

廠房的抗震結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；還宜有多道抗震防線，避免因部分結構或構件破壞而導致整個體系喪失抗震能力或對重力的承載能力；同一結構單元宜采用同一類型的基礎，同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土上。

3.2 抗震結構構件的設計原則

1）合理選擇構件尺寸和配筋，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件的破壞；

2）合理設計構件間的連接構造，使得連接節點的承載力不低于其連接構件的承載力，預埋件的錨固承載力不低于連接件的承載力；

3）采用延性較好強度較高的結構材料。

3.3 單層廠房的主要結構構件

1）屋面板——應與屋架可靠連接，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。其抗震構造措施有：①柱頂與屋架連接，還應加強柱頂預埋件的錨固；②加強柱間縱向聯系；③山墻柱應在柱頂處設置預埋鋼板，使柱頂與端屋架上弦有可靠連接，其節點應具有傳遞縱向水平地震作用和足夠的強度和變形能力；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力狀態復雜，需要加密箍筋提高抗剪能力，具體加密要求參見抗震規范的規定。

3）單層結構中的支撐系統

柱間支撐——一般情況下應在單層廠房結構單元的中部設置上、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件。

屋蓋支撐——其作用主要是保證并加強屋蓋抗震時的整體性，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調布置，使地震作用的傳力路線短捷明確。抗震設計時屋蓋支撐的構造做法與非抗震時相同，但設置的數量在某些情況下有所增加。

4）單層廠房結構中的圍護墻

一般說來，單層排架廠房結構中圍護墻的抗震構造要求有：

①處理好圍護墻體與排架結構、山墻柱的連接問題——若為磚墻，沿墻體每隔5 0 0mm與柱內伸出的2φ6鋼筋拉接，鋼筋伸入墻內不小于6 0 0mm，此外與屋架端部屋面板和天溝板也應有可靠連接；廠房轉角處的磚墻應沿兩個主軸方向與柱拉結；墻體頂部應設置整體現澆的鋼筋混凝土壓頂梁。

②在磚圍護墻中要設置好現澆鋼筋混凝土圈梁——并應在檐口部位設置圈梁。

4 結 語

在壓縮機排架廠房結構的工程實踐中，設計人員首先必須做好優化設計，選擇合理的跨度、柱距，設計最佳的結構方案，并應符合工藝等各專業的布置要求，使壓縮機廠房所受的震動影響減到最小，使設計越來越趨于合理。

［1］ HG 2 0 6 7 3－2 0 0 5壓縮機廠房建筑設計規定［S］

［2］ G B 5 0 0 1－2 0 1 0建筑抗震設計規范［S］

［3］ 沈蒲生.混凝土結構設計［M］.北京：高等教育出版社，2 0 0 8

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