冷換框架風(fēng)荷載計(jì)算在計(jì)算軟件中的應(yīng)用

劉見陽，王世成，楊宏春, 李 勇, 李立濤

（1. 中國寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006； 2. 九三撫順市勘測設(shè)計(jì)事務(wù)所， 遼寧 撫順 113006）

框架上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，在一般情況下，按下式計(jì)算：

其中βz、μz、Wo均可按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]計(jì)算，只有體型系數(shù)μs因封閉與敞開的差別需要對此系數(shù)進(jìn)行折減以符合實(shí)際情況。下面以作者做過的山東菏澤玉皇20萬t/a苯乙烯裝置及系統(tǒng)工程中的兩個(gè)冷換框架為例進(jìn)行比較分析。

山東菏澤玉皇位于魯西隆起西南部，基本風(fēng)壓0.45 kPa，地面粗糙度B類。本文選取其中苯乙烯單元的構(gòu)-2和構(gòu)-6進(jìn)行討論。

1 數(shù)值計(jì)算和分析

構(gòu)-2為3層冷換框架，共有容器4臺，冷換設(shè)備 6臺，取其中的第 2層（12.000 m）按照《石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)冷換框架設(shè)計(jì)規(guī)定》［2］附錄A計(jì)算其擋風(fēng)面積（見圖1、圖2）。

(1)當(dāng)風(fēng)作用在框架橫向(平行于冷換設(shè)備放置方向)時(shí)，按附錄表A.0.1-1、表A.0.1-2計(jì)算 :

A1(梁)=1.6×(0.44×7+0.44×7)

=7.84 (m2)

A2(柱)=2×0.4×(6+6)

=9.6 (m2)

A3(斜撐)=6×(0.15×7+0.15×7)

=12.6 (m2)

A4(欄桿)=0.2×（7+7）=2.8 (m2)

A5(設(shè)備)=1.9×3

=5.7 (m2)

總的擋風(fēng)面積為

A0=A1+A2+A3+A4+A5=38.54(m2)

折減系數(shù)ζ=A0/A

=38.54/(1.3×6×7)

=0.706

(2) 風(fēng)作用在框架的縱向（垂直于冷換設(shè)備放置方向）時(shí)，

A1(梁)=3.65×（0.44×6+0.44×6）=19.272(m2)

A2(柱)=0.65×4×0.4×(6+6)

=12.48(m2)

A3(斜撐)=0

A4(欄桿)=0.2×（6+6）=2.4(m2)

A5(設(shè)備)=6.18

圖1 框架橫向Fig.1 Horizental frame

圖2 框架縱向Fig.2 Vertical frame

總的擋風(fēng)面積為

A0=A1+A2+A3+A4+A5=40.332(m2)

折減系數(shù)ζ=A0/A

=40.332/ (1.3×6×6)

=0.862

構(gòu)-6為4層框架，共有容器12臺，冷換設(shè)備13臺。取其中的第三層（18.000 m）按照規(guī)范計(jì)算其擋風(fēng)面積（見圖3、圖4）。

圖3 框架橫向Fig.3 Horizental frame

圖4 框架縱向Fig.4 Vertical frame

(3)當(dāng)風(fēng)作用在框架橫向(平行于冷換設(shè)備放置方向)時(shí)

A1(梁)=1.6 ×(0.45×6+0.45×6)

=8.64(m2)

A2(柱)=2x0.35×(6+6)=8.4(m2)

A3(斜撐)=6×(0.15×6+0.15×6)

=10.8(m2)

A4(欄桿)=0.2×6+6）=2.4(m2)

A5(設(shè)備)=1.9×2

=3.8(m2)

總的擋風(fēng)面積為

A0=A1+A2+A3+A4+A5=34.07(m2)

折減系數(shù)ζ=A0/A

=34.07/(1.3×6×6)

=0.728

(4)當(dāng)風(fēng)作用在框架縱向(垂直于冷換設(shè)備放置方向)時(shí)

A1(梁)=3.65×(0.45×6+0.45×6)

=19.71(m2)

A2(柱)=4×0.65×0.35×(6+6)=10.92(m2)

A3(斜撐)=0

A4(欄桿)=0.2×（6+6）=2.4(m2)

A5(設(shè)備)=6.18

總的擋風(fēng)面積為

A0=A1+A2+A3+A4+A5=39.21(m2)

折減系數(shù)ζ=A0/A

(5)當(dāng)風(fēng)作用在框架縱向(垂直于冷換設(shè)備放置方向)時(shí)

A1(梁)=3.65×(0.45×6+0.45×6)

=19.71(m2)

A2(柱)=4×0.65×0.35×(6+6)=10.92(m2)

A3(斜撐)=0

A4(欄桿)=0.2×（6+6）=2.4(m2)

A5(設(shè)備)=6.18

總的擋風(fēng)面積為

A0=A1+A2+A3+A4+A5=39.21(m2)

折減系數(shù)ζ=A0/A

=39.21/(1.3×6×6)

=0.838

2 結(jié) 論

1)根據(jù)以上兩個(gè)框架的計(jì)算，可以看到橫向的擋風(fēng)面積的折減系數(shù)在0.7～0.73之間，縱向的擋風(fēng)面積的折減系數(shù)在0.83～0.86之間，考慮到PKPM體型系數(shù)的取值不分橫向和縱向，為了安全，建議折減系數(shù)取0.85左右；對其他考慮橫向和縱向的計(jì)算軟件，建議此系數(shù)在橫向取0.75，縱向取0.86。

2)由于本文只是引證了 2個(gè)具體的工程實(shí)例，不能正確的反應(yīng)所有的情況，加之參考的規(guī)范為1996版本，對實(shí)際情況的反應(yīng)不夠準(zhǔn)確，待新規(guī)范出臺和以后隨著工作經(jīng)驗(yàn)的增多，能運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的理論，在保證足夠安全的情況下對此系數(shù)取一個(gè)更加合理的值。

［1］建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001(2006年版) [S].

［2］中國石化北京設(shè)計(jì)院.石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)冷換框架設(shè)計(jì)規(guī)范SH3077-96[S].