石油化工塔型設備基礎風荷載計算

王 文 燾

(中國石化工程建設有限公司，北京　100101)

?

石油化工塔型設備基礎風荷載計算

王 文 燾

(中國石化工程建設有限公司，北京100101)

介紹了石油化工塔型設備基礎在計算風荷載時，不同規范對風荷載體型系數取值的要求，并對多塔相互干擾增大系數與上游專業荷載進行了分析，得出了一些有應用價值的結論。

塔型設備，風荷載，體型系數，風向

0　引言

隨著石油化工行業的發展，裝置產能不斷提升，塔型設備的高度不斷增大。根據SH/T3030—2009石油化工塔型設備基礎設計規范[1](以下簡稱《國標》)進行計算時，對于高度較大的塔，空重下風荷載作用常常成為控制工況。本文試歸納目前設計中影響塔基礎風荷載計算的以下因素：風荷載體型系數、多塔相互干擾增大系數及上游專業放大后的荷載條件。

1　風荷載體型系數

將《行標》與GB50105—2006高聳結構設計規范[2](以下簡稱《國標》)中風荷載標準值計算公式進行對比。在統一量綱后，兩本規范的不同之處在于對體型系數的規定：其中《行標》為式(1)：

qwk=βzμsμz(1+μe)(D0+2δ2)w0

(1)

其中，體型系數為μs(1+μe)，μs選自GB50009—2012建筑結構荷載規范[3]，μe選自《行標》中表1塔型設備風荷載擴大系數。

表1　塔型設備風荷載擴大系數μe

《國標》為式(2)：

wk=βzμsμzw0

(2)

其中，μs選自表2第9項次“石油化工塔型設備”。

表2　石油化工塔型設備結構體型及體型系數表

以直徑為3m的帶獨立平臺(有直梯)的塔為例進行比較。《行標》的塔型設備風荷載擴大系數μe=0.2，體型系數取自荷載規范表8.3.1項次37，μs=0.6，最終體型系數μs(1+μe)=0.6×(1+0.2)=0.72。《國標》的體型系數為μs=0.92。體型系數的變化直接表現為風荷載及結構內力的變化。按兩本規范分別計算時，風荷載《國標》比《行標》大27.8%。

2　多塔相互干擾增大系數

1965年英國渡橋電廠冷卻塔群中，處于下風向的三座塔在五年一遇的大風中發生倒塌，引起人們對塔風荷載和群體干擾效應的極大關注(見圖1)。

顧志福[4]、沈國輝[5]等進行了雙塔風洞試驗，分析指出兩個相鄰塔風荷載的相互作用隨風向角不同而變化很大。前塔對后塔的影響要比后塔對前塔大得多。在石油化工行業中，多塔情況比較常見。

根據建筑結構荷載規范7.3.2及相關條文說明，當多個建筑，特別是群集的高層建筑，相互間較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應，一般可將單獨建筑物的體型系數μs乘以相互干擾增大系數。當兩建筑間距大于7.5倍迎風面時，可不考慮相互影響。

張相庭《工程抗風設計計算手冊》[6]第53頁指出，在一般情況下，鄰近建筑高度等于或大于所討論建筑高度一半以上的，應該考慮建筑群對風載體型系數的影響。著者通過風洞試驗，經過分析得出三點結論，其中前兩點與本文所討論問題相關：

1)兩相鄰建筑中，某一建筑的影響以相距某一近距離內(d/b≤3.5或d/H≤0.7)為最大，而該距離的約2倍以上的地方(d/b>7.5或d/H>1.5)，影響可降到很小。

2)由于尾流影響，當相鄰建筑軸線與風向相交某一角度θ時，影響為最大，它一般位于尾流區的邊緣線，一般在θ=30°～45°。

取工程實例進行說明，塔1高56m，直徑3m，其旁側有塔2高58.5m，直徑為3.6m，兩塔中心距為6.6m。根據《工程抗風設計計算手冊》公式4-3群體體型系數為：

μsm=μsμBF。

其中，相互干擾增大系數μBF=1.5，選自表3考慮順風向時的不利情況。考慮最不利的相互干擾增大系數后，風荷載下內力將增大50%(見圖2)。

表3　相互干擾增大系數μBF

順風向橫風向d/Bd/Hα≤3.5≤0.7A,BC,D≥7.5≥1.5A,BC,D≤2.25≤0.45A,BC,D≥7.5≥1.5A,BC,Dθ0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°1.151.351.451.50～1.801.45～1.751.401.401.301.251.151.101.151.251.30～1.551.25～1.501.201.201.101.101.101.001.30～1.501.10～1.301.00

3　上游專業荷載分析

在空重風荷載作用下，對于較高的塔，其基礎多為脫離區控制。此時，塔體豎向荷載為有利作用。若塔體豎向荷載有放大系數時，那么塔基礎設計將偏于不安全。建議上游專業所提荷載為不做任何放大的標準值，若要進行估值可提供兩個限值的荷載范圍為好，以保證塔型設備基礎設計的安全性。

4　結語

本篇討論了石油化工塔型設備基礎在計算風荷載時，不同規范對風荷載體型系數規定不同，在計算雙塔時考慮多塔相互干擾增大系數等因素的影響。結論如下：1)《行標》與《國標》體型系數取值不同，《國標》要大很多。不同規范取值應當統一，體型系數應通過相應的風洞試驗及數值模擬來確定。2)塔型設備基礎設計時，需要注意群體相互干擾增大系數，實際工程中兩塔間距小于7.5倍塔徑的情況經常出現，其中考慮順風最不利角度30°時風荷載將增大50%，在設計中需要特別注意。3)在空重風荷載作用下塔基礎設計時，按放大豎向荷載計算時，由脫離區控制的塔基礎將偏于不安全。

[1]SH/T3030—2009，石油化工塔型設備基礎設計規范[S].

[2]GB50105—2006，高聳結構設計規范[S].

[3]GB50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[4]顧志福，孫天風，陳強，等.兩個相鄰冷卻塔風荷載的相互作用[J].空氣動力學學報，1992，10(4)：519-524.

[5]沈國輝，劉若斐，孫炳楠.雙塔情況下冷卻塔風荷載的數值模擬[J].浙江大學學報(工學版)，2007，41(6)：1017-1023.

[6]張相庭.工程抗風設計計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

Thecalculationofwindloadinpetrochemicaltowerfoundationdesign

WangWentao

(SINOPEC Engineering Incorporation, Beijing 100101, China)

Thispaperintroducedthevaluerequirementsofdifferentspecificationtowindloadtypecoefficientofpetrochemicaltowertypeequipmentfoundationinwindloadcalculation,andanalyzedthemultitowermutualinterferenceincreasescoefficientandupstreamprofessionalload,gainedsomevaluableconclusions.

towertypeequipment,windload,shapecoefficient,winddirection

1009-6825(2016)23-0051-02

2016-06-04

王文燾(1983- )，男，碩士，工程師

TU312

A