石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)風荷載計算

王 文 燾

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京　100101)

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石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)風荷載計算

王 文 燾

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京100101)

介紹了石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)在計算風荷載時，不同規(guī)范對風荷載體型系數(shù)取值的要求，并對多塔相互干擾增大系數(shù)與上游專業(yè)荷載進行了分析，得出了一些有應(yīng)用價值的結(jié)論。

塔型設(shè)備，風荷載，體型系數(shù)，風向

0　引言

隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，裝置產(chǎn)能不斷提升，塔型設(shè)備的高度不斷增大。根據(jù)SH/T3030—2009石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)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(shè)計中影響塔基礎(chǔ)風荷載計算的以下因素：風荷載體型系數(shù)、多塔相互干擾增大系數(shù)及上游專業(yè)放大后的荷載條件。

1　風荷載體型系數(shù)

將《行標》與GB50105—2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)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(tǒng)一量綱后，兩本規(guī)范的不同之處在于對體型系數(shù)的規(guī)定：其中《行標》為式(1)：

qwk=βzμsμz(1+μe)(D0+2δ2)w0

(1)

其中，體型系數(shù)為μs(1+μe)，μs選自GB50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[3]，μe選自《行標》中表1塔型設(shè)備風荷載擴大系數(shù)。

表1　塔型設(shè)備風荷載擴大系數(shù)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(shè)備”。

表2　石油化工塔型設(shè)備結(jié)構(gòu)體型及體型系數(shù)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(shè)備風荷載擴大系數(shù)μe=0.2，體型系數(shù)取自荷載規(guī)范表8.3.1項次37，μs=0.6，最終體型系數(shù)μs(1+μe)=0.6×(1+0.2)=0.72。《國標》的體型系數(shù)為μs=0.92。體型系數(shù)的變化直接表現(xiàn)為風荷載及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化。按兩本規(guī)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(shù)

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(fā)生倒塌，引起人們對塔風荷載和群體干擾效應(yīng)的極大關(guān)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(yè)中，多塔情況比較常見。

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范7.3.2及相關(guān)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(yīng)，一般可將單獨建筑物的體型系數(shù)μs乘以相互干擾增大系數(shù)。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(shè)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(yīng)該考慮建筑群對風載體型系數(shù)的影響。著者通過風洞試驗，經(jīng)過分析得出三點結(jié)論，其中前兩點與本文所討論問題相關(guān)：

1)兩相鄰建筑中，某一建筑的影響以相距某一近距離內(nèi)(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(qū)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(cè)有塔2高58.5m，直徑為3.6m，兩塔中心距為6.6m。根據(jù)《工程抗風設(shè)計計算手冊》公式4-3群體體型系數(shù)為：

μsm=μsμBF。

其中，相互干擾增大系數(shù)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(shù)后，風荷載下內(nèi)力將增大50%(見圖2)。

表3　相互干擾增大系數(shù)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(yè)荷載分析

在空重風荷載作用下，對于較高的塔，其基礎(chǔ)多為脫離區(qū)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(shù)時，那么塔基礎(chǔ)設(shè)計將偏于不安全。建議上游專業(yè)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(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計的安全性。

4　結(jié)語

本篇討論了石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)在計算風荷載時，不同規(guī)范對風荷載體型系數(shù)規(guī)定不同，在計算雙塔時考慮多塔相互干擾增大系數(shù)等因素的影響。結(jié)論如下：1)《行標》與《國標》體型系數(shù)取值不同，《國標》要大很多。不同規(guī)范取值應(yīng)當統(tǒng)一，體型系數(shù)應(yīng)通過相應(yīng)的風洞試驗及數(shù)值模擬來確定。2)塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計時，需要注意群體相互干擾增大系數(shù)，實際工程中兩塔間距小于7.5倍塔徑的情況經(jīng)常出現(xiàn)，其中考慮順風最不利角度30°時風荷載將增大50%，在設(shè)計中需要特別注意。3)在空重風荷載作用下塔基礎(chǔ)設(shè)計時，按放大豎向荷載計算時，由脫離區(qū)控制的塔基礎(chǔ)將偏于不安全。

[1]SH/T3030—2009，石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50105—2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)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(shù)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(shè)計計算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)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

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