筏板基礎在石油化工結構設計中的應用

焦 健

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

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筏板基礎在石油化工結構設計中的應用

焦 健

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

結合石化行業中某工程實例，采用有限元軟件SAFE建立了分析模型，對反應器筏板基礎進行了計算分析，闡述了筏板基礎在石油化工結構中的設計方法，為石化行業中的筏板基礎設計積累了經驗。

筏板基礎，SAFE，結構設計，石化工程

1 工程概況

以石化工程中某一實際工程為例，該工程為并排6個反應器(其中5個反應器落地，1個位于框架上)以及圍繞反應器的操作框架。經計算，如果采用獨立基礎，5臺反應器的基礎大小重合，場地偏小，故將反應器及框架放置在一個筏板基礎上。基礎平面布置圖如圖1所示，操作框架3D示意圖如圖2所示。

2 筏板基礎的有限元分析

2.1 計算各臺反應器基礎頂面及框架柱腳處的內力

使用軟件或者手算計算出反應器基礎頂面及框架柱腳的標準組合效應和基本組合效應，如表1，表2所示。

表1 反應器基礎頂面的作用效應

表2 框架柱腳作用效應

2.2 基礎底板形狀的確定

在地基土較均勻的條件下，當上部結構豎向永久荷載的合力不能通過基底平面形心時，可采取滿足GB 50007—2001建筑地基基礎設計規范(簡稱《基礎規范》)中的式(8.4.2)的方法來調整基底面積，減少基礎偏心，避免基礎產生傾斜，保證建(構)筑物的正常使用。

取板厚為1.2 m，大于1/6×跨度=1/6×6=1 m，按照剛性板計算。

2.3 按實際工程在有限元軟件SAFE中定義筏板、塔基礎和框架短柱建立模型

1)定義筏板基礎。屬性為Slab，厚度定義為1 200 mm。2)定義筏板底下土屬性為天然地基，并按實際壓縮模量進行輸入。3)塔基礎短柱和框架短柱都以軟件中的柱來定義，按實際大小加到筏板基礎上，并且固定X和Y方向的約束，來模擬剛接。4)定義荷載模式和荷載工況。把計算出來的各個塔底和柱底作用效應按規范SH/T 3030—2009石油化工塔型設備基礎設計規范中第7.3條的規定進行組合。把各個組合輸入到軟件SAFE中。得出以下14種荷載模式和23種荷載工況。每個荷載工況對應相應的荷載組合。荷載模式包括：操作中標準值、充水重標準值、檢修重標準值、操作重設計值、充水重設計值、檢修重設計值、重力荷載代表值、水平荷載作用(X，Y方向)、豎向地震作用、風荷載(X，Y方向)及0.15風荷載(風荷載0.15 kN/m2)(X，Y方向)。荷載工況包括：正常操作標準(設計)組合(X，Y方向)、充水試壓標準(設計)組合(X，Y方向)、停產檢修標準(設計)組合(X，Y方向)、地震標準(設計)組合1(X，Y方向)、地震標準(設計)組合2(X，Y方向)、正常操作準永久組合、充水試壓準永久組合、停產檢修準永久組合，如圖3，圖4所示。5)建立模型，如圖5所示。

2.4 計算結果分析

1)抗沖切分析，見圖6。2)計算地基反力。按正常使用極限狀態下的標準組合，計算基底處地基反力；相應的抗力采用地基承載力特征值，見圖7。對計算結果進行分析，在各個工況標準組合下，地基土都沒出現拉力的情況，沒有脫離區。地基反力的最大值小于210 kPa，小于實際的地基承載力350 kPa。3)地基(基礎)變形的計算。按正常使用極限狀態下作用的準永久組合(不計入風荷載和地震作用)，計算地基的變形，相應的限值取地基變形允許值，見圖8。對計算結果進行分析，在各個工況準永久組合下，充水試壓下，地基的沉降最大為6.16 mm，相對底板變形為4 mm，小于變形允許值。4)基礎的配筋計算。按承載能力極限狀態下作用的基本組合，采用相應的分項系數，計算配筋及驗算材料強度。經計算，采用構造配筋即可滿足計算的需要。

3 結論和存在的問題

本文介紹了用有限元設計軟件設計石化行業中筏板基礎的過程。適用于下層地基土比較均勻，上部結構剛性較好，且基礎底板較厚可按剛性板考慮時。沒有考慮上部結構與底板的相互影響。

對于柔性和半剛性基礎底板的設計以及上部結構和基礎的相互影響問題還有待進一步探討。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2] SH/T 3030—2009，石油化工塔型設備基礎設計規范[S].

Abstract: Combining with an engineering example in petrochemical industry, this paper established the analysis model using the finite element software SAFE, calculated and analyzed the reactor raft foundation, elaborated the design method of raft foundation in petrochemical structure, accumulated experience for the raft foundation design in petrochemical industry.

Key words: raft foundation, SAFE, structure design, petrochemical engineering

Stability analysis of surrounding rocks in underground powerhouse of Kiston in Australia

Lu Jianjian Fang Dan Yao Xingang

(ChinaElectricPowerConstructionGroup,EastChinaSurveyDesignInstitute,Hangzhou310002,China)

Based on the geological prospecting and design data of Australia Kiston hydroelectric power station underground cavern, using the FLAC3D numerical analysis software, this paper made excavation and support simulation to underground powerhouse, analyzed under the support and system support conditions, the distribution characteristics and evolution rules of displacement field, stress field, plastic zone etc. of surrounding rock after excavation completion, provided basis for the excavation and support design of underground powerhouse.

underground powerhouse, surrounding rock, numerical simulation, excavation and support

The application of raft foundation in petrochemical structure design

Jiao Jian

(SinopecEngineeringConstructionLimitedCompany,Beijing100101,China)

1009-6825(2016)24-0083-02

2016-06-19

焦 健(1981- )，男，工程師

TU471.15

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