PVC包裝廠房抗震設計

趙 寰

(方略建筑設計有限責任公司，北京 100142)

PVC包裝廠房抗震設計

趙 寰

(方略建筑設計有限責任公司，北京 100142)

介紹了如何計算PVC包裝廠房料倉的地震作用力，進行了PVC包裝廠房的抗震設計,主要通過底部剪力法計算料倉的地震作用力，施加在下部框架結構上，然后用PKPM軟件進行建模計算,這種方法概念清楚，計算簡單且計算結果較保守，滿足使用要求。

PVC，料倉，抗震

PKPM是國內結構工程師進行結構設計時使用的主流軟件。它在進行民用建筑結構設計時有較好的適用性，但是在進行工業建筑結構設計時，由于工業建筑設計常常有較強的特殊性，這就需要結構設計師根據實際情況，結合力學概念和工程經驗，對計算模型進行必要的簡化模擬。PVC包裝廠房框架上的料倉具有質量大，重心高的特點，如何在PKPM模型中模擬它，進行抗震驗算就屬于這種情況。

1 工程概況

1)工程名稱:某化工廠10萬t/年PVC裝置。

2)自然條件：地面粗糙度為B類，地震基本烈度為7度(第一組)，設計基本地震加速度0.1g。混凝土結構框架抗震等級為三級。

3)工藝條件:料倉框架為兩層，結構總高為14 m，支承2個料倉。料倉直徑5.4 m，操作重3 200 kN，支座以上倉體高度17.4 m。框架為鋼筋混凝土結構，料倉為鋼結構。

2 抗震分析

2.1結構形式

1)鋼結構框架在工業廠房結構設計中應用較廣。鋼結構具有質量輕，強度高，制造周期短，建造速度快的優點。但是由于料倉自重大，在地震作用下，將會產生很大的水平力，若采用鋼結構框架則需要布置較強的支撐體系，費用較高。

2)鋼筋混凝土框架是結構工程中常用的一種結構形式，鋼筋混凝土框架結構施工方法簡單，防火性能好，無需專門維護，費用較低，相關研究與規范比較成熟。在地震作用下鋼筋混凝土框架結構比鋼結構框架側向剛度大。

綜上所述，本工程采用混凝土框架結構。

2.2計算分析

PVC包裝廠房具有質量大，重心高的特點，地震作用對計算起控制作用。規范中采用的地震作用計算方法有:底部剪力法,振型分解反應譜法,時程分析法。振型分解反應譜法是把混凝土框架、鋼料倉和物料當成一個整體研究，這顯然不符合實際情況。實際上地震作用是通過基礎傳至混凝土框架，然后再通過混凝土框架上的地腳螺栓傳至鋼料倉和物料，從計算簡圖的角度，混凝土框架，料倉和物料應該看作三個獨立的質點。料倉與框架的地腳螺栓連接是否能保證體系的協調性較難確定。對于料倉當出現半空半滿的工況時，可能在物料達到某一高度時產生共振放大地震作用。由于儲料情況不同，各料倉自振周期不同，同一時刻自振形式也不同。料倉對支承結構可能會產生較強的扭轉作用。綜上所述采用振型分解反應譜法精確計算類似PVC包裝廠房的料倉類結構的地震作用比較困難，需要更完備的理論，同時還需要做實驗驗證。而時程分析法主要用于超高層建筑的抗震分析。根據《抗規》5.1.2條-1高度不超過40 m，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構可采用底部剪力法。料倉剛度和質量并不均勻，采用底部剪力法計算并不準確，但是底部剪力法概念清楚，計算簡單且計算結果較保守滿足使用要求。所以本文采用底部剪力法對該結構進行分析。

3 抗震計算

采用GB 50011—2010建筑抗震設計規范附錄H.1.5條的公式：

Fs=αmax(1.0+Hx/Hn)Geq。

其中，Fs為設備或料斗重心處的水平地震作用標準值；αmax為水平地震影響系數最大值；Geq為設備或料斗重力荷載代表值；Hx為設備或料斗重心至室外地坪的距離；Hn為廠房高度。

M=Fs×h。

其中，M為設備或料斗產生的附加彎矩標準值；h為料倉重心到底部支撐點的垂直距離。

其中，Ni為地腳螺栓所受到的拉力標準值；yi為螺栓群形心軸至螺栓的最短距離。

因為每個螺栓受到的拉力不一樣大且螺栓較多，所以可以偏保守的取最大值簡化成線荷載輸入在PKPM模型中支撐料倉的弧梁上，中性軸另一側螺栓受到的壓力同此處理辦法。

在進行PKPM建模計算的過程中有兩個參數應引起注意：

1)活荷載折減系數——此系數可選擇不折減或按照GB 50191—93構筑物抗震設計規范8.2.6條折減系數取0.9。

2)活荷載重力荷載代表值組合系數——因為料倉部分活荷載已按螺栓的拉壓力考慮，此系數應有較大折減，取不加拉壓力時樓面活荷載與加拉壓力樓面活荷載的比值再乘0.5。

此外還應該參考GB 50191—93構筑物抗震設計規范8.2.12條考慮扭轉效應。同時還應參考GB 50191—93構筑物抗震設計規范貯倉部分相關部分進行彎矩、剪力調整采取相應抗震構造措施。

4 結語

本文從概念設計的角度結合PKPM軟件的實際情況對PVC包裝廠房進行了分析、計算，對類似結構也有借鑒意義。但是因為本工程的復雜性，如果需要進行更精確的分析就需要使用功能更完備的軟件對工程實際情況進行更真實的模擬，同時對計算結果進行試驗驗證。

[1] GB 50191—93,構筑物抗震設計規范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[3] 蔡 琳.石化裝置中料倉框架的結構設計[J].江西化工，2007(3)：103-105.

EarthquakeresistantdesignofPVCpackagingplant

ZhaoHuan

(FanglveArchitectureStudio,Beijing100142,China)

This paper mainly introduces how to calculate seismic forces of stock bin and perform earthquake resistant design of PVC packaging plant. We calculate seismic forces of stock bin by equivalent base shear method, apply force on base frame structure, and use PKPM to model calculation. This method has charateristics of clear concept, simple calculation and satisfactory result.

PVC, stock bin, earthquake resistant

TU973.31

A

1009-6825(2017)26-0055-02

2017-07-06

趙 寰(1977- )，男，工程師