冷換框架風荷載計算在計算軟件中的應用

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. 九三撫順市勘測設計事務所， 遼寧 撫順 113006）

框架上的風荷載標準值，在一般情況下，按下式計算：

其中βz、μz、Wo均可按照《建筑結構荷載規范》[1]計算，只有體型系數μs因封閉與敞開的差別需要對此系數進行折減以符合實際情況。下面以作者做過的山東菏澤玉皇20萬t/a苯乙烯裝置及系統工程中的兩個冷換框架為例進行比較分析。

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

1 數值計算和分析

構-2為3層冷換框架，共有容器4臺，冷換設備 6臺，取其中的第 2層（12.000 m）按照《石油化工企業鋼結構冷換框架設計規定》［2］附錄A計算其擋風面積（見圖1、圖2）。

(1)當風作用在框架橫向(平行于冷換設備放置方向)時，按附錄表A.0.1-1、表A.0.1-2計算 :

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(設備)=1.9×3

=5.7 (m2)

總的擋風面積為

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

折減系數ζ=A0/A

=38.54/(1.3×6×7)

=0.706

(2) 風作用在框架的縱向（垂直于冷換設備放置方向）時，

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

總的擋風面積為

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

折減系數ζ=A0/A

=40.332/ (1.3×6×6)

=0.862

構-6為4層框架，共有容器12臺，冷換設備13臺。取其中的第三層（18.000 m）按照規范計算其擋風面積（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)當風作用在框架橫向(平行于冷換設備放置方向)時

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(設備)=1.9×2

=3.8(m2)

總的擋風面積為

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

折減系數ζ=A0/A

=34.07/(1.3×6×6)

=0.728

(4)當風作用在框架縱向(垂直于冷換設備放置方向)時

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(設備)=6.18

總的擋風面積為

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

折減系數ζ=A0/A

(5)當風作用在框架縱向(垂直于冷換設備放置方向)時

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(設備)=6.18

總的擋風面積為

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

折減系數ζ=A0/A

=39.21/(1.3×6×6)

=0.838

2 結 論

1)根據以上兩個框架的計算，可以看到橫向的擋風面積的折減系數在0.7～0.73之間，縱向的擋風面積的折減系數在0.83～0.86之間，考慮到PKPM體型系數的取值不分橫向和縱向，為了安全，建議折減系數取0.85左右；對其他考慮橫向和縱向的計算軟件，建議此系數在橫向取0.75，縱向取0.86。

2)由于本文只是引證了 2個具體的工程實例，不能正確的反應所有的情況，加之參考的規范為1996版本，對實際情況的反應不夠準確，待新規范出臺和以后隨著工作經驗的增多，能運用概率統計的理論，在保證足夠安全的情況下對此系數取一個更加合理的值。

［1］建筑結構荷載規范GB50009-2001(2006年版) [S].

［2］中國石化北京設計院.石油化工企業鋼結構冷換框架設計規范SH3077-96[S].