淺談石油化工裝置鋼結(jié)構(gòu)冷換框架設(shè)計(jì)

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)冷換框架在石油化工企業(yè)中應(yīng)用得相當(dāng)廣泛，它具有承載力高、延性好、自重低、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。目前國內(nèi)石油化工企業(yè)主要采用框架-支撐結(jié)構(gòu)。文章以某項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)冷換框架設(shè)計(jì)為實(shí)例，采用STAADPRO/SSDD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件探討了支撐在石油化工企業(yè)冷換框架設(shè)計(jì)中所起的作用，并在實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)體系弱軸設(shè)計(jì)垂直支撐，發(fā)現(xiàn)有利于減小框架梁的高度，可以考慮人員通行，管線布置，冷換設(shè)備檢修抽芯等因素的影響。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；框架-支撐結(jié)構(gòu)；側(cè)向剛度

1 工程概況及方案選擇

某公司詳細(xì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，需要設(shè)計(jì)一構(gòu)架即鋼結(jié)構(gòu)冷換框架。框架為兩層，每層標(biāo)高分別8.000m， 16.500m，該框架總高度16.5m，個(gè)別柱局部升至19.2m。

1.1 冷換鋼框架結(jié)構(gòu)體系概述

石油化工企業(yè)目前經(jīng)常采用的冷換框架結(jié)構(gòu)形式為框架-支撐結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。在滿足生產(chǎn)操作條件下，優(yōu)先采用框架-支撐結(jié)構(gòu)。

1.2 框架結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

框架結(jié)構(gòu)即無支撐的框架，該種結(jié)構(gòu)在水平力較大時(shí)產(chǎn)生的側(cè)移大，為了滿足規(guī)范要求，往往采用較大的梁、柱斷面，因此造成浪費(fèi)。在正常生產(chǎn)時(shí)，位于頂部的平臺(tái)還會(huì)搖晃，使正在平臺(tái)操作的工人產(chǎn)生不安全感，故很少采用此種方案。

1.3 框架支撐-結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

框架-支撐結(jié)構(gòu)框架宜在兩個(gè)方向分別布置支撐，支撐宜采用交叉支撐、人字形或V形支撐。此種結(jié)構(gòu)具有較大的抗側(cè)移剛度，支撐布置在滿足管道、設(shè)備的安裝、生產(chǎn)和檢修要求的前提下，優(yōu)先采用框架柱弱軸設(shè)支撐，強(qiáng)軸不設(shè)支撐。結(jié)構(gòu)布置根據(jù)設(shè)備布置的要求采用橫向承重框架結(jié)構(gòu)（即鋼柱弱軸承重方案），此種方案的優(yōu)點(diǎn)是：減小鋼柱弱軸承重梁的高度，節(jié)省鋼材，充分發(fā)揮H型鋼柱強(qiáng)軸截面抵抗矩大的特點(diǎn)，增加H型鋼柱弱軸截面抵抗矩，同時(shí)加強(qiáng)橫向剛度，在鋼柱強(qiáng)軸方向便于換熱器檢修抽芯。另梁柱節(jié)點(diǎn)采用梁與鋼柱弱軸鉸接，梁與鋼柱強(qiáng)軸剛接。梁格布置采用短跨承重方案，即設(shè)備梁荷載均傳到與框架柱弱軸相連的框架梁上，所有梁計(jì)算均不考慮穩(wěn)定，當(dāng)由穩(wěn)定控制時(shí)，應(yīng)設(shè)置側(cè)向梁。設(shè)備梁位置均設(shè)水平撐，同時(shí)沿著設(shè)備支座軸線方向設(shè)置平衡梁以抵抗水平抽芯力。

2 建立框架模型及計(jì)算結(jié)果分析

2.4.2 桿件驗(yàn)算

采用SSDD，按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017-2003對(duì)框架所選構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果見圖7～圖8。

通過計(jì)算及與以往設(shè)計(jì)（即縱向框架承重）進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在滿足承載力和變形要求的情況下，縱向框架梁比橫向框架梁的梁型號(hào)要大，同時(shí)鋼柱也比橫向框架承重的鋼柱要大，另外縱向框架承重比橫向框架承重的頂點(diǎn)側(cè)向位移要大，因此冷換框架設(shè)計(jì)宜優(yōu)先選用橫向框架梁承重且在框架橫向柱弱軸設(shè)支撐。設(shè)計(jì)支撐原則：即在滿足平臺(tái)上人員通道高度的情況設(shè)撐，設(shè)計(jì)支撐位置：在框架橫向柱弱軸方向，其中的一跨設(shè)計(jì)成從上到下貫通的人字支撐的結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了減小另一跨橫向框架承重梁的高度，而局部設(shè)人字撐，該支撐結(jié)構(gòu)具有抵抗側(cè)向剛度大、側(cè)向位移小、橫向框架梁的高度降低等優(yōu)點(diǎn)。即節(jié)省了鋼材同時(shí)又滿足生產(chǎn)需要。另根據(jù)程序計(jì)算所得的各構(gòu)件應(yīng)力圖核查，發(fā)現(xiàn)？犖8.000層平面應(yīng)力圖中的設(shè)備梁應(yīng)力為0.97，該梁主要為施工方便而與相鄰跨設(shè)備梁對(duì)齊而引起偏心荷載造成的結(jié)果，將梁格調(diào)整到使設(shè)備梁豎向荷載居中即可，再者就是發(fā)現(xiàn)用來承重設(shè)備梁的框架梁應(yīng)力偏小，主要是因?yàn)榭蚣艹兄亓旱拇笮∈鞘茉O(shè)備梁大小的制約，綜上所述文章所選框架-柱弱軸設(shè)支撐且為橫向框架承重結(jié)構(gòu)，具有增強(qiáng)鋼柱弱軸側(cè)向剛度、減小鋼柱弱軸側(cè)向水平位移、降低橫向框架梁的高度等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)又滿足了生產(chǎn)需要及節(jié)省了鋼材。

3 結(jié)束語

通過以上分析可知，在設(shè)計(jì)石油化工裝置廠區(qū)鋼結(jié)構(gòu)冷換框架時(shí)，應(yīng)注意優(yōu)先選用框架-弱軸支撐結(jié)構(gòu)且采用橫向框架承重方案。

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作者簡(jiǎn)介：史佩芝，女，工程師，長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作。