聚丙烯裝置中擠壓造粒廠房結構設計

錢雪萍

中石化上海工程有限公司 上海 200120

正文：

引言

現如今，隨著社會經濟的快速發展，單套聚丙烯裝置的生產水平也越來越高，設備重量逐漸加重，其框架的體量也隨之變大。設備運行過程中以及靜止狀態下都會帶來一定的荷載，同時，再加上地震荷載以及風力荷載的影響，框架整體的受力狀態也非常復雜，在對框架結構進行建設之前，必須要進行準確的計算，以確保框架的穩定性。以某一個40kt/a聚丙烯裝置中的擠壓造粒廠房的設計為例，對上述問題進行分析與探討。

1 工程概況

(l)設計內容：40kt/a聚丙烯裝置的擠壓造粒廠房。該廠房的模型采用PKPM構建，用SATWE計算地震作用下的內力以及變形情況，并用STAAD PRO軟件來對計算結果進行分析與比較。

(2)工程條件：基本風壓0.35kN/耐地面以上10m處；地震設防烈度7度(近震)；地面粗糙度B類；建筑場地類別Ⅱ類。

(3)廠房結構的特點：該建筑物共有5個結構層，底層有裙房，平面布置尺寸為6mX56m，高度gm；2層到5層均為單塔結構，平面尺寸為46mx30m，建筑建筑結構中共有兩個電梯，分別在建筑的東端與西端。在建筑結構41m高的樓層上，有兩臺直徑為7.5m，高度為24m，重量約600噸的聚丙烯裝置。

2 結構方案

該建筑結構上所安裝的設備非常不均勻，質量形心與剛度形心間存在著一定的差異，25m結構層的開洞面積超過結構層總面積的50%，屬于《建筑抗震設計規范》相關標準中的樓板局部不連續的平面不規則類型；在41m高的廠房屋頂上方，分別架設了兩臺直徑為7.5m，高度為24m，重量約為600噸噸聚丙烯裝置，設備的架設點比較高，荷載直接聚集在了一個地方，明顯的上面重下面輕，重量分布不均勻，當地震災害發生時，很可能會給廠房整體結構帶來極大的破壞，從而威脅廠房的使用安全。《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第3.6.2條規定：如果建筑結構的荷載不均勻，容易受到地震影響的話，應嚴格按照該規范中的規定來對建筑結構進行地震變形分析。本次廠房結構設計采用彈塑性時程分析法來進行分析。為比較框架結構和框架-剪力墻結構的差異，用SATWE對兩種結構進行了計算和分析比較。

（1）《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010(以下簡稱JGJ3-2010)第3.4.5條規定：以結構扭轉為主的第一周期T1與以平動為主的第一周期T1相比，建筑為A級高度的話，那么不能大于0.9；建筑為B級或者其他復雜性比較高的建筑，那么則不能大于0.85。周期比是實現建筑結構扭轉效應控制的一個主要指標，其主要目的就是確保裝置布置的合理性及可行性，使建筑整體的平衡性以及穩定性得到有效提高，避免結構扭轉現象的發生。如果周期比與現有規范不相符的話，那么就代表該結構存在扭轉效應，需要對建筑結構布置情況進行合理的調整，并增加周邊構件的強度，從而實現結構整體強度的增加。

（2）JGJ3-2010第3.7.1條規定：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移以及層間位移，建筑為A級高度的話，那么其不應超過該樓層平均值的1.5倍；如果建筑為B級高度或者其他復雜性比較高的建筑，那么則不能超過該樓層平均值的1.4倍。該規定是控制建筑結構扭轉效應的一個重要指標。

（3）框架結構的柱軸壓比已經超過JGJ3-2010第3.10.2條中柱軸壓比的限值。其中框架結構和框架-剪切墻結構料倉下柱截面尺寸相同，均為1200mmx1200mm，如果采用框架結構，需加人柱截面(柱截面140mmx140mm時軸壓比0.73)，才能滿足規范的規定。

（4）GB50011-2010中第5.2.5條與JGJ3-2010第3.3.13條都規定樓層最小地震剪力系數應等于1.60%。該規定中之所以將剪力系數的最小值規定出來，主要是因為在地震作用的影響下，剪力系數是會在短時間內下降的，對于長期結構來說，計算出來的水平地震結構效應也可能過小。通過計算可以得知，再框架結構設計中，增加柱截面尺寸，可以有效滿足結構的實際要求。不過，由于積壓造粒廠房本身具有著很大的特殊性，在結構布置的過程中，很容易受到空間因素的限制。同時，近年來地震災害越來越多，很多破壞性比較強的地震都會發生在抗震能力不強的地方，并且很多擠壓造粒機設備都是廠房中比較重要的設備，價格比較昂貴，一旦發生地震災害，結構整體如果承受不住地震所帶來的破壞力，那么將會導致嚴重的損失。此外，由于擠壓造粒長發本身的剛度比較小，在地震發生后，很容易出現嚴重的變形，嚴重的甚至會導致廠房倒塌，給廠房內的設備儀器帶來極大的破壞，且會給廠房內工作人員的人身安全帶來極大的威脅，影響廠房的正常使用。根據上述現象，結合聚丙烯裝置兩端的電梯井布置，在結構設計過程中，選擇了抗震性能更強的框架結構-剪力墻結構。

3 設計中須注意的問題

在對擠壓造粒廠房進行結構設計的時候，必須要對廠房結構的強度進行嚴格的計算，確保其強度能夠達到變形要求，同時，還需要采取相應的措施來提高結構整體的可靠性。此外，在實際設計的時候，設計人員不可以過于依賴計算結果，需要對工程整體結構進行更加深入的分析與判斷。

在選擇結構構件配筋的時候，必須要嚴格遵守GB-50011-2010標準，確保結構的抗震強度能夠符合標準要求。在結構框架設計過程中，設計人員需要全方位考慮問題，根據結構設計計算結果以及相關分析來對框架的軸壓比、剪壓比以及剪跨比進行控制，保證結構整體具備一定的的延性。此外，在設計過程中，還需要考慮現澆樓板對梁的加強作用，適當的增加柱截面，確保柱與梁強度的協調性，防止梁強柱弱現象的發生。