聚丙烯裝置中擠壓造粒廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

錢(qián)雪萍

中石化上海工程有限公司 上海 200120

正文：

引言

現(xiàn)如今，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，單套聚丙烯裝置的生產(chǎn)水平也越來(lái)越高，設(shè)備重量逐漸加重，其框架的體量也隨之變大。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中以及靜止?fàn)顟B(tài)下都會(huì)帶來(lái)一定的荷載，同時(shí)，再加上地震荷載以及風(fēng)力荷載的影響，框架整體的受力狀態(tài)也非常復(fù)雜，在對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)之前，必須要進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以確?？蚣艿姆€(wěn)定性。以某一個(gè)40kt/a聚丙烯裝置中的擠壓造粒廠房的設(shè)計(jì)為例，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。

1 工程概況

(l)設(shè)計(jì)內(nèi)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(gòu)建，用SATWE計(jì)算地震作用下的內(nèi)力以及變形情況，并用STAAD PRO軟件來(lái)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析與比較。

(2)工程條件：基本風(fēng)壓0.35kN/耐地面以上10m處；地震設(shè)防烈度7度(近震)；地面粗糙度B類(lèi)；建筑場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)。

(3)廠房結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：該建筑物共有5個(gè)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，平面尺寸為46mx30m，建筑建筑結(jié)構(gòu)中共有兩個(gè)電梯，分別在建筑的東端與西端。在建筑結(jié)構(gòu)41m高的樓層上，有兩臺(tái)直徑為7.5m，高度為24m，重量約600噸的聚丙烯裝置。

2 結(jié)構(gòu)方案

該建筑結(jié)構(gòu)上所安裝的設(shè)備非常不均勻，質(zhì)量形心與剛度形心間存在著一定的差異，25m結(jié)構(gòu)層的開(kāi)洞面積超過(guò)結(jié)構(gòu)層總面積的50%，屬于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的樓板局部不連續(xù)的平面不規(guī)則類(lèi)型；在41m高的廠房屋頂上方，分別架設(shè)了兩臺(tái)直徑為7.5m，高度為24m，重量約為600噸噸聚丙烯裝置，設(shè)備的架設(shè)點(diǎn)比較高，荷載直接聚集在了一個(gè)地方，明顯的上面重下面輕，重量分布不均勻，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)，很可能會(huì)給廠房整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)極大的破壞，從而威脅廠房的使用安全。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第3.6.2條規(guī)定：如果建筑結(jié)構(gòu)的荷載不均勻，容易受到地震影響的話，應(yīng)嚴(yán)格按照該規(guī)范中的規(guī)定來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震變形分析。本次廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用彈塑性時(shí)程分析法來(lái)進(jìn)行分析。為比較框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的差異，用SATWE對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算和分析比較。

（1）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010(以下簡(jiǎn)稱(chēng)JGJ3-2010)第3.4.5條規(guī)定：以結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期T1與以平動(dòng)為主的第一周期T1相比，建筑為A級(jí)高度的話，那么不能大于0.9；建筑為B級(jí)或者其他復(fù)雜性比較高的建筑，那么則不能大于0.85。周期比是實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制的一個(gè)主要指標(biāo)，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(wěn)定性得到有效提高，避免結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。如果周期比與現(xiàn)有規(guī)范不相符的話，那么就代表該結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)布置情況進(jìn)行合理的調(diào)整，并增加周邊構(gòu)件的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的增加。

（2）JGJ3-2010第3.7.1條規(guī)定：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移以及層間位移，建筑為A級(jí)高度的話，那么其不應(yīng)超過(guò)該樓層平均值的1.5倍；如果建筑為B級(jí)高度或者其他復(fù)雜性比較高的建筑，那么則不能超過(guò)該樓層平均值的1.4倍。該規(guī)定是控制建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的一個(gè)重要指標(biāo)。

（3）框架結(jié)構(gòu)的柱軸壓比已經(jīng)超過(guò)JGJ3-2010第3.10.2條中柱軸壓比的限值。其中框架結(jié)構(gòu)和框架-剪切墻結(jié)構(gòu)料倉(cāng)下柱截面尺寸相同，均為1200mmx1200mm，如果采用框架結(jié)構(gòu)，需加人柱截面(柱截面140mmx140mm時(shí)軸壓比0.73)，才能滿足規(guī)范的規(guī)定。

（4）GB50011-2010中第5.2.5條與JGJ3-2010第3.3.13條都規(guī)定樓層最小地震剪力系數(shù)應(yīng)等于1.60%。該規(guī)定中之所以將剪力系數(shù)的最小值規(guī)定出來(lái)，主要是因?yàn)樵诘卣鹱饔玫挠绊懴拢袅ο禂?shù)是會(huì)在短時(shí)間內(nèi)下降的，對(duì)于長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算出來(lái)的水平地震結(jié)構(gòu)效應(yīng)也可能過(guò)小。通過(guò)計(jì)算可以得知，再框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，增加柱截面尺寸，可以有效滿足結(jié)構(gòu)的實(shí)際要求。不過(guò)，由于積壓造粒廠房本身具有著很大的特殊性，在結(jié)構(gòu)布置的過(guò)程中，很容易受到空間因素的限制。同時(shí)，近年來(lái)地震災(zāi)害越來(lái)越多，很多破壞性比較強(qiáng)的地震都會(huì)發(fā)生在抗震能力不強(qiáng)的地方，并且很多擠壓造粒機(jī)設(shè)備都是廠房中比較重要的設(shè)備，價(jià)格比較昂貴，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，結(jié)構(gòu)整體如果承受不住地震所帶來(lái)的破壞力，那么將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的損失。此外，由于擠壓造粒長(zhǎng)發(fā)本身的剛度比較小，在地震發(fā)生后，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致廠房倒塌，給廠房?jī)?nèi)的設(shè)備儀器帶來(lái)極大的破壞，且會(huì)給廠房?jī)?nèi)工作人員的人身安全帶來(lái)極大的威脅，影響廠房的正常使用。根據(jù)上述現(xiàn)象，結(jié)合聚丙烯裝置兩端的電梯井布置，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇了抗震性能更強(qiáng)的框架結(jié)構(gòu)-剪力墻結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計(jì)中須注意的問(wèn)題

在對(duì)擠壓造粒廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要對(duì)廠房結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，確保其強(qiáng)度能夠達(dá)到變形要求，同時(shí)，還需要采取相應(yīng)的措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)整體的可靠性。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員不可以過(guò)于依賴(lài)計(jì)算結(jié)果，需要對(duì)工程整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加深入的分析與判斷。

在選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋的時(shí)候，必須要嚴(yán)格遵守GB-50011-2010標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)構(gòu)的抗震強(qiáng)度能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要全方位考慮問(wèn)題，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果以及相關(guān)分析來(lái)對(duì)框架的軸壓比、剪壓比以及剪跨比進(jìn)行控制，保證結(jié)構(gòu)整體具備一定的的延性。此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)梁的加強(qiáng)作用，適當(dāng)?shù)脑黾又孛?，確保柱與梁強(qiáng)度的協(xié)調(diào)性，防止梁強(qiáng)柱弱現(xiàn)象的發(fā)生。