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【摘要】型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是采取軋制或焊接成型等方法在混凝土內(nèi)配置型鋼和鋼筋的一種獨特結(jié)構(gòu)。論文結(jié)合具體工程實際，重點探討型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在石油化工結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，以期提升石油化工結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】型鋼混凝土；石油化工；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1引言

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件具備諸多優(yōu)勢，比如：受力性能好、截面尺寸小、抗震性能好、自重輕等，在石油化工結(jié)構(gòu)設(shè)計中具備很優(yōu)越的應(yīng)用價值。在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要明確方法，遵循《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》等[1]。此外，還有必要通過構(gòu)件的實際受力情況，對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化?？傊?，由于型鋼混凝土具備很好的應(yīng)用價值，所以對其應(yīng)用進(jìn)行探討意義重大。

2工程實例分析

在石油化工焦化裝置中，焦炭塔框架屬于核心構(gòu)筑物，操作重量大，裝置支座位置及井架總高度偏高，通常情況下會有焦溜槽以及樓梯間附帶。整體結(jié)構(gòu)體系較復(fù)雜，設(shè)計存在一定難度。以某煉油廠為例，其工程延遲焦化裝置焦炭塔框架屬于兩塔結(jié)構(gòu)，焦炭塔單塔自重達(dá)4300kN(430t)，塔外徑為9690mm，單塔最大高度為41.3m。水焦工況最大操作介質(zhì)為3040t，滿焦工況焦炭量達(dá)到1150t。該工程所處場地在地面上10m位置的基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，地面粗糙度為B類，抗震設(shè)防裂度為7度，工程場地設(shè)計基本地震加速度值為0.15g[2]。從框架設(shè)計來看屬正常，但在結(jié)構(gòu)空間利用方面提出了一些基本建議：（1）盡可能控制主要構(gòu)件截面，使整體平面布置的需求得到有效滿足；（2）確保塔體下方具備充足的空間，能夠設(shè)置冷焦水過濾器1臺和別的附屬操作框架；（3）在塔體下方框架位置，有必要對全封閉設(shè)備操作房進(jìn)行合理設(shè)置；（4）確保型鋼混凝土結(jié)構(gòu)能夠合理、科學(xué)地應(yīng)用，進(jìn)而發(fā)揮型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的作用。

3型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的選擇以及模型的計算

3.1結(jié)構(gòu)選擇

對于上述工程的焦炭塔框架設(shè)備支承部分來說，為典型的塔型設(shè)備基礎(chǔ)，即：兩塔板式框架聯(lián)合塔基礎(chǔ)，一共有3層，高為27m，縱向連續(xù)兩跨2.5m×2，橫向為單跨12.5m，出焦井架標(biāo)高為27～117m，屬中心支撐鋼結(jié)構(gòu)框架。

3.2模型計算

在設(shè)計中，所使用的是有限元分析軟件STRAT，在利用該軟件進(jìn)行計算過程中需由經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員操作，以確保計算值的精準(zhǔn)性。同時，在焦炭框架選擇上，選擇高聳組合結(jié)構(gòu)，在建模分析過程中，有必要對下部混凝土框架和上部鋼結(jié)構(gòu)的共同作用充分考慮，以此有效模擬結(jié)構(gòu)的具體情況。對于完整的焦炭塔框架模型來說，需具備：①混凝土框架柱；②井架鋼結(jié)構(gòu)梁；③混凝土框架梁。此外，利用厚殼單元模擬混凝土頂板，利用薄殼單元模擬設(shè)備塔體。

4荷載組合與截面設(shè)計

4.1荷載組合分析

根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，對焦炭塔框架設(shè)計需根據(jù)承載能力極限狀態(tài)最不利的效應(yīng)組合加以設(shè)計。因此，兩塔結(jié)構(gòu)設(shè)計時的荷載組合為：（1）正常操作工況下：1.2永久荷載＋1.0×1.3×（介質(zhì)荷載＋活荷載）＋1.4×風(fēng)荷載；（2）停產(chǎn)之前：1.2永久荷載＋1.0×1.3×（介質(zhì)荷載＋活荷載）＋1.4×風(fēng)荷載；（3）停產(chǎn)檢修工況下：1.2永久荷載＋1.0×1.3×活荷載＋1.4×風(fēng)荷載；（4）地震作用下：1.2×[永久荷載＋0.5×（介質(zhì)荷載＋活荷載）]＋1.3×水平地震荷載＋1.4×0.2×風(fēng)荷載[3]?？傊韬侠矸治龊奢d組合，以此為進(jìn)一步截面設(shè)計以及計算結(jié)果的準(zhǔn)確性提供保障。

4.2截面設(shè)計分析

截面框架柱、框架梁的設(shè)計內(nèi)容如下：1）框架柱設(shè)計。在設(shè)計初始階段，如果外在條件全部一致，為了使框架柱截面的尺寸得到有效保證，可選擇2種框架柱截面尺寸，通常會選擇1個大柱尺寸，即：2500mm×2500mm規(guī)模；同時選取1個小柱尺寸，即：1800mm×1800mm規(guī)模，根據(jù)計算結(jié)果，采取對比的方法最終選擇適合本工程結(jié)構(gòu)的合理尺寸。在外在條件一致時，大柱和小柱模型需采取分別進(jìn)行計算的方法。由于會受到框架柱截面尺寸差異的影響，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)剛度存在很大的差異。針對此類情況，需要利用地震組合工況控制好設(shè)計結(jié)構(gòu)。從實際經(jīng)驗來看，小柱模型在剛度上偏小，在柔性上較好，基于同樣風(fēng)載或者地震條件作用之下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力偏小，便于為構(gòu)件截面設(shè)計提供有利的條件。2）框架梁設(shè)計。對于框架梁來說，因受到工藝設(shè)計需求的影響，加之標(biāo)高相對明確，使得調(diào)整的空間偏小。在梁截面上，一般選取為1500mm×2500mm。在對梁截面剛度進(jìn)行合理增多的條件下，能夠使框架柱的反彎點位置得到有效控制，進(jìn)而使框架梁設(shè)計彎矩的要求得到有效滿足?；诳蚣芰簝?nèi)部對H型鋼進(jìn)行設(shè)計，能夠和框架柱內(nèi)型鋼柱之間組合成為內(nèi)框架體系，從而使結(jié)構(gòu)的整體性得到有效提升[4]。此外，框架頂板屬于設(shè)備的支座層，起到承載塔體荷載的作用，在頂板中間部位需設(shè)置型鋼斜梁，并采取STRAT計算結(jié)果提取內(nèi)力，對厚板配筋進(jìn)行計算?？偨Y(jié)起來，在設(shè)置斜梁的條件下，能夠使頂板的受力得到有效改善，同時使傳力路線得到有效簡化。

5結(jié)語

本次研究結(jié)合實際工程案例，對型鋼混凝土在石油化工結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。在了解工程實例的條件下，需選擇合理的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，并通過模型的計算，進(jìn)一步分析荷載組合，然后在截面設(shè)計過程中，注重框架柱的設(shè)計和框架梁的設(shè)計。總之，對于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)來說，對型鋼和混凝土共同受力的特性加以應(yīng)用的條件下，使混凝土的抗壓性能以及型鋼的抗彎性能得到有效展現(xiàn)，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)的延展性得到有效提升。此外，在合理應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的條件下，能夠提升結(jié)構(gòu)空間的利用效率，進(jìn)而使實際生產(chǎn)需求得到有效滿足。

作者:冉艷華 單位:中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司

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