试论高塔基础设计中应关注的事项

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 试论高塔基础设计中应关注的事项 摘要: 在石油化工等行业里，高 大的塔设备已经成为了这些行业里重要 的应用设备。由于塔设备在所有工艺流 程中起到一个串联的作用，因此如何设 计塔基础是非常重要的一个环节。本文 主要对高塔基础设计中应关注的事项进 行了探讨。 中国论文网 /2/view-12897126.htm 关键词: 高塔基础；设计；关注 的事项 Abstract: in the petroleum chemical industry, the tall tower equipment has become the industry important application equipment. Due to the tower in all process equipment plays a -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 role in series, so how to design pylon foundation is a very important link. This paper focuses on the basic design tower should be paid attention in matters of are discussed in this paper. Keywords: tower basis; Design; priority 中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号： 塔基础的主要作用是能够承担全 部的竖向荷载以及风荷载，如果处于地 震地区，还能承担一部分的地震作用。 塔体中的塔设备相对于普通的设备来说 有很多不同的特点，高大的塔设备一般 直径是比较小的，而决定设备的直径大 小的主要因素是，在设计时根据设备的 工艺专业要求，经过对结构具体的计算 之后确定的。在完成了塔设备的设计之 后要为土建提供具体的设计参数，例如 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 塔体的直径、塔体的壁厚、塔体的总高 度以及保温层的厚度等。 1 计算风荷载的依据不同出现的 结果不同 在计算风荷载时，如果选择的规 范不一样，会导致计算出来的结果出现 一些差异。目前计算风荷载一把会用到 两个规范，其中之一是石油化工的塔 形设备基础的具体设计规范(SH 3030- 2009)(以下简称 “塔规”)，另外一个是 对于高耸结构的设计规范 (GB50135-2006)(以下简称 “高规”)。 塔规的计算公式是: qwk=zsz(1+e)(D0+22)w0 在公式中,qwk 是在高度的作用下 塔型设备的具体风荷载标准值, kN/m；z 是高度在 Z 处时的风振系数； s 是塔型设备的具体风荷载体型系数； z 是高度在 Z 处时的风压高度的具体 变化系数；e 是塔型设备上风荷载的具 体扩大系数；D0 是塔型设备的具体外 径, m；2 是塔型设备上的保温层的厚 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 度, m；w0 是基本的风压, kN/m2。 高规的计算公式是: wk=zszw0 在公式中,wk 是风荷载的标准值, kN/m2;其它参数的具体含义如上所述。 (1)在上述公式里 :s 根据规范中 的一些具体规定,风荷载的具体体型系数 确定为 0.6，在进行多塔排列时，按照 建筑结构的荷载规范（2006 版） (GB 50009-2001(以下简称“荷规”)中的 相关规定来计算塔型设备的具体体型系 数。按照“高规 ”表里 4.2.7 项次 9 可以 认为 s 为综合性系数，它可以在平台 以及扶梯等单个塔型设备里使用。 (2) 如图 1 中显示，z 按照规范 中的具体规定，对垂直于联合塔的排列 方向具体荷载进行计算时，应该用周期 里最长的塔作为主周期 T1，地坪到基 础嵌固面之间的距离可以假设为 2m： 塔一:H2/D0=49.52/1.1=2 228700 T1=0.25+0.9910-3H2/D0 =025+09910- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 32228 =2.456 s0.25 s 塔二:H2/D0=54.52/1.5=1980700 T1=0.25+0.9910-3H2/D0 =0.25+0.9910-31980 =2.21 s0.25 s 塔三:H2/D0=54.52/0.9=3 300700 T1=0.25+0.9910-3H2/D0 =0.25+0.9910-33300 =3.517 s0.25 s 取塔三的自振周期为整个塔排的 自振周期 T1=3.517 s。 对于塔二,若根据“高规” 计算: w0T12=0.403。5172=4。95 kNs2/m2 =3。 18 (按无维护钢结构取用), 塔顶部:1=0.52,2=1.00 距地面 10 m 处:1=0.72,2=0.12 则,塔顶部:z=1+12=2.65 距地面 10 m 处:z=1+12=1.27 式中,1 为风压脉动和高度变化 等的影响系数；2 为振型、结构外形的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 影响系数； 为脉动增大系数。 若根据“ 荷规” 计算 : =3.18 (按钢结构取用) 塔顶部:v=0.873,z=1.0 z=1.67+1.77-1.6760-50(52.5- 50)1.7 距地面 10 m 处: v=0.72,z=1.0,z=1.00 则,塔顶部:z=1+vzz=2.63 距地面 10 m 处: z=1+vzz=3.29 式中,v 脉动影响系数;z 为振型 系数;其他系数含义同前述。 按照上述所得结论，在计算总体 的水平荷载过程中，如果偏差是 137.41-127.45127.45=7.8%,就能够满足 设计过程中要求的精确度；在计算总力 矩的过程中，如果偏差是 4 112-3 5143 514=17%,则处于偏大的数值。这里由于 涉及到设备的重要性，所以应该采用比 较保守的“高规 ”中的计算结果。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 图 1 塔基础平面布置 2 对抗震设防区中的塔基础进行 分析和计算 如果处在地震区的话，其抗震设 防的烈度若不大于 7 度，可以不必计算 那些高度比较低、质量比较差的塔的地 震作用，只需要满足抗震的构建措施就 行。如果抗震设防烈度在 8 度（包括 8 度）以上，就应该考虑到水平和竖向上 的地震作用。对于烈度比较低的地区， 其塔体的质量比较小，所产生的地震效 应也相应较小，在计算的过程中，含地 震的组合在一般情况下是不起控制作用 的。这时塔体会处于最不利的工况中， 会进行停产检修。而高塔基础的总重会 相对较小，风荷载会处于不变的状态中， 这种情况是非常不利的，极容易出现倾 覆的现象。 如图 1 所示，塔联合结构的基础 是 3，采用的是桩基础。对于塔二来说， 按照石油化工对于构筑物抗震设计的 具体规范(SH/T 3147-2004)(以下简称 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 “石抗规”)的规定，通过底部剪力法对地 震作用进行计算的话，一般计算的简图 会选取单质点，如果(SH/T 3147-2004) (以下简称“石抗规”)，则水平地震的计 算公式为：FEK=1Geq 1: 5Tg0.55 max=0.08 1=202-1(T- 5Tg)max=0.0168 在公式中，1 是在机构基本子真 的周期内，水平地震的影响系数值； max 是水平地震影响系数中的最大值； 是衰减系数；Geq 是结构等效的总重 力荷载值；Tg 是特征周期值； 是阻尼 比；FEK 是结构中总水平地震作用的具 体标准值；1 是在直线下降段里具体的 下降斜率的调整系数；2 是具体的阻尼 调整系数。 按照“ 塔规” 可以把三塔的作 用进行具体的效应组合，在表 1 和表 2 中详细表述。根据上述结果，表 3 显示 的是对塔基础最不利的组合。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 表 1 荷载标准组合 荷载组合工况 Nk/kNVk/kNMk/(kNm) 正常操作 2040304 9243 充水试压(w0=015kN/m2) 3380118 3676 停产检修 945304 9243 表 2 荷载基本组合 荷载组合工况 N/kNV/kNM/(kNm) 正常操作 2448 425 12940 充水试压 3823 1655146 停产检修 945 426 12946 正常操作+水平地震+竖向地震 2489 1303717 正常操作+水平地震-竖向地震 2408 1303717 表 3 塔基础最不利的基本组合 荷载组合工况 N/kN V/kN M/(kNm) -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 停产检修 945426 12946 在以上组合里，地震作用都没有 参与到其中，相对于那些轻而高的塔设 备，停产检修阶段往往会出现控制荷载。 3 对塔基础的地脚螺栓具有的性 能进行比较 对于塔基础使用的地脚螺栓，一 般设备的制作厂家会专门提供，具体的 螺栓直径是经过专业的计算之后确定的。 锚栓的直径一般都在 M22 与 M64 之间。 螺栓的中心跟基础边缘之间应该保持超 出 4d 并且不小于 150mm，其中 d 是螺 栓的直径。螺栓有多种形式，例如直钩 式、带套管式、爪钩式以及锚板式等。 对于地脚螺栓具体的埋深，要根据地脚 螺栓的型式进行确定。冶金建筑研究院 分别对三种直径各不相同的锚栓和混凝 土的具体粘结力进行实验，通过实验结 果可以知道： （1）对于直钩式螺栓，其破坏 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 的具体表现为混凝土的劈裂，锚固的长 度应该不小于 25d；（2）若爪钩式螺栓 将锚固的长度定为 10d，则试件如果在 螺栓被拉断发生了一定程度的损坏时， 混凝土是不会出现损坏的；若将爪支的 直径定为小于 10 mm，那么锚固的强 度会随之降低，并且会造成混凝土的损 坏。因此，对于爪钩式螺栓来说，在设 置锚固长度时应该不小于 15d；（3）若 把锚板式螺栓的锚固深度设置成 10d， 这时锚板式螺栓征途的极限抗拔力会远 远超出螺栓材料的整体抗拔拉力的强度。 所以，当螺栓的锚固长度设置为不小于 15d、锚栓的直径要比 32 大时，其锚固 的长度可以设置为 20d。 按照上述的实验，通过结合实验 的结果以及抗震构造的具体措施可以知 道，在确定锚板式和爪钩式的地脚螺栓 时，其锚固的长度应该大于等于 d(Q235 钢) 或 23d(Q345 钢) ；而直钩式 螺栓的锚固长度应该大于等于 30d(Q235 钢)或 35d(Q345 钢) 。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 根据相关的规定，选择螺栓的材 质时，质量等级必须达到 A 级或者 A 级以上，螺栓在工作时温度若小于等于 -20，那么选用材质的质量等级必须 在 B 级以上。此外螺栓的垫板厚度应该 是其直径的 0.45 倍以上。在安装地脚螺 栓之前，应该清除其表面的一些污渍， 如果不及时清理，会很容易将螺栓跟混 凝土之间的销栓力以及握裹力