高耸落地反应器构架计算要点简述

朱 丹

(中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471000)

1 概述

高耸落地反应器构架的特点是反应器落地，构架只支撑上部平台及楼梯。一些装置中，因为工艺需要，反应器构架很高，有的高达几十米，加之装置所在地的基本风压比较高，这种高耸的反应器构架较之一般的构架计算过程中有几点需要特别注意，比如框架风荷载计算、梁柱选型及斜撑布置、框架柱地脚螺栓计算、基础计算等，本文结合工程实例只对以上几点做简单介绍。

工程概况:中国石油独山子石化200×104t/年加氢裂化装置中构-101，跨度9 m×9 m;高度53.29 m，共17层平台;梁、柱和支撑采用高强螺栓连接。基础为筏板基础，埋深2.5 m。

2 框架风荷载计算

框架每层节点上的风荷载标准值依SH 3077-96石油化工企业钢结构冷换框架设计规范可近似按下式计算:

其中，A1，A2，A3，A4，A5分别为梁、柱、斜撑、栏杆和设备的折算挡风面积;WZ为当地的基本风压;μZ为风压高度变化系数，需特别注意的是风振系数βZ，因高耸反应器构架一般均满足“高度大于30 m及高宽比不小于1.5”这两个条件，按照现行GB 50009-2001建筑结构荷载规范(2006年版)规定，按下式计算:

其中，脉动增大系数ξ按《建筑结构荷载规范》中表7.4.3确定;脉动影响系数υ按《建筑结构荷载规范》中表7.4.4-1确定;振型系数φZ根据相对高度Z/H按《建筑结构荷载规范》中附表F.1.1采用，对顺风向响应仅考虑第1振型的影响。

这样，计算出每榀框架每层节点上的风荷载标准值，同时计算出每层风荷载对柱底产生的弯矩标准值及风荷载对柱底产生的总弯矩标准值，以便以后计算基础时引用。

3 梁柱选型及斜撑布置

高耸反应器构架的柱一般选用宽翼缘的焊接H型钢，梁一般选用中翼缘的轧制H型钢，具体型号经PKPM计算后确定。因为反应器构架上的竖向荷载较小，而水平风荷载较大，所以计算所需梁的型号较小而柱的型号较大，但适当加大梁的型号，可降低柱断面应力。高耸反应器构架一般四面均布置斜撑，斜撑形式有十字撑、八字撑、倒八字撑，一般斜撑的布置由主体专业确定。在结构设计中，我们应注意:斜撑的长细比要满足要求，压杆为1/150;斜撑与梁的夹角最好在30°～60°之间，这样才能起到传递水平力的作用;在用PKPM计算时，钢柱计算长度计算方法要按无侧移框架计算，因为加了斜撑;在螺栓连接的钢结构中斜撑的轴力要小于高强螺栓连接节点的承载力。

4 框架柱地脚螺栓计算

高耸反应器构架计算地脚螺栓的控制内力一般是拉力和弯矩的组合而不是压力和弯矩的组合。地脚螺栓应按下式计算:

一侧螺栓承受最大拉力:

每个螺栓承受最大拉力:

其中，n为一侧螺栓的个数。计算简图见图1。

图1 计算简图

5 基础计算

因为上部结构竖向荷载较小而水平荷载较大，高耸反应器构架的柱基础也较大，加之高而重的反应器基础也很大，所以反应器构架和反应器做成联合的筏板基础。这样，上部荷载向基底导算成为计算基础时的关键所在。反应器基础采用CTCAD 2002独立塔基础计算机辅助设计计算，取“基顶荷载效应标准组合”一组中的反力参与筏板基础的计算。将反应器构架视为一悬臂构件，计算竖向荷载、风荷载、水平地震荷载、竖向地震荷载分别作用时的构架底部反力。竖向荷载计算较简单，这里不作详细介绍;荷载产生的反力即为框架计算时柱底风荷载效应的两倍;地震荷载计算采用底部剪力法计算。底板反力计算见表1。

图2 垂直荷载布置图

表1 底板反力计算

各分项荷载效应已知后，需进行荷载组合，这是基础计算时非常关键的一步。本工程荷载组合如图2所示。

表1中，冲水试压时基本风压取为0.15 kN/m2，地震作用时风荷载组合值系数取0.2。“水平地震为主+竖向地震”组合，竖向地震荷载的组合值系数为0.5/1.3，“水平地震+竖向地震为主”组合，水平地震荷载的组合值系数为0.5/1.3。

6 结语

高耸反应器构架结构较简单，但计算时涉及的内容较多，通过设计，增强了对于规范的理解和运用。

[1]GB 50009-2001，建筑结构荷载规范[S].

[2]GB 50011-2001，建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[4]SH 3077-96，石油化工企业钢结构冷换框架设计规范[S].