浅析压缩机排架厂房的设计

杨 蕾

（唐山三友化工工程设计有限公司，河北 丰南 0 6 3 3 0 5）

浅析压缩机排架厂房的设计

杨 蕾

（唐山三友化工工程设计有限公司，河北 丰南 0 6 3 3 0 5）

介绍了我公司二氧化碳压缩机排架厂房的设计要点及相关抗震要求，减小压缩机厂房震动的措施，为压缩机排架厂房的设计提供参考。

压缩机；排架厂房；设计；纯碱

在纯碱生产装置二氧化碳压缩机厂房结构设计时，应根据工艺布置的要求、压缩机的动力特性和工程地质条件等原始资料采用技术先进、经济合理、安全适用的结构设计方案。

三友化工股份公司在进行扩建时，出于对压缩机的安全生产、提高工作效率和使用寿命诸方面的考虑，对其厂房形式采用排架结构封闭式厂房，并安装了吊车以便大修期间维修方便，这对于降低机器的运行功耗，有着重要的意义和巨大的经济效益。这次扩建的厂房跨度为1 9m，柱距6.6m，长度为2 1.2 9m，内设重级工作制1 6／8 tQ D型桥式起重机。

二氧化碳压缩机厂房属于戊类厂房，防火等级二级。因厂房采用钢结构时，其承重钢柱宜外包细石混凝土防火层，考虑到施工所以本次设计时采用了混凝土排架柱、钢梁的结构形式，钢梁及屋顶等构件采取防火涂料保护，排架柱与钢梁的连接设计成铰接。

1 屋盖结构方案的确定

本次厂房设计成封闭式厂房，在厂房内有2台强振动的压缩机，钢梁抗震性能好，采用焊接H型钢，再适度加强其支撑系统，保证了屋面杆件的稳定性和屋盖的整体刚度，根据厂房的防火要求，顶棚应尽量平整，屋面坡度宜取1／8～1／2 0，且各榀钢梁之间通过足够且必要的水平支撑及系杆连成一个稳固的整体，从而保证了屋盖结构体系具有足够的刚度、强度和稳定性。

1）檩条的设计

在屋面檩条的设计中，应考虑风荷载的影响。当风荷载为正风压时，C型冷弯型钢上翼缘为受压翼缘，铺设在上翼缘上并与其牢固相连的屋面彩钢夹芯复合板，可以起到阻止受压翼缘侧向位移的作用，因此不必验算檩条的整体稳定性。当风荷载为负风压且大于屋面永久荷载时，檩条在这两种荷载的联合作用下将出现上翼缘受拉，下翼缘受压的情况，这时的屋面板不能起到阻止受压翼缘侧向位移的作用，因此应验算C型檩条在这种荷载组合作用下的整体稳定性，并且满足冷弯薄壁型钢结构技术规范的要求。

2）屋面支撑及系杆的设计

本设计屋面水平支撑设计为压杆支撑，设置的最佳位置应考虑到屋面梁间和柱间水平支撑须设在同一开间，所以在端跨及中间跨均设置了水平支撑。

刚性系杆构件主要选用型钢和钢管，与刚架通过螺栓铰接，设置主要考虑在刚架转角和屋脊联结处。另外，刚性系杆的间距主要取决于刚架构件的出平面稳定性要求，一般应为：在刚架斜梁上1 2～1 8m之间，在刚架柱上约8m左右，否则应考虑在其间增设。而刚度较大的吊车梁等均可作为刚性系杆考虑。

2 排架的设计

1）计算模型的确定

本次压缩机厂房设计中，柱顶标高为1 5.6m，牛腿标高为9.7m，厂房设有重级工作制1 6／8tQ D型桥式起重机。计算时柱下端嵌固于基础中，固定端位于基础顶面；且柱顶与屋面梁设为铰接，只能传递竖向轴力和水平剪力，不能传递弯矩；屋面梁为轴向刚度很大的刚性杆，经计算满足规范要求，计算模型如图1，下柱高度1 1m，上柱高度5.9 0m。

2）荷载的统计

作用于厂房横向排架上的荷载有恒荷载和活荷载两类。恒荷载一般包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重、吊车梁与轨道联结件等自重以及由支承在柱牛腿上的连系梁传来的围护结构等自重。活荷载一般包括屋面活荷载、吊车竖向荷载、吊车横向水平荷载、横向的均布风荷载及作用于排架柱顶的集中风荷载等。

3）内力分析

图1 排架计算模型

单层厂房结构是由屋盖结构、排架柱、山墙、吊车梁和连系梁等构件组成的整体空间结构。当某榀横向排架受到荷载作用时，不仅该排架受力产生位移，而且其他排架也参与受力产生位移，从而使直接受荷排架承受的力减少。这种排架与排架之间的相互关联作用称为厂房的整体空间作用。对吊车荷载等局部荷载，厂房的整体空间作用较均布荷载要大。因此，在厂房的设计中，当需要考虑整体空间作用的有利影响时，仅对吊车荷载而言。当不考虑厂房的整体空间作用时，单层厂房的横向排架是一个承受多种荷载作用、具有变截面柱的平面结构。为了确定排架柱在可能同时出现的荷载作用下的截面最不利内力，一般需先对各种荷载单独作用下的排架进行内力分析。对单跨排架，通常需考虑如下8种单独作用的荷载情况：

①荷载（屋盖自重、上柱及下柱自重等）。

②屋面活荷载。

③吊车竖向荷载Dmax作用于A柱，Dmin作用于B柱。

④吊车竖向荷载Dmim作用于A柱，Dmax作用于B柱。

⑤吊车水平荷载Tmax作用于A、B柱，方向由左向右。

⑥吊车水平荷载Tmax作用于A、B柱，方向由右向左。

⑦风荷载由左向右作用。

⑧风荷载由右向左作用。

4）内力组合应注意的问题

①恒荷载参与每一种组合。

②吊车竖向荷载Dmax作用于A柱和Dmin作用于A柱，只能选其中一种参与组合。

③吊车水平荷载Tmax作用方向向右与向左只能选其中一种参与组合。

④有吊车竖向荷载Dmax（Dmin）应同时考虑吊车水平荷载Tmax作用的可能。

⑤风荷载作用方向向右与向左只能选其中一种参与组合。

⑥组合Nmax或Nmin项时，对于轴向力为零，而弯矩不为零的荷载（如风荷载）也应考虑参与组合。

综上所述，横向平面排架结构一般采用力法进行结构内力分析。对于等高排架，亦可采用剪力分配法计算内力，其实质是按柱的抗剪刚度比例分配水平力。

3 抗震设计

由于该厂房位于设防烈度为8度的地区，需按照抗震设计基本要求和抗震构造措施进行抗震设计。一般需满足下列要求：

3.1 抗震结构体系

厂房的抗震结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；还宜有多道抗震防线，避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力；同一结构单元宜采用同一类型的基础，同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上。

3.2 抗震结构构件的设计原则

1）合理选择构件尺寸和配筋，避免剪切先于弯曲破坏、混凝土的压碎先于钢筋的屈服，以及钢筋锚固的失效先于构件的破坏；

2）合理设计构件间的连接构造，使得连接节点的承载力不低于其连接构件的承载力，预埋件的锚固承载力不低于连接件的承载力；

3）采用延性较好强度较高的结构材料。

3.3 单层厂房的主要结构构件

1）屋面板——应与屋架可靠连接，这是保证屋盖整体性的第一道防线；将垂直屋架方向相邻大型屋面板的顶面彼此连接，这是保证屋盖整体性第二道防线。

2）柱——宜采用矩形、工字形截面或斜腹杆双肢柱。其抗震构造措施有：①柱顶与屋架连接，还应加强柱顶预埋件的锚固；②加强柱间纵向联系；③山墙柱应在柱顶处设置预埋钢板，使柱顶与端屋架上弦有可靠连接，其节点应具有传递纵向水平地震作用和足够的强度和变形能力；④柱头、上下柱根、牛腿以及可能形成短柱的部位，由于在地震作用下应力状态复杂，需要加密箍筋提高抗剪能力，具体加密要求参见抗震规范的规定。

3）单层结构中的支撑系统

柱间支撑——一般情况下应在单层厂房结构单元的中部设置上、下柱间支撑，作为保证厂房纵向刚度、传递纵向水平地震作用的重要构件。

屋盖支撑——其作用主要是保证并加强屋盖抗震时的整体性，使由屋盖引起的水平地震作用能迅速往下传递，所以屋盖支撑和柱间支撑协调布置，使地震作用的传力路线短捷明确。抗震设计时屋盖支撑的构造做法与非抗震时相同，但设置的数量在某些情况下有所增加。

4）单层厂房结构中的围护墙

一般说来，单层排架厂房结构中围护墙的抗震构造要求有：

①处理好围护墙体与排架结构、山墙柱的连接问题——若为砖墙，沿墙体每隔5 0 0mm与柱内伸出的2φ6钢筋拉接，钢筋伸入墙内不小于6 0 0mm，此外与屋架端部屋面板和天沟板也应有可靠连接；厂房转角处的砖墙应沿两个主轴方向与柱拉结；墙体顶部应设置整体现浇的钢筋混凝土压顶梁。

②在砖围护墙中要设置好现浇钢筋混凝土圈梁——并应在檐口部位设置圈梁。

4 结 语

在压缩机排架厂房结构的工程实践中，设计人员首先必须做好优化设计，选择合理的跨度、柱距，设计最佳的结构方案，并应符合工艺等各专业的布置要求，使压缩机厂房所受的震动影响减到最小，使设计越来越趋于合理。

［1］ HG 2 0 6 7 3－2 0 0 5压缩机厂房建筑设计规定［S］

［2］ G B 5 0 0 1－2 0 1 0建筑抗震设计规范［S］

［3］ 沈蒲生.混凝土结构设计［M］.北京：高等教育出版社，2 0 0 8

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