石油化工塔型设备基础风荷载计算

王 文 焘

(中国石化工程建设有限公司，北京　100101)



石油化工塔型设备基础风荷载计算

王 文 焘

(中国石化工程建设有限公司，北京100101)

介绍了石油化工塔型设备基础在计算风荷载时，不同规范对风荷载体型系数取值的要求，并对多塔相互干扰增大系数与上游专业荷载进行了分析，得出了一些有应用价值的结论。

塔型设备，风荷载，体型系数，风向

0　引言

随着石油化工行业的发展，装置产能不断提升，塔型设备的高度不断增大。根据SH/T3030—2009石油化工塔型设备基础设计规范[1](以下简称《国标》)进行计算时，对于高度较大的塔，空重下风荷载作用常常成为控制工况。本文试归纳目前设计中影响塔基础风荷载计算的以下因素：风荷载体型系数、多塔相互干扰增大系数及上游专业放大后的荷载条件。

1　风荷载体型系数

将《行标》与GB50105—2006高耸结构设计规范[2](以下简称《国标》)中风荷载标准值计算公式进行对比。在统一量纲后，两本规范的不同之处在于对体型系数的规定：其中《行标》为式(1)：

qwk=βzμsμz(1+μe)(D0+2δ2)w0

(1)

其中，体型系数为μs(1+μe)，μs选自GB50009—2012建筑结构荷载规范[3]，μe选自《行标》中表1塔型设备风荷载扩大系数。

表1　塔型设备风荷载扩大系数μe

《国标》为式(2)：

wk=βzμsμzw0

(2)

其中，μs选自表2第9项次“石油化工塔型设备”。

表2　石油化工塔型设备结构体型及体型系数表

以直径为3m的带独立平台(有直梯)的塔为例进行比较。《行标》的塔型设备风荷载扩大系数μe=0.2，体型系数取自荷载规范表8.3.1项次37，μs=0.6，最终体型系数μs(1+μe)=0.6×(1+0.2)=0.72。《国标》的体型系数为μs=0.92。体型系数的变化直接表现为风荷载及结构内力的变化。按两本规范分别计算时，风荷载《国标》比《行标》大27.8%。

2　多塔相互干扰增大系数

1965年英国渡桥电厂冷却塔群中，处于下风向的三座塔在五年一遇的大风中发生倒塌，引起人们对塔风荷载和群体干扰效应的极大关注(见图1)。

顾志福[4]、沈国辉[5]等进行了双塔风洞试验，分析指出两个相邻塔风荷载的相互作用随风向角不同而变化很大。前塔对后塔的影响要比后塔对前塔大得多。在石油化工行业中，多塔情况比较常见。

根据建筑结构荷载规范7.3.2及相关条文说明，当多个建筑，特别是群集的高层建筑，相互间较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应，一般可将单独建筑物的体型系数μs乘以相互干扰增大系数。当两建筑间距大于7.5倍迎风面时，可不考虑相互影响。

张相庭《工程抗风设计计算手册》[6]第53页指出，在一般情况下，邻近建筑高度等于或大于所讨论建筑高度一半以上的，应该考虑建筑群对风载体型系数的影响。著者通过风洞试验，经过分析得出三点结论，其中前两点与本文所讨论问题相关：

1)两相邻建筑中，某一建筑的影响以相距某一近距离内(d/b≤3.5或d/H≤0.7)为最大，而该距离的约2倍以上的地方(d/b>7.5或d/H>1.5)，影响可降到很小。

2)由于尾流影响，当相邻建筑轴线与风向相交某一角度θ时，影响为最大，它一般位于尾流区的边缘线，一般在θ=30°～45°。

取工程实例进行说明，塔1高56m，直径3m，其旁侧有塔2高58.5m，直径为3.6m，两塔中心距为6.6m。根据《工程抗风设计计算手册》公式4-3群体体型系数为：

μsm=μsμBF。

其中，相互干扰增大系数μBF=1.5，选自表3考虑顺风向时的不利情况。考虑最不利的相互干扰增大系数后，风荷载下内力将增大50%(见图2)。

表3　相互干扰增大系数μBF

顺风向横风向d/Bd/Hα≤3.5≤0.7A,BC,D≥7.5≥1.5A,BC,D≤2.25≤0.45A,BC,D≥7.5≥1.5A,BC,Dθ0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°1.151.351.451.50～1.801.45～1.751.401.401.301.251.151.101.151.251.30～1.551.25～1.501.201.201.101.101.101.001.30～1.501.10～1.301.00

3　上游专业荷载分析

在空重风荷载作用下，对于较高的塔，其基础多为脱离区控制。此时，塔体竖向荷载为有利作用。若塔体竖向荷载有放大系数时，那么塔基础设计将偏于不安全。建议上游专业所提荷载为不做任何放大的标准值，若要进行估值可提供两个限值的荷载范围为好，以保证塔型设备基础设计的安全性。

4　结语

本篇讨论了石油化工塔型设备基础在计算风荷载时，不同规范对风荷载体型系数规定不同，在计算双塔时考虑多塔相互干扰增大系数等因素的影响。结论如下：1)《行标》与《国标》体型系数取值不同，《国标》要大很多。不同规范取值应当统一，体型系数应通过相应的风洞试验及数值模拟来确定。2)塔型设备基础设计时，需要注意群体相互干扰增大系数，实际工程中两塔间距小于7.5倍塔径的情况经常出现，其中考虑顺风最不利角度30°时风荷载将增大50%，在设计中需要特别注意。3)在空重风荷载作用下塔基础设计时，按放大竖向荷载计算时，由脱离区控制的塔基础将偏于不安全。

[1]SH/T3030—2009，石油化工塔型设备基础设计规范[S].

[2]GB50105—2006，高耸结构设计规范[S].

[3]GB50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[4]顾志福，孙天风，陈强，等.两个相邻冷却塔风荷载的相互作用[J].空气动力学学报，1992，10(4)：519-524.

[5]沈国辉，刘若斐，孙炳楠.双塔情况下冷却塔风荷载的数值模拟[J].浙江大学学报(工学版)，2007，41(6)：1017-1023.

[6]张相庭.工程抗风设计计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

Thecalculationofwindloadinpetrochemicaltowerfoundationdesign

WangWentao

(SINOPEC Engineering Incorporation, Beijing 100101, China)

Thispaperintroducedthevaluerequirementsofdifferentspecificationtowindloadtypecoefficientofpetrochemicaltowertypeequipmentfoundationinwindloadcalculation,andanalyzedthemultitowermutualinterferenceincreasescoefficientandupstreamprofessionalload,gainedsomevaluableconclusions.

towertypeequipment,windload,shapecoefficient,winddirection

1009-6825(2016)23-0051-02

2016-06-04

王文焘(1983- )，男，硕士，工程师

TU312

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