石油化工構筑物抗震設計規(guī)范講座

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石油化工構筑物抗震設計規(guī)范講座,,,《石油化工構筑物抗震規(guī)范》（SH/T3147-2004）編制是根據國標《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）和《構筑物抗震設計規(guī)范》（GB191-1993）有關章節(jié)，結合石油化工構筑物的特殊性編制的，隨著近幾年來世界各地發(fā)生地震的情況，特別是汶川地震后對構筑物的破壞情況的調查，必將對現有規(guī)范作一些調整，補充。,一、構筑物分類,原規(guī)范按S43069分類，現在應按國標《石油化工建構筑物抗震設防分類標準》（GB50453-2008），這本規(guī)范劃分比較詳細，把原有建筑物和構筑物二本規(guī)范進行了合并、具體化，即區(qū)分不同裝置內的各類建筑物、構筑物，還補充了化工生產裝置，化纖生產裝置，輔助生產及公用工程等設施的內容，各類建筑物可劃分為甲、乙、丙、丁類，目前石油化工企業(yè)均無甲類建（構）筑物。 建筑物分類是按重要性，生產介質來劃分，如主控室、壓縮機廠房、輕油泵房等劃為乙類，其余大多數劃分為丙類，主風機廠房雖然生產中沒有可燃氣體，但由于其重要性，仍劃為乙類，輕油泵房雖然廠房規(guī)模不大，但由于生產過程中使用可燃易爆介質，仍劃分為乙類。構筑物的劃分，主要根據設備重要性，生產介質和設備高度綜合考慮，以煉油生產裝置為例，分成9類：,1.框架類：兩器，三旋，加氫反應器框架、重整反應器框架、重整再生框架，焦碳塔架，其它高懸重心框架劃分為乙類，其它均為丙類。 2.塔爐設備基礎：    構架式塔基礎 乙類    落地式塔基礎（塔高H≥80m）          乙類                           （塔高H≤80m）         丙類 3.鋼筋混凝土煙囪（H≥100m）             乙類                             （H≤100m）            丙類 4.動力機器基礎：   構架式                                                乙類   大塊式、墻式                                     丙類   其它動力基礎（含泵）                       丙類 5.臥式設備基礎及容器    高壓冷換設備基礎                             乙類    一般冷換設備基礎、構架式容器        丙類    容器基礎                                            丙類 6.壓力容器基礎：    球罐基礎                                            乙類    壓力儲罐基礎                                     乙類 7、池類                                                  丙類 8、管墩                                                  丙類 9、其它（管溝、井、過橋、地下井類） 丁類,從上看既有合理性，亦有不合理處，例塔爐基礎只要是構架式塔基礎，不論塔的高度，均為乙類。,二、地震作用計算,目前抗震計算主要有三種方法，即振型分解反應譜法，底部剪力法和時程分析法。 振型分解法：適用于多位點體系，計算較精確，但工作量大，需計算結構的自振頻率和振型。 底部剪力法：單層或多層等建構筑物在地震作用下僅發(fā)生基本振型振動，或者發(fā)生以基本振型為主的振動，或者側移形態(tài)可以采用一個既定曲線圖形或某一規(guī)律來代表，這些僅按唯一形態(tài)撓曲的結構，由于各部位相對位移的比值在任何時刻是相同的，不同時刻結構各點位移以同一比例放大或縮小，宛如一個剛體作單自由度運動，從而使原來的多自由度體系簡化為廣義單自由度運動。任何時刻，只要知道結構上某一點位移，其它各點位移就能確定。因此這類結構在地震作用下的強迫振動只有一個位移未知量，作用于構筑物上各個部位上的地震作用將因一個數值的確定而整個地被確定，這樣減少了計算工作量。,,時程分析法：由于反應譜法不能很好符合不同工程地點的實際地質環(huán)境，場地條件及地基土特征，從而引起計算地震荷載可能偏差較大，也不能很好反應場地各個土層的動力影響，且反應譜法僅是最大值的包絡圖，有時不能找出結構薄弱部位，當結構進入彈塑性階段時，此法誤差較大，從而引出時程分析法，在數學上亦稱步步積分法，或直接動力法。,抗震計算方法的選用：,底部剪力法：高度（含支承設備的高度）不超過65mm，且質量和剛度分布比較均勻的結構，以及近似單質點體系。例如：塔基礎、兩器框架等，抗震規(guī)范（國標）為不超過40m，以剪切變形為主，且質量和剛度、高度分布較均勻的結構，以及近似單質點體系的結構。 振型分解反應譜法：除上述外的結構。 時程分析法：甲類構筑物或規(guī)范另有規(guī)定的構筑物，除應用底部剪力法或振型分解反應譜法外，尚應用此法進行補充計算。,三、鋼筋混凝土框架設計,應在結構單元的二個互軸方向分別計算水平地震作用，并進行抗震驗算，各方向的的水平地震作用，應全部由該方向的抗側移構件承擔。 因此，框架設計應做到：,a.二個方向均應為剛接，過去做法一般為橫向剛接，縱向框架為鉸接或連續(xù)梁，今后均應做成剛接，因為超靜定結構有利于抗震。 b.斷面是決定因素，較大斷面有利于抗剪和防止位移超值，相對于配筋而言，斷面增加比鋼筋增加起作用更大。 c.應考慮角柱雙向偏心受壓，尤其是二個方向均為單跨的結構，更應注意，例如兩器框架，當計算一個方向的地震作用內力時，尚應考慮另一方向由于設備自重，外加偏心荷載作用下引起的內力，因此角柱存在雙向彎矩，軸力和水平力，即應按混凝土結構設計規(guī)范中第7.3.14條驗算。否則可能留下隱患，不能因為計算麻煩而取消計算，還應樹立這樣一個概念，即許多框架投產后，未經歷過地震，現在不出事，不等于將來不出事。 d.抗震結構中的鋼筋使用，根據抗震規(guī)范3.9.3條，縱向受力鋼筋宜選用符合抗震性能指標的HRB400級熱軋鋼筋，也可采用符合抗震性能指標的HRB335級熱軋鋼筋，這種鋼筋可按（GB1499.2-2007），《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》中7.3.3條，有較高的抗震結構適用牌號為表1中鋼筋已有牌號后加E，如HRB400E，HRBF400E,表1　鋼筋牌號及構成（GB1499.2-2007）,表2　鋼筋力學指標,直徑28mm~40mm各牌號鋼筋的斷后伸長率A可降低1%；直徑大于40mm各牌號鋼筋的斷后伸長率A可降低2%。 有較高要求的抗震結構適用牌號為：在表1中已有牌號后加E（例如：HRB400E、HRBF400E）的鋼筋。該類鋼筋除應滿足以下a)、b)、C）的要求外，其他要求與相對應的已有牌號鋼筋相同。 鋼筋實測抗拉強度與實測屈服強度之比Rom/RoeL不小于1.25。 鋼筋實測屈服強度與表6規(guī)定的屈服強度特征值之比RoeL/ReL不大于1.30。 鋼筋的最大力總伸長率Agt不小于9%。 注：Rom為鋼筋實測抗拉強度；RoeL為鋼筋實測屈服強度。 今后在高烈度區(qū)，如八度、重要結構如兩器框架，可考慮選用。,四、地震作用分項系數,原國標抗震規(guī)范中地震作用分項系數，當同時計算水平與豎向地震作用時VEh＝1.3，VEV＝0.5，當用于構筑物時，應分成二項。 當水平地震作用為主時　VEh＝1.3，VEV＝0.5 當豎向地震作用為主時　VEh＝0.5，VEV＝1.3 這是因為對大跨度，大懸臂結構，震害表明，豎向地震作用比較顯著，這在新編國標建筑抗震規(guī)范工作修改。,五、現澆鋼筋混凝土框架抗震等級，對六度區(qū)已作局部調整，見表3,表3　現澆鋼筋混凝土框架結構抗震等級,表中數值為原國標抗震規(guī)范。,新編抗震規(guī)范則更為嚴格，6至8度區(qū)框架結構按高度24m分界，框架-剪力墻結構亦作如下修改，詳見表4,六、鋼結構框排架,鋼結構應優(yōu)先采用框架-支撐結構，連梁要優(yōu)先考慮采用剛連方案。 有設備的平臺或頂層優(yōu)先考慮設水平支撐。水平支撐可設在梁底部，但支撐桿端部宜與該層框架梁的腹板和下翼同相連。水平支撐布置與豎向支撐應相協調。 鋼排架構筑縱向抗側力體系宜采用柱間支撐，當條件限制時，也可采用剛架結構。 各層鋼框架梁，斷面盡量剛度不要相差太懸殊，以便變形協調。,七、管架,縱向較長的管架應設溫度縫，每個溫度區(qū)段中部應設置縱向上下柱向支撐。 帶有空冷的管架，其兩側相鄰管架要考慮將來二側有增加空冷的可能，因此相鄰縱向2~3柱距內管架柱斷面不應太小，并考慮將來有伸上去的可能，尚應注意節(jié)點連接，尤其是鋼筋混凝土管架預埋件的錨固，必須進行計算。,八、煙囪,磚煙囪自振周期應注意荷載規(guī)范給出的公式和煙囪設計規(guī)范不同，煙囪規(guī)范計算自振周期較大，當以風荷載為主時，計算有利，當在高烈度區(qū)，計算出地震力可能偏小，鋼筋混凝土煙囪存在同樣的問題。 高度不超過60m的磚煙囪自振周期 T1＝0.23+0.22×10-2  H2 /d                                    荷載規(guī)范 T1＝0.26+0.24×10-2  H2 /d                                    煙囪規(guī)范 高度不超過150m的鋼筋混凝土煙囪自振周期 T2＝0.41+0.10×10-2  H2 /d　　　　　　　　　　荷載規(guī)范 T2＝0.45+0.22×11-2  H2 /d　　　　　　　　　　煙囪規(guī)范 高度超過150m，但低于210m的鋼筋混凝土煙囪自振周期 T＝0.53+0.08×11-2  H2 /d　　　　　　　　　　  荷載規(guī)范 T＝0.53+0.081×11-2  H2 /d　　　　　　　　　　煙囪規(guī)范,九、框排架中填充墻和圍護墻,框排架結構中填充墻一般用粘土磚或空心磚，由于它與鋼筋混凝土材料不同，在地震中，相互共同作用不很明顯，當采用實心磚時，應嵌砌在框架平面內，因為它有一定的抗側力作用，柱與墻應有很好的接接構造措施。圍護墻宜放置在排架外側，宜采用空心磚或其它材質墻體，從汶川地震震害調查報告來看砌體結構震害整體高于框架結構，裝配式鋼筋混凝土結構高于現澆結構。墻體破壞有二個原因，一是墻體材質較差，抗剪能力較差，二是與柱梁缺乏可靠連接，特別是墻體較高或墻體較長時，因此適當增加構造柱與圈梁，特別是較大門墻洞口處增加水平圈梁和構造柱，能起到結構的第二道抗震防線作用，此外，墻體應有梁承重，并與梁底可靠拉結為宜，底層磚砌體宜有地基梁承重，盡量不做自承重結構。 作為樓梯間四側應設構造柱，并從基礎開始一直伸到頂層，不應中間斷開。,十、其它一些說明,1.構造配筋與最小配筋率   構造配筋分以下幾種情況： a、為防止混凝土結構表面產生裂縫，而適當配置的表面鋼筋，如較大的泵基礎，大塊或動力基礎。 b、考慮建筑外形需要，當有較大斷面時受力并不需要而配置的外表面及側面鋼筋。 c、考慮構件的重要性而配置的鋼筋，如動力基礎，頂板直徑為16~18mm，間距為200~250mm，側面配?16鋼筋間距為250~300mm，同時對梁、柱規(guī)定了受力鋼筋和箍筋的直徑，抗震規(guī)范同樣有此規(guī)定。因此構造配筋不同于最小配筋率。       最小配筋率是指在受力情況下，為了安全而配置的最小鋼筋量，在不同情況下有不同要求，如鋼筋混凝土結構在抗震情況下，縱向受力鋼筋配筋率遠大于一般情況下的配筋率。             最小配筋率在地基規(guī)范并無說明，因為有以下幾點：當為剛性基礎時，基礎可不配筋；其次對于臺階式基礎，是取邊緣高度還是最大高度，還是平均高度來計算最小配筋率，相差較大，因此基礎規(guī)范中規(guī)定擴展式基礎配筋應按抗彎計算確定并非按最小配筋率計算，而按基礎受力鋼筋最小直徑不宜小于10mm，間距在100mm至200mm之間。對于大塊式動力基礎配筋，均應按構造配，沒有最小配筋率概念。,2、設計使用年限       應注意設計基準期是指確定可變作用及與時間有關的材料性能等取值而使用的時間參數，一般為50年（即設計時考慮荷載作用的統計參數，均是按此基準期確定的）       設計基準期不同于設計使用年限。       設計使用年限是指設計規(guī)定的結構或結構構件在正常設計，正常施工，正常使用和一般維護下不需進行大修所應達到的使用年限。       設計使用年限不同于建（構）筑物的使用壽命。       同一建筑中，并非所有構件用同一使用年限。       結構和地基基礎可有不同的設計使用年限。       因此圖紙中應正確寫明結構和基礎使用年限，不應寫設計基準期。,3、后澆帶作用       釋放混凝土硬化過程中的收縮應力，控制裂縫。過去后澆帶中鋼筋，用于梁時焊接，板墻為搭接，20世紀90年代后，鋼筋可連續(xù)。此外，現有圖集中后澆帶增設加強筋，這是沒有必要的，因為增大約束，喪失后澆帶作用。 4、關于總公司規(guī)范寫法問題      今后凡選用2000年以前的標準寫法如SHXX-88等一定要寫SHXX-1988。 5、關于鋼軌材質      分鐵路用用鋼軌及起重機用鋼軌，許多是一致，其中38~50kg/m的鋼軌既適用鐵道，變也適用于起重機，它的鋼號有U71、U74、U71Cu、U71Mn、U70MnS、U71MnSiCu、共6種。      單獨用于起重機的鋼軌分QU70、QU80、QU100、QU120，其材質鋼號為U71Mn      輕軌分為9kg/m，12 kg/m，15 kg/m，22 kg/m，30 kg/m，其鋼類分碳素鋼（50Q、55Q）和低合金鋼（45SiMnP，50 SiMnP，36CuCrP），目前尚生產8kg/m，11 kg/m，18 kg/m，24 kg/m鋼軌。,