石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范講座
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石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范講座,,,《石油化工構(gòu)筑物抗震規(guī)范》(SH/T3147-2004)編制是根據(jù)國標(biāo)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB191-1993)有關(guān)章節(jié),結(jié)合石油化工構(gòu)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(gòu)筑物的破壞情況的調(diào)查,必將對現(xiàn)有規(guī)范作一些調(diào)整,補(bǔ)充。,一、構(gòu)筑物分類,原規(guī)范按S43069分類,現(xiàn)在應(yīng)按國標(biāo)《石油化工建構(gòu)筑物抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB50453-2008),這本規(guī)范劃分比較詳細(xì),把原有建筑物和構(gòu)筑物二本規(guī)范進(jìn)行了合并、具體化,即區(qū)分不同裝置內(nèi)的各類建筑物、構(gòu)筑物,還補(bǔ)充了化工生產(chǎn)裝置,化纖生產(chǎn)裝置,輔助生產(chǎn)及公用工程等設(shè)施的內(nèi)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(gòu))筑物。 建筑物分類是按重要性,生產(chǎn)介質(zhì)來劃分,如主控室、壓縮機(jī)廠房、輕油泵房等劃為乙類,其余大多數(shù)劃分為丙類,主風(fēng)機(jī)廠房雖然生產(chǎn)中沒有可燃?xì)怏w,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(chǎn)過程中使用可燃易爆介質(zhì),仍劃分為乙類。構(gòu)筑物的劃分,主要根據(jù)設(shè)備重要性,生產(chǎn)介質(zhì)和設(shè)備高度綜合考慮,以煉油生產(chǎn)裝置為例,分成9類:,1.框架類:兩器,三旋,加氫反應(yīng)器框架、重整反應(yīng)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(shè)備基礎(chǔ): 構(gòu)架式塔基礎(chǔ) 乙類 落地式塔基礎(chǔ)(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(jī)器基礎(chǔ): 構(gòu)架式 乙類 大塊式、墻式 丙類 其它動力基礎(chǔ)(含泵) 丙類 5.臥式設(shè)備基礎(chǔ)及容器 高壓冷換設(shè)備基礎(chǔ) 乙類 一般冷換設(shè)備基礎(chǔ)、構(gòu)架式容器 丙類 容器基礎(chǔ) 丙類 6.壓力容器基礎(chǔ): 球罐基礎(chǔ) 乙類 壓力儲罐基礎(chǔ) 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(chǔ)只要是構(gòu)架式塔基礎(chǔ),不論塔的高度,均為乙類。,二、地震作用計(jì)算,目前抗震計(jì)算主要有三種方法,即振型分解反應(yīng)譜法,底部剪力法和時程分析法。 振型分解法:適用于多位點(diǎn)體系,計(jì)算較精確,但工作量大,需計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型。 底部剪力法:單層或多層等建構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)各點(diǎn)位移以同一比例放大或縮小,宛如一個剛體作單自由度運(yùn)動,從而使原來的多自由度體系簡化為廣義單自由度運(yùn)動。任何時刻,只要知道結(jié)構(gòu)上某一點(diǎn)位移,其它各點(diǎn)位移就能確定。因此這類結(jié)構(gòu)在地震作用下的強(qiáng)迫振動只有一個位移未知量,作用于構(gòu)筑物上各個部位上的地震作用將因一個數(shù)值的確定而整個地被確定,這樣減少了計(jì)算工作量。,,時程分析法:由于反應(yīng)譜法不能很好符合不同工程地點(diǎn)的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境,場地條件及地基土特征,從而引起計(jì)算地震荷載可能偏差較大,也不能很好反應(yīng)場地各個土層的動力影響,且反應(yīng)譜法僅是最大值的包絡(luò)圖,有時不能找出結(jié)構(gòu)薄弱部位,當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時,此法誤差較大,從而引出時程分析法,在數(shù)學(xué)上亦稱步步積分法,或直接動力法。,抗震計(jì)算方法的選用:,底部剪力法:高度(含支承設(shè)備的高度)不超過65mm,且質(zhì)量和剛度分布比較均勻的結(jié)構(gòu),以及近似單質(zhì)點(diǎn)體系。例如:塔基礎(chǔ)、兩器框架等,抗震規(guī)范(國標(biāo))為不超過40m,以剪切變形為主,且質(zhì)量和剛度、高度分布較均勻的結(jié)構(gòu),以及近似單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)。 振型分解反應(yīng)譜法:除上述外的結(jié)構(gòu)。 時程分析法:甲類構(gòu)筑物或規(guī)范另有規(guī)定的構(gòu)筑物,除應(yīng)用底部剪力法或振型分解反應(yīng)譜法外,尚應(yīng)用此法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。,三、鋼筋混凝土框架設(shè)計(jì),應(yīng)在結(jié)構(gòu)單元的二個互軸方向分別計(jì)算水平地震作用,并進(jìn)行抗震驗(yàn)算,各方向的的水平地震作用,應(yīng)全部由該方向的抗側(cè)移構(gòu)件承擔(dān)。 因此,框架設(shè)計(jì)應(yīng)做到:,a.二個方向均應(yīng)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(yīng)做成剛接,因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)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(yīng)考慮角柱雙向偏心受壓,尤其是二個方向均為單跨的結(jié)構(gòu),更應(yīng)注意,例如兩器框架,當(dāng)計(jì)算一個方向的地震作用內(nèi)力時,尚應(yīng)考慮另一方向由于設(shè)備自重,外加偏心荷載作用下引起的內(nèi)力,因此角柱存在雙向彎矩,軸力和水平力,即應(yīng)按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中第7.3.14條驗(yàn)算。否則可能留下隱患,不能因?yàn)橛?jì)算麻煩而取消計(jì)算,還應(yīng)樹立這樣一個概念,即許多框架投產(chǎn)后,未經(jīng)歷過地震,現(xiàn)在不出事,不等于將來不出事。 d.抗震結(jié)構(gòu)中的鋼筋使用,根據(jù)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(biāo)的HRB400級熱軋鋼筋,也可采用符合抗震性能指標(biāo)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(jié)構(gòu)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(gòu)成(GB1499.2-2007),表2 鋼筋力學(xué)指標(biāo),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(jié)構(gòu)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(yīng)滿足以下a)、b)、C)的要求外,其他要求與相對應(yīng)的已有牌號鋼筋相同。 鋼筋實(shí)測抗拉強(qiáng)度與實(shí)測屈服強(qiáng)度之比Rom/RoeL不小于1.25。 鋼筋實(shí)測屈服強(qiáng)度與表6規(guī)定的屈服強(qiáng)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(shí)測抗拉強(qiáng)度;RoeL為鋼筋實(shí)測屈服強(qiáng)度。 今后在高烈度區(qū),如八度、重要結(jié)構(gòu)如兩器框架,可考慮選用。,四、地震作用分項(xiàng)系數(shù),原國標(biāo)抗震規(guī)范中地震作用分項(xiàng)系數(shù),當(dāng)同時計(jì)算水平與豎向地震作用時VEh=1.3,VEV=0.5,當(dāng)用于構(gòu)筑物時,應(yīng)分成二項(xiàng)。 當(dāng)水平地震作用為主時 VEh=1.3,VEV=0.5 當(dāng)豎向地震作用為主時 VEh=0.5,VEV=1.3 這是因?yàn)閷Υ罂缍龋髴冶劢Y(jié)構(gòu),震害表明,豎向地震作用比較顯著,這在新編國標(biāo)建筑抗震規(guī)范工作修改。,五、現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架抗震等級,對六度區(qū)已作局部調(diào)整,見表3,表3 現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震等級,表中數(shù)值為原國標(biāo)抗震規(guī)范。,新編抗震規(guī)范則更為嚴(yán)格,6至8度區(qū)框架結(jié)構(gòu)按高度24m分界,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)亦作如下修改,詳見表4,六、鋼結(jié)構(gòu)框排架,鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用框架-支撐結(jié)構(gòu),連梁要優(yōu)先考慮采用剛連方案。 有設(shè)備的平臺或頂層優(yōu)先考慮設(shè)水平支撐。水平支撐可設(shè)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(yīng)相協(xié)調(diào)。 鋼排架構(gòu)筑縱向抗側(cè)力體系宜采用柱間支撐,當(dāng)條件限制時,也可采用剛架結(jié)構(gòu)。 各層鋼框架梁,斷面盡量剛度不要相差太懸殊,以便變形協(xié)調(diào)。,七、管架,縱向較長的管架應(yīng)設(shè)溫度縫,每個溫度區(qū)段中部應(yīng)設(shè)置縱向上下柱向支撐。 帶有空冷的管架,其兩側(cè)相鄰管架要考慮將來二側(cè)有增加空冷的可能,因此相鄰縱向2~3柱距內(nèi)管架柱斷面不應(yīng)太小,并考慮將來有伸上去的可能,尚應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)連接,尤其是鋼筋混凝土管架預(yù)埋件的錨固,必須進(jìn)行計(jì)算。,八、煙囪,磚煙囪自振周期應(yīng)注意荷載規(guī)范給出的公式和煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范不同,煙囪規(guī)范計(jì)算自振周期較大,當(dāng)以風(fēng)荷載為主時,計(jì)算有利,當(dāng)在高烈度區(qū),計(jì)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(hù)墻,框排架結(jié)構(gòu)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(dāng)采用實(shí)心磚時,應(yīng)嵌砌在框架平面內(nèi),因?yàn)樗幸欢ǖ目箓?cè)力作用,柱與墻應(yīng)有很好的接接構(gòu)造措施。圍護(hù)墻宜放置在排架外側(cè),宜采用空心磚或其它材質(zhì)墻體,從汶川地震震害調(diào)查報告來看砌體結(jié)構(gòu)震害整體高于框架結(jié)構(gòu),裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。墻體破壞有二個原因,一是墻體材質(zhì)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(dāng)增加構(gòu)造柱與圈梁,特別是較大門墻洞口處增加水平圈梁和構(gòu)造柱,能起到結(jié)構(gòu)的第二道抗震防線作用,此外,墻體應(yīng)有梁承重,并與梁底可靠拉結(jié)為宜,底層磚砌體宜有地基梁承重,盡量不做自承重結(jié)構(gòu)。 作為樓梯間四側(cè)應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱,并從基礎(chǔ)開始一直伸到頂層,不應(yīng)中間斷開。,十、其它一些說明,1.構(gòu)造配筋與最小配筋率 構(gòu)造配筋分以下幾種情況: a、為防止混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫,而適當(dāng)配置的表面鋼筋,如較大的泵基礎(chǔ),大塊或動力基礎(chǔ)。 b、考慮建筑外形需要,當(dāng)有較大斷面時受力并不需要而配置的外表面及側(cè)面鋼筋。 c、考慮構(gòu)件的重要性而配置的鋼筋,如動力基礎(chǔ),頂板直徑為16~18mm,間距為200~250mm,側(cè)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(gòu)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(jié)構(gòu)在抗震情況下,縱向受力鋼筋配筋率遠(yuǎn)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?yàn)橛幸韵聨c(diǎn):當(dāng)為剛性基礎(chǔ)時,基礎(chǔ)可不配筋;其次對于臺階式基礎(chǔ),是取邊緣高度還是最大高度,還是平均高度來計(jì)算最小配筋率,相差較大,因此基礎(chǔ)規(guī)范中規(guī)定擴(kuò)展式基礎(chǔ)配筋應(yīng)按抗彎計(jì)算確定并非按最小配筋率計(jì)算,而按基礎(chǔ)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(chǔ)配筋,均應(yīng)按構(gòu)造配,沒有最小配筋率概念。,2、設(shè)計(jì)使用年限 應(yīng)注意設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是指確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而使用的時間參數(shù),一般為50年(即設(shè)計(jì)時考慮荷載作用的統(tǒng)計(jì)參數(shù),均是按此基準(zhǔn)期確定的) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不同于設(shè)計(jì)使用年限。 設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常設(shè)計(jì),正常施工,正常使用和一般維護(hù)下不需進(jìn)行大修所應(yīng)達(dá)到的使用年限。 設(shè)計(jì)使用年限不同于建(構(gòu))筑物的使用壽命。 同一建筑中,并非所有構(gòu)件用同一使用年限。 結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)可有不同的設(shè)計(jì)使用年限。 因此圖紙中應(yīng)正確寫明結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)使用年限,不應(yīng)寫設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。,3、后澆帶作用 釋放混凝土硬化過程中的收縮應(yīng)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(jì)90年代后,鋼筋可連續(xù)。此外,現(xiàn)有圖集中后澆帶增設(shè)加強(qiáng)筋,這是沒有必要的,因?yàn)樵龃蠹s束,喪失后澆帶作用。 4、關(guān)于總公司規(guī)范寫法問題 今后凡選用2000年以前的標(biāo)準(zhǔn)寫法如SHXX-88等一定要寫SHXX-1988。 5、關(guān)于鋼軌材質(zhì) 分鐵路用用鋼軌及起重機(jī)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(jī),它的鋼號有U71、U74、U71Cu、U71Mn、U70MnS、U71MnSiCu、共6種。 單獨(dú)用于起重機(jī)的鋼軌分QU70、QU80、QU100、QU120,其材質(zhì)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(chǎn)8kg/m,11 kg/m,18 kg/m,24 kg/m鋼軌。,
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