冷换设备和卧式容器基础设计CAD系统.pdf

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1、冷换设备和卧式容器基础设计冷换设备和卧式容器基础设计 CADCADCADCAD 系统系统 请下载后获得本程序！请下载后获得本程序！ 请请用用 AdobeAdobeAdobeAdobeAcrobatAcrobatAcrobatAcrobat 打开下载的打开下载的 pdfpdfpdfpdf 文档，文档， 可在附件框中找到可在附件框中找到本程序本程序， 注意一定用注意一定用 AdobeAdobeAdobeAdobeAcrobatAcrobatAcrobatAcrobat 软件打开软件打开！ ！ 1. 软件说明 1.1 功能和性能 本程序主要设计依据为石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范 （SH 3

2、058-94） ，对象为冷换设备与卧式容器的支墩式基础设计。程序的基本输入可以 分为以下四个方面：设备载荷、基本计算参数、基础形式参数及地基承载力参数。 对于冷换设备要进行正常操作工况与停产检修工况的计算；而对于卧式容器则要进 行正常操作工况、充水试压工况与地震作用工况的计算。两种设备按实际情况可选 用分离式和联合式两种基础形式。基础是否满足要求需要经过以下几种情况的校核 ：地基承载力是否满足、支墩抗剪是否满足、底板抗冲切以及抗剪是否满足，最后 据此计算出支墩抗压弯及底板抗弯所需钢筋，并满足最小配筋率的要求，最后以计 算书的形式输出最终计算结果。如果需要施工图的绘制，程序可利用此计算结果调 用

3、 AUTOCAD 进行施工图的绘制并给出材料汇总。 2. 对运行环境的要求 2.1 硬设备 无特殊要求。 2.2 支持软件 a. 操作系统的名称和版本号； WINNT 及 AUTOCAD R14、AUTOCAD 2000（推荐） b. 程序语言的编译、汇编语言的名称和版本号； MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0 2.3 程序文件（或命令文件）和数据文件一览表 SETUP.EXE程序安装文件 WSRQ.EXE程序运行文件 基础编号-1.DAT计算参数输入文件 基础编号-2绘图参数输入文件 *.DOC计算结果文件（即生成用 WORD 可编辑文件） *.DWG绘图文件（即调用 AU

4、TOCAD 生成绘图文件） 3. 使用规程 3.1 安装和初始化 点击 SETUP.EXE 启动安装程序，按照提示即可完成软件的安装。软件成功安 装后，在开始菜单的程序项下可看到本程序的图标，点击即可运行软件。 3.2 输入 设备载荷：包括设备自重、操作重、充水载荷、平台活载及抽芯力； 基本参数：包括风载、地面粗糙度、设备挡风面积、地震烈度及摩擦系数； 基础参数：包括基础尺寸、砼级别及钢筋强度； 地基承载力参数：地基承载力特征值及其修正参数。 3.2.1 格式 设备载荷以 kN 为基本单位输入； 基本参数以 kN、m 为基本单位输入，并应注意设备挡风面积的正确方向； 基础参数以 N、mm 为基

5、本单位输入，所有外型参数与实际情况的对应见程 序所提供的图示，注意砼等级及钢筋强度等级仅限于程序所给定的几种情况； 地基承载力参数以 kPa、kN、m 为基本单位输入。 3.3 输出 地基承载力验算：输出双向地基平均及最大压应力，并显示对应工况号； 底板抗冲切验算：输出最大冲切力， ，并显示对应工况号； 底板抗剪切验算：输出最大剪切力， ，并显示对应工况号； 支墩抗剪切验算：输出最大剪切力， ，并显示对应工况号； 支墩纵向配筋(单侧)：输出支墩按压弯构件计算所得配筋形式； 支墩箍筋：输出支墩按抗剪计算所得配筋形式； 底板底部配筋：输出底板按受弯构件计算所得配筋形式； 底板顶部配筋：输出底板按受

6、弯构件计算所得配筋形式（仅用于联合基础） 3.3.1 格式 地基承载力验算： （单位：kN，m） 工况号（*） ：地基平均或最大应力计算值“对应地基承载力设计值 底板抗冲切验算： （单位：kN，m） 工况号（*） ：冲切力计算值 “ 抗冲切设计值 底板抗剪切验算： （单位：kN，m） 工况号（*） ：剪切力计算值 “ 抗剪切设计值 支墩抗剪切验算： （单位：kN，m） 工况号（*） ：剪切力计算值 “ 抗剪切设计值 支墩纵向配筋(单侧)、支墩箍筋、底板底部配筋、底板顶部配筋： 钢筋级别：钢筋直径钢筋间距 3.3.2 举例 配筋输出格式如： （HPB235：*8*80）或（HRB335：1620

7、0）或（HRB400：32250） 注意：“*“代表空格，钢筋直径为两位数，钢筋间距为三位数，不足位数用空 格补齐，此格式主要用于用户对配筋结果进行调整，并以此为最终结果形成计 算书和施工图的绘制。 3.4 出错和恢复 对于用户的输入参数，程序根据此类设备基础的基本特征进行校核，如输入 有误，则给出错误提示，修改正确后方可运行下一步。 程序自动将用户的输入参数保存在文件 Inputdata基础编号-1 以及 Inputdata基础编号-2 内，前一文件保存用于计算的输入参数，后一文件 保存用于绘图的输入参数，用于程序出错时及时恢复。 如地基或基础承载力超出其承受能力，则程序会在相应结果显示框内

8、显示结 果并以红色字体示意；对于在给定条件下出现的配筋不合理情况，即钢筋级别过 大或过小，程序会根据计算结果在配筋显示框内以文字提示：建议增大基础截面 或减小钢筋级别。如出现以上情况，请按“返回“键，回到程序输入界面，调整输 入数据，重新计算。 4. 程序基本计算原理及建议 4.1 基本数据输入 在进行设备挡风面积的输入时，应计入支墩与设备在风载作用方向上的挡风面 积，同时尚应计入设备平台与联接管道挡风面积的影响，但这种影响很难量化，只 能根据实际情况将挡风面积提高 10%20%来近似处理。但由于大多数情况下风载并 非控制工况，因此这种处理只是使得计算更接近于实际，而不会对结果有多大影响 。

9、对于联合式基础底板悬挑部分长度及高度输入的建议：由于底板可看作单跨两 端悬伸的连续梁，悬臂部分对构件受力是有利的，当悬伸长度为 0.35L（L 为支墩间 距）时，各点的弯矩合适，但采用此长度有时会使悬臂部分的挠度过大，实际一般 取 0.25L0.3L；联合基础在进行底板设计时，假设板底压力呈线性分布，按材料 力学静定分析法计算，这样就要求底板为刚性，从而就要求其有一定的高度保证， 参照二柱联合基础的设计，底板高度不小于支墩间距的 1/6。 4.2 基本工况荷载形成 依据石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范(SH 3058-94)的相应规 定，各类工况下主要形成以下几类荷载:用于双向地基承载力

10、计算的纵向和横向水 平力、垂直力及弯矩，用于支墩计算的纵向水平力、垂直力及弯矩和基础底板的相 应作用力。假定基础固定端总是位于右侧，竖向力向下为正，水平力向右为正，弯 矩以顺时针方向为正。 所有基本作用力在规范中都有明确规定，需要说明的是弹性力与摩擦力的取舍 ：按石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范5.1.5 条注：当摩擦力 Ftk Fdk 时，取 Fdk 进行荷载效应 组合。考虑到工程计算精度，统一采用摩擦力 Ftk 进行工程设计，这样地基与基础 的最终计算结果不致有较大的误差，且能达到简化计算的目的，同时也是偏于安全 的。当容器内的介质温度小于 80 度时，规范规定可不考虑介质温度变化产

11、生的摩擦 力或弹性力的影响，可令摩擦系数为零即可。 4.3 底板冲切、剪切验算 分离式基础底板冲切、剪切验算较为简单，计算类似于矩形截面柱的矩形基础 ；联合式基础底板的冲切力验算同上，仅验算靠近基底最大压应力处支墩的冲切， 抗剪验算截面在靠近最大压应力处支墩的内侧边处。 4.4 底板配筋计算 分离式基础纵向配筋计算实际上是联合式基础配筋计算的一部分。分离式或联 合式基础底板横向（即短向）仅考虑构造配筋，这是基于此类基础的特殊性做出的 。一方面由于和底板连接的支墩较高，可以将其看做一高跨比很大的梁来考虑，这 样能承受很大的弯矩和剪力；另一方面支墩在横向较长（很多情况下支墩与底板同 宽） ，底板悬

12、伸长度很小，与底板高度相比，可以看作一个刚性脚，不需配筋。但 如基础形式较为特殊，底板横向长度比支墩长度要大很多，此时底板的横向配筋就 必须进行计算，程序目前不提供这种计算，设计者可参照二柱联合基础的设计方法 自行计算。 4.5 支墩剪切验算 支墩的剪切验算按照混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002）中矩形 截面的钢筋混凝土偏心受压构件斜截面受剪计算，计算截面为支墩根处，剪跨比为 支墩长度与相应截面有效高度的比值。 4.6 支墩配筋计算 支墩配筋按矩形截面偏心受压构件计算，并按对称配筋考虑。对于偏心受压构 件来说，当处于大偏心受压状态时，弯矩越大、压力越小对构件越不利；而处于小 偏心

13、受压状态时，弯矩越大、压力越大对构件越不利。因此对处于固定端及滑动端 的支墩均应考虑，并取计算大值进行配筋。 4.7 实际配筋 考虑到工程的实际应用，程序按照计算或构造配筋面积给出四种间距不同的钢 筋配置模式，即 *100 、*150 、*200 、*250。基础支墩钢筋级别由用户 给出，钢筋最小配筋率 0.2%，且直径不小于 8；基础底板的钢筋级别由用户给出 ，底板受力钢筋（沿设备纵向）最小配筋率 0.15%，且直径不小于 10，分布钢筋 （沿设备横向）直径不小于 8。此处需要注意的是：在工程中有时出于需要，底板 或支墩的计算厚度或高度取得越大，按最小配筋率配制的钢筋就会越大，这显然是 不合

14、理的。此时用户需对计算结果合理分析，按照工程实际适当调整。 5设计中需讨论的一些问题 5.1 冷换设备抽芯力在基础固定端与滑动端的分配 按石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范4.2.1.2 条所绘冷换设备基 础计算简图：抽芯力在两端按 50%平均分配；而化工设备基础设计规定第 6.0.7 条规定：抽芯力作用于设备中心线，全部由基础固定端承受。这显然是矛盾的，而 且也会对计算结果有较大的影响。考虑到目前对此问题难以有统一的认识，参照以 往设计，程序采用 “抽芯力在两端按 50%平均分配”的这种算法。 5.2 水平地震作用标准值 按石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范5.1.4 条，水平地震作

15、用 标准值：Fek = amax ( Gbk + 0.5 Gjk ) 其中 Gjk 为基础构件自重标准值，此处 Gjk 理解为露出地面之支墩自重标准值似乎 更为合理：一方面地震重力荷载代表值不应当计入地面以下部分，另一方面用此公 式计算出来的地震力有时其增长幅度远大于基础底面抵抗矩的增长（由于基础底面 尺寸的增加） ，这样在程序计算中就会导致死循环，从而无法得出正确结果。 5.3 冷换设备基础设计是否应考虑水平地震作用 从上述规范的条文说明中我们知道，一般情况下，冷换设备支墩顶部在纵横两 个方向的抗侧移刚度均很大，结构体系的自振周期通常都很小，因此与长期作用的 摩擦力相比，其值可忽略不计。此说

16、明在冷换设备存在抽芯力的前提下是行的通的 。因为抽芯力在水平方向往往是控制工况，不计地震力不会产生太大的问题。但是 当采用固定管板式的换热器时，不考虑抽芯力，这时的换热器与卧式容器无异，尤 其在设备及其介质的自重较大时，就不能不考虑水平地震力的作用，而且如按卧式 容器的地震工况考虑，摩擦力应与地震力组合进行计算。从以上分析可知，对于冷 换设备基础设计是否应考虑水平地震作用应区别对待，对于用固定管板式的换热器 基础进行设计时，用卧式容器的相应工况进行校核是必要的。 5.4 基础稳定性及抗滑移的校核 冷换设备及卧式容器离地较低，埋深较浅，一般来说稳定及滑移并非控制工况 。但也有例外，如抽芯力较大，

17、设备离地较高，地耐力较差，尤其在厂地排水设施 较差，导致地下水位较高时，在水平载荷的作用下分离式基础就比较容易出现倾覆 。因此不能一概而论，而应当根据实际情况合理分析。程序在正常操作以及充水试 压工况下建议基底不出现零应力区，在检修以及地震工况下零应力区的面积不允许 大于基底面积的 25% ,在此前提下基础稳定性应该可以保证，但仍需进行抗滑移 的校核。 执行规范及参考文献： 混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002） 建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2002） 建筑抗震设计规范 （GB 50011-2001） 石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范 （SH 3058-94） 化工设备基础设计规定 （HG/T 20643-98） 建筑地基基础 （吴湘兴 主编 华南理工大学出版） VISUAL BASIC 程序设计