石油化工装置的荷载应用问题.ppt

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1、石油化工装置中的荷载及应用,一、荷载（直接作用）分类,永久荷载（恒荷载）：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 可变荷载（活荷载）：在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。 偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。,二、石油化工装置中的恒荷载,以下荷载（但不限于此）可视为永久荷载： 结构自重，包括上部结构（梁、板、柱、建筑装饰及防火保护层）及其基础的重量、基础底板上部回填材料（土）重量。 一些主要工程材料的自重如下所示： （1）钢材 78.5 kN/m3 （

2、2）钢筋混凝土 2526 kN/m3 （3）素混凝土 2224 kN/m3 （4）水泥砂浆 20 kN/m3 （5）地下水 10 kN/m3 （6）基础及基底上部回填材料（土）均值 20 kN/m3 （7）其它常用材料和构件的自重可参见GB 50009-2001(2006年版) ； 上游专业条件中的恒荷载： （8） 固定的设备/管道自重，包括设备、管道、附件、保温、附属在设备上的梯子、平台以及电缆、仪表桥架等； （9） 设备/管道内的介质重； （10）空冷器竖向和水平向当量荷载，取值应符合SH/T 3067-2007 、SH 3077-1996的有关规定； （11） 土压力、静水压力及地下水的

3、浮力； （12） 预应力。,三、石油化工装置中的活荷载,三、石油化工装置中的活荷载,屋面活荷载：取值应符合GB 50009-2001（2006年版）中4.3节的有关规定。当采用压型钢板轻型屋面时，取值应符合CECS 102：2002的有关规定。 屋面积灰荷载：取值应符合GB 50009-2001（2006年版）中4.4节的有关规定。 施工和检修荷载及栏杆水平荷载：建筑物取值应符合GB 50009-2001（2006年版）中4.5节的有关规定。对构筑物可按实际情况采用。 吊车荷载：取值应符合GB 50009-2001（2006年版）第5章及GB 50017-2003第3.2.2条的有关规定。 汽

4、车荷载：可按实际情况采用。 雪荷载：取值应符合GB 50009-2001（2006年版）中第6章的有关规定。 风荷载：取值应符合GB 50009-2001（2006年版）中的有关规定 设备/管道充水水重：对于需要在现场进行充水试验的结构，应考虑设备充水对结构产生的最不利状况，当支承两台以上设备时，支承结构的计算还应考虑最不利的一台设备的充水重量。 管道推力及设备热膨胀摩擦力、弹性力：管道推力包括管道在支承面上产生的热膨胀摩擦力、管道补偿器弹力、斜管推力等等；设备热膨胀摩擦力、弹性力指卧式设备内介质温度变化在设备支承面上引起的摩擦力、弹性力。荷载取值应符合SH/T 3055-2007、SH/T

5、3058-2005等的有关规定。摩擦系数的取值为：钢与钢表面0.3（滑动），0.1（滚动）；钢与混凝土表面0.4（滑动）。,三、石油化工装置中的活荷载,卧式设备停产检修抽芯力：当需要考虑抽芯力时，抽芯力标准值的取值应符合以下原则和SH/T 3058-2005的规定： a) 抽芯力标准值一般取设备管束自重标准值。但当有工程经验或有合适的抽芯设备时，抽芯力的标准值可根据实际情况确定； b) 重叠式布置的冷换设备，仅考虑最上一台设备的抽芯力，而不考虑其同时抽芯； c) 同一层有多台冷换设备时，只考虑最不利的一台抽芯。 动荷载：振动荷载包括设备或管道内介质波动产生的振动力和动力设备（如泵、压缩机）产生

6、的振动荷载。 偶然荷载：爆炸力、撞击力、短路力矩等产生的偶然荷载，取值应符合专门的规范、标准。,四、石油化工装置的间接作用（称：作用）,地震作用 温度作用 地基变形作用 混凝土的收缩、徐变作用 钢结构焊接变形作用,五、荷载与作用汇总表,六、荷载与工况,石油化工装置的建设大致分为：施工阶段、安装阶段（包括充水试压）、正常操作阶段、检维修阶段。,七、各阶段的荷载特点,施工阶段： 由于现在很少采用叠合构件和预制构件，施工阶段的验算较少，但要注意厚板、转换层等在钢筋混凝土现浇支模时的荷载，若该层楼板的脚手架支于下一层，应验算该荷载。如粉煤气化框架的转换层，楼板厚度达2m多，就需验算。 当然，也可以注明

7、或与施工单位协商，采用不同的支模方式，改变这种情况。,七、各阶段的荷载特点,安装阶段 预制构件有吊装验算的要求。 钢结构有安装验算的要求。 施工安装要求的吊点。 充水试压： 1）不能同时考虑所有管道、设备充水试压； 2）多设备、多管道充水试压时只能考虑其最不利的一台或一根； 3）某些与充水重相差较大荷载的设备或管道，在计算其支承构件时，可以予以降低要求。 只对支承构件做计算，不计入整体计算。,七、各阶段的荷载特点,正常操作阶段 属恒荷载、活荷载最多的阶段，包括恒荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、屋面荷载、楼面操作荷载、积灰荷载、管道和设备推力等，有时还包括偶然荷载。 地震作用。 是结构专业对建构

8、筑物整体的分析计算的重要阶段。,七、各阶段的荷载特点,检维修阶段 1.包括检维修区域的荷载、临时吊装荷载等； 2.抽芯力； 3.只对支承检维修区域的构件做计算，不计入与地震作用组合的整体计算；,八、荷载的取值依据,1、常用规范： 建筑结构荷载规范GB50009-2001有2006年修订版。 化工、石化建（构）筑物荷载设计规定HG/T20674-2005。 石油化工企业建筑物结构设计规范SH 3076-96。 火力发电厂土建结构设计技术规程（DL 5022-2012） 2、依据： 规范可在上游专业不能提供设计条件时的依据，但要以上游专业条件为准。,九、荷载组合,1、两种极限状态：承载力的极限状态

9、、正常使用极限状态。 2、承载力极限状态：包括基本组合、偶然组合；基本组合又分为：由可变荷载效应控制的组合、由永久荷载效应控制的组合。 3、正常使用极限状态：包括标准组合、频遇组合和准永久组合。,十、荷载组合的正确应用,1.结构构件的强度（配筋、冲切、受剪、局部承压）-荷载效应的基本组合或偶然组合； 2. 上部结构的变形（侧移、裂缝、挠度）-荷载效应的标准组合；(个别如梁是长期效应组合考虑短期效应组合） 3. 沉降计算-荷载效应的准永久组合； 4. 基础的配筋计算-荷载效应的基本组合或偶然组合； 5. 基础的裂缝验算-荷载效应的标准组合； 6. 基础面积或桩数计算-荷载效应的标准组合； 7.

10、桩基的位移-荷载效应的标准组合；基础沉降、桩基的沉降-荷载效应的准永久组合；,十一、荷载及组合应用中应注意的问题,1.荷载设计值。应为荷载代表值与分项系数的乘积，并非标准值与分项系数的乘积。标准值只是代表值的一种，组合值、频遇值、准永久值也是代表值。 2.偶然组合中只能有一种偶然作用。 3.可变荷载的分项系数是在标准值4.0kN/m2时取1.3，是均布荷载，非线荷载。 4.屋面活荷载要考虑翻檐的积水，包括排水不畅或雨水过大。见4.3.1表注3. 5.屋面积雪的分布系数要高度关注。尤其是高低跨，有2.0的系数，见表6.2.1-8项。,十一、荷载及组合应用中应注意的问题,6.对于活荷载的数值要以上

11、游主导专业提出的数据为依据， HG/T20674-2005及荷载规范只是最小值。见HG/T20674-2005第1.0.4条。 7.设备及管线内的操作介质为恒荷载，设备振动也是恒荷载，见HG/T20674-2005第2.0.1条。 8.设备充水的水重为活荷载，一是在检修或开车阶段，二是仅考虑一台容器。见HG/T20674-2005第2.0.2条. 9.石化装置荷载的准永久值系数较大。 10.严格区分不同的阶段。施工阶段、安装、充水、正常操作阶段、检维修阶段。,十一、荷载及组合应用中应注意的问题,11、在楼板设计时漏算固定隔墙自重产生的荷载效应。 荷载规范GB 50009-2001第4.1.1条

12、表4.1.l的注5规定，对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑。因此在楼板设计时必须考虑固定隔墙自重产生的荷载效应，否则该设计属不正确。 12、设计框架结构的楼板时，未考虑可灵活自由布置的非固定隔墙荷载。 框架结构的优点是便于根据房间的不同用途进行分隔，设置灵活自由非固定的隔墙，因而在设计楼板时，应考虑房屋在使用过程中设置这类隔墙的可能性。为此应按荷载规范GB 50009-2001第4.1.1条表4.1.1的注5规定，对这类隔墙应取每延米墙重(kN/m)的1/3作为楼面活荷载标准值的附加值(kN/m2)计入楼面设计荷载内，并将此附加值在结构设计说明书中注明，以便今后使用。 未考虑这类隔墙荷载将降低该房

13、屋适应变更房间分隔的能力。,十一、荷载及组合应用中应注意的问题,13、屋面板设计时对保温层或找坡层荷载取值偏小 。 对保温层或找坡层荷载取值偏小情况，经常发生在设计人员疏忽大意或校审人员校审不严时，因而应加强设计管理工作，增强设计人员和校审人员的工作责任心，防止此类问题发生。 14、有关地震作用与风荷载的组合。 在与地震作用效应组合时，一般结构不考虑风荷载组合值系数，只有当风荷载起控制作用和高层建筑时，取0.2. 15、有关吊车荷载。 计算排架厂房考虑多台吊车竖向荷载时，对一层吊车单跨厂房的每个排架，参与组合的吊车书不宜多于2台；对一层吊车的多跨厂房的每个排架，不宜多于4台。 考虑多台吊车水平

14、荷载时，对单跨或多跨厂房的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于2台。 手动吊车及电动葫芦不考虑水平荷载。,十一、荷载及组合应用中应注意的问题,16、有关雪荷载。 雪荷载的准永久值系数是分区的，I区0.5；II区0.2；III区为0； 要考虑屋面高低的积雪问题。其分布系数为2.0；见建筑结构荷载规范（GB50009-2001,2006年版)第6.2.1表 17、有关积灰荷载。 积灰荷载应与雪荷载或不上人屋面的均布活荷载两者中的较大值同时考虑。 上人屋面不考虑积灰荷载。 18、有关事故状态的荷载。 事故状态的荷载多属偶然荷载，不乘分项系数。,一、GB50009-2001版应注意的问题(2001版荷

15、载规范正在改版，即将发行） 1.在正常使用极限状态下，有频遇组合和标准组合两种，同时增加了可变荷载的频遇值系数。 2.在承载力极限状态的基本组合中，增加了由永久荷载控制的组合。 3.吊车工作制改为吊车工作级别A1A8，A1A3为轻级工作制、A4A5位中级工作制、A6A7为重级工作制、A8为超重级工作制。 4.地面粗糙度增加了一类，即针对城市密集高层提出的D类。 5.对柔性结构增加了横向风振的验算要求。见7.6节。 6.对维护结构构件的风荷载给出专门的规定。见7.3.3条。,五、设计使用年限与设计基准期,设计基准期是为确定可变作用(可变荷载)及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，它不一定等

16、同于设计使用年限。荷载规范GB 50009-2001提供的荷载统计参数，除风、雪荷载有设计基准期为10、50、100年的设计值外，其余都是按设计基准期为50年确定的，如设计需采用其他设计基准期，则必须另行确定在该基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。设计文件中，不需要给出设计基准期。 设计使用年限、又称为服务期，服役期。它是设计时选定的一个时期，在这一给定的时间内，房屋建筑结构只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能。设计使用年限是建筑工程质量管理条例对房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程规定的最低保修期限“合理使用年限”的具体化。 可靠度标准GB 50068规

17、定：对于普通房屋和构筑物，结构(含基础)的设计使用年限为50年；对于纪念性建筑和特别重要的建筑结构为100年；对于临时性结构为5年；对于易于替换的结构构件为25年。设计寿命不是规范语言，从一般意义上讲，房屋建筑的结构寿命是指从建造到投入使用，直到结构毁坏或丧失使用功能的全部时间。当房屋建筑结构使用到设计使用年限后，经过鉴定或维修后仍可经过使用。 注意：对于普通房屋，设计时遵循设计基准期为50年的国家工程建设标准，即荷载、地震作用参数，耐久性要求等均按50年确定，因此它的设计使用年限均为50年。在某些工程设计文件中，设计遵循的是现行的设计基准期为50年的工程建设标准，但在设计文件上又注明设计使用

18、年限为100年或70年，这样的设计文件属于错误设计文件。因为，设计使用年限为70年或100年的建筑结构在设计中需要进行专门研究，并采取有效措施。,九、高层建筑、裙房以外的首层地下室现浇钢筋混凝土楼板为双向板，其上置放有局部活荷载(非中心位置处)，在设计时其活荷载未按等效均布活荷载确定方法进行计算顶板的设计荷载取值偏小,(1)位于汽车通道下方的板未考虑消防车荷载； (2)未考虑施工过程中由于材料堆放等引起的施工荷载。 改进措施：汽车通道下方的首层地下室顶板应考虑消防车荷载，否则可能会造成不安全。顶板设计时应根据工程的实际情况确定顶板由于消防车产生的荷载。当消防车直接行驶于顶板上时，可直接按荷载规

19、范GB 50009-2001表4.1.1第8项的规定取值；当顶板上填有覆土或其他充填物时，应按消防车轮压处于最不利位置并考虑其在土中或充填物内的扩散分布，进行分析计算后确定消防车荷载。 地下室顶板设计时应考虑在施工过程中由于材料堆放等原因引起的施工荷载，此施工荷载应在结构设计说明中注明，以便施工单位控制此荷载，避免发生超载。,十、现浇钢筋混凝土楼板为双向板，其上置放有局部活荷载(非中心位置处)，在设计时其活荷载未按等效均布活荷载确定方法进行计算,一般情况(采用有限元方法分析者除外)，在设计现浇钢筋混凝土双向板时，作用在板上的楼面局部荷载应进行等效均布荷载的换算。换算时，可按单跨四边简支双向板，使局部荷载产生的板的绝对最大弯矩与满布均布荷载产生的板中心处最大弯矩相等的条件而求得，此满布的均布荷载值即为所换算的等效均布荷载值。由于双向板可求得两个等效均布荷载值，设计时应取其中的较大值。 注：当局部均布荷载位于板中心时(即当ab，cd时)，即可求得该双向板局部均布荷载最不利布置(板中心处)时换算的等效均布荷载值。其可根据建筑结构静力计算手册查表计算确定。,