石油化工煙囪火炬塔架設(shè)計要點論文

　　【摘要】文章介紹了石油化工塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算原則、參數(shù)選擇與取值要點；結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗，文章給出了塔架節(jié)點、構(gòu)造設(shè)計指標控制參考指標及相關(guān)設(shè)計要求。

　　【關(guān)鍵詞】石油化工，火炬塔架，設(shè)計要點

　　1塔架設(shè)計的原則及要求

　　煙囪、火炬塔架為石油化工鋼煙囪、火炬提供支承體系結(jié)構(gòu)，塔架通常附設(shè)供采集樣本及設(shè)備檢修時使用的平臺、輔梯。塔架結(jié)構(gòu)形式宜采用空間桁架體系，構(gòu)件宜采用圓鋼管等風(fēng)阻較小的構(gòu)件，塔架平面形式宜采用正三角形或正方形，底部邊長應(yīng)根據(jù)計算確定，不宜小于塔架高度的1/10。塔架外形沿高度變化時，其外形宜接近彎矩曲線，但是彎折點不宜過多。塔架腹桿一般采用交叉斜桿或K形斜桿支撐體系。塔架主體結(jié)構(gòu)安全等級應(yīng)按一級設(shè)計，抗震設(shè)防類別應(yīng)按GB50453的規(guī)定采用，建筑場地為Ⅳ類時，對設(shè)計基本地震加速度為0.15g和1.30g的地區(qū)，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）時的抗震設(shè)防類別要求采取地震構(gòu)造措施。塔基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。塔架應(yīng)根據(jù)煙囪火炬排放的氣體進行防腐處理，一般構(gòu)件采用熱浸鍍鋅處理防腐，頂部10米至20米的構(gòu)件表面防腐處理需考慮高溫影響，一般采用耐高溫的有機硅防腐漆。塔架受力構(gòu)件及其連接件的最小厚度不宜小于8mm。采用鋼管結(jié)構(gòu)時，其最小壁厚不宜小于6mm。采用小斷面組合構(gòu)件時，構(gòu)件厚度應(yīng)留有足夠的腐蝕裕度，火炬塔架不宜小于0.5mm，排氣筒塔架不宜小于1.00mm。沿塔架高度應(yīng)設(shè)置水平橫隔。可隔一個節(jié)間設(shè)置一道，正三角形塔架可2個~3個節(jié)間設(shè)置一道，但在塔柱變坡處應(yīng)設(shè)置水平橫隔。沿塔架高度應(yīng)設(shè)置休息平臺，其間距不宜大于20m。平臺設(shè)在塔架水平橫隔處，且應(yīng)考慮垂直與水平交通。設(shè)計塔架時，應(yīng)考慮制作、運輸、安裝、維護檢修等要求，并在經(jīng)濟合理的條件下注意塔體的造型美觀。

　　2塔架設(shè)計的計算要點

　　塔架的靜力分析可采用空間桁架模型，即塔架主要構(gòu)件均為二力桿。抗震等級為一級的塔架，還需進行動力分析。塔架上的荷載可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。永久荷載包括塔架自重、固定設(shè)備、平臺梯子、管線及保溫等重量；可變荷載包括風(fēng)荷載、雪荷載、覆冰荷載、平臺荷載、安裝檢修荷載、溫度變化應(yīng)力等；偶然荷載一般為爆炸荷載。風(fēng)荷載除了風(fēng)荷載體型系數(shù)和風(fēng)壓高度變化系數(shù)外還需考慮風(fēng)振系數(shù)。當采用三角形塔架時，應(yīng)考慮0°風(fēng)、60°風(fēng)、及300°風(fēng)三種風(fēng)向進行計算；正方形塔架應(yīng)按0°風(fēng)和45°風(fēng)兩種風(fēng)向進行計算。計算風(fēng)荷載時可分別計算塔架、排氣筒及主要配管擋風(fēng)面積引起的風(fēng)荷載，而不考慮相互的擋風(fēng)影響。從以往的計算結(jié)果來看，三角形塔架的300°風(fēng)即風(fēng)朝著三角形邊正面吹來時為風(fēng)荷載最不利風(fēng)向；正方形塔架的45°風(fēng)即風(fēng)朝著正方形角上吹來時為風(fēng)荷載最不利風(fēng)向�？拐鹪O(shè)防的塔架應(yīng)考慮水平地震作用，抗震等級為一級的塔架還需考慮豎向地震作用。計算地震作用時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)可取1.0，強度抗震調(diào)整系數(shù)取0.75，穩(wěn)定抗震調(diào)整系數(shù)取0.80，塔架重力荷載應(yīng)為：1.0永久荷載+0.5活荷載雪荷載及平臺荷載。在計算地震作用時，其阻尼比可采取0.03。風(fēng)荷載作用下塔架任意一點最大水平位移應(yīng)不大于該點距地面高度的1/150；地震作用下塔架任意一點最大水平位移應(yīng)不大于該點距地面高度的1/100。計算塔架自重時應(yīng)考慮節(jié)點板、法蘭盤及焊縫的重量，可按塔架桿件的自重乘以1.15~1.20的系數(shù)確定。

　　3塔架的節(jié)點設(shè)計

　　圓鋼管塔架的節(jié)點一般采用鋼管相貫連接節(jié)點，相貫連接后，采用法蘭將各個構(gòu)件連接在一起。法蘭盤的支承面應(yīng)平整，法蘭盤的鏈接宜采用高強度螺栓。法蘭盤及高強度螺栓均宜采用鍍鋅結(jié)構(gòu)。法蘭盤的最小厚度不宜小于16mm。受力螺栓的直徑不宜小于M14，且應(yīng)考慮0.5mm的腐蝕裕度。每個法蘭盤上的螺栓不應(yīng)少于4個，且沿圓周均勻布置。法蘭盤內(nèi)徑與鋼管外徑的間隙不得大于3mm，徑向相對間隙之和不得大于4.5mm。法蘭盤中徑設(shè)計時應(yīng)考慮在法蘭盤筋板之間預(yù)留螺栓墊片，筋板焊縫的空間。

　　4塔架的構(gòu)造要求

　　塔架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造應(yīng)滿足塔架在使用狀態(tài)下以及在制造、運輸、安裝等施工階段的受力和變形的要求。塔架基礎(chǔ)頂面高出地面不應(yīng)小于300mm。塔柱與基礎(chǔ)鉸接時，每個柱的錨固螺栓不宜少于4個，地腳螺栓應(yīng)采用雙螺帽。柱靴板高度宜大于塔柱截面高度或直徑。柱腳外露時，應(yīng)考慮排水，可設(shè)置圓形排水孔。塔柱及腹桿等構(gòu)件，當采用不同厚度的鋼板、不同直徑的鋼管、圓鋼分別對接時，均應(yīng)有平滑過度段，過渡段長度應(yīng)符合下列要求：a)鋼板的過度段的坡度不得大于1：4；b)鋼管或圓鋼的過渡段長度不得小于直徑差的2倍。

　　5結(jié)束語

　　結(jié)合場地地質(zhì)、氣候（風(fēng)載）條件，塔架高度、占地等設(shè)計參數(shù)，及其附屬使用功能的要求，塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計從方案開始需要考慮結(jié)構(gòu)體形選擇、主體結(jié)構(gòu)型式選擇、支撐結(jié)構(gòu)體系布置，以確立結(jié)構(gòu)體型簡潔傳力明晰的模型；在模型適宜的基礎(chǔ)上，還需選擇合適的桿件型材規(guī)格，以滿足結(jié)構(gòu)運算需要和塔架結(jié)構(gòu)承載的要求。按筆者已經(jīng)完成的一個97米高的火炬塔架設(shè)計中的思考與總結(jié)，上文談到了塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則、荷載取值與結(jié)構(gòu)其它相關(guān)參數(shù)選擇等基本要求，側(cè)重提及了塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要涉及的平面占地尺寸選擇、結(jié)構(gòu)剛度、桿件長細比控制、節(jié)點構(gòu)造設(shè)計要求及相關(guān)參數(shù)的一些參考控制指標值等內(nèi)容，以期同行們在碰到塔架設(shè)計時略有參考用處，并敬請指正不當之處，以求進步。

　　參考文獻：

　　[1]石油化工構(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范[S].SH3147-2014

　　[2]石油化工建（構(gòu)）筑物設(shè)計規(guī)范[S].GB51006-2014

　　[3]高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].GB50135-2006

　　[4]石油化工排氣筒和火炬塔架設(shè)計規(guī)范[S].SH/T3029-2014

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