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石油化工煙囪火炬塔架設計要點(diǎn)論文
【摘要】文章介紹了石油化工塔架結構設計計算原則、參數選擇與取值要點(diǎn)；結合工程設計經(jīng)驗，文章給出了塔架節點(diǎn)、構造設計指標控制參考指標及相關(guān)設計要求。
【關(guān)鍵詞】石油化工，火炬塔架，設計要點(diǎn)
1塔架設計的原則及要求
煙囪、火炬塔架為石油化工鋼煙囪、火炬提供支承體系結構，塔架通常附設供采集樣本及設備檢修時(shí)使用的平臺、輔梯。塔架結構形式宜采用空間桁架體系，構件宜采用圓鋼管等風(fēng)阻較小的構件，塔架平面形式宜采用正三角形或正方形，底部邊長(cháng)應根據計算確定，不宜小于塔架高度的1/10。塔架外形沿高度變化時(shí)，其外形宜接近彎矩曲線(xiàn)，但是彎折點(diǎn)不宜過(guò)多。塔架腹桿一般采用交叉斜桿或K形斜桿支撐體系。塔架主體結構安全等級應按一級設計，抗震設防類(lèi)別應按GB50453的規定采用，建筑場(chǎng)地為Ⅳ類(lèi)時(shí)，對設計基本地震加速度為0.15g和1.30g的地區，宜分別按抗震設防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）時(shí)的抗震設防類(lèi)別要求采取地震構造措施。塔基基礎設計等級為甲級。塔架應根據煙囪火炬排放的氣體進(jìn)行防腐處理，一般構件采用熱浸鍍鋅處理防腐，頂部10米至20米的構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。塔架受力構件及其連接件的最小厚度不宜小于8mm。采用鋼管結構時(shí)，其最小壁厚不宜小于6mm。采用小斷面組合構件時(shí)，構件厚度應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。沿塔架高度應設置水平橫隔�？筛粢粋�(gè)節間設置一道，正三角形塔架可2個(gè)~3個(gè)節間設置一道，但在塔柱變坡處應設置水平橫隔。沿塔架高度應設置休息平臺，其間距不宜大于20m。平臺設在塔架水平橫隔處，且應考慮垂直與水平交通。設計塔架時(shí)，應考慮制作、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(guān)。
2塔架設計的計算要點(diǎn)
塔架的靜力分析可采用空間桁架模型，即塔架主要構件均為二力桿�？拐鸬燃墳橐患壍乃�，還需進(jìn)行動(dòng)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、固定設備、平臺梯子、管線(xiàn)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)荷載體型系數和風(fēng)壓高度變化系數外還需考慮風(fēng)振系數。當采用三角形塔架時(shí)，應考慮0°風(fēng)、60°風(fēng)、及300°風(fēng)三種風(fēng)向進(jìn)行計算；正方形塔架應按0°風(fēng)和45°風(fēng)兩種風(fēng)向進(jìn)行計算。計算風(fēng)荷載時(shí)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。從以往的計算結果來(lái)看，三角形塔架的300°風(fēng)即風(fēng)朝著(zhù)三角形邊正面吹來(lái)時(shí)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(zhù)正方形角上吹來(lái)時(shí)為風(fēng)荷載最不利風(fēng)向�？拐鹪O防的塔架應考慮水平地震作用，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(shí)，結構構件的重要性系數可取1.0，強度抗震調整系數取0.75，穩定抗震調整系數取0.80，塔架重力荷載應為：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(shí)，其阻尼比可采取0.03。風(fēng)荷載作用下塔架任意一點(diǎn)最大水平位移應不大于該點(diǎn)距地面高度的1/150；地震作用下塔架任意一點(diǎn)最大水平位移應不大于該點(diǎn)距地面高度的1/100。計算塔架自重時(shí)應考慮節點(diǎn)板、法蘭盤(pán)及焊縫的重量，可按塔架桿件的自重乘以1.15~1.20的系數確定。
3塔架的節點(diǎn)設計
圓鋼管塔架的節點(diǎn)一般采用鋼管相貫連接節點(diǎn)，相貫連接后，采用法蘭將各個(gè)構件連接在一起。法蘭盤(pán)的支承面應平整，法蘭盤(pán)的鏈接宜采用高強度螺栓。法蘭盤(pán)及高強度螺栓均宜采用鍍鋅結構。法蘭盤(pán)的最小厚度不宜小于16mm。受力螺栓的直徑不宜小于M14，且應考慮0.5mm的腐蝕裕度。每個(gè)法蘭盤(pán)上的螺栓不應少于4個(gè)，且沿圓周均勻布置。法蘭盤(pán)內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(pán)中徑設計時(shí)應考慮在法蘭盤(pán)筋板之間預留螺栓墊片，筋板焊縫的空間。
4塔架的構造要求
塔架結構的構造應滿(mǎn)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。塔架基礎頂面高出地面不應小于300mm。塔柱與基礎鉸接時(shí)，每個(gè)柱的錨固螺栓不宜少于4個(gè)，地腳螺栓應采用雙螺帽。柱靴板高度宜大于塔柱截面高度或直徑。柱腳外露時(shí)，應考慮排水，可設置圓形排水孔。塔柱及腹桿等構件，當采用不同厚度的鋼板、不同直徑的鋼管、圓鋼分別對接時(shí)，均應有平滑過(guò)度段，過(guò)渡段長(cháng)度應符合下列要求：a)鋼板的過(guò)度段的坡度不得大于1：4；b)鋼管或圓鋼的過(guò)渡段長(cháng)度不得小于直徑差的2倍。
5結束語(yǔ)
結合場(chǎng)地地質(zhì)、氣候（風(fēng)載）條件，塔架高度、占地等設計參數，及其附屬使用功能的要求，塔架結構設計從方案開(kāi)始需要考慮結構體形選擇、主體結構型式選擇、支撐結構體系布置，以確立結構體型簡(jiǎn)潔傳力明晰的模型；在模型適宜的基礎上，還需選擇合適的桿件型材規格，以滿(mǎn)足結構運算需要和塔架結構承載的要求。按筆者已經(jīng)完成的一個(gè)97米高的火炬塔架設計中的思考與總結，上文談到了塔架結構設計的基本原則、荷載取值與結構其它相關(guān)參數選擇等基本要求，側重提及了塔架結構設計過(guò)程中需要涉及的平面占地尺寸選擇、結構剛度、桿件長(cháng)細比控制、節點(diǎn)構造設計要求及相關(guān)參數的一些參考控制指標值等內容，以期同行們在碰到塔架設計時(shí)略有參考用處，并敬請指正不當之處，以求進(jìn)步。
參考文獻：
[1]石油化工構筑物設計規范[S].SH3147-2014
[2]石油化工建（構）筑物設計規范[S].GB51006-2014
[3]高聳結構設計規范[S].GB50135-2006
[4]石油化工排氣筒和火炬塔架設計規范[S].SH/T3029-2014
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