發(fā)布時(shí)間：2023-08-03 16:44:31
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：主煙道，自振頻率，變形，鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
1. 工程概況
近年來(lái)，1000MW機(jī)組已逐漸代替600MW機(jī)組，成為國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠建設(shè)的主力機(jī)型?；鹆Πl(fā)電廠隨著機(jī)組容量的加大，煙氣流量加大，例如：某300MW機(jī)組工程，主煙道截面尺寸4.5mx9m；某600MW機(jī)組工程，主煙道截面尺寸6.0mx11m；華電國(guó)際山東某1000MW機(jī)組工程，主煙道截面尺寸7.5mx12.0m。
2. 主要設(shè)計(jì)思路
在以往的火力發(fā)電廠工程設(shè)計(jì)中，主煙道一般由工藝專業(yè)負(fù)責(zé)，根據(jù)《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5121―2000）（以下簡(jiǎn)稱《煤粉管道規(guī)程》）進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工藝規(guī)程中，考慮了煙氣壓力、積灰、風(fēng)載、雪載等對(duì)煙道頂?shù)酌?、?cè)面的局部影響，沒有考慮風(fēng)載等水平荷載對(duì)煙道整體的影響?，F(xiàn)行的《煤粉管道規(guī)程》為2001年1月1日實(shí)施，至今已有十幾年時(shí)間，火力發(fā)電廠的規(guī)模、容量、機(jī)組參數(shù)等均有了很大的發(fā)展，隨著煙道截面的加大，按現(xiàn)行工藝規(guī)程進(jìn)行煙道設(shè)計(jì)是否安全可靠，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。針對(duì)上述情況，本工程鋼煙道的設(shè)計(jì)，確定以下設(shè)計(jì)思路：
(1)初步確定煙道結(jié)構(gòu)布置兩個(gè)方案。
(2)按《煤粉管道規(guī)程》進(jìn)行道體面板和加固肋設(shè)計(jì)，確定道體面板厚度和加固肋的規(guī)格、間距。
(3)按土建結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)程，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、自振頻率等復(fù)核。
3. 主煙道按《煤粉管道規(guī)程》設(shè)計(jì)
根據(jù)《煤粉管道規(guī)程》，本工程對(duì)道體面板和橫向加固肋應(yīng)分別按強(qiáng)度（應(yīng)力）、剛度（撓度）、振動(dòng)（頻率）條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制加固肋和道體面板自振頻率分別≥40Hz（振動(dòng)設(shè)計(jì)）和≥40Hz（常規(guī)設(shè)計(jì)）。本工程主煙道遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)口，第一自振頻率應(yīng)≥20Hz（常規(guī)設(shè)計(jì)）。
(1) 主煙道截面尺寸7.5m（寬）x12.8m（高），加固肋按剛接設(shè)置，結(jié)構(gòu)布置方案如下：
方案一：在煙道內(nèi)部設(shè)置兩道水平內(nèi)撐桿，將高度三等分，再在上部分、下部分設(shè)置斜撐桿，呈三角形布置。
方案二：在煙道內(nèi)部設(shè)置兩道水平內(nèi)撐桿，將高度三等分，再設(shè)置一道豎向內(nèi)撐桿，將寬度兩等分，無(wú)斜撐桿。
(2)道體面板設(shè)計(jì)荷載統(tǒng)計(jì)
道體及
受力面
分項(xiàng)荷載
組合設(shè)計(jì)荷載 當(dāng)量荷載
內(nèi)壓q0 自重q1 保溫q2 積灰q3 雪載q4 風(fēng)載q5 ∑q ∑qdl
正壓道體
頂面 +q0 - q1 - q2 0 - q4 + q5 q0- q1- q2- q4+ q5 - q1- q2- q4+ q5
側(cè)面 +q0 0 0 0 0 + q5 q0 + q5 + q5
底面 +q0 + q1 + q2 + q3 0 + q5 q0+q1+ q2+ q3+ q5 + q1+ q2+q3+ q5
負(fù)壓道體
頂面 -q0 - q1 - q2 0 - q4 + q5 -q0- q1- q2- q4+ q5 - q1- q2- q4+ q5
側(cè)面 -q0 0 0 0 0 - q5 -q0 - q5 - q5
底面 +q0 + q1 + q2 + q3 0 + q5 q0+q1+ q2+ q3+ q5 + q1+ q2+q3+ q5
注：1、荷載方向，由道體向外為“＋”，向內(nèi)為“－”。
(3)道體面板設(shè)計(jì)荷載統(tǒng)計(jì)道體面板和加固肋的按以下設(shè)計(jì)，確定面板厚度、加固肋規(guī)格
道體面板和加固肋的計(jì)算條件
計(jì)算
項(xiàng) 目 強(qiáng)度條件 剛度條件 振動(dòng)條件（常規(guī)設(shè)計(jì)）
道體面板跨度 Smax=55•δ•（［σ］t／∑q）1/2＋50(mm) Smax=84•δ•（E／∑q）1/3＋50(mm) Smax=116•δ1/2•E1/4＋50(mm)
加固肋選型(簡(jiǎn)支) Lmax=2828•（Z•［σ］t／∑q•S）1/2＋50(mm) Lmax=1243•（E•.I／∑q•.S）1/3＋50(mm) Lmax=498•(E•I/G)1/4 +50(mm)
加固肋選型(固支) Lmax=3464•（Z•［σ］t／∑q•S）1/2＋50(mm) Lmax=1566•（E•.I／∑q•.S）1/3＋50(mm) Lmax=542•(E•I/G)1/4 +50(mm)
(4)根據(jù)《煤粉管道規(guī)程》的要求，以上“方案一、方案二”加固肋的設(shè)計(jì)條件相同，加固肋規(guī)格、間距相同，設(shè)計(jì)結(jié)果無(wú)區(qū)別。
4. 主煙道土建規(guī)程復(fù)核
(1)主煙道軸向變形核算
煙道固定支座的設(shè)置，應(yīng)保證煙道隨溫度變化引起的軸向變形，小于膨脹節(jié)允許變形的要求。本工程煙道固定支座最大間距為L(zhǎng)=25m，煙道安裝初始溫度T=10℃，煙氣最高溫度Tmax=150℃，膨脹節(jié)軸向變形允許值85mm。
膨脹節(jié)兩側(cè)煙道膨脹軸向變形之和：
u=αS•(Tmax-T) •L=1.2x10-5x(150-10)x25000=42mm
軸向變形滿足要求。
(2)主煙道結(jié)構(gòu)復(fù)核
本工程采用STAAD PRO V8i結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)“方案一、方案二”進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。
STAAD PRO V8i結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算結(jié)果
計(jì)算應(yīng)力
（N/mm2） 橫向變形
（mm） 允許變形
（mm） 結(jié)論
方案一 170 11.5 ±26 計(jì)算應(yīng)力在規(guī)程允許范圍內(nèi)，橫向變形滿足允許變形要求
方案二 232 105 ±26 計(jì)算應(yīng)力超出規(guī)程允許范圍，橫向變形不滿足允許變形要求
注：1）計(jì)算應(yīng)力――加固肋最大計(jì)算應(yīng)力
2）水平位移――煙道頂部最大橫向計(jì)算變形
3）允許變形――煙道膨脹節(jié)允許橫向變形
風(fēng)載等水平荷載對(duì)煙道整體影響明顯，影響煙道的結(jié)構(gòu)安全和使用。
(3)主煙道自振頻率復(fù)核
根據(jù)STAAD PRO V8i結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)方案一計(jì)算結(jié)果，道體面板第一振型自振頻率27.8Hz，加固肋第一振型自振頻率46.0Hz，均≥20Hz（常規(guī)設(shè)計(jì)），滿足要求。
5. 工藝規(guī)程與土建規(guī)程鋼材力學(xué)性能的差異
Q235B鋼材力學(xué)性能(150℃)
彈性摸量E（N/mm2） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（N/mm2）
《煤粉管道規(guī)程》 1.96x105 125
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 2.06x105 183
注：(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度――對(duì)于《煤粉管道規(guī)程》，為鋼材的許用應(yīng)力；對(duì)于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，為鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
(2)150℃鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值約折減f ≈ 0.85x215=183 N/mm2
《煤粉管道規(guī)程》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，彈性模量E基本一致。
《煤粉管道規(guī)程》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，鋼材Q235B許用應(yīng)力與鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值183 N/mm2差別較大，分析如下：
《煤粉管道規(guī)程》采用的是許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法，各項(xiàng)荷載均采用標(biāo)準(zhǔn)值。土建規(guī)程采用的是基于概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，各項(xiàng)荷載均采用設(shè)計(jì)值，若參照結(jié)構(gòu)規(guī)范，則鋼材Q235B許用應(yīng)力乘荷載分項(xiàng)系數(shù)，則125x1.35=168 N/mm2 ，小于183 N/mm2 ，二者差值約為9%，大致相當(dāng)，《煤粉管道規(guī)程》略顯保守。
6. 結(jié)論
單純按《煤粉管道規(guī)程》主煙道設(shè)計(jì)，沒有考慮風(fēng)載等水平荷載對(duì)煙道整體的影響，存在安全隱患，需要按土建規(guī)程進(jìn)行復(fù)核。
鑒于筆者水平有限，文中難免有考慮不道支處，本文旨在共享工程設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程提供借鑒參考。
參考文獻(xiàn)
1. 《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50051-2002）
2. 《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5121―2000）
3. 《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5121― 2000）配套計(jì)算方法
關(guān)鍵詞： 鍋爐房 平面布置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)結(jié)合
工業(yè)場(chǎng)地鍋爐房是個(gè)比較繁瑣的工程，設(shè)計(jì)起來(lái)應(yīng)理清思路，循序漸進(jìn)，下面就本人設(shè)計(jì)的工業(yè)場(chǎng)地鍋爐房談幾點(diǎn)體會(huì)。
中圖分類號(hào)：[F287.2] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、建筑平面布置及相關(guān)要求：
工業(yè)場(chǎng)地鍋爐房一般由鍋爐間、輔助間、凝結(jié)水箱間、配電間、控制室、煙筒煙道等組成。首先應(yīng)根據(jù)設(shè)備專業(yè)、選煤專業(yè)、總圖專業(yè)等提供的房屋尺寸功能、地形合理布置平面結(jié)構(gòu)選型，然后根據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》的具體要求詳細(xì)布置建筑平立剖圖。以下是建筑設(shè)計(jì)中一些值得注意的問題：
1、鍋爐間與其他房間應(yīng)用防火墻隔開；
2、鍋爐間門窗的開洞應(yīng)滿足該房間占地面積10%的泄壓面積，且應(yīng)滿足通風(fēng)和采光的要求；
3、化驗(yàn)室應(yīng)設(shè)有洗滌設(shè)施，窗戶應(yīng)防塵，墻面應(yīng)為白色、不反光，化驗(yàn)臺(tái)及地面應(yīng)有防腐措施；
4、油泵房、凝結(jié)水箱間、地溝、水池等應(yīng)符合《工業(yè)建筑防腐規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定；
5、鍋爐房應(yīng)預(yù)留能通過設(shè)備最大搬運(yùn)件的安裝洞，安裝洞最好設(shè)在門窗洞或非承重墻的位置；
6、控制室的觀察窗應(yīng)朝鍋爐操作面開設(shè)，要有足夠的實(shí)現(xiàn)，且要有一定的抗爆能力；
7、鍋爐房?jī)?nèi)一般裝有鼓風(fēng)機(jī)、水泵等振動(dòng)大的設(shè)備，應(yīng)采取必要的隔振措施。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意事項(xiàng)：
一般多層結(jié)構(gòu)多為框架結(jié)構(gòu)，材料多為鋼筋混凝土，也有部分工程為鋼結(jié)構(gòu)，混凝土較鋼結(jié)構(gòu)的耐久性要好。下面對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：
1、主結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式優(yōu)先選用筏板基礎(chǔ)，也可用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。筏板基礎(chǔ)的整體性好，砌體填充墻落至筏板，由于鍋爐房設(shè)備及管道繁多，墻體開洞較多，直接將墻體落至筏板，可有效避免地基梁與預(yù)留洞的沖撞；
2、鍋爐荷載大，體積大，鍋爐基礎(chǔ)應(yīng)做成鋼筋混凝土基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)的形式比較復(fù)雜，預(yù)留孔及埋件多而雜；3、設(shè)備基礎(chǔ)在鍋爐房設(shè)計(jì)中也是很重要的一部分，其中包含輔助間、凝結(jié)水箱間、鼓風(fēng)機(jī)間的設(shè)備以及除塵器的基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行重量及受力方式來(lái)計(jì)算，若落于回填土上，應(yīng)夯實(shí)填平，不滿足承載力要求的應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施；
4、鍋爐房樓地面和屋面的活荷載應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備和檢修的荷載要求確定，可參考規(guī)范具體規(guī)定；
5、由于鍋爐房的設(shè)備及管道預(yù)留洞多而雜，所以墻體應(yīng)選用磚墻；
6、鍋爐間與輔助間等其他房間往往由于功能不同導(dǎo)致的層高不同，造成框架結(jié)構(gòu)的錯(cuò)層多，柱子的計(jì)算長(zhǎng)度不統(tǒng)一，針對(duì)此情況應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算框架柱計(jì)算長(zhǎng)度，采取加強(qiáng)措施；
7、漏斗設(shè)計(jì)也是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，應(yīng)考慮其漏斗內(nèi)部滿載的煤重量、漏斗口的設(shè)備重量以及漏斗口預(yù)埋件的設(shè)置等問題；
8、煙筒及煙道之間應(yīng)設(shè)置沉降縫。
三、相關(guān)專業(yè)的結(jié)合
鍋爐房設(shè)計(jì)涵蓋了暖通、給排水、配電、選煤、總圖等專業(yè)，預(yù)留洞、管溝、設(shè)備基礎(chǔ)多而雜，相互之間的關(guān)系應(yīng)梳理清楚，這就需要我們對(duì)鍋爐等設(shè)備的工作原理及工藝流程有大致的了解，在設(shè)計(jì)中和各個(gè)專業(yè)多溝通，才能在設(shè)計(jì)中條理清晰，融會(huì)貫通。
參 考 文 獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：循環(huán)水場(chǎng)；混凝土水池；水池設(shè)計(jì)；構(gòu)造要求
循環(huán)水場(chǎng)是石油化工生產(chǎn)企業(yè)廠區(qū)的重要組成部分。來(lái)自各裝置的循環(huán)冷卻回水經(jīng)系統(tǒng)管網(wǎng)匯集進(jìn)入循環(huán)水場(chǎng)中的冷卻塔在塔體內(nèi)通過配水系統(tǒng)等將水溫降低。冷卻后的水進(jìn)入塔體下部水池，然后自然流入吸水池，再送至各裝置冷換設(shè)備使用。由此可見冷水塔下水池和吸水池對(duì)于水資源的節(jié)約再利用等起到了非常重要的作用。水池結(jié)構(gòu)本身的持久可靠耐用就顯得非常重要。
1項(xiàng)目概況
該項(xiàng)目的循環(huán)水場(chǎng)塔下水池及吸水池位于山東某煉廠的項(xiàng)目?jī)?nèi)，現(xiàn)在已經(jīng)投產(chǎn)使用，使用過程中情況良好。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，塔下水池尺寸為532m長(zhǎng)X215m寬X23m深及362m長(zhǎng)X215m寬X23m深，與吸水池609m長(zhǎng)X64m寬X56m深有管道連通。
2基本設(shè)計(jì)步驟
該塔下水池及吸水池為地面式水池，水池的池壁均有一半以上位于地面以上。塔下水池為雙向淺壁水池而吸水池則是單向淺壁水池。由于水池本身的重要性的要求水池的防水等級(jí)按照維護(hù)結(jié)構(gòu)允許的滲漏水量可以劃分為4個(gè)等級(jí)。水池通過進(jìn)行閉水實(shí)驗(yàn)依據(jù)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象判斷其是否達(dá)到規(guī)范的相應(yīng)要求。石油化工冷卻水池需要達(dá)到四級(jí)的防水等級(jí)?！妒突や摻罨炷了亟Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T3132－2013對(duì)于混凝土水池的抗?jié)B和抗凍也有相應(yīng)的要求。水池混凝土的周圍環(huán)境溫度不能高于80℃。水池的防腐方法可以按現(xiàn)行《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50046－2008的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，當(dāng)溫度超過40℃還應(yīng)該考慮溫度對(duì)防腐層的影響。由于水池過長(zhǎng)故而對(duì)吸水池設(shè)置了伸縮縫，而對(duì)于塔下水池則采用后澆膨脹混凝土加強(qiáng)帶的做法。石油化工常用水池的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為10。水池可按照丙類構(gòu)筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。水池地基的最大沉降值不宜大于300mm。
3材料等
該項(xiàng)目的水池采用了C30補(bǔ)償收縮混凝土。水池混凝土的砂率宜為35％～40％，灰砂比宜為1∶2～1∶25，水灰比宜小于05（對(duì)于有抗凍要求的水池應(yīng)小于05），塌落度不宜大于50mm。水池混凝土的性能應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，并且需要滿足現(xiàn)行《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119－2003中規(guī)定的要求。每立方米混凝土中的水泥含量不應(yīng)少于300kg．水泥中的總堿量應(yīng)不大于06％。水池混凝土中的細(xì)骨料和粗骨料除應(yīng)符合《普通混凝土用石頭砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》JGJ52－2006和《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》JGJ53－2006，還應(yīng)符合《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T3132－2013中的相關(guān)要求。補(bǔ)償收縮混凝土中膨脹劑的滲入量應(yīng)達(dá)到《混凝土膨脹劑》JC476中規(guī)定的性能指標(biāo)要求并通過實(shí)驗(yàn)確定。水池混凝土中最大氯離子的含量不應(yīng)該超過水泥用量的02％。
4作用及作用效應(yīng)
該項(xiàng)目水池的作用可以分為三類：永久作用、可變作用、地震作用。水池計(jì)算時(shí)不考慮風(fēng)荷載作用也不計(jì)算溫度或者濕度變化對(duì)壁板中面的作用。水池不考慮豎向地震作用。該項(xiàng)目水池也可不進(jìn)行水平地震作用下的截面抗震驗(yàn)算，但應(yīng)滿足抗震構(gòu)造要求。水池的永久作用、可變作用、地震作用以及效應(yīng)組合等的詳細(xì)計(jì)算選擇可以參見《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T3132－2013。靜力計(jì)算的具體方法和規(guī)定也可參見《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T3132－2013。
5裂縫寬度驗(yàn)算及抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)
抗裂驗(yàn)算及裂縫寬度和抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算可參見《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T3132－2013要求。水池構(gòu)件的最大裂縫寬度ω應(yīng)符合下列規(guī)定：a、防水等級(jí)為四級(jí)的水池ω≤025mm；b、防水等級(jí)為二級(jí)和三級(jí)的水池ω≤02mm。計(jì)算抗浮力時(shí)不應(yīng)計(jì)入池內(nèi)貯水重、上部設(shè)備中、池內(nèi)物料重及池壁與圖之間的摩擦力。計(jì)算抗浮力時(shí)，池頂覆土的重度宜取16KN／m3；池底板外挑部分上部填土的重度宜取18KN／m3且不應(yīng)考慮其擴(kuò)散角的影響。
6構(gòu)造要求
水池的壁板及中間隔板及底板的厚度不宜小于200m。鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度：40mm；水池迎水面：50mm。敞口水池壁板的頂端宜設(shè)置水平加強(qiáng)筋，當(dāng)水池邊長(zhǎng)大于20m時(shí)池壁頂端宜加設(shè)暗梁。鋼筋混凝土水池的配筋應(yīng)符合《石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T3132－2013的要求。水池壁板和底板上不得使用貫穿性埋件，埋件尾部距另一側(cè)混凝土表面的距離不應(yīng)小于100mm。池壁上開孔大于等于800mm時(shí)，應(yīng)在開孔的周邊設(shè)置肋梁，并配置加強(qiáng)筋。水池變形縫的寬度按計(jì)算確定。變形縫可由止水帶、填縫板和密封料三部分構(gòu)成。該項(xiàng)目選用的是埋入式止水帶。水池應(yīng)該滿足相應(yīng)的抗震構(gòu)造要求。水池頂蓋的抗震構(gòu)造要求包括：a、預(yù)制頂板在池壁上的擱置長(zhǎng)度不應(yīng)小于200b、預(yù)制板與梁的連接應(yīng)采用預(yù)埋件焊接，每塊板至少焊接三個(gè)角。設(shè)防烈度為6度及以上的地區(qū)的水池，受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度在規(guī)范表19規(guī)定的基礎(chǔ)上再增加5d。
7結(jié)束語(yǔ)
水池的設(shè)計(jì)一直是民用及工業(yè)構(gòu)筑物中的一個(gè)重要組成部分，希望本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路能夠給同類設(shè)計(jì)工作提供一個(gè)具體有效的例子。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：塔型設(shè)備 風(fēng)荷載 地震作用
引言
塔設(shè)備是石油化工、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。塔設(shè)備由塔設(shè)備本體、塔設(shè)備附屬構(gòu)筑物（如操作平臺(tái)、欄桿、梯子、管線等）、支持塔設(shè)備的基礎(chǔ)這三部分組成。塔基礎(chǔ)支持塔設(shè)備的全部荷載（包括垂直荷載、水平荷載等），所以塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)非常重要，要求達(dá)到堅(jiān)固、適用、經(jīng)濟(jì)和合理。
塔型設(shè)備屬于高聳構(gòu)筑物，在高聳構(gòu)筑物計(jì)算中風(fēng)荷載和地震作用的計(jì)算尤為重要。在塔基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)使用中在結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。
表1荷載組合表
通過表1可以發(fā)現(xiàn)在塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無(wú)論何種工況的組合都少不了風(fēng)荷載。同時(shí)地震荷載在組合中往往起著決定性作用，《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3030-1997）中5.4.4列出了可不進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算的幾種情況，說明在這幾種情況下風(fēng)荷載起決定因素。所以下面我們重點(diǎn)討論風(fēng)荷載作用和水平地震作用。
1 風(fēng)荷載[]
露天放置的塔設(shè)備在風(fēng)力作用下，將在兩個(gè)方向上產(chǎn)生振動(dòng)。一種是順風(fēng)向的振動(dòng)，振動(dòng)的方向與風(fēng)流向的一致，另一種是橫風(fēng)向的振動(dòng)，振動(dòng)方向與風(fēng)的流向垂直。前一種振動(dòng)是常規(guī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，后一種振動(dòng)也稱風(fēng)誘發(fā)的振動(dòng)，在工程界以前較少予以重視，但現(xiàn)在對(duì)誘發(fā)振動(dòng)的研究日益受到重視，而在塔設(shè)備設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮風(fēng)誘發(fā)的振動(dòng)已成為必然的趨勢(shì)。
1.1 風(fēng)向風(fēng)荷載（常規(guī)風(fēng)荷載計(jì)算）
《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3030-1997）5.3.1條給出了塔風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的公式
Wk=βzμsμzμr（1+μe）（D0+2δ2）ωo
在這里僅就公式中幾個(gè)系數(shù)計(jì)算須注意的問題闡述如下：
⑴風(fēng)振系數(shù)βz
《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3030-1997）5.3.2條：當(dāng)塔型設(shè)備的基本自振周期T1≥0.25s時(shí)，應(yīng)考慮由脈動(dòng)風(fēng)引起的風(fēng)振影響……
βz=1+ξε1ε2
首先要計(jì)算塔體的自振周期，判斷是否需要考慮風(fēng)振影響。在SH3030-1997附錄A中給出了塔的自振周期計(jì)算公式，但都是針對(duì)壁厚δ1≤30mm的塔，對(duì)于我們現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的壁厚是δ2≥30mm的塔體的自振周期則沒有提及，這就要另外尋找合適的計(jì)算方法了。規(guī)范《鋼制塔式容器》（JB/T 4710-2005）是一本設(shè)備專業(yè)的規(guī)范，在這本規(guī)范中有計(jì)算塔式容器基本振型的自振周期：對(duì)于直徑和厚度不變的每段塔式容器質(zhì)量，可處理為作用在該段高度1/2處的集中質(zhì)量。
H：塔式容器高度，mm
m0：塔式容器的操作質(zhì)量，kg
（包括塔殼和裙座殼質(zhì)量，內(nèi)件質(zhì)量，保溫質(zhì)量，平臺(tái)扶梯質(zhì)量，操作時(shí)塔內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量，人孔、接管、法蘭等附屬件質(zhì)量，偏心質(zhì)量）
Et：設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，MPa
δe：圓筒或錐殼的有效厚度，mm
Di：塔殼內(nèi)直徑，mm
直徑、厚度相等塔式容器的第二振型與第三振型可分別近似取T2=T1/6,T3=T1/18.
《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A中圓筒（柱）式塔基礎(chǔ)，δ1≤30mm：
我們可以對(duì)壁厚δ1≤30mm的塔分別用兩本規(guī)范公式僅就圓筒（柱）式塔基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，做一下對(duì)比：
表2 T1計(jì)算對(duì)比
從表2可以看出一般設(shè)備規(guī)范計(jì)算出來(lái)的周期較塔基礎(chǔ)規(guī)范計(jì)算出的周期長(zhǎng)。且絕大多數(shù)塔周期都是≥0.25s的。
⑵脈動(dòng)增大系數(shù)ξ
這個(gè)系數(shù)在《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50135-2006）上可以查出，但要注意兩點(diǎn)：
第一：對(duì)于ωoT2，對(duì)地面粗糙度B類可以直接代入基本風(fēng)壓，對(duì)于A類、C類、D類應(yīng)分別乘以1.38、0.6和0.32.
第二：結(jié)構(gòu)類別應(yīng)選擇無(wú)維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)這項(xiàng)。
⑶振型、結(jié)構(gòu)外形的影響系數(shù)ε2
這個(gè)系數(shù)在表格中是一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍是根據(jù)地面粗糙度類別選取的具體數(shù)值的。從A~D，B類取1/4處，C類取1/2處。
⑷體型系數(shù)μs和風(fēng)載擴(kuò)大系數(shù)μe
這兩個(gè)系數(shù)要放在一起說這牽扯到《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》上對(duì)μs取值的不同。
在《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定μs取0.6，一般我們也按照這個(gè)取用。但是在《高聳規(guī)范》中體型系數(shù)選取表格4.2.7中有一項(xiàng)是明確為：石油化工塔型設(shè)備結(jié)構(gòu)類型的。這一項(xiàng)是根據(jù)塔設(shè)備直徑不同、塔體本身攜帶鋼梯不同來(lái)選取μs，其最小值也要比0.6大很多。在注1中提及這個(gè)μs是包括了平臺(tái)、扶梯等影響的單個(gè)塔型設(shè)備的。
對(duì)于不同規(guī)范的μs其取值依據(jù)是不同的，包含的意義也不同。在《塔基礎(chǔ)》中是用μe來(lái)考慮獨(dú)立平臺(tái)、聯(lián)合平臺(tái)、鋼斜（直）梯和管線等部分的風(fēng)荷載的。在《高聳規(guī)范》中，這些因素都包含在μs這一個(gè)系數(shù)中的。也就是說《塔基礎(chǔ)》規(guī)范中μs（1+μe）才相等于《高聳規(guī)范》中的μs。
μs計(jì)算對(duì)比表3
由表3可以看出《高聳規(guī)范》計(jì)算出的數(shù)值要大些，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)塔設(shè)備的直徑越大，風(fēng)荷載擴(kuò)大系數(shù)影響越??；塔設(shè)備的直徑越小，風(fēng)荷載擴(kuò)大系數(shù)影響越大。
在這里還是要提一下《鋼制塔式容器》這本規(guī)范，在這本規(guī)范條文說明中提到，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)柱體結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)表明體型系數(shù)與雷諾數(shù)Re有關(guān)，當(dāng)Re≤1.5x105時(shí)，μs=1.2；當(dāng)Re≥4x105時(shí)，μs=0.7.對(duì)具有圓柱形截面的塔器，常遇到的雷諾數(shù)都大于4x105，所以規(guī)定μs=0.7。
如果把0.7代入上表，可以看出這是介于《塔基礎(chǔ)》和《高聳》之間的一個(gè)數(shù)值?！朵撝扑饺萜鳌分蟹鎏?、護(hù)欄操作平臺(tái)也是另行考慮的。它的公式計(jì)算很細(xì)致，獲取那么多細(xì)部尺寸對(duì)我們專業(yè)來(lái)講比較困難，所以就沒有列出公式。但是它的意義和《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的μs一致。
1.2 橫風(fēng)向風(fēng)荷載
《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中并沒有提及考慮橫風(fēng)向風(fēng)荷載，但是在《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50135-2006）中4.2.11與4.2.12條提到了高聳結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮由脈動(dòng)風(fēng)引起的垂直于風(fēng)向的橫向共振的驗(yàn)算?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）（2006）7.6提出了對(duì)一些情況下圓形截面橫風(fēng)向風(fēng)振（漩渦脫落）的校核。這表明對(duì)于大型塔型設(shè)備應(yīng)該考慮到橫風(fēng)向風(fēng)荷載的影響
對(duì)于圓截面柱體結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生漩渦脫落時(shí)，若脫落頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相符，將出現(xiàn)共振。漩渦脫落頻率fs與風(fēng)速v成正比，與截面的直徑d成反比。同時(shí)雷諾數(shù)Re，斯托羅哈數(shù)St它們?cè)谧R(shí)別其振動(dòng)規(guī)律方面有重要意義。
所謂漩渦就是風(fēng)吹過塔體表面速度減小壓強(qiáng)增加在塔體后半周形成空白區(qū)，在逆向壓強(qiáng)梯度的作用下，必然有倒流的流體來(lái)補(bǔ)充，倒流的流體又受到高壓強(qiáng)的的影響而被推開，于是在塔體背后產(chǎn)生了漩渦。
發(fā)生橫風(fēng)向共振有兩個(gè)條件：
第一，雷諾數(shù)Re≥3.5x106.
第二，結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速vH的1.2倍大于vcr，j。
產(chǎn)生橫向風(fēng)振后在垂直的橫風(fēng)向也產(chǎn)生風(fēng)力，還可以產(chǎn)生風(fēng)力矩，但是除重要的的特高的塔設(shè)備結(jié)構(gòu)外，一般可不考慮它的影響。
1.3 雙塔
這里的雙塔是指間距比較近的兩個(gè)獨(dú)立的塔。由于工藝需要常常有些塔被布置到離的很近的位置，有時(shí)需要把兩塔做成聯(lián)合基礎(chǔ)，這樣對(duì)于這兩個(gè)塔的風(fēng)荷載會(huì)產(chǎn)生一定的影響。我們就不能僅就單個(gè)的塔進(jìn)行計(jì)算，還要綜合考慮兩塔之間風(fēng)荷載的變化，進(jìn)行驗(yàn)算。
由并列雙塔，當(dāng)雙塔間距S=D體型系數(shù)接近單塔的系數(shù)，但當(dāng)S＜D時(shí)，則μs有所提高（當(dāng)S=D/4時(shí)，μs提高一倍）。
前后雙塔，對(duì)于前塔μs變化不大，但后面的塔μs則有變化，當(dāng)S≤D/4時(shí)后塔μs變?yōu)樨?fù)值，說明有“迎風(fēng)倒”的趨勢(shì)。（S指兩塔之間的凈距）。
2 地震作用
一般我們計(jì)算地震作用經(jīng)常采用的方法大致為：
第一：底部剪力法，即首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)、重要性、動(dòng)力特性、重量、地基條件及設(shè)計(jì)烈度等因素求出結(jié)構(gòu)的底部剪力，亦即結(jié)構(gòu)所受的總的地震剪力，然后將此總地震作用按某種規(guī)律分布給結(jié)構(gòu)各質(zhì)點(diǎn)。
第二：振型分解反應(yīng)譜法。即首先求出各振型的最大反應(yīng)，然后按某種方式進(jìn)行組合。
2.1 底部剪力法
在使用此方法時(shí)須注意采用多質(zhì)點(diǎn)體系計(jì)算，取總重力荷載代表值的85%進(jìn)行計(jì)算，單質(zhì)點(diǎn)體系則不必。
這樣對(duì)多質(zhì)點(diǎn)體系總重力荷載代表值進(jìn)行取用，反應(yīng)了多質(zhì)點(diǎn)體系底部剪力值與對(duì)應(yīng)單質(zhì)點(diǎn)體系（質(zhì)量等于多質(zhì)點(diǎn)體系總質(zhì)量，周期等于多質(zhì)點(diǎn)體系基本周期）剪力值的差異。
2.2 振型反應(yīng)譜法
振型反應(yīng)譜理論的基本假定是：結(jié)構(gòu)地基相等于剛性平面，各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)完全一致；地面運(yùn)動(dòng)過程可以用強(qiáng)震觀測(cè)儀器的記錄來(lái)表示；并假定結(jié)構(gòu)是彈性的。
在確定塔設(shè)備的地震作用時(shí)，并不需要考慮所有的高振型，一般只需考慮它的第一、第二振型，必要時(shí)最多再考慮第三振型就足夠了。這是根據(jù)一般結(jié)構(gòu)水平振動(dòng)的頻譜特點(diǎn)和地面運(yùn)動(dòng)的主要周期特性得出的。
這里Xji：j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平相對(duì)位移可以按照《塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算》表2-52選取。
2.3 地震影響系數(shù)α
地震影響系數(shù)α可以按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.1.5條計(jì)算，但是《抗震規(guī)范》并沒有明確塔的阻尼比ζ的取值。不過在《鋼制塔式容器》這本規(guī)范條文說明中提及，塔式容器是屬于高聳的柔性結(jié)構(gòu)，因此塔式容器的阻尼比較標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜所采用的ζ=0.05來(lái)得小。因此推薦ζ=0.01。
3 結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)于塔式設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中風(fēng)荷載、地震作用計(jì)算涉及的方面進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)。
1、對(duì)于位于框架內(nèi)的塔，一般借助樓層或在樓層上做操作平臺(tái)，塔設(shè)備本身平臺(tái)較少。在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)一般選用《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中μs=0.6，再結(jié)合擴(kuò)大系數(shù)。如果是獨(dú)立在框架外的塔設(shè)備，一般選用《鋼制塔式容器》中μs=0.7，但是計(jì)算公式還是用《石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中風(fēng)荷載的計(jì)算公式。如果塔設(shè)備很高、平臺(tái)、管道荷載很大會(huì)酌情選用《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的計(jì)算方法。塔畢竟是設(shè)備不屬于結(jié)構(gòu)，對(duì)于使用《高聳規(guī)范》還要斟酌。
2、當(dāng)計(jì)算雙塔聯(lián)合基礎(chǔ)時(shí)，即使是兩個(gè)獨(dú)立的塔設(shè)備，也要根據(jù)塔間距考慮風(fēng)荷載體型系數(shù)的互相影響。避免風(fēng)荷載計(jì)算偏小。
3、計(jì)算地震作用時(shí)一般用兩種方法都計(jì)算，并比較一下，選取一個(gè)大的。如果陣型反應(yīng)譜法比底部剪力法小的多，會(huì)再加一個(gè)陣型計(jì)算，然后再進(jìn)行比較。
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1 石油化工塔型設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3030-1997）
2 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）（2006）3. 《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50135-2006）
4 鋼制塔式容器》（JB/T 4710-2005）
5 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2001）
關(guān)鍵詞: 管道變形施工造價(jià)覆土
前言
廣州市西江引水工程第三標(biāo)的石門、西村并行線(管徑為2800和3200) 西村支線(管徑為3200)途徑廣清高速公路后轉(zhuǎn)入增槎路,最后進(jìn)入西村水廠。由于在這些路段,管道主要敷設(shè)在行車道路下,在車行荷載的重復(fù)動(dòng)荷載作用下要特別注意管道的強(qiáng)度、剛度(變形)、穩(wěn)定性滿足要求。
因此在這些路段,我們?yōu)楸ＷC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全并達(dá)到節(jié)省投資的目的,主要采用了鋼襯鋼筋砼壓力管以及加肋鋼管,下面對(duì)鋼襯鋼筋混凝土壓力管、加肋鋼管、PCCP管以及一般鋼管作結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性的簡(jiǎn)單對(duì)比。
一、鋼襯鋼筋混凝土壓力管道
若采用普通鋼管,為滿足抗浮要求,往往需要達(dá)到一定的埋設(shè)深度。而管道埋置越深,導(dǎo)致基坑開挖的深度也較大,這將造成基坑開挖止水的困難程度以及增加基坑支護(hù)造價(jià)。如果采用D3200PCCP管,其單節(jié)管(長(zhǎng)度為5米)重達(dá)31噸,在管道的運(yùn)輸及吊裝過程中需要采用重型機(jī)械,并且是在繁忙的公路上進(jìn)行,因此PCCP管道的運(yùn)輸及其施工苦難程度較大并對(duì)周圍環(huán)境影響較嚴(yán)重,同時(shí)在管道吊裝過程中由于單節(jié)管重量較大而導(dǎo)致基坑周邊荷載增大,這將增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用。
鋼襯鋼筋混凝土壓力管道是由內(nèi)襯鋼筒以及鋼筋混凝土箱涵組成的管道結(jié)構(gòu)。他采用內(nèi)襯鋼筒來(lái)承受內(nèi)水壓力,而外包鋼筋混凝土承受外荷載如汽車荷載以及覆土荷載,因此它充分發(fā)揮鋼材抗拉和混凝土抗壓的材料性能。同時(shí)由于混凝土比重較大容易滿足抗浮要求,而適于淺埋。經(jīng)計(jì)算,鋼筒D3200X14的內(nèi)襯鋼筒外包300厚鋼筋砼結(jié)構(gòu)在覆土深度為0.7米的情況下能夠滿足管道本身的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定等各項(xiàng)要求。為保證施工質(zhì)量,鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的內(nèi)襯鋼筒兩端要加肋環(huán),保證對(duì)接焊口間的圓度,同時(shí)需中部每2m加“米”字型的活動(dòng)內(nèi)撐,以滿足運(yùn)輸和澆筑混凝土?xí)r的剛度要求。此種結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下:
外包砼薄壁鋼管的造價(jià)較PCCP管材貴約15%,所需要的基礎(chǔ)處理要求基本相同。主要區(qū)別在于抗浮和地面荷載對(duì)覆土的要求,當(dāng)管道埋深不受市政特殊要求時(shí),前者僅考慮700覆土便可(個(gè)別地段經(jīng)處理后外露亦可),從而可減少約1.2m的基坑深度,減少施工費(fèi)用,有利于地下水位高和附近有建筑物的地段施工。
基坑截面,如D2800XD3200PCCP管需要10.5x5.5～6(深),外包砼薄壁管為8.2x4.5(深),挖填土方量減少,征地寬度減少,施工難度減少。
管材吊運(yùn)的重量分別為5m長(zhǎng)的PCCP管約39t,6m長(zhǎng)的外包砼薄壁鋼管約8t,大大減少吊車噸位和基坑邊的施工荷載,減少基坑的支護(hù)用料和施工便道的等級(jí)。
因此鋼襯鋼筋混凝土壓力管道造價(jià)約6.47萬(wàn)元/米,而PCCP管造價(jià)約為9萬(wàn)元/米。
由于鋼襯鋼筋混凝土壓力管道在現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土,不利于埋設(shè)太深,因此當(dāng)遇到原有的各種管道埋置較深難以避讓時(shí)則采用加肋鋼管過渡。
二、加肋鋼管
加肋鋼管的優(yōu)點(diǎn)主要是可以減小鋼管壁厚,減少鋼管在荷載作用下的變形,增加管道結(jié)構(gòu)剛度。如若使用D3200X32鋼管,在覆土為2米以及汽車荷載作用下管道變形計(jì)算為
,而在當(dāng)覆土荷載作用下的變形 。
當(dāng)采用加肋鋼管時(shí),在保證鋼管強(qiáng)度的情況下可以減少鋼管厚度,經(jīng)計(jì)算,可采用D3220X24鋼管加肋24*200@1000以滿足強(qiáng)度要求,此加肋鋼管在汽車荷載+覆土荷載作用下的變形為8.6mm,只在覆土荷載作用下的變形為6.4mm。
由上述計(jì)算可知,我們可以得到以下兩點(diǎn):
不加肋鋼管變形量遠(yuǎn)大于加肋鋼管,從而證明了加肋鋼管可以明顯的增大大口徑鋼管的剛度,使得施工中容易控制變形進(jìn)而保證鋼管的圓度和施工質(zhì)量;
無(wú)加肋鋼管在有、無(wú)汽車荷載作用下的差異變形量為 =16.9mm,而加肋鋼管的差異變形量為 =2.2mm。說明了無(wú)加肋鋼管在有無(wú)汽車荷載作用下的變形幅度較大,這對(duì)于管道的安全運(yùn)行以及管道上的路面結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一定的危害。
三、結(jié)言
綜上兩種原因,我們推薦采用加肋鋼管作為鋼襯鋼筋混凝土壓力管的補(bǔ)充,主要用于某些地段由于原有各種管道埋深較淺,管徑較大且不易遷改或遷改困難的地方,以避免鋼襯鋼筋混凝土壓力管道深埋。
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關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；常見問題；措施
1工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題
1.1設(shè)計(jì)規(guī)范面臨的問題
雖然我國(guó)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是所設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)仍然不夠先進(jìn)，無(wú)法滿足新時(shí)期工業(yè)建筑項(xiàng)目需求。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滯后導(dǎo)致設(shè)計(jì)規(guī)范也存在一定不足，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在不少問題，若未及時(shí)解決這些問題，必定會(huì)對(duì)建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響。此外，由于技術(shù)方面因素的影響，多數(shù)工業(yè)建筑施工技術(shù)與安裝技術(shù)缺乏先進(jìn)性，難以達(dá)到預(yù)期效果，導(dǎo)致工業(yè)建筑的建設(shè)效果與設(shè)計(jì)效果相差甚遠(yuǎn)。
1.2結(jié)構(gòu)選型面臨的問題
結(jié)構(gòu)選型直接決定了建筑空間分布、使用功能，影響著建筑外觀形象，因此在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮建筑的結(jié)構(gòu)選型。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)不是主觀存在，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)建筑結(jié)構(gòu)必須要符合建筑邏輯。
1.3設(shè)計(jì)人員面臨的問題
目前，從事有關(guān)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)有限，使得工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)水平難以及時(shí)有效地提升。另設(shè)計(jì)人員對(duì)各行業(yè)的生產(chǎn)流程以及各類型材料性能、特性不了解，不熟悉，導(dǎo)致建筑建成后最終效果與設(shè)計(jì)圖效果存在較大的差距。
2工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的優(yōu)化策略
2.1工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中類型選擇
由于生產(chǎn)容量與應(yīng)用設(shè)備發(fā)生改變時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的變化，因此在工業(yè)建筑和設(shè)備應(yīng)用時(shí)間要標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和原有工程結(jié)構(gòu)投資預(yù)算要相互吻合。建筑結(jié)構(gòu)建類型的選擇也相當(dāng)重要。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，施工材料合理的選擇，將其在化學(xué)成分、力學(xué)功能上達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。其中鋼筋混凝土機(jī)構(gòu)施工中，由于建材易獲得，所以其施工較為便捷。此外，由于該材質(zhì)具有耐火和耐腐蝕的特點(diǎn)，因此在施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制環(huán)節(jié)較為便利，在工業(yè)建筑應(yīng)用中較為廣泛；采用鋼結(jié)構(gòu)類型能夠降低工程成本，縮短工程建設(shè)的進(jìn)度，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)空間較大，因此常會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)。
2.2滿足工業(yè)建筑工程生產(chǎn)工藝需求
在生產(chǎn)流程工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要處理好施工工序和生產(chǎn)兩者之間的影響。而通道排風(fēng)設(shè)計(jì)也較為重要，在生產(chǎn)過程中常會(huì)散發(fā)一定的熱量和灰塵，這時(shí)通風(fēng)問題就顯得尤為重要；還需要對(duì)隔聲帶設(shè)計(jì)進(jìn)行有效管理。只有這樣才能保證整個(gè)工業(yè)建筑生產(chǎn)不受到影響。
2.3科學(xué)合理的布置空間
首先，需要對(duì)建筑總面積進(jìn)行合理的布置，并根據(jù)相關(guān)生產(chǎn)工藝和流程做好工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)選址。做好生產(chǎn)運(yùn)輸管道之間的分布關(guān)系，布置公用設(shè)備；其次，在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，還需要對(duì)生產(chǎn)空間中不同功能的廠房進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，例如公用設(shè)施的配置，以及生產(chǎn)輔助設(shè)施等；最后，為保證相關(guān)企業(yè)工作能夠順利進(jìn)行，還需要對(duì)工業(yè)建筑設(shè)廠區(qū)域進(jìn)行合理劃分，并做好公用設(shè)施的安排。
2.4工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)
首先，在對(duì)工業(yè)建筑進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)建筑內(nèi)部進(jìn)行分隔，并且使用良好耐火性的隔板進(jìn)行分隔，這樣可以有效控制火勢(shì)的蔓延，是設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用的方法之一。合理的設(shè)計(jì)工業(yè)建筑內(nèi)部的防火分區(qū)，以墻、門以及水幕帶等多種方式相組合，對(duì)建筑內(nèi)部的空間進(jìn)行有效分隔，從而對(duì)提高工業(yè)建筑的防火性很大的幫助；其次，工業(yè)建筑的耐火能力與建筑部件的耐火等級(jí)高低是離不開的。使用防火涂料對(duì)部件進(jìn)行噴涂以部件的耐火能力，把梁柱節(jié)點(diǎn)作為重點(diǎn)噴涂，盡量選用厚漿型的防火涂料進(jìn)行噴涂，以增強(qiáng)鋼架結(jié)構(gòu)的熱絕緣性，提高工業(yè)建筑的耐火性。用無(wú)機(jī)的防火板對(duì)建筑使用的大型鋼件進(jìn)行包裹式覆蓋，以此來(lái)降低鋼件的導(dǎo)熱性能；最后，強(qiáng)化報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)滅火裝置，保障消防、安全通道的暢通。主要內(nèi)容：①在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)上，要在敞開火災(zāi)封閉的樓梯間單獨(dú)劃分探測(cè)區(qū)域，火災(zāi)探測(cè)器每隔2層或3層放置一個(gè)，有效及時(shí)的獲取火災(zāi)情況；②滅火器是必不可少的，在火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)能夠有效控制火勢(shì)的蔓延；③安全疏散通道要保持暢通，每個(gè)工業(yè)建筑在設(shè)計(jì)時(shí)安全疏散通道都是必須要考慮到的，有效的降低火災(zāi)傷亡率。而且合理設(shè)計(jì)逃生通道標(biāo)志，疏散通道上要設(shè)置緊急照明、疏散方向的指示燈和安全出口燈。幫助處于危險(xiǎn)中的人群指引逃生方向，幫助被困人員及時(shí)逃脫危險(xiǎn)。另外消防通道的暢通也必須要保證，這對(duì)于消防人員及時(shí)控制火勢(shì)，安全解救受困群眾有著非常重要的意義。
2.5防腐蝕設(shè)計(jì)
首先，合理設(shè)防的前提是對(duì)生產(chǎn)過程中的腐蝕性介質(zhì)的特性要有一個(gè)詳細(xì)的了解，掌握其腐蝕的原理，從而更好的明白該腐蝕屬于什么等級(jí)。一般情況下，根據(jù)腐蝕程度分為：強(qiáng)腐性、中腐性、弱腐性、微腐性4個(gè)等級(jí)。生產(chǎn)實(shí)際需求是對(duì)對(duì)防腐蝕工程進(jìn)行合理設(shè)防的重要依據(jù)。生產(chǎn)廠家一定要提供真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，才能設(shè)計(jì)出符合實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方案；其次，除了要做好耐蝕性的控制，防滲性和整體性也是防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的兩個(gè)方面。它們對(duì)防腐蝕工程的功效也起著非常大的作用。一般情況下，大多的防腐蝕工程都會(huì)采用瀝青、橡膠這類材料作為防滲隔離層，這是因?yàn)檫@類材料對(duì)于防腐蝕工程的防滲能力有很好的保證；最后，設(shè)計(jì)人員在對(duì)涂料防護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)涂料防護(hù)的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到涂層之間的結(jié)合，盡量選用涂層之間能夠結(jié)合良好的品種配套，并具有較強(qiáng)的附著力。要想設(shè)計(jì)出好的設(shè)計(jì)作品，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須要掌握豐富的業(yè)務(wù)知識(shí)，熟悉防腐材料的性能，只有這樣才能保證設(shè)計(jì)作品能夠合理有效的進(jìn)行防腐。
3結(jié)束語(yǔ)
總而言之，在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到難以解決的問題，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)工作的進(jìn)一步開展。而文章則通過對(duì)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題的研究與探討，提出了具有針對(duì)性的解決措施，希望能夠全面提高工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，從根源上杜絕設(shè)計(jì)質(zhì)量問題的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)工業(yè)建筑的可持續(xù)發(fā)展。
作者:時(shí)猛 單位:中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：常見問題；土建結(jié)構(gòu)變電站；土建結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；方案處理方式；優(yōu)化
Abstract: With the social progress and raising the level of economic development, the construction of national circuit network has made considerable progress. Electric power engineering structure design is complicated and heavy responsibility. Therefore we shall attach great importance to structure design. This paper introduces the common problems and the transformer substation in structural design of civil engineering structure design scheme.
Keywords: common problem; structure of substation; structure; design; solution treatment; optimization
中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
電力工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響和決定電力工程質(zhì)量安全。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要高度重視電力工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面常見問題，工作中嚴(yán)格遵照電力工程設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待，保證電力工程質(zhì)量，確保供電安全。變電站施工工程在工程建設(shè)全過程中所占時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的樓層平面剛度問題
有些電力工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)布置缺乏必要措施或缺乏基本的結(jié)構(gòu)觀念情況下，采用樓板變形的計(jì)算程序。盡管計(jì)算機(jī)程序的編程在數(shù)學(xué)力學(xué)模型上是成立的甚至是準(zhǔn)確無(wú)誤的，但在確定樓板變形程度上卻很難做到準(zhǔn)確。因此，這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定會(huì)存在著結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件或部位安全儲(chǔ)備過大或者結(jié)構(gòu)不安全成分等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能將樓層設(shè)計(jì)成剛性樓面，以使計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算結(jié)果基本上反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀況而不至于出現(xiàn)根本性的誤差。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先應(yīng)在建筑設(shè)計(jì)甚至方案階段就避免采用樓面有變形的平面比如凹槽缺口太深、塊體之間成“縮頸”連接、外伸翼塊太長(zhǎng)、樓層大開洞等。
2結(jié)構(gòu)縫設(shè)置以及縫寬度問題
溫度的變化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有著不利影響，因此，電力工程物尤其是超長(zhǎng)電力工程物設(shè)置合理的伸縮縫是十分有必要的。但是部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不使用伸縮縫減少溫度影響而使用后澆帶代替，這種做法存在一定的問題。因?yàn)楹鬂矌Р荒芙鉀Q溫度變化的影響，僅能減少混凝土材料干縮的影響。在后澆帶處的混凝土封閉后，若結(jié)構(gòu)再受溫度變化的影響，后澆帶就不能再起任何作用了。一些超長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)不便或不能設(shè)置溫度伸縮縫時(shí)，應(yīng)采取其他構(gòu)造加強(qiáng)措施，不能只留設(shè)施工后澆帶，例如：采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、對(duì)受溫度變化影響較大的部位適當(dāng)配置間距較密、直徑較小的溫度筋、加強(qiáng)頂層屋面的保溫隔熱措施等。
3變電站的前期規(guī)劃
3．1總圖布置
變電站的總圖布置應(yīng)充分考慮遠(yuǎn)近結(jié)合，在滿足工程規(guī)范、規(guī)程和工藝流程的前提下壓縮建筑物間距，做到用地規(guī)整，布局緊湊合理，使得圍墻內(nèi)用地和站址總用地面積盡可能保證最小，在滿足使用功能條件下，建筑物盡量合并為一棟綜合樓，減少占地面積，順帶減少相應(yīng)附屬的圍墻、場(chǎng)地平整等費(fèi)用。
3．2站址選擇
站址選擇應(yīng)結(jié)合國(guó)土部門和規(guī)劃部門各方面的要求，選擇能直接利用水源和市政設(shè)施、拆遷量少、道路連接短、地形平坦的地區(qū)，避開斷層、滑坡、山區(qū)風(fēng)口或高差較大的地形。盡量不拆遷房屋或搬遷線路或墳?zāi)?。特殊情況下采用旋轉(zhuǎn)、平移、總平面局部切角等方式降低工程總體造價(jià)，減少賠償費(fèi)用。選擇站址時(shí)也要注意多方案比較選擇，確保最終方案的合理性。
3．3地基處理
在前期規(guī)劃階段，地下情況是必須要充分了解的，地下是否有文物古跡、主要管道、地下文物、防空洞，地基是否處于礦區(qū)采空區(qū)、區(qū)域性斷裂帶、滑坡地區(qū)等，都是要提前了解的，如果做不到提前了解的話可能會(huì)造成不必要的搬遷和基地處理費(fèi)用。
4具體設(shè)計(jì)
4．1總平面布置
主要優(yōu)化道路接口、給排水接口、道路接口、消防和安全距離等方面。根據(jù)規(guī)范、規(guī)程合理布置已確定規(guī)模的各建筑物，盡可能合并共用設(shè)施，向空中發(fā)展，使平面布置更緊湊、道路占地面積減少，達(dá)到節(jié)約用地的目的。戶內(nèi)可采取兩個(gè)出線間隔公用一跨、將電容器室、配電室和主控室合為一體的方式，縮小整體面積。
4．2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在變電站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以建立新型的結(jié)構(gòu)體系為目標(biāo)，這一新型的結(jié)構(gòu)體系包括預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)體系和鋼結(jié)構(gòu)體系。在保證結(jié)構(gòu)有足夠的耐久性、穩(wěn)定性和強(qiáng)度的前提下，優(yōu)先選用構(gòu)建簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)明確的結(jié)構(gòu)體系。用工廠化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范建筑構(gòu)件的選擇，將全壽命周期成本概念引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分論證建筑和結(jié)構(gòu)關(guān)系，最后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證和比選，進(jìn)行多專業(yè)可行性研究，確定最優(yōu)方案。
4．3建筑設(shè)計(jì)
在變電站建設(shè)中，變電站內(nèi)建筑物也是十分重要的一環(huán)，因此，在滿足生產(chǎn)要求前提下，變電站內(nèi)的建筑物要合理布置房間，減少不必要的附屬面積，采用工業(yè)建筑標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一模式建設(shè)。同時(shí)，要做好建筑的節(jié)水，節(jié)地，節(jié)能，和節(jié)材工作。采用框架結(jié)構(gòu)，降低單位建筑面積造價(jià)，形成相對(duì)較大的空間，節(jié)約占地面積和造價(jià)，便于電氣設(shè)備布置。同時(shí)還要注意盡量不設(shè)屋外水消防，盡力控制建筑物體積。
4．4地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處理
變電站基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是施工設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)，建筑物基礎(chǔ)選型時(shí)，必須因地制宜，結(jié)合地質(zhì)情況，充分利用天然地基。同時(shí)要熟讀地質(zhì)資料，務(wù)求優(yōu)化基礎(chǔ)。盡量利用天然地基，基礎(chǔ)滿足設(shè)備安裝運(yùn)行要求.同時(shí)，盡量淺埋。有些地方必須要用樁做基礎(chǔ)，這種情況下要根據(jù)地質(zhì)資料選擇合適的樁形。
5結(jié)構(gòu)荷載取值
5.1屋面可變荷載的取值和分布
并非在屋面全跨布置可變荷載產(chǎn)生的內(nèi)力一定最大，往往在半跨布置可變荷載時(shí)結(jié)構(gòu)可能更為不利。因此對(duì)于屋架和拱殼屋面除了全跨布置可變荷載時(shí)做出計(jì)算外，還應(yīng)考慮半跨布置可變荷載，并做出相應(yīng)的計(jì)算，然后按最不利的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)屋面可變荷載的取值應(yīng)十分謹(jǐn)慎，特別是對(duì)于屋架和拱殼屋面，因?yàn)檫@類屋面荷載的分布對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力很敏感。例如積雪荷載應(yīng)按全跨均勻分布、不均勻分布，半跨均勻分布的幾種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能保證屋面結(jié)構(gòu)的安全。
5.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)的荷載取值
在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2002)中做出了以下規(guī)定：計(jì)算地基變形時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的永久值組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。計(jì)算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡推力時(shí)，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，分項(xiàng)系數(shù)均為1.0。按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。
6在變電站設(shè)計(jì)方案完成后的工作
6.1做好施工圖技術(shù)交底工作
在變電站設(shè)計(jì)方案完成后，要進(jìn)行施工圖技術(shù)交底工作，這項(xiàng)工作的主要目的是使參與工程建設(shè)的各方了解工程設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想、對(duì)主要建筑設(shè)備和材料的要求、所采用的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的要求以及施工中應(yīng)特別注意的事項(xiàng)。這樣做既能保證工程質(zhì)量，也能減少圖紙中的差錯(cuò)、遺漏、矛盾和訛誤。消除施工隱患，使設(shè)計(jì)更符合要求，避免返工造成的人力、財(cái)力、物力各方面的浪費(fèi)。
6.2制定好設(shè)計(jì)變更管理制度
為了完善工程設(shè)計(jì)、保證設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量、糾正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤以符合施工現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)變更成為了必不可少的設(shè)計(jì)修改程序，設(shè)計(jì)變更制度在施工過程中的作用非常重要，它不僅影響著工程的進(jìn)度、節(jié)奏和程度，也對(duì)造價(jià)控制有著深遠(yuǎn)的意義，它直接影響著施工的費(fèi)用。因此，在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行變更時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)密的方案論證，盡量控制設(shè)計(jì)變更的數(shù)量、幅度和費(fèi)用。在這個(gè)過程中，制定好設(shè)計(jì)變更管理制度就顯得非常重要。
6.3做好工程驗(yàn)收工作
設(shè)計(jì)方在設(shè)計(jì)好方案之后還需要到場(chǎng)驗(yàn)收施工方工作。例如到場(chǎng)驗(yàn)收確保施工開挖達(dá)到設(shè)計(jì)要求的地基土層或地質(zhì)條件好的部位，如果出現(xiàn)個(gè)別設(shè)計(jì)地基與實(shí)際不符時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況改變技術(shù)方案，滿足施工要求。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)方和施工方形成了良好的互動(dòng)，可以保證變電站建設(shè)更好地完成。
7.結(jié)束語(yǔ)
變電站在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案處理，從前期規(guī)劃、過程設(shè)計(jì)以及后期處理三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析，為我國(guó)遍電話土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的借鑒。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范是國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的法規(guī)，是建筑結(jié)構(gòu)做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的指導(dǎo)文件。為了更好的遵循這一法規(guī)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)該熟悉，更應(yīng)該正確理解，保證土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]蔡敏華.淺談變電站在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題的處理方案【J】.中華民居，2011
關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)計(jì)算；荷載組合
中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁以其變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)易、抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于大跨度的橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，成為目前大跨徑橋梁的主要橋型之一。近些年來(lái)，已建成的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在使用中也不斷出現(xiàn)了各種各樣的病害。雖然病害是多方面原因造成的，但是研究如何從設(shè)計(jì)的角度提高結(jié)構(gòu)的耐久性是非常必要的。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用合理的結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸,布置適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力鋼束，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算,通過模擬結(jié)構(gòu)各階段的荷載狀態(tài)，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)各荷載組合下的強(qiáng)度及應(yīng)力等，確保橋梁的安全使用。本文結(jié)合某工程實(shí)例,對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。
1 工程概況
某橋主橋橋長(zhǎng)295m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主跨跨徑組合為80+135+80m，下部結(jié)構(gòu)采用薄壁式橋墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。主橋立面如圖1所示。
圖1 主橋立面布置圖(單位:m)
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 箱梁梁高的確定
本橋采用變高度曲線形連續(xù)梁，支點(diǎn)梁高為8.5m，高跨比為1/15.88,跨中梁高為3.3m，高跨比為1/40.9，變高度梁的截面變化采用二次拋物線。
2.2 梁底曲線擬定
變截面梁的梁底變化曲線可采用圓弧線、拋物線或折線等，因?yàn)槎螔佄锞€的變化規(guī)律與連續(xù)梁的彎矩變化規(guī)律基本相近，通常以二次拋物線最為常見。本設(shè)計(jì)擬用二次拋物線作為梁底曲線。
2.3 箱梁橫斷面尺寸的確定
跨中下?lián)鲜且呀ǔ傻念A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在使用過程中普遍出現(xiàn)的現(xiàn)象，跨中下?lián)贤殡S著跨中梁底橫向開裂，墩頂處橋面開裂或腹板斜裂縫，主要原因是抗彎剛度不夠，縱向預(yù)應(yīng)力不足或損失過大等原因造成的。因此應(yīng)該首先保證箱梁有足夠的正截面強(qiáng)度和斜截面強(qiáng)度，一定范圍內(nèi)增加腹板厚度對(duì)梁體撓度影響不大，但是可以有效限制腹板斜裂縫的開展和保證混凝土澆搗質(zhì)量，提高箱梁抗剪能力。
通過以上分析，并考慮縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力鋼束的布置等因素，本橋箱梁橫斷面主要尺寸確定情況如下:
本橋采用單向雙室的箱型截面，懸臂長(zhǎng)度取為3.25m，腹板外側(cè)至箱梁中心線距離為5.625m；支點(diǎn)附近底板厚度取為100cm，為跨徑的(1/135)，支點(diǎn)底板厚度取為120cm，頂板厚度取為60cm；跨中頂、底板厚度為常用的28cm和30cm；跨中腹板厚50cm，在跨徑的3/8處向支點(diǎn)方向變化到65cm，再在約跨徑的1/10處向支點(diǎn)方向變化到85cm。具體尺寸如圖2所示。
圖2 箱梁橫斷面圖(單位:cm)
2.4 箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式的確定
從上世紀(jì)90年代，在大跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的設(shè)計(jì)中，較普遍地取消彎起預(yù)應(yīng)力鋼束，而用縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力來(lái)克服主拉應(yīng)力。這樣做方便施工，可以減薄腹板的厚度。但精軋螺紋鋼豎向預(yù)應(yīng)力筋十分不可靠，有效預(yù)應(yīng)力不易得到保證，結(jié)果使箱梁腹板斜裂縫大量的出現(xiàn)。
本橋箱梁腹板下彎預(yù)應(yīng)力鋼束采用22－φs15.2型。張拉端靠近箱梁底緣。除最后兩個(gè)懸臂澆筑梁段未布置腹板下彎預(yù)應(yīng)力鋼束外，在各梁段均布置腹板下彎預(yù)應(yīng)力鋼束。其中0號(hào)澆筑梁段每個(gè)腹板布置2束，共6束；其余各澆筑梁段每個(gè)腹板布置1束，共3束，以提高箱梁梁體的抗剪能力。
考慮到增加頂板預(yù)應(yīng)力鋼束可減少底板合攏預(yù)應(yīng)力鋼束，從而可克服跨中下?lián)虾偷装灞懒?。本橋頂板預(yù)應(yīng)力鋼束采用19－φs15.2型。其中0號(hào)澆筑梁段每個(gè)腹板布置2束，共6束；其余各澆筑梁段每個(gè)腹板布置1束，共3束。
本橋合攏預(yù)應(yīng)力鋼束采用17－φs15.2型。為避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，將合攏預(yù)應(yīng)力鋼束布置于箱梁腹板附近，分多批次張拉錨固。為方便后期梁體出現(xiàn)下繞、開裂等問題處理，本橋在邊跨、中跨均設(shè)置底板備用預(yù)應(yīng)力鋼束管道。腹板、頂板、合攏預(yù)應(yīng)力鋼束布置情況如圖3所示。
圖3 1/2箱梁腹板、頂板、合攏預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖
考慮到豎向預(yù)應(yīng)力不足是預(yù)應(yīng)力箱梁腹板出現(xiàn)斜裂縫的主要原因之一。而采用精軋螺紋鋼作為腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋存在以下問題:張拉應(yīng)力低，伸長(zhǎng)量??；剛性索，施工稍有偏差，螺母難以擰到位；張拉控制應(yīng)力高，易斷筋，難更換。因此本橋考慮采用新型的二次張拉低回縮鋼絞線豎向預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，以提高豎向預(yù)應(yīng)力的有效性。
本橋橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用BM3－φs15.2扁錨體系，單端張拉方式，相應(yīng)預(yù)應(yīng)力錨具張拉端與錨固端縱橋向交錯(cuò)布置。
3 結(jié)構(gòu)計(jì)算
本橋縱向計(jì)算采用橋梁博士3.0平面桿系計(jì)算，取跨徑布置為80m+135m+80m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全橋共分為106個(gè)單元，107個(gè)節(jié)點(diǎn)。箱梁采用C55混凝土。施工步驟:懸臂掛籃施工，二期恒載、收縮徐變10d。全橋按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算，平面桿系的計(jì)算模型如圖4所示。
圖4計(jì)算模型
3.1 計(jì)算參數(shù)、荷載
①永久作用。鋼材重力密度:78.5kN/m3；預(yù)應(yīng)力混凝土重力密度:26.0kN/m3；瀝青混凝土重力密度:24.0kN/m3；基礎(chǔ)相對(duì)變位:按沉降20mm考慮；混凝土的收縮及徐變作用、預(yù)加力:按《設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定計(jì)算；孔道摩阻系數(shù)μ和偏差系數(shù)k分別取值0.17、0.0015；單端預(yù)應(yīng)力鋼束回縮和錨具變形為6mm。
②可變作用。汽車荷載:城—A級(jí)，按三車道計(jì)算；人群荷載:2.96kN/m2；汽車荷載制動(dòng)力及沖擊力:按《通用規(guī)范》規(guī)定計(jì)算；風(fēng)荷載:基本風(fēng)速為35.0m/s，風(fēng)壓為0.9kN/m2；溫度作用:整體均勻溫度升高:25℃，整體均勻溫度降低:－25℃。結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)豎向梯度溫度按《通用規(guī)范》規(guī)定計(jì)算。
3.2 極限承載能力
根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.1.5條規(guī)定，對(duì)主梁的承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。
承載能力極限狀態(tài)下，最大、最小抗彎承載力包絡(luò)圖如圖5、圖6所示?？箯潖?qiáng)度效應(yīng)小于抗力值，滿足規(guī)范要求。
圖5 最大抗彎承載力包絡(luò)圖(kN.m)
圖6 最小抗彎承載力包絡(luò)圖(kN.m)
3.3 短期荷載組合
本橋按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，《設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.1條要求:對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，正截面抗裂短期效應(yīng)組合(預(yù)應(yīng)力效應(yīng)乘以0.8)下不出現(xiàn)拉應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果如圖7所示。
圖7 短期效應(yīng)組合上下緣應(yīng)力包絡(luò)圖(單位:MPa)
最小壓應(yīng)力在支點(diǎn)附近上緣0.8MPa，跨中上緣1.8MPa，跨中下緣1.8MPa，滿足規(guī)范要求。
3.4 長(zhǎng)期荷載組合
本橋按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，《設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.1條要求:對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，正截面抗裂長(zhǎng)期效應(yīng)組合下不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果如圖8所示。
圖8 長(zhǎng)期效應(yīng)組合上下緣應(yīng)力包絡(luò)圖(單位:MPa)
未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。
3.5 標(biāo)準(zhǔn)荷載組合
根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1.5條規(guī)定，對(duì)主梁的壓應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。標(biāo)準(zhǔn)組合下混凝土的壓應(yīng)力不大于0.5fck=0.5×35.5=17.75MPa。計(jì)算結(jié)果如圖9所示。
圖9 標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合上下緣應(yīng)力包絡(luò)圖(單位:MPa)
最大壓應(yīng)力在支點(diǎn)附近上緣15.4MPa，支點(diǎn)下緣10.9MPa；跨中上緣12.5MPa，下緣10.4MPa，滿足規(guī)范要求。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，本工程實(shí)例中的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的計(jì)算結(jié)果表明其結(jié)構(gòu)極限承載能力、短期荷載組合、長(zhǎng)期荷載組合、標(biāo)準(zhǔn)荷載組合都能滿足相關(guān)規(guī)范要求，證明了該橋梁的結(jié)構(gòu)形式、截面尺寸及預(yù)應(yīng)力鋼束的布置是合理、可行、有效的，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可為今后類似橋梁結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)提供參考。
參考文獻(xiàn)：
[1] 汪家緯.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究,2012年第12期
