工程师中级职称论文

1小型石油化工设备基础北京XX化工技术有限公司土建室XX摘要：随着石油化工装置的大型化，设备尺寸及设备荷载加大，大多数石化项目都建设于地基条件较差的地区，凭粗糙的设计就不能完全确保设计的安全性，现，通过几个实例，对一些静力设备的基础进行详细的设计。本计算中，重点对地震作用进行了分析，采用了一些相关的规范进行了分析。地震作用均采用底部剪力法，只在基础的荷载取值上有所不同。在工程设计上，按“建筑抗震设计规范”进行地震计算较为合理，而且，计算地震作用时，地震系数一般采用即可，计算偏于安全。本文分为：一，遵照《建筑结构设计统一标准》（GB50068-2001）和《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的原则和规定，对《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）应用于化工、石化建（构）筑物时的补充和具体化；二，小型直立式钢储罐罐基础计算，采用茂名64万吨/年裂解汽油加氢装置改造项目中的某一设备为例，进行从条件到结果的详细设计计算；三，热交换器基础计算，同样采用茂名64万吨/年裂解汽油加氢装置改造项目中的某一设备为例，进行从条件到结果的详细设计计算。一：化工、石化建（构）筑物的荷载本规定主要针对直接作用（荷载）及部分间接作用所作出的规定，尚应由主导专业提出的荷载条件为依据，并以本规定为最小采用值。1，荷载的分类：作用于建（构）筑物上的荷载，可分为永久荷载，可变荷载及偶然荷载。永久荷载主要有下列荷载：建筑结构的永久配件，构件的材料总重；支承在结构上的设备，也包括设备内的操作荷载；支承在结构或设备上的管道空重和管道内介质的重量；支承在结构、设备上或管道上的梯子、平台及悬挂物的重量；电缆桥架、槽板的重量；设备、管道的保温层重量；结构、设备、管道上的防腐、防火材料的重量（防腐材料需考虑块材、耐腐蚀砂浆及混凝土；防火材料需考虑厚涂型和混凝土类保护层）；操作及维修时采用的辅助设施的重量（固定的、非临时性的）；土重、土的竖向压力和侧向压力、预加应力；池类结构内的盛水压力（静水压力）。可变荷载为在化工、石化建（构）筑物安装、生产和检修期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略不计的荷载。主要有：楼面活荷载；屋面活荷载；积灰荷载；设备充水试验时设备、管道内的介质荷载，在进行水压实验时，设备及管道内为的全部液体重量，当某构件支承多个容器时，仅考虑一台容器处于充水实验状态，其他容器为空载或正常操作中；吊车荷载；风荷载；雪荷载；地表或地下水的压力（侧压力、浮托力）。偶然荷载为在化工、石化建（构）筑物安装、生产和检修期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。如：事故等原因产生的爆炸力、撞击力等。2．温度作用：为在建（构）筑物正常操作期间，由于大气温度和工艺生产中温度的变化，使结构、设备和管道产生涨缩对结构产生的作用。卧式设备（包2括卧式换热器）涨缩摩擦力标准值Pt（KN）:Pt=(G+Q)/2*式中G-----卧式设备自重标准值(KN);Q-----正常操作时，卧式设备内物料重量标准值（KN）;----卧式设备滑动端底板与基础滑动墩顶部钢板之间的摩擦系数；钢板与钢板间取0.3，潮湿地区取0.4；聚四氟乙烯滑板与聚四氟乙烯板（或钢）间取0.1；钢板与混凝土支座间取0.4；当采用其他材质时，需拒实际情况取值。3．荷载效应及组合：a．在正常操作、充水试验、安装、检修及地震等状态下采用的荷载组合见下表：荷载（或作用）元素正常操作充水试验安装检修地震撞击无风有风永久荷载有有有有有有有楼面操作活荷载有有有有楼面安装、检修活荷载有有有积灰荷载有有有有有有有雪荷载和屋面活荷载之大值有有有有有有有设备内操作重有有有有设备内充水试验重有吊车荷载有有有有卧式换热器抽芯力有风荷载有有有有有有撞击力有温度作用有有有有地震作用有注：爆炸状态按专门规定设计。b．永久荷载与可变荷载的分项系数、见下表：序号永久荷载或可变荷载分项系数1设备自重、保温重、衬里重1.22设备操作介质重（包括催化剂重）1.23设备充水重1.14管线自重、保温重、衬里重1.25管线操作介质重1.26管线充水重1.17结构自重1.28操作平台、斜（直）梯1.29催化剂波动引起的水平振动力1.210空冷风机和电机等动力设备的竖向当量静荷载1.211空冷风机和电机等动力设备的水平当量静荷载1.2312卧式换热器、卧式设备温度产生的摩擦力或弹性力1.213卧式设备的抽芯力1.114管线水平力1.315池类结构壁内水压力1.216池类结构壁外水压力1.217土压力118操作平台及地面活荷载4kN/m21.34kN/m21.419楼面检修荷载1.320风荷载、雪荷载、吊车荷载1.421水平地震作用1.322竖向地震作用仅考虑竖向地震作用1.3同时考虑水平地震作用和竖向地震作用0.523温度作用1.2注：1永久荷载的分项系数，当其效应对结构有利时取1.0；在验算倾覆和漂移时，对抗倾覆和滑移有利时可取0.9。2在使用通用软件时，如分项系数的值与软件的设置不同时，可改变荷载标准值以采用软件的分项系数。c．可变荷载的组合值系数，可按下表采用序号工作状态组合值系数1安装状态0.750.72正常操作状态0.60.70.73设备充水试验状态0.60.70.74停产检修状态0.60.70.75地震作用或撞击状态0.2或00.50.7注：1，分别为风荷载、活荷载（正常操作或安装、检修活荷载）的组合值系数，为除以上荷载以外的可变荷载的组合值系数。2塔型设备在充水试压状态，基本风压值可取0.15kN/m2，其他按有关规范。二、小型直立式钢储罐罐基础计算1．采用标准规范建筑抗震设计规范GB50011-2001石油化工塔型设备基础设计规范SH3030-1997建筑结构荷载规范GB50009-20012．设计条件风荷载：基本风压W=0.74kN/m场地条件：Ⅱ类场地，特征周期Tg=0.35s,fa=120kN/m2;φ600钻孔灌注桩，单桩竖向承载力Ra=1100kN地震设防：7度，αmax=0.084设备荷载：空载标准值Gnk=122kN操作总荷重标准值Gbk=275kN充水总荷重标准值Grk=275kN3．计算简图：4．荷载计算：a．竖向荷载标准值设备空荷载：Gnk=122kN设备操作总荷载：Gbk=275kN基础自重：=623kNb．水平荷载标准值：风荷载：沿高度作用的风荷载标准值（按石油化工塔型设备基础设计规范SH3030-1997公式）Wk=βzμsμzμr(1+μe)(D0+2δ2)W0式中μe=0.26μs=0.6μr=1.0基本自振周期：由于：h2/D700故T=0.35+0.85*10-3*h2/D=0.44S故：βz=1+ξνφz/μz=1.877W1k=1.94kN/m对于H=10~13m：μz=1.056W2k=2.1kN/mVwk=W1k*H1+W2k*H2=23.6kNMwk=W1k*H12/2+W2k*H2*(H1+H2/2)=143kN.m作用在基础底面的风荷载：Mwk’=Mwk+Vwk(T+R)=185.5kN.mV=23.6kN5地震作用：按GB50011-2001底部剪力法：Fek=α1Geq已知T1=0.44S;Tg=0.35S;取α1=αmax取Geq=(Gbk+0.5Gjk)已知设备操作总荷载：Gbk=275kN=G1基础自重：Gjk=394kN=2G2F1k=G1H1Feq/ΣGjHj=36.8kNF2k=G2H2Feq/ΣGjHj=0.96kN基础底面的地震作用：Mek=F1k(H1+T+R-0.3)+F2k(H2+T+R-0.3)=378kN5．荷载组合（作用于基础底面）操作+风载：S=CGGBK+CGGjk+ψ(CQQK+CWQk)Fk=898kN,Mk=Mwk=185.5kN.m,Vk=Vwk=23.6kN操作+地震：S=CGGBK+CGGjk+CeqFeqFk=898kN,Mk=378kN.m,Vk=37.76kN检修+风：S=CGGRK+CGGjk+ψ(CQQK+CWQk)Fk=898kN,Mk=Mwk=185.5kN.m,Vk=Vwk=23.6kN6．地基验算：天然地基：fa=120kN/m2,A=13.8m2,W=7.26m3操作+风（计算公式见GB50007-2002）P=Fk/A=65kN/m2Pmax=P+Mk/W=91kN/m2Pmin=P-Mk/W0满足要求操作+地震（计算公式见GB50007-2002）P=Fk/A=65kN/m2Pmax=P+Mk/W=117kN/m2Pmin=P-Mk/W0满足要求检修+风（计算公式见GB50007-2002）P=Fk/A=65kN/m2Pmax=P+Mk/W=91kN/m2Pmin=P-Mk/W0满足要求三、热交换器基础计算1．采用标准规范石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范SH-T3058-2005建筑抗震设计规范GB50011-2001建筑结构荷载规范GB50009-200162．设计条件风荷载：基本风压W=0.74kN/m,地面粗糙度B类场地条件：Ⅱ类场地，特征周期Tg=0.35s,fa=120kN/m2;地震设防：7度，αmax=0.08设备荷载：空载标准值Gnk=300kN操作总荷重标准值GBK=520kN充水总荷重标准值GTK=485kN可拆件重量F=160kN材料特性：混凝土：C30fc=14.3N/m2Ec=3.00X104N/m2钢筋：fy=300N/m23．计算简图：4．荷载计算：a．竖向荷载标准值容器操作荷载标准值：Fek=520kN容器空荷载标准值：Fnk=275kN基础自重标准值：)(25HERCXDXAXBXHXGjk=179.7kN（基础加土）自重标准值：2520CXDXRXAXBXEXGjk=280.1kNb.水平荷载：热膨胀摩擦力：7ftk=FekXμ=78kN温度作用在一个基础上的荷载：Ftk=78kNMtk=Ftk(E+R)=287kN.m管束抽芯力：管束抽芯作用于一个基础上的荷载：Fbk=Gbk=160kNMbk=fbk(E+R+y)=736kN.mNbk=fbk*y/L=36.8kN地震作用：按石油化工钢制设备抗震设计规范（SH3048-1999）计算：TX(设备轴向自振周期)=)12/3/()(233DCEHREmceq=0.32STy(设备横向自振周期)=)4.0/()(2.1)12/3/()[(233cceqECDHRECDEHREm=0.096S式中，meq为操作状态下的等效质量，取设备操作质量的1/2和1个基础质量的1/4之和。由于基础的轴向和横向计算周期T/Tg大于0.1和小于1.0，故轴向和横向地震作用值相同。Fi=（GiHi/ΣGjHj）FekFxk=Fyk=F1k+F2k=28kNMxk=Myk=F1k(E+R+y)+F2k(E+R)=123.6kN.m风荷载：一，纵向风荷载计算：Fw1k=μsμzW0A1；μs=1.3；μz=1.0W0=0.74kN/m2A1=DR+(φ+0.3X2)(y+φ/2+0.3)Fw1k=6.24kN作用在一个基础上的风荷载：Fw1k/2=3.12kNMw1k=0.5{(D+R)(R/2+E)+(φ+0.3X2)(y+φ/2+0.3)[(y+φ/2+0.3)/2+R+E]}μsμzW0=12.0kN.m二，横向风荷载计算：Fw2k=μsμzW0A2；μs=0.7；μz=1.0；W0=0.74kN/m2A1=（φ+0.3X2）（L+L1+L2+2X0.3)+2XCXRFw2k=11.0kN作用在一个基础上的风荷载：Fw2k/2=5.5kN8Mw1k=0.5{[(φ+0.3X2)(y+R+E)](L+L1+L2+2X0.3)+2XRXC(R/2+E)}μsμzW0=24.48kN.mc.荷载组合：纵向作用：操作+温度+风：wkwJKGBKGFCGCGCSFA=FBK/2+Gjk=540.1kNMA=Mtk+Mw1k=299kN.mVA=Ftk+Fw1k=81.12k