高耸结构之空分冷箱基础结构设计原理

河南建材2013年第3期高算结构之空分冷箱基础结构设计原理于宪军中冶华天南京工程技术有限公司(210019)摘要:通过对空分冷箱基础在自重、设备重、风荷载、地震作用等竖向和水平力作用下的对比研究,分析了基础埋置深度和结构受力之间的关系。冷箱基础计算应包括地基承载力计算和变形计算,隔冷层热工计算等。关键词:冷箱;高耸结构;风荷载;大块式基础;埋深近年来,随着钢铁、化工等行业的发展,对氧时应不考虑)。气、氮气等空分产品的需求日益增长,制氧站的规冷箱分为三节,各部分外形尺寸详见表1。模也向大型化、超大型化发展。据悉国内大型制氧表1外形尺寸站已达75000m/h,分馏塔(冷箱)体量越来越大,部位长度A(m)宽度Bm)高度H(m)作为高耸结构,对基础的设计要求越来越高。冷箱底部基础在钢铁行业通常采用大块式基础。但作为大体中部7.27.8积混凝土,基础混凝土用量很大,而且混凝土的水化顶部3.93生热及倾覆等问题较为突出,所以如何才能做到安全冷箱基础外形尺寸详见图2。适用、经济合理,是亟待解决的问题。以往多根据经技验取用基础埋置深度等数值不但造成极大的浪费,米而且会带来一些不安全因素,故迫切需要研究解决基础埋置深度与风荷载的对应关系,合理取值,优化设计。通过工程实例对基础混凝土挡墙的抗弯抗剪与隔水层以上基础埋置深度进行了分析,得出了建设性结论,为冷箱等高耸结构基础的设计提供具有参考价值的建议。1工程实例1.1初始条件本工程为某钢厂20000m沿h制氧工程冷箱高图2冷箱基础度约60m,建成后效果见图1。基础剖面详见图3。m界不伤法真5图1冷箱建成后效果冷箱总重:5500kN珠光砂重量:2600kN图3冷箱基础剖面图工作时液体重量:1700N(当对结构计算有利12计算理论1623年第3期河南建材基本风压05kN/m,地面粗糙度类别为B类,据《建筑结构荷载规范》及《高耸结构设计规抗震设防烈度8度(0.2g)。范》算得弯矩M、M,详见表2。隔水层下基础采用桩基础。122承载力计算本工程冷箱基础采用大块式基础,不考虑地震由表2可知,隔水层处(-1.050)弯矩∑M力作用,故由风荷载控制。343kN·m,基础承台底部弯矩ΣM=29848kN1.2.1内力计算计算桩基不出现抗拔桩,仅需验算V-1.050标高处冷箱计算简图见图4。基础,取μ=0.35,经计算抗滑移验算满足要求。ⅴ-1.050处隔水层上基础底板惯性距I=152036m,A=1624495m2,形心x0=5,24m,形心距离远边h=5.66m。冷箱总重:N=5500kN基础自重G=7107kN设备重量产生的偏心距M附加=4070kN·m总弯矩:Ma=28343+4070=32413kN·m基底应力:N+G土Mh=5500+710732413×566=A162.4495图4冷箱计算简图776120.7=/1983kPa43. 1 kPa表2风荷载作用计算技Bz∞BM术13m1.0841.013.810.7995.101245420m1250.870.140.036140.559539310617630m1420870340176123140557.81043238112553940m1560.87054038814510557813.64321.84556.1l.670.740.670.557.81737099.27400.51.770.870.9409161.9320.5520.541057510943863m1.7970.872.0020.557.810.8201692080.08注:M—1mm不锈钢板隔水层(-1.050)上1.75m处;M-1mm不锈钢板隔水层(-1.050)下1.95m处由上可知,基础底面部分脱离。M=48895×1.4×0.8=547.624kN·m/m32413=2571mN+G5500+7107A、=M2=547624×10=367m2实配钢e=x0-e=524-2571=2609m筋Φ22@100,A=3801mm2,满足要求。P=2N+G)=2×12607=202kPa(桩基承担)3a=3×2.669=8.007m<0.75b=0.75×10.9=8.175,不满足高耸结构关于基础的规定。此时冷箱V-1.050基础四周有h1=800mm高挡墙箍住,当基础倾覆时,挡墙可抵消部分弯矩,还可抵消风荷载所产生的扭矩,计算简图详见图5。h=600,ho=550,C25混凝土,f=127N/mm2Vm=0.7fbh=0.7×1.27×1000×550=48895kN/m图5挡墙计算简图经风荷载反算,V=400kN(未考虑基础四周回填土被动土压力的有利影响,则MM-V×156×上基础整体作用校核地基承载力挡墙受力时,要对0.8=32413-400×15.6×0.8=2742kN·m。其进行抗弯抗剪验算再次验算满足高耸结构关于基础的规定。3)不锈钢板上基础面积可按AxB的方形基础基础倾覆经验算满足要求。计算,使得具有足够的安全储备。2计算结果分析4)文章给出了冷箱基础的全过程破坏形态,分从本工程计算结果可以看出,类似工程在破坏析了倾覆滑移及抗弯抗剪等几个工况,所做计算可形态上不外乎三种1)基础埋置深度不足,可能造成供工程设计参考。隔水层上基础倾覆破坏。2)挡墙配筋不足,剪扭破综合上述分析,可以得出结论加大不锈钢板上坏造成隔水层上基础滑移。3)基础配筋不足,造成基础的埋置深度即增加配重能有效解决倾覆和滑隔水层上基础先行开裂。移问题;加大挡墙断面及配筋能对不锈钢板上基础本工程由于基础顶部仅配置了Φ16@200双层起到有效的嵌固作用,结合工程实际,采取经济合双向钢筋,配筋很小,上述计算由于混凝土裂开而理的基础加强方案。无法实现,故按基础面积图2中AxB的方形基础计算。参考文献为了提高基础四周回填土被动土压力的有利1GB50002012:建筑结构荷载规范S2]GB50135-2006,高耸结构设计规范[S]影响,宜在投产前对基础四周进行回填处理,基础每③]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S]边3m宽范围内回填土用高压喷射注浆法进行加14GB5007-201t1地基基础规范S固S]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范S]3结论6]GB50191-93构筑物抗震设计规范S]做了静力计算,对基础可能出现的破坏形态通过数8HG20643-98,化工设备基础设计变计规范通过实例对大块式冷箱基础在风荷载作用下[GB50696-201铁企业冶金设备基础据进行了分析,得出如下结论:19]HTA1107-2003,大型空分设备安装技术要求(S1)不锈钢板上基础的破坏形态与独立基础类10李化治制氧技术北家治金工业出版柱200(第2似,均应进行抗弯抗剪验算其埋置深度和所配钢筋山李魁魅星空分装置分馏塔渗漏冷液与基础谩计的关系都应满足设计要求。IR]上海:上海工程化工设计院2002,332)不锈钢板下基础的计算假定其与不锈钢板(上接第15页)廊道预制盖板改成现浇施工。两种方法的共同点为的问题,具体是:1)灌浆直管、灌浆弯管与锚固块的预应力锚固组件组装都在加工厂进行;不同之处是组装间距尺寸与文件所标注的尺寸不符;2)原组装现浇法将锚固组件拉到现场直接安放在廊道盖板图中灌浆弯管与喇叭口连接处的锁母位置固定在底模板上,进行安装加固,同时盖板钢筋绑扎,隐蔽弯管上,这样直管接头与喇叭口连接处稳定和密封后浇筑混凝土。预制法是将锚固组件安装在加工场效果不太理想,难以达到密封性要求。经过与供方内专门用来预制盖板的模板上,同样采取加固措施代表现场沟通,确定在其它组装工序不变的前提下,保证锚固件安装精度,之后钢筋绑扎,隐蔽验收混灌浆直管、灌浆弯管与锚固块的组装间距以实际组凝土浇筑,待混凝土强度达到要求后,预制廊道盖装尺寸为准组装图中锁母位置由固定在弯管端改板运到现场安装就位。两种方法比较,显然现浇盖为固定在喇叭口端。据供方代表介绍,此问题同样板少了预制盖板安装这道工序,更为重要的是现场在岭澳核电工程中出现,供方对工作程序进行了修安装锚固组件,一次加固定位,交叉钢筋绑扎,大大改升板。加快廊道施工的进度,同时也满足了质量控制的要5廊道盖板施工方式探讨求。因此,廊道盖板施工现浇方式较预制盖板施工按设计施工图廊道盖板为混凝土预制盖板,由更为经济合理于锚固部件到现场时间较晚,如果仍采用预制盖板线则不能满足廊道施工进度要求。为此施单位将