导向设计的三境界

人间词话

王国维《人间词话》：

“古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界：

昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。此第一境也。

衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。此第二境也。

众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。此第三境也。”

“导向的设计分为三个境界。

以有导为无导，此第一境也。

导向传载两相悦，此第二境也。

天欲堕，赖以拄其间，此第三境也。”

---By 鲁迅

导向三境界

化工设备中有很多是放置在框架之中的，设备的风载地震载荷通过导向支架传递到框架上，结构框架承担大部分的风和地震。

设置导向的好处是可以通过设置导向使风和地震载荷较为均匀的传递到结构上，减轻设备本体所受到的弯矩和轴向力，避免细高塔设备的振动，降低设备的挠度，甚至减轻设备的厚度，降低设备造价。

对于细高塔，当设备的厚度由挠度决定时，需要增加非常厚才能降低挠度，但是如果加了导向，设备的挠度能够以低成本的很快降下来。此时能够节省大量的材料费用。

遇到带导向设备，一般会怎么处理呢？

按照处理方式，导向的设备也分为三个境界，分类如下：

境界一：以有导为无导

这种情况一般是：

设备按照正常情况设计，自支撑结构，只是增加了导向的图纸，并不关心导向或者计算导向的影响。

加个导向，锦上添花，但是这朵花，哥不在乎。

“加不加由你，

用不用在我。”

“为宫室之美，妻妾之奉，所识穷乏者得我与？导向于我何加焉！”

---By 孟子

所以谓之：

设备很强，无欲则刚，以有导为无导。

境界二：导向传载两相悦

"我见青山多妩媚，料青山、见我应如是。情与貌，略相似。"

---By 辛弃疾

很多时候，钢结构并非特别结实，设备壁厚也非特别厚。

结构专业在做导向的时候需要设备提供导向支架的推力。

结构用这个推力来校核框架是否结实。

设备用这个推力来校核导向处设备局部应力。

导向在中间类似于，

我见青山和青山见我，

作用力和反作用力的关系。

只提供导向处载荷，但是设备本体还是很强壮的，按独立设备也可以很经济的设计。

一个导向处载荷计算

那么导向处载荷如何计算呢？

一般设计的流程为：

首先按照正常情况计算设备的强度，再计算导向推力，校核推力对筒体的局部应力，将推力值提交给结构专业。

那么推力应该如何计算呢？

为了使计算简便，我们可以对模型进行偏保守的简化。

实情情况如左图，风载荷Fw的风压随着高度不断增加，到顶部达到最大，地震的水平力为Fe可视为在设备重心。

我们可以简化为取设备顶部的最大风压P作为整台设备的风压，由最大风压产生的水平推力Fw’，然后将Fw’,Fe折算为均布的载荷。

所以整台设备的所受的均布载荷为q=Max（Fw’，Fe +0.25Fw’ ）/H.

模型就转化为更为保守的受均布载荷q的梁的计算。

导向的推力变成了计算支反力，设备顶部挠度的计算也转化为梁最大挠度计算。

如下图所示：

如果设备只有一个导向，受均布载荷的梁的力和弯矩通过公式就很容易求得。

在上书中找个类似的模型计算一下即可。

这样可以通过简单的计算，获得一个导向处的载荷。

多个导向的反力计算

有时候设备较高，配管在每层楼板处都设置了导向，即设备设置了多个导向，那么梁变成了静不定梁，用公式计算起来非常麻烦。

此时采用有限元的梁单元计算，方便快捷。

如下模型，有3个导向，按照尺寸建模运行后，在General postproc->Nodal loads中很方便的得到裙座和3个导向位置的反力，将反力返回给结构专业计算，并用反力校核筒体的局部应力。

如上图，可以知道支座和3个导向处的载荷值。

这种方法适用于裙座，耳座，求反力和挠度，比公式法要方便很多。

如果采用APDL参数化建模，只需要修改尺寸就能不断调试最佳导向位置，设计出最优的结果。

境界三：天欲堕，赖以拄其间

导向目的就是为了让设备更经济，节能减排，更精细的计算。

导向设置在设备和结构之间，

使得设备与结构相呴以湿，相濡以沫，手牵手，肩并肩，

就算有更大的暴风雨，我自岿然不动。

它是不可或缺的！不管在什么地方，就好象漆黑中的萤火虫一样，那样的鲜明，那样的出众，不管在什么地方，就好象漆黑中的萤火虫一样，那样的鲜明，那样的出众，

“岂曰无衣？与子同袍。王于兴师，修我戈矛。与子同仇！”

---By秦风·无衣

其详细计算可以参照：

带导向的细长塔设计的通用方法