趙 寰

(方略建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京 100142)

PVC包裝廠房抗震設(shè)計(jì)

趙 寰

(方略建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京 100142)

介紹了如何計(jì)算PVC包裝廠房料倉(cāng)的地震作用力，進(jìn)行了PVC包裝廠房的抗震設(shè)計(jì),主要通過(guò)底部剪力法計(jì)算料倉(cāng)的地震作用力，施加在下部框架結(jié)構(gòu)上，然后用PKPM軟件進(jìn)行建模計(jì)算,這種方法概念清楚，計(jì)算簡(jiǎn)單且計(jì)算結(jié)果較保守，滿足使用要求。

PVC，料倉(cāng)，抗震

PKPM是國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)使用的主流軟件。它在進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有較好的適用性，但是在進(jìn)行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于工業(yè)建筑設(shè)計(jì)常常有較強(qiáng)的特殊性，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合力學(xué)概念和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化模擬。PVC包裝廠房框架上的料倉(cāng)具有質(zhì)量大，重心高的特點(diǎn)，如何在PKPM模型中模擬它，進(jìn)行抗震驗(yàn)算就屬于這種情況。

1 工程概況

1)工程名稱:某化工廠10萬(wàn)t/年P(guān)VC裝置。

2)自然條件：地面粗糙度為B類，地震基本烈度為7度(第一組)，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g。混凝土結(jié)構(gòu)框架抗震等級(jí)為三級(jí)。

3)工藝條件:料倉(cāng)框架為兩層，結(jié)構(gòu)總高為14 m，支承2個(gè)料倉(cāng)。料倉(cāng)直徑5.4 m，操作重3 200 kN，支座以上倉(cāng)體高度17.4 m。框架為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，料倉(cāng)為鋼結(jié)構(gòu)。

2 抗震分析

2.1結(jié)構(gòu)形式

1)鋼結(jié)構(gòu)框架在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣。鋼結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，制造周期短，建造速度快的優(yōu)點(diǎn)。但是由于料倉(cāng)自重大，在地震作用下，將會(huì)產(chǎn)生很大的水平力，若采用鋼結(jié)構(gòu)框架則需要布置較強(qiáng)的支撐體系，費(fèi)用較高。

2)鋼筋混凝土框架是結(jié)構(gòu)工程中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)施工方法簡(jiǎn)單，防火性能好，無(wú)需專門(mén)維護(hù)，費(fèi)用較低，相關(guān)研究與規(guī)范比較成熟。在地震作用下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)框架側(cè)向剛度大。

綜上所述，本工程采用混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2.2計(jì)算分析

PVC包裝廠房具有質(zhì)量大，重心高的特點(diǎn)，地震作用對(duì)計(jì)算起控制作用。規(guī)范中采用的地震作用計(jì)算方法有:底部剪力法,振型分解反應(yīng)譜法,時(shí)程分析法。振型分解反應(yīng)譜法是把混凝土框架、鋼料倉(cāng)和物料當(dāng)成一個(gè)整體研究，這顯然不符合實(shí)際情況。實(shí)際上地震作用是通過(guò)基礎(chǔ)傳至混凝土框架，然后再通過(guò)混凝土框架上的地腳螺栓傳至鋼料倉(cāng)和物料，從計(jì)算簡(jiǎn)圖的角度，混凝土框架，料倉(cāng)和物料應(yīng)該看作三個(gè)獨(dú)立的質(zhì)點(diǎn)。料倉(cāng)與框架的地腳螺栓連接是否能保證體系的協(xié)調(diào)性較難確定。對(duì)于料倉(cāng)當(dāng)出現(xiàn)半空半滿的工況時(shí)，可能在物料達(dá)到某一高度時(shí)產(chǎn)生共振放大地震作用。由于儲(chǔ)料情況不同，各料倉(cāng)自振周期不同，同一時(shí)刻自振形式也不同。料倉(cāng)對(duì)支承結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)作用。綜上所述采用振型分解反應(yīng)譜法精確計(jì)算類似PVC包裝廠房的料倉(cāng)類結(jié)構(gòu)的地震作用比較困難，需要更完備的理論，同時(shí)還需要做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。而時(shí)程分析法主要用于超高層建筑的抗震分析。根據(jù)《抗規(guī)》5.1.2條-1高度不超過(guò)40 m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)可采用底部剪力法。料倉(cāng)剛度和質(zhì)量并不均勻，采用底部剪力法計(jì)算并不準(zhǔn)確，但是底部剪力法概念清楚，計(jì)算簡(jiǎn)單且計(jì)算結(jié)果較保守滿足使用要求。所以本文采用底部剪力法對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3 抗震計(jì)算

采用GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范附錄H.1.5條的公式：

Fs=αmax(1.0+Hx/Hn)Geq。

其中，F(xiàn)s為設(shè)備或料斗重心處的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；αmax為水平地震影響系數(shù)最大值；Geq為設(shè)備或料斗重力荷載代表值；Hx為設(shè)備或料斗重心至室外地坪的距離；Hn為廠房高度。

M=Fs×h。

其中，M為設(shè)備或料斗產(chǎn)生的附加彎矩標(biāo)準(zhǔn)值；h為料倉(cāng)重心到底部支撐點(diǎn)的垂直距離。

其中，Ni為地腳螺栓所受到的拉力標(biāo)準(zhǔn)值；yi為螺栓群形心軸至螺栓的最短距離。

因?yàn)槊總€(gè)螺栓受到的拉力不一樣大且螺栓較多，所以可以偏保守的取最大值簡(jiǎn)化成線荷載輸入在PKPM模型中支撐料倉(cāng)的弧梁上，中性軸另一側(cè)螺栓受到的壓力同此處理辦法。

在進(jìn)行PKPM建模計(jì)算的過(guò)程中有兩個(gè)參數(shù)應(yīng)引起注意：

1)活荷載折減系數(shù)——此系數(shù)可選擇不折減或按照GB 50191—93構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范8.2.6條折減系數(shù)取0.9。

2)活荷載重力荷載代表值組合系數(shù)——因?yàn)榱蟼}(cāng)部分活荷載已按螺栓的拉壓力考慮，此系數(shù)應(yīng)有較大折減，取不加拉壓力時(shí)樓面活荷載與加拉壓力樓面活荷載的比值再乘0.5。

此外還應(yīng)該參考GB 50191—93構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范8.2.12條考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)還應(yīng)參考GB 50191—93構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范貯倉(cāng)部分相關(guān)部分進(jìn)行彎矩、剪力調(diào)整采取相應(yīng)抗震構(gòu)造措施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從概念設(shè)計(jì)的角度結(jié)合PKPM軟件的實(shí)際情況對(duì)PVC包裝廠房進(jìn)行了分析、計(jì)算，對(duì)類似結(jié)構(gòu)也有借鑒意義。但是因?yàn)楸竟こ痰膹?fù)雜性，如果需要進(jìn)行更精確的分析就需要使用功能更完備的軟件對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行更真實(shí)的模擬，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

[1] GB 50191—93,構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 蔡 琳.石化裝置中料倉(cāng)框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].江西化工，2007(3)：103-105.

EarthquakeresistantdesignofPVCpackagingplant

ZhaoHuan

(FanglveArchitectureStudio,Beijing100142,China)

This paper mainly introduces how to calculate seismic forces of stock bin and perform earthquake resistant design of PVC packaging plant. We calculate seismic forces of stock bin by equivalent base shear method, apply force on base frame structure, and use PKPM to model calculation. This method has charateristics of clear concept, simple calculation and satisfactory result.

PVC, stock bin, earthquake resistant

TU973.31

A

1009-6825(2017)26-0055-02

2017-07-06

趙 寰(1977- )，男，工程師