張國斌

（天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司，蘭州730060）

1 引言

現(xiàn)階段我國大部分工業(yè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)體系，主要以鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系為主[1]。室外露天鋼框架、鋼平臺樓面鋪設(shè)鋼格柵板相對較多。大多數(shù)承重鋼平臺體系具有承擔(dān)支撐化工設(shè)備和樓面設(shè)備檢修雙重作用。格柵板樓面本身平面內(nèi)外剛度較弱，達(dá)不到剛性橫隔板的要求，且大型重型設(shè)備布置框架局部樓層，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上下質(zhì)量極不均勻，框架體系整體抗震性能和變形不能滿足SH 3147—2014《石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》的要求。大多數(shù)設(shè)計人員通過改變豎向構(gòu)件截面、加大樓層梁截面來增強(qiáng)抗側(cè)剛度，忽略樓層設(shè)置水平支撐來調(diào)整鋼平臺剛度，改善水平傳力的途徑，達(dá)到各抗側(cè)力構(gòu)件變形協(xié)調(diào)的作用。因此，通過采取加強(qiáng)樓層水平力傳遞構(gòu)件的剛度，即對此類化工設(shè)備承重鋼平臺結(jié)構(gòu)體系設(shè)置水平支撐；樓面設(shè)備支、吊、墩等部位設(shè)置水平斜支撐和合理布置樓面次梁等措施，加強(qiáng)樓層面剛度，對抗側(cè)力剛度較弱的豎向框架，提高了其結(jié)構(gòu)體系的整體剛度和內(nèi)力變形協(xié)調(diào)，達(dá)到減小構(gòu)件截面，節(jié)約材料，降低工程成本的目的。

2 模擬分析

2.1 工程概況

某工業(yè)項(xiàng)目丙烯精制單元重型鋼框架平臺，項(xiàng)目場地烈度8度，地震加速度0.2g，框架高度15 m，單臺設(shè)備重120 t，支撐點(diǎn)標(biāo)高7.00 m，鋼平臺不同部位和形式的水平支撐布置模型見如圖1、圖2所示。

圖1 樓面梁上翼緣對稱單斜支撐形式

圖2 框架梁下翼緣水平十字交叉支撐形式

對結(jié)構(gòu)周期和樓層剛度及位移角對比如圖3、圖4和表1所示。

圖3 結(jié)構(gòu)周期對比圖

圖4 樓層剛重比

表1 樓層位移角對比表

2.2 分析結(jié)果

在鋼平臺樓面梁上翼緣設(shè)置水平斜支撐，次梁與次梁之間布置斜支撐，使每個鋼平臺形成類似平面整體桁架形式，相當(dāng)于樓面形成鋼隔板，增強(qiáng)樓面的次梁整體剛度，使得豎向各抗側(cè)力框架構(gòu)件整體變形協(xié)調(diào)一致，有利于樓面局部集中荷載水平力的傳遞。從位移變形模型可以看出，樓層承重梁上翼緣設(shè)置斜支撐的鋼平臺相對變形明顯減小，結(jié)構(gòu)整體變形趨于均勻，突變減少；特別是躍層的塔式設(shè)備支撐點(diǎn)布置在上翼緣的鋼平臺，在地震作用下，相對變形減少，起到整體變形一致的效果。

在鋼平臺框架梁間設(shè)置梁下翼緣十字水平支撐，各樓面次梁未與水平斜撐相連，未形成平面次梁間之絎架形式，樓面梁間的側(cè)向剛度并未增強(qiáng)，沒有提高樓面集中水平力傳遞路徑處構(gòu)件的剛度；該水平支撐只增強(qiáng)了各豎向抗側(cè)力構(gòu)件整體抗側(cè)剛度，樓面集中力處的承重構(gòu)件扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，特別是承重設(shè)備的平臺梁，從模擬樓層變形來看，承重梁的側(cè)向剛度并未改變，相對變形比未設(shè)置水平支撐的樓面水平變形更大。承重樓面梁局部變形突變明顯；其他非承重樓層樓層變形更趨于均勻。這說明，對非承重的操作層，設(shè)置鋼平臺框架梁下翼緣水平斜支撐，增強(qiáng)框架體系的整體剛度比較明顯，而承重設(shè)備樓層梁則不利，并未增強(qiáng)承重質(zhì)點(diǎn)支撐處的側(cè)移剛度。對于承重設(shè)備的樓層，外荷載引起各構(gòu)件內(nèi)力形式更為復(fù)雜，簡化外荷載內(nèi)力的傳遞路徑，加強(qiáng)路徑構(gòu)件的側(cè)移剛度，宜在鋼平臺設(shè)備的支、吊、墩等部位設(shè)置水平支撐，改善鋼平臺的剛度一致性，使框架體系整體變形更趨于均勻。

綜上所述，在鋼平臺梁上翼緣或下翼緣設(shè)置不同形式的水平支撐，均能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的整體剛度，平面內(nèi)剛度較弱的鋼平臺（鋼格柵板平臺），相鄰鋼框架之間的樓層約束機(jī)制較弱，使得框架結(jié)構(gòu)整體體系的剛度較弱，這點(diǎn)從無水平支撐體系框架模型0各振型周期與設(shè)置水平支撐結(jié)構(gòu)體系的周期的大小可以看出，結(jié)構(gòu)周期大的，整體剛度低。在結(jié)構(gòu)質(zhì)量不變的情況下，通過設(shè)置鋼平臺的不同形式和部位的水平支撐體系相應(yīng)來調(diào)節(jié)框架梁樓層面或樓面次梁平面剛度，協(xié)調(diào)不同豎向抗側(cè)力體系的抗側(cè)力能力，提高結(jié)構(gòu)體系樓層位移角限值，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和整體剛度，做到節(jié)約材料并優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案。

3 鋼平臺水平支撐的設(shè)置形式部位及構(gòu)造要求

抗震設(shè)防要求鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物依據(jù)工業(yè)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)體系的受力形式的不同和方案的優(yōu)化特點(diǎn)，參照SH 3147—2014《石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》第9.1.5條要求[2]，區(qū)分水平支撐的設(shè)置部位及形式。分具體情況設(shè)置不同水平支撐，即當(dāng)平臺鋪板采用鋼格柵板時，有無支撐設(shè)備均宜每層設(shè)置水平支撐；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物各榀框架側(cè)移剛度相差較大，宜在中間層和頂層設(shè)置水平支撐，且設(shè)備支撐部位也宜設(shè)置水平支撐；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)豎向支撐布置不規(guī)則時，宜在豎向構(gòu)件側(cè)向剛度薄弱的相應(yīng)部位設(shè)置水平支撐；承擔(dān)樓層面均勻面荷載的鋼平臺，宜在框架梁下翼緣設(shè)置十字水平支撐；承擔(dān)集中載荷的鋼平臺，宜根據(jù)鋼平臺設(shè)備支、吊、墩的部位，相應(yīng)設(shè)置承重梁上下翼緣的水平支撐形式。

非地震作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，承擔(dān)設(shè)備自身水平荷載較大的鋼平臺部位，宜設(shè)水平支撐體系，有利于水平力的約束和樓層剛度的增強(qiáng)。

水平支撐的形式有X形支撐，通常設(shè)置在梁下翼緣；單斜桿支撐，通常設(shè)置在梁上翼緣，下翼緣承擔(dān)水平荷載的，宜設(shè)置在下翼緣[3]。

水平支撐的連接構(gòu)造要求，即下翼緣水平支撐的端部宜與相應(yīng)樓面梁的下翼緣和腹板同時連接；上翼緣水平支撐的端部宜與相應(yīng)樓面梁的上翼緣和腹板同時連接；水平支撐應(yīng)與框架豎向支撐相協(xié)調(diào)；水平支撐應(yīng)與承重梁的設(shè)備支、吊、墩等部位相協(xié)調(diào)；框架樓或樓面梁可作為水平支撐系統(tǒng)的弦桿，斜桿與弦桿的夾角宜為30°～60°。水平支撐可與樓面梁翼緣用節(jié)點(diǎn)板連接或直接與梁翼緣焊接連接[4]，上下翼緣水平支撐連接如圖5所示。

圖5 上下翼緣水平支撐連接

4 結(jié)語

在城市工業(yè)化發(fā)展過程中，工業(yè)鋼平臺是工業(yè)項(xiàng)目中的主要承重構(gòu)筑物，合理應(yīng)用鋼平臺水平面支撐技術(shù)具有重要意義。工業(yè)設(shè)計行業(yè)中靈活應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)方案，能夠降低成本，提高行業(yè)的技術(shù)水平，促進(jìn)行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。目前，我國正處于科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展階段，需要對工業(yè)技術(shù)開展深入的研究，針對工業(yè)項(xiàng)目工藝流程特殊技術(shù)條件、鋼結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，及綠色建筑技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)分析和應(yīng)用，可有效提高我國工業(yè)化發(fā)展的技術(shù)水平，促進(jìn)建筑行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。