石油化工煙囪火炬塔架設計要點論文

　　【摘要】文章介紹了石油化工塔架結構設計計算原則、參數(shù)選擇與取值要點；結合工程設計經(jīng)驗，文章給出了塔架節(jié)點、構造設計指標控制參考指標及相關設計要求。

　　【關鍵詞】石油化工，火炬塔架，設計要點

　　1塔架設計的原則及要求

　　煙囪、火炬塔架為石油化工鋼煙囪、火炬提供支承體系結構，塔架通常附設供采集樣本及設備檢修時使用的平臺、輔梯。塔架結構形式宜采用空間桁架體系，構件宜采用圓鋼管等風阻較小的構件，塔架平面形式宜采用正三角形或正方形，底部邊長應根據(jù)計算確定，不宜小于塔架高度的1/10。塔架外形沿高度變化時，其外形宜接近彎矩曲線，但是彎折點不宜過多。塔架腹桿一般采用交叉斜桿或K形斜桿支撐體系。塔架主體結構安全等級應按一級設計，抗震設防類別應按GB50453的規(guī)定采用，建筑場地為Ⅳ類時，對設計基本地震加速度為0.15g和1.30g的地區(qū)，宜分別按抗震設防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）時的抗震設防類別要求采取地震構造措施。塔基基礎設計等級為甲級。塔架應根據(jù)煙囪火炬排放的氣體進行防腐處理，一般構件采用熱浸鍍鋅處理防腐，頂部10米至20米的構件表面防腐處理需考慮高溫影響，一般采用耐高溫的有機硅防腐漆。塔架受力構件及其連接件的最小厚度不宜小于8mm。采用鋼管結構時，其最小壁厚不宜小于6mm。采用小斷面組合構件時，構件厚度應留有足夠的腐蝕裕度，火炬塔架不宜小于0.5mm，排氣筒塔架不宜小于1.00mm。沿塔架高度應設置水平橫隔�？筛粢粋�節(jié)間設置一道，正三角形塔架可2個~3個節(jié)間設置一道，但在塔柱變坡處應設置水平橫隔。沿塔架高度應設置休息平臺，其間距不宜大于20m。平臺設在塔架水平橫隔處，且應考慮垂直與水平交通。設計塔架時，應考慮制作、運輸、安裝、維護檢修等要求，并在經(jīng)濟合理的條件下注意塔體的造型美觀。

　　2塔架設計的計算要點

　　塔架的靜力分析可采用空間桁架模型，即塔架主要構件均為二力桿�？拐鸬燃墳橐患壍乃�架，還需進行動力分析。塔架上的荷載可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。永久荷載包括塔架自重、固定設備、平臺梯子、管線及保溫等重量；可變荷載包括風荷載、雪荷載、覆冰荷載、平臺荷載、安裝檢修荷載、溫度變化應力等；偶然荷載一般為爆炸荷載。風荷載除了風荷載體型系數(shù)和風壓高度變化系數(shù)外還需考慮風振系數(shù)。當采用三角形塔架時，應考慮0°風、60°風、及300°風三種風向進行計算；正方形塔架應按0°風和45°風兩種風向進行計算。計算風荷載時可分別計算塔架、排氣筒及主要配管擋風面積引起的風荷載，而不考慮相互的擋風影響。從以往的計算結果來看，三角形塔架的300°風即風朝著三角形邊正面吹來時為風荷載最不利風向；正方形塔架的45°風即風朝著正方形角上吹來時為風荷載最不利風向。抗震設防的塔架應考慮水平地震作用，抗震等級為一級的塔架還需考慮豎向地震作用。計算地震作用時，結構構件的重要性系數(shù)可取1.0，強度抗震調整系數(shù)取0.75，穩(wěn)定抗震調整系數(shù)取0.80，塔架重力荷載應為：1.0永久荷載+0.5活荷載雪荷載及平臺荷載。在計算地震作用時，其阻尼比可采取0.03。風荷載作用下塔架任意一點最大水平位移應不大于該點距地面高度的1/150；地震作用下塔架任意一點最大水平位移應不大于該點距地面高度的1/100。計算塔架自重時應考慮節(jié)點板、法蘭盤及焊縫的重量，可按塔架桿件的自重乘以1.15~1.20的系數(shù)確定。

　　3塔架的節(jié)點設計

　　圓鋼管塔架的節(jié)點一般采用鋼管相貫連接節(jié)點，相貫連接后，采用法蘭將各個構件連接在一起。法蘭盤的支承面應平整，法蘭盤的鏈接宜采用高強度螺栓。法蘭盤及高強度螺栓均宜采用鍍鋅結構。法蘭盤的最小厚度不宜小于16mm。受力螺栓的直徑不宜小于M14，且應考慮0.5mm的腐蝕裕度。每個法蘭盤上的螺栓不應少于4個，且沿圓周均勻布置。法蘭盤內徑與鋼管外徑的間隙不得大于3mm，徑向相對間隙之和不得大于4.5mm。法蘭盤中徑設計時應考慮在法蘭盤筋板之間預留螺栓墊片，筋板焊縫的空間。

　　4塔架的構造要求

　　塔架結構的構造應滿足塔架在使用狀態(tài)下以及在制造、運輸、安裝等施工階段的受力和變形的要求。塔架基礎頂面高出地面不應小于300mm。塔柱與基礎鉸接時，每個柱的錨固螺栓不宜少于4個，地腳螺栓應采用雙螺帽。柱靴板高度宜大于塔柱截面高度或直徑。柱腳外露時，應考慮排水，可設置圓形排水孔。塔柱及腹桿等構件，當采用不同厚度的鋼板、不同直徑的鋼管、圓鋼分別對接時，均應有平滑過度段，過渡段長度應符合下列要求：a)鋼板的過度段的坡度不得大于1：4；b)鋼管或圓鋼的過渡段長度不得小于直徑差的2倍。

　　5結束語

　　結合場地地質、氣候（風載）條件，塔架高度、占地等設計參數(shù)，及其附屬使用功能的要求，塔架結構設計從方案開始需要考慮結構體形選擇、主體結構型式選擇、支撐結構體系布置，以確立結構體型簡潔傳力明晰的模型；在模型適宜的基礎上，還需選擇合適的桿件型材規(guī)格，以滿足結構運算需要和塔架結構承載的要求。按筆者已經(jīng)完成的一個97米高的火炬塔架設計中的思考與總結，上文談到了塔架結構設計的基本原則、荷載取值與結構其它相關參數(shù)選擇等基本要求，側重提及了塔架結構設計過程中需要涉及的平面占地尺寸選擇、結構剛度、桿件長細比控制、節(jié)點構造設計要求及相關參數(shù)的一些參考控制指標值等內容，以期同行們在碰到塔架設計時略有參考用處，并敬請指正不當之處，以求進步。

　　參考文獻：

　　[1]石油化工構筑物設計規(guī)范[S].SH3147-2014

　　[2]石油化工建（構）筑物設計規(guī)范[S].GB51006-2014

　　[3]高聳結構設計規(guī)范[S].GB50135-2006

　　[4]石油化工排氣筒和火炬塔架設計規(guī)范[S].SH/T3029-2014

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