高聳結構之空分冷箱基礎結構設計原理

河南建材2013年第3期高算結構之空分冷箱基礎結構設計原理于憲軍中冶華天南京工程技術(shù)有限公司(210019)摘要:通過(guò)對空分冷箱基礎在自重、設備重、風(fēng)荷載、地震作用等豎向和水平力作用下的對比研究,分析了基礎埋置深度和結構受力之間的關(guān)系。冷箱基礎計算應包括地基承載力計算和變形計算,隔冷層熱工計算等。關(guān)鍵詞:冷箱;高聳結構;風(fēng)荷載;大塊式基礎;埋深近年來(lái),隨著(zhù)鋼鐵、化工等行業(yè)的發(fā)展,對氧時(shí)應不考慮)。氣、氮氣等空分產(chǎn)品的需求日益增長(cháng),制氧站的規冷箱分為三節,各部分外形尺寸詳見(jiàn)表1。模也向大型化、超大型化發(fā)展。據悉國內大型制氧表1外形尺寸站已達75000m/h,分餾塔(冷箱)體量越來(lái)越大,部位長(cháng)度A(m)寬度Bm)高度H(m)作為高聳結構,對基礎的設計要求越來(lái)越高。冷箱底部基礎在鋼鐵行業(yè)通常采用大塊式基礎。但作為大體中部7.27.8積混凝土,基礎混凝土用量很大,而且混凝土的水化頂部3.93生熱及傾覆等問(wèn)題較為突出,所以如何才能做到安全冷箱基礎外形尺寸詳見(jiàn)圖2。適用、經(jīng)濟合理,是亟待解決的問(wèn)題。以往多根據經(jīng)技驗取用基礎埋置深度等數值不但造成極大的浪費,米而且會(huì )帶來(lái)一些不安全因素,故迫切需要研究解決基礎埋置深度與風(fēng)荷載的對應關(guān)系,合理取值,優(yōu)化設計。通過(guò)工程實(shí)例對基礎混凝土擋墻的抗彎抗剪與隔水層以上基礎埋置深度進(jìn)行了分析,得出了建設性結論,為冷箱等高聳結構基礎的設計提供具有參考價(jià)值的建議。1工程實(shí)例1.1初始條件本工程為某鋼廠(chǎng)20000m沿h制氧工程冷箱高圖2冷箱基礎度約60m,建成后效果見(jiàn)圖1?；A剖面詳見(jiàn)圖3。m界不傷法真5圖1冷箱建成后效果冷箱總重:5500kN珠光砂重量:2600kN圖3冷箱基礎剖面圖工作時(shí)液體重量:1700N(當對結構計算有利12計算理論1623年第3期河南建材基本風(fēng)壓05kN/m,地面粗糙度類(lèi)別為B類(lèi),據《建筑結構荷載規范》及《高聳結構設計規抗震設防烈度8度(0.2g)。范》算得彎矩M、M,詳見(jiàn)表2。隔水層下基礎采用樁基礎。122承載力計算本工程冷箱基礎采用大塊式基礎,不考慮地震由表2可知,隔水層處(-1.050)彎矩∑M力作用,故由風(fēng)荷載控制。343kN·m,基礎承臺底部彎矩ΣM=29848kN1.2.1內力計算計算樁基不出現抗拔樁,僅需驗算V-1.050標高處冷箱計算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4?；A,取μ=0.35,經(jīng)計算抗滑移驗算滿(mǎn)足要求。ⅴ-1.050處隔水層上基礎底板慣性距I=152036m,A=1624495m2,形心x0=5,24m,形心距離遠邊h=5.66m。冷箱總重:N=5500kN基礎自重G=7107kN設備重量產(chǎn)生的偏心距M附加=4070kN·m總彎矩:Ma=28343+4070=32413kN·m基底應力:N+G土Mh=5500+710732413×566=A162.4495圖4冷箱計算簡(jiǎn)圖776120.7=/1983kPa43. 1 kPa表2風(fēng)荷載作用計算技Bz∞BM術(shù)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不銹鋼板隔水層(-1.050)上1.75m處;M-1mm不銹鋼板隔水層(-1.050)下1.95m處由上可知,基礎底面部分脫離。M=48895×1.4×0.8=547.624kN·m/m32413=2571mN+G5500+7107A、=M2=547624×10=367m2實(shí)配鋼e=x0-e=524-2571=2609m筋Φ22@100,A=3801mm2,滿(mǎn)足要求。P=2N+G)=2×12607=202kPa(樁基承擔)3a=3×2.669=8.007m<0.75b=0.75×10.9=8.175,不滿(mǎn)足高聳結構關(guān)于基礎的規定。此時(shí)冷箱V-1.050基礎四周有h1=800mm高擋墻箍住,當基礎傾覆時(shí),擋墻可抵消部分彎矩,還可抵消風(fēng)荷載所產(chǎn)生的扭矩,計算簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖5。h=600,ho=550,C25混凝土,f=127N/mm2Vm=0.7fbh=0.7×1.27×1000×550=48895kN/m圖5擋墻計算簡(jiǎn)圖經(jīng)風(fēng)荷載反算,V=400kN(未考慮基礎四周回填土被動(dòng)土壓力的有利影響,則MM-V×156×上基礎整體作用校核地基承載力擋墻受力時(shí),要對0.8=32413-400×15.6×0.8=2742kN·m。其進(jìn)行抗彎抗剪驗算再次驗算滿(mǎn)足高聳結構關(guān)于基礎的規定。3)不銹鋼板上基礎面積可按AxB的方形基礎基礎傾覆經(jīng)驗算滿(mǎn)足要求。計算,使得具有足夠的安全儲備。2計算結果分析4)文章給出了冷箱基礎的全過(guò)程破壞形態(tài),分從本工程計算結果可以看出,類(lèi)似工程在破壞析了傾覆滑移及抗彎抗剪等幾個(gè)工況,所做計算可形態(tài)上不外乎三種1)基礎埋置深度不足,可能造成供工程設計參考。隔水層上基礎傾覆破壞。2)擋墻配筋不足,剪扭破綜合上述分析,可以得出結論加大不銹鋼板上壞造成隔水層上基礎滑移。3)基礎配筋不足,造成基礎的埋置深度即增加配重能有效解決傾覆和滑隔水層上基礎先行開(kāi)裂。移問(wèn)題;加大擋墻斷面及配筋能對不銹鋼板上基礎本工程由于基礎頂部?jì)H配置了Φ16@200雙層起到有效的嵌固作用,結合工程實(shí)際,采取經(jīng)濟合雙向鋼筋,配筋很小,上述計算由于混凝土裂開(kāi)而理的基礎加強方案。無(wú)法實(shí)現,故按基礎面積圖2中AxB的方形基礎計算。參考文獻為了提高基礎四周回填土被動(dòng)土壓力的有利1GB50002012:建筑結構荷載規范S2]GB50135-2006,高聳結構設計規范[S]影響,宜在投產(chǎn)前對基礎四周進(jìn)行回填處理,基礎每③]GB50010-2010.混凝土結構設計規范[S]邊3m寬范圍內回填土用高壓噴射注漿法進(jìn)行加14GB5007-201t1地基基礎規范S固S]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規范S]3結論6]GB50191-93構筑物抗震設計規范S]做了靜力計算,對基礎可能出現的破壞形態(tài)通過(guò)數8HG20643-98,化工設備基礎設計變計規范通過(guò)實(shí)例對大塊式冷箱基礎在風(fēng)荷載作用下[GB50696-201鐵企業(yè)冶金設備基礎據進(jìn)行了分析,得出如下結論:19]HTA1107-2003,大型空分設備安裝技術(shù)要求(S1)不銹鋼板上基礎的破壞形態(tài)與獨立基礎類(lèi)10李化治制氧技術(shù)北家治金工業(yè)出版柱200(第2似,均應進(jìn)行抗彎抗剪驗算其埋置深度和所配鋼筋山李魁魅星空分裝置分餾塔滲漏冷液與基礎謾計的關(guān)系都應滿(mǎn)足設計要求。IR]上海:上海工程化工設計院2002,332)不銹鋼板下基礎的計算假定其與不銹鋼板(上接第15頁(yè))廊道預制蓋板改成現澆施工。兩種方法的共同點(diǎn)為的問(wèn)題,具體是:1)灌漿直管、灌漿彎管與錨固塊的預應力錨固組件組裝都在加工廠(chǎng)進(jìn)行;不同之處是組裝間距尺寸與文件所標注的尺寸不符;2)原組裝現澆法將錨固組件拉到現場(chǎng)直接安放在廊道蓋板圖中灌漿彎管與喇叭口連接處的鎖母位置固定在底模板上,進(jìn)行安裝加固,同時(shí)蓋板鋼筋綁扎,隱蔽彎管上,這樣直管接頭與喇叭口連接處穩定和密封后澆筑混凝土。預制法是將錨固組件安裝在加工場(chǎng)效果不太理想,難以達到密封性要求。經(jīng)過(guò)與供方內專(zhuān)門(mén)用來(lái)預制蓋板的模板上,同樣采取加固措施代表現場(chǎng)溝通,確定在其它組裝工序不變的前提下,保證錨固件安裝精度,之后鋼筋綁扎,隱蔽驗收混灌漿直管、灌漿彎管與錨固塊的組裝間距以實(shí)際組凝土澆筑,待混凝土強度達到要求后,預制廊道蓋裝尺寸為準組裝圖中鎖母位置由固定在彎管端改板運到現場(chǎng)安裝就位。兩種方法比較,顯然現澆蓋為固定在喇叭口端。據供方代表介紹,此問(wèn)題同樣板少了預制蓋板安裝這道工序,更為重要的是現場(chǎng)在嶺澳核電工程中出現,供方對工作程序進(jìn)行了修安裝錨固組件,一次加固定位,交叉鋼筋綁扎,大大改升板。加快廊道施工的進(jìn)度,同時(shí)也滿(mǎn)足了質(zhì)量控制的要5廊道蓋板施工方式探討求。因此,廊道蓋板施工現澆方式較預制蓋板施工按設計施工圖廊道蓋板為混凝土預制蓋板,由更為經(jīng)濟合理于錨固部件到現場(chǎng)時(shí)間較晚,如果仍采用預制蓋板線(xiàn)則不能滿(mǎn)足廊道施工進(jìn)度要求。為此施單位將