石油化工烟囱火炬塔架设计要点论文
【摘要】文章介绍了石油化工塔架结构设计计算原则、参数选择与取值要点；结合工程设计经验，文章给出了塔架节点、构造设计指标控制参考指标及相关设计要求。
【关键词】石油化工，火炬塔架，设计要点
1塔架设计的原则及要求
烟囱、火炬塔架为石油化工钢烟囱、火炬提供支承体系结构，塔架通常附设供采集样本及设备检修时使用的平台、辅梯。塔架结构形式宜采用空间桁架体系，构件宜采用圆钢管等风阻较小的构件，塔架平面形式宜采用正三角形或正方形，底部边长应根据计算确定，不宜小于塔架高度的1/10。塔架外形沿高度变化时，其外形宜接近弯矩曲线，但是弯折点不宜过多。塔架腹杆一般采用交叉斜杆或K形斜杆支撑体系。塔架主体结构安全等级应按一级设计，抗震设防类别应按GB50453的规定采用，建筑场地为Ⅳ类时，对设计基本地震加速度为0.15g和1.30g的地区，宜分别按抗震设防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）时的抗震设防类别要求采取地震构造措施。塔基基础设计等级为甲级。塔架应根据烟囱火炬排放的气体进行防腐处理，一般构件采用热浸镀锌处理防腐，顶部10米至20米的构件表面防腐处理需考虑高温影响，一般采用耐高温的有机硅防腐漆。塔架受力构件及其连接件的最小厚度不宜小于8mm。采用钢管结构时，其最小壁厚不宜小于6mm。采用小断面组合构件时，构件厚度应留有足够的腐蚀裕度，火炬塔架不宜小于0.5mm，排气筒塔架不宜小于1.00mm。沿塔架高度应设置水平横隔。可隔一个节间设置一道，正三角形塔架可2个~3个节间设置一道，但在塔柱变坡处应设置水平横隔。沿塔架高度应设置休息平台，其间距不宜大于20m。平台设在塔架水平横隔处，且应考虑垂直与水平交通。设计塔架时，应考虑制作、运输、安装、维护检修等要求，并在经济合理的条件下注意塔体的造型美观。
2塔架设计的计算要点
塔架的静力分析可采用空间桁架模型，即塔架主要构件均为二力杆。抗震等级为一级的塔架，还需进行动力分析。塔架上的荷载可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。永久荷载包括塔架自重、固定设备、平台梯子、管线及保温等重量；可变荷载包括风荷载、雪荷载、覆冰荷载、平台荷载、安装检修荷载、温度变化应力等；偶然荷载一般为爆炸荷载。风荷载除了风荷载体型系数和风压高度变化系数外还需考虑风振系数。当采用三角形塔架时，应考虑0°风、60°风、及300°风三种风向进行计算；正方形塔架应按0°风和45°风两种风向进行计算。计算风荷载时可分别计算塔架、排气筒及主要配管挡风面积引起的.风荷载，而不考虑相互的挡风影响。从以往的计算结果来看，三角形塔架的300°风即风朝着三角形边正面吹来时为风荷载最不利风向；正方形塔架的45°风即风朝着正方形角上吹来时为风荷载最不利风向。抗震设防的塔架应考虑水平地震作用，抗震等级为一级的塔架还需考虑竖向地震作用。计算地震作用时，结构构件的重要性系数可取1.0，强度抗震调整系数取0.75，稳定抗震调整系数取0.80，塔架重力荷载应为：1.0永久荷载+0.5活荷载雪荷载及平台荷载。在计算地震作用时，其阻尼比可采取0.03。风荷载作用下塔架任意一点最大水平位移应不大于该点距地面高度的1/150；地震作用下塔架任意一点最大水平位移应不大于该点距地面高度的1/100。计算塔架自重时应考虑节点板、法兰盘及焊缝的重量，可按塔架杆件的自重乘以1.15~1.20的系数确定。
3塔架的节点设计
圆钢管塔架的节点一般采用钢管相贯连接节点，相贯连接后，采用法兰将各个构件连接在一起。法兰盘的支承面应平整，法兰盘的链接宜采用高强度螺栓。法兰盘及高强度螺栓均宜采用镀锌结构。法兰盘的最小厚度不宜小于16mm。受力螺栓的直径不宜小于M14，且应考虑0.5mm的腐蚀裕度。每个法兰盘上的螺栓不应少于4个，且沿圆周均匀布置。法兰盘内径与钢管外径的间隙不得大于3mm，径向相对间隙之和不得大于4.5mm。法兰盘中径设计时应考虑在法兰盘筋板之间预留螺栓垫片，筋板焊缝的空间。
4塔架的构造要求
塔架结构的构造应满足塔架在使用状态下以及在制造、运输、安装等施工阶段的受力和变形的要求。塔架基础顶面高出地面不应小于300mm。塔柱与基础铰接时，每个柱的锚固螺栓不宜少于4个，地脚螺栓应采用双螺帽。柱靴板高度宜大于塔柱截面高度或直径。柱脚外露时，应考虑排水，可设置圆形排水孔。塔柱及腹杆等构件，当采用不同厚度的钢板、不同直径的钢管、圆钢分别对接时，均应有平滑过度段，过渡段长度应符合下列要求：a)钢板的过度段的坡度不得大于1：4；b)钢管或圆钢的过渡段长度不得小于直径差的2倍。
5结束语
结合场地地质、气候（风载）条件，塔架高度、占地等设计参数，及其附属使用功能的要求，塔架结构设计从方案开始需要考虑结构体形选择、主体结构型式选择、支撑结构体系布置，以确立结构体型简洁传力明晰的模型；在模型适宜的基础上，还需选择合适的杆件型材规格，以满足结构运算需要和塔架结构承载的要求。按笔者已经完成的一个97米高的火炬塔架设计中的思考与总结，上文谈到了塔架结构设计的基本原则、荷载取值与结构其它相关参数选择等基本要求，侧重提及了塔架结构设计过程中需要涉及的平面占地尺寸选择、结构刚度、杆件长细比控制、节点构造设计要求及相关参数的一些参考控制指标值等内容，以期同行们在碰到塔架设计时略有参考用处，并敬请指正不当之处，以求进步。
参考文献：
[1]石油化工构筑物设计规范[S].SH3147-2014
[2]石油化工建（构）筑物设计规范[S].GB51006-2014
[3]高耸结构设计规范[S].GB50135-2006
[4]石油化工排气筒和火炬塔架设计规范[S].SH/T3029-2014
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