河南建材2013年第3期高算結(jié)構(gòu)之空分冷箱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理于憲軍中冶華天南京工程技術(shù)有限公司(210019)摘要:通過對空分冷箱基礎(chǔ)在自重、設(shè)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(chǔ)埋置深度和結(jié)構(gòu)受力之間的關(guān)系。冷箱基礎(chǔ)計算應(yīng)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(jié)構(gòu);風(fēng)荷載;大塊式基礎(chǔ);埋深近年來,隨著鋼鐵、化工等行業(yè)的發(fā)展,對氧時應(yīng)不考慮)。氣、氮氣等空分產(chǎn)品的需求日益增長,制氧站的規(guī)冷箱分為三節(jié),各部分外形尺寸詳見表1。模也向大型化、超大型化發(fā)展。據(jù)悉國內(nèi)大型制氧表1外形尺寸站已達75000m/h,分餾塔(冷箱)體量越來越大,部位長度A(m)寬度Bm)高度H(m)作為高聳結(jié)構(gòu),對基礎(chǔ)的設(shè)計要求越來越高。冷箱底部基礎(chǔ)在鋼鐵行業(yè)通常采用大塊式基礎(chǔ)。但作為大體中部7.27.8積混凝土,基礎(chǔ)混凝土用量很大,而且混凝土的水化頂部3.93生熱及傾覆等問題較為突出,所以如何才能做到安全冷箱基礎(chǔ)外形尺寸詳見圖2。適用、經(jīng)濟合理,是亟待解決的問題。以往多根據(jù)經(jīng)技驗取用基礎(chǔ)埋置深度等數(shù)值不但造成極大的浪費,米而且會帶來一些不安全因素,故迫切需要研究解決基礎(chǔ)埋置深度與風(fēng)荷載的對應(yīng)關(guān)系,合理取值,優(yōu)化設(shè)計。通過工程實例對基礎(chǔ)混凝土擋墻的抗彎抗剪與隔水層以上基礎(chǔ)埋置深度進行了分析,得出了建設(shè)性結(jié)論,為冷箱等高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計提供具有參考價值的建議。1工程實例1.1初始條件本工程為某鋼廠20000m沿h制氧工程冷箱高圖2冷箱基礎(chǔ)度約60m,建成后效果見圖1?；A(chǔ)剖面詳見圖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(chǔ)剖面圖工作時液體重量:1700N(當(dāng)對結(jié)構(gòu)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,地面粗糙度類別為B類,據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)抗震設(shè)防烈度8度(0.2g)。范》算得彎矩M、M,詳見表2。隔水層下基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。122承載力計算本工程冷箱基礎(chǔ)采用大塊式基礎(chǔ),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(chǔ)承臺底部彎矩ΣM=29848kN1.2.1內(nèi)力計算計算樁基不出現(xiàn)抗拔樁,僅需驗算V-1.050標(biāo)高處冷箱計算簡圖見圖4?；A(chǔ),取μ=0.35,經(jīng)計算抗滑移驗算滿足要求。ⅴ-1.050處隔水層上基礎(chǔ)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(chǔ)自重G=7107kN設(shè)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(yīng)力:N+G土Mh=5500+710732413×566=A162.4495圖4冷箱計算簡圖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(chǔ)底面部分脫離。M=48895×1.4×0.8=547.624kN·m/m32413=2571mN+G5500+7107A、=M2=547624×10=367m2實配鋼e=x0-e=524-2571=2609m筋Φ22@100,A=3801mm2,滿足要求。P=2N+G)=2×12607=202kPa(樁基承擔(dān))3a=3×2.669=8.007m<0.75b=0.75×10.9=8.175,不滿足高聳結(jié)構(gòu)關(guān)于基礎(chǔ)的規(guī)定。此時冷箱V-1.050基礎(chǔ)四周有h1=800mm高擋墻箍住,當(dāng)基礎(chǔ)傾覆時,擋墻可抵消部分彎矩,還可抵消風(fēng)荷載所產(chǎn)生的扭矩,計算簡圖詳見圖5。h=600,ho=550,C25混凝土,f=127N/mm2Vm=0.7fbh=0.7×1.27×1000×550=48895kN/m圖5擋墻計算簡圖經(jīng)風(fēng)荷載反算,V=400kN(未考慮基礎(chǔ)四周回填土被動土壓力的有利影響,則MM-V×156×上基礎(chǔ)整體作用校核地基承載力擋墻受力時,要對0.8=32413-400×15.6×0.8=2742kN·m。其進行抗彎抗剪驗算再次驗算滿足高聳結(jié)構(gòu)關(guān)于基礎(chǔ)的規(guī)定。3)不銹鋼板上基礎(chǔ)面積可按AxB的方形基礎(chǔ)基礎(chǔ)傾覆經(jīng)驗算滿足要求。計算,使得具有足夠的安全儲備。2計算結(jié)果分析4)文章給出了冷箱基礎(chǔ)的全過程破壞形態(tài),分從本工程計算結(jié)果可以看出,類似工程在破壞析了傾覆滑移及抗彎抗剪等幾個工況,所做計算可形態(tài)上不外乎三種1)基礎(chǔ)埋置深度不足,可能造成供工程設(shè)計參考。隔水層上基礎(chǔ)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(jié)論加大不銹鋼板上壞造成隔水層上基礎(chǔ)滑移。3)基礎(chǔ)配筋不足,造成基礎(chǔ)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(chǔ)先行開裂。移問題;加大擋墻斷面及配筋能對不銹鋼板上基礎(chǔ)本工程由于基礎(chǔ)頂部僅配置了Φ16@200雙層起到有效的嵌固作用,結(jié)合工程實際,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而理的基礎(chǔ)加強方案。無法實現(xiàn),故按基礎(chǔ)面積圖2中AxB的方形基礎(chǔ)計算。參考文獻為了提高基礎(chǔ)四周回填土被動土壓力的有利1GB50002012:建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范S2]GB50135-2006,高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]影響,宜在投產(chǎn)前對基礎(chǔ)四周進行回填處理,基礎(chǔ)每③]GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]邊3m寬范圍內(nèi)回填土用高壓噴射注漿法進行加14GB5007-201t1地基基礎(chǔ)規(guī)范S固S]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范S]3結(jié)論6]GB50191-93構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范S]做了靜力計算,對基礎(chǔ)可能出現(xiàn)的破壞形態(tài)通過數(shù)8HG20643-98,化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計變計規(guī)范通過實例對大塊式冷箱基礎(chǔ)在風(fēng)荷載作用下[GB50696-201鐵企業(yè)冶金設(shè)備基礎(chǔ)據(jù)進行了分析,得出如下結(jié)論:19]HTA1107-2003,大型空分設(shè)備安裝技術(shù)要求(S1)不銹鋼板上基礎(chǔ)的破壞形態(tài)與獨立基礎(chǔ)類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(yīng)進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(chǔ)謾計的關(guān)系都應(yīng)滿足設(shè)計要求。IR]上海:上海工程化工設(shè)計院2002,332)不銹鋼板下基礎(chǔ)的計算假定其與不銹鋼板(上接第15頁)廊道預(yù)制蓋板改成現(xiàn)澆施工。兩種方法的共同點為的問題,具體是:1)灌漿直管、灌漿彎管與錨固塊的預(yù)應(yīng)力錨固組件組裝都在加工廠進行;不同之處是組裝間距尺寸與文件所標(biāo)注的尺寸不符;2)原組裝現(xiàn)澆法將錨固組件拉到現(xiàn)場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,進行安裝加固,同時蓋板鋼筋綁扎,隱蔽彎管上,這樣直管接頭與喇叭口連接處穩(wěn)定和密封后澆筑混凝土。預(yù)制法是將錨固組件安裝在加工場效果不太理想,難以達到密封性要求。經(jīng)過與供方內(nèi)專門用來預(yù)制蓋板的模板上,同樣采取加固措施代表現(xiàn)場溝通,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際組凝土澆筑,待混凝土強度達到要求后,預(yù)制廊道蓋裝尺寸為準(zhǔn)組裝圖中鎖母位置由固定在彎管端改板運到現(xiàn)場安裝就位。兩種方法比較,顯然現(xiàn)澆蓋為固定在喇叭口端。據(jù)供方代表介紹,此問題同樣板少了預(yù)制蓋板安裝這道工序,更為重要的是現(xiàn)場在嶺澳核電工程中出現(xiàn),供方對工作程序進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。加快廊道施工的進度,同時也滿足了質(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(xiàn)澆方式較預(yù)制蓋板施工按設(shè)計施工圖廊道蓋板為混凝土預(yù)制蓋板,由更為經(jīng)濟合理于錨固部件到現(xiàn)場時間較晚,如果仍采用預(yù)制蓋板線則不能滿足廊道施工進度要求。為此施單位將