冷换框架风荷载计算在计算软件中的应用

刘见阳，王世成，杨宏春, 李 勇, 李立涛

（1. 中国寰球工程公司辽宁分公司， 辽宁 抚顺 113006； 2. 九三抚顺市勘测设计事务所， 辽宁 抚顺 113006）

框架上的风荷载标准值，在一般情况下，按下式计算：

其中βz、μz、Wo均可按照《建筑结构荷载规范》[1]计算，只有体型系数μs因封闭与敞开的差别需要对此系数进行折减以符合实际情况。下面以作者做过的山东菏泽玉皇20万t/a苯乙烯装置及系统工程中的两个冷换框架为例进行比较分析。

山东菏泽玉皇位于鲁西隆起西南部，基本风压0.45 kPa，地面粗糙度B类。本文选取其中苯乙烯单元的构-2和构-6进行讨论。

1 数值计算和分析

构-2为3层冷换框架，共有容器4台，冷换设备 6台，取其中的第 2层（12.000 m）按照《石油化工企业钢结构冷换框架设计规定》［2］附录A计算其挡风面积（见图1、图2）。

(1)当风作用在框架横向(平行于冷换设备放置方向)时，按附录表A.0.1-1、表A.0.1-2计算 :

A1(梁)=1.6×(0.44×7+0.44×7)

=7.84 (m2)

A2(柱)=2×0.4×(6+6)

=9.6 (m2)

A3(斜撑)=6×(0.15×7+0.15×7)

=12.6 (m2)

A4(栏杆)=0.2×（7+7）=2.8 (m2)

A5(设备)=1.9×3

=5.7 (m2)

总的挡风面积为

A0=A1+A2+A3+A4+A5=38.54(m2)

折减系数ζ=A0/A

=38.54/(1.3×6×7)

=0.706

(2) 风作用在框架的纵向（垂直于冷换设备放置方向）时，

A1(梁)=3.65×（0.44×6+0.44×6）=19.272(m2)

A2(柱)=0.65×4×0.4×(6+6)

=12.48(m2)

A3(斜撑)=0

A4(栏杆)=0.2×（6+6）=2.4(m2)

A5(设备)=6.18

图1 框架横向Fig.1 Horizental frame

图2 框架纵向Fig.2 Vertical frame

总的挡风面积为

A0=A1+A2+A3+A4+A5=40.332(m2)

折减系数ζ=A0/A

=40.332/ (1.3×6×6)

=0.862

构-6为4层框架，共有容器12台，冷换设备13台。取其中的第三层（18.000 m）按照规范计算其挡风面积（见图3、图4）。

图3 框架横向Fig.3 Horizental frame

图4 框架纵向Fig.4 Vertical frame

(3)当风作用在框架横向(平行于冷换设备放置方向)时

A1(梁)=1.6 ×(0.45×6+0.45×6)

=8.64(m2)

A2(柱)=2x0.35×(6+6)=8.4(m2)

A3(斜撑)=6×(0.15×6+0.15×6)

=10.8(m2)

A4(栏杆)=0.2×6+6）=2.4(m2)

A5(设备)=1.9×2

=3.8(m2)

总的挡风面积为

A0=A1+A2+A3+A4+A5=34.07(m2)

折减系数ζ=A0/A

=34.07/(1.3×6×6)

=0.728

(4)当风作用在框架纵向(垂直于冷换设备放置方向)时

A1(梁)=3.65×(0.45×6+0.45×6)

=19.71(m2)

A2(柱)=4×0.65×0.35×(6+6)=10.92(m2)

A3(斜撑)=0

A4(栏杆)=0.2×（6+6）=2.4(m2)

A5(设备)=6.18

总的挡风面积为

A0=A1+A2+A3+A4+A5=39.21(m2)

折减系数ζ=A0/A

(5)当风作用在框架纵向(垂直于冷换设备放置方向)时

A1(梁)=3.65×(0.45×6+0.45×6)

=19.71(m2)

A2(柱)=4×0.65×0.35×(6+6)=10.92(m2)

A3(斜撑)=0

A4(栏杆)=0.2×（6+6）=2.4(m2)

A5(设备)=6.18

总的挡风面积为

A0=A1+A2+A3+A4+A5=39.21(m2)

折减系数ζ=A0/A

=39.21/(1.3×6×6)

=0.838

2 结 论

1)根据以上两个框架的计算，可以看到横向的挡风面积的折减系数在0.7～0.73之间，纵向的挡风面积的折减系数在0.83～0.86之间，考虑到PKPM体型系数的取值不分横向和纵向，为了安全，建议折减系数取0.85左右；对其他考虑横向和纵向的计算软件，建议此系数在横向取0.75，纵向取0.86。

2)由于本文只是引证了 2个具体的工程实例，不能正确的反应所有的情况，加之参考的规范为1996版本，对实际情况的反应不够准确，待新规范出台和以后随着工作经验的增多，能运用概率统计的理论，在保证足够安全的情况下对此系数取一个更加合理的值。

［1］建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版) [S].

［2］中国石化北京设计院.石油化工企业钢结构冷换框架设计规范SH3077-96[S].