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化工厂土建设计.ppt

1、化工厂土建设计,结构专业培训,观念: 概念是基础 方法是关键 操作能力是直接表现,土建的范围-CIVIL,总图-PLOT PLAN 建筑-ATCHITECTURE 结构-STRUCTURE 给排水-PLUMBING 采暖通风空调-HVAC (HEATING, VENTILATION, AIR CONDITION),结构专业在化工厂设计中所处的地位,辅助专业 配合主导专业 按要求(条件)实现被要求的功能,化工厂设计中结构专业的特点,责任大-安全性要求高,设备贵重,投资大 牵涉面广-专业内容多 相关的专业知识尽量多的掌握-管道,设备,电气仪表,建筑,暖通,防火,防腐。 难点多-特种结构 时间紧(赶

2、工多) 完工晚 对经验要求高 对概念要求高-解决问题的出发点,单纯从结构专业的角度出发,所要做的工作内容,地基基础设计-包括地基处理和基础设计,其中地基处理是难点,要求对土力学的基本概念清晰,对各种处理方法特点,适用性的掌握,更关键的是:经验的积累。 上部结构设计-混凝土结构,钢结构。结构形式有各种各样。 特种结构-很多,相关专业的术语,工艺:PROCESS 总图:PLOT PLAN 管道:PIPING 水道:PLUMBING 设备:MECHANICAL 暖通:HVAC 仪表:INSTRUMENT 消防:FIRE FIGHTING 电气:ELECTRICAL 安全:HSE 土建:CIVIL 建

3、筑:ARCHITECTURE 结构:STRUCTURE,设备术语,静设备: 塔器:tower 换热器:heat exchange 容器:vessel 储罐:tank 反应器:reactor 工业炉:furnance 烟囱:stack 火炬:flare,动设备: 压缩机:compressor 活塞式,离心式 泵:pump 风机:fan,钢筋混凝土框排架结构 钢框排架结构-* 塔设备基础 储罐基础 冷换设备和卧式容器基础 管廊结构 排气筒火炬塔架,钢筋混凝土水池 筒仓及造粒塔 钢筋混凝土烟囱 冷却塔结构 压缩机及泵基础 栈桥结构 挡土墙结构,结构概念体系,第一讲 一。结构的功能 定义:结构实际上就

4、是为实现建、构筑物的功能的骨架。 包含两个方面的含义。,结构的类型,1.按建筑材料分: 钢筋混凝土结构 钢结构 砌体结构(砖、砌块、石) 木结构 塑料结构 薄膜充气结构,2.按结构形式分:,墙体结构 框架结构 深梁结构 筒体结构 拱结构 网架结构 空间薄壁(折板)结构 钢索结构,3.按结构体型分:,单层结构(单层工业厂房) 多层结构(27层) 高层结构(8层以上) 大跨结构(4050米以上),结构要解决的问题,1.服务 2.抵抗 3.材料 4.构造 5.经济,什么样的结构是好结构?,功能和结构骨架的有机统一,才是完美的结构。,设计程序,1.概念设计 2.基础设计 3.详细设计 4.交付施工,结

5、构设计中的总体问题,1.作用力 2.材料 3.承载力 4.倾覆 5.刚度 6.地基,结构上的作用力,1.荷载:直接施加于结构,使结构产生内力效应。 2.作用:由于某种原因使结构产生约束变形或外加变形,从而使结构产生内力效应。,结构材料,力学性能: 1.弹性和线弹性 2.塑性和脆性 3.延性 4.强度,结构承载力,包括三个基本要求: 1.承受可能出现的荷载或内力,不致于因为承载力不足而破坏。(包括因长细比过大而产生的失稳) 2.倾覆 3.变形和裂缝,结构的倾覆,1.结构的整体倾覆 2.局部结构构件的倾覆,结构的刚度和变形,概念:结构(构件)的刚度是结构限制作用力产生变形的性质。 1.抗轴力刚度:

6、构件刚度形成结构刚度。 2.抗弯刚度:构件刚度形成结构刚度。,地基,承载力 沉降,第二讲:结构的基本水平分体系和基本竖向分体系,一。结构体系的组成: 三部分:基本水平分体系 基本竖向分体系 基础体系 作用,板-梁体系,1.梁: 按支承条件:简支梁、悬臂梁、连续梁、交叉梁。 按几何形状:水平直梁、斜梁、曲梁。,2.板:受弯构件。 板和梁的区别 结论,3.板-梁体系楼盖 五种体系: 平板楼盖 主次梁楼盖 交叉梁楼盖 密肋楼盖 无梁(板柱)楼盖,桁(网)架体系,平面桁架(平面屋架) 空间桁架(空间网架) 受力特点,框架体系,定义: 特点: 梁柱间的连接为刚节点。 梁端受有部分固端约束。 柱须考虑二阶

7、效应,第三讲:钢结构概述,一。钢材 1.结构用钢Q235B、Q345B。钢材选择须考虑环境温度和受荷载状况。 2.常用于结构构件的型钢。 二。特点 钢梁 钢柱 稳定是钢结构设计的一个核心问题。,三。连接 包括:梁柱连接、主次梁连接、支撑与梁柱的连接、柱脚与基础连接。 方法:焊接、高强螺栓连接。 受力:铰接、刚接、半刚接。,焊缝:角焊缝、对接焊缝。 高强螺栓: 从受力的极限状态:摩擦型、承压型 从强度:10.9级、8.8级。制作材料不同。,四。钢梁计算 强度 刚度 整体稳定 局部稳定,五。拉、压杆(柱-压弯构件) 稳定 强度 几个概念 计算长度 回转半径 长细比,化工、石油化工钢框架结构体系及节

8、点设计,一。钢结构的应用方面 1.设备支架 2.设备钢框架 3.钢管廊 4.操作平台 5.塔平台,二。常用材料 1.热轧型钢:H型钢、T型钢、角钢、槽钢、工字钢 2.钢管:无缝钢管、焊接钢管 3.焊接H型钢 4.热轧钢板、花纹钢板、钢格栅板 5.普通螺栓、高强螺栓,三。常用材质 1.碳素结构钢GB/T 700-2006中的Q235。有A、B、C、D四个等级。使用规定。 2.低合金高强度结构钢GB/T 1591-2008中的Q345。有A、B、C、D、E五个等级。使用上的区别。 3.从稳定理论来理解材料强度上区别。 4.欧拉公式:N=EA/,结构体系的建立,一。从功能要求和概念设计的观点进行结构

9、方案的选择。 二。结构形式 钢框架 钢管廊 钢排架 钢桁架 钢塔架,三。钢框架的三种型式 1.纯框架 2.单向支撑框架 3.双向支撑框架 四。建立有侧移和无侧移框架的概念 1.对刚度的影响 2.对稳定的影响体现在框架柱的计算长度系数上。,五。计算和构造上的建议 1.纯框架 梁柱节点: 柱脚: 计算方案:,2.双向支撑框架 梁柱节点: 柱脚: 计算方案: 支撑形式:,3.单向支撑框架 梁柱节点 柱脚: 计算方案: 支撑形式:,六。侧移要求: 顶点位移:概念。限值:H/500(民用建筑),H/300(化工) 层间相对位移:概念。限值:h/400(民用建筑),h/250(化工),七。多层钢框架的抗震

10、设计要求: 1.不同楼面的刚度区别 现浇混凝土楼面 钢格栅板楼面 设水平支撑的楼面,八。钢结构的节点设计 1.柱脚设计 铰接柱脚 单向刚接柱脚 双向刚接柱脚,2.梁柱节点 按受力能力分为: 刚接节点 铰接节点 按连接方法分为: 全焊接 栓焊连接 纯高强螺栓连接,3.钢梁之间的连接: 铰接连接 刚接连接,石油化工钢框架的抗震设计,1.最大高宽比: 6度和7度抗震时:7.5 8度抗震时:7 2.体系选用: 优先选用:框架-支撑体系。,石油化工钢框架的抗震设计,一。楼层水平支撑的设置: 1.楼面为钢-混凝土的组合楼面时:(混凝土楼板必须与钢梁有可靠支撑,一般采用抗剪栓钉)一般不需设水平支撑。如楼面有

11、较大的开孔时,应在开孔区格内柱网内设水平支撑。-形成刚性楼面的概念。,2.楼面铺设钢板时(钢板与钢梁之间有可靠连接-焊接):当楼面均布荷载标准值小于10KPa时,宜设水平支撑。当楼面均布荷载标准值大于10KPa,或有较大的集中荷载时,应设水平支撑。,3.当楼面铺设钢格栅板时(钢格栅板为可拆卸的楼面),应设水平支撑。,4.当各榀框架侧向刚度相差较大,柱间支撑设置又不规则时,应设水平支撑。 5.柱间支撑宜布置在荷载较大的柱间,且在同一柱间上下贯通。,钢框架的节点设计,一.柱脚设计: 1.刚接柱脚:双向刚接柱脚单向刚接柱脚 2.铰接柱脚,二.梁柱连接节点 1.刚接节点 2.铰接节点三.梁梁连接节点

12、1.铰接节点 2.刚接节点,四.单向刚接柱脚的设计 1.构造要求: 2.计算内容: a.柱脚底板下混凝土基础的压应力 b.受拉侧螺栓的总有效面积 c.水平抗剪承载力 d.柱脚底板的厚度 e.柱脚焊缝计算,五.梁与柱强轴刚性连接节点设计 1.计算内容: a.梁与柱连接在弯矩和剪力作用下的承载力 b.在梁上翼缘标高处设置的柱水平加劲肋的厚度 c.节点板域的抗剪强度,六.梁梁的铰接节点设计 1.计算内容 a.连接板厚度的计算 b.连接板与柱梁腹板焊缝的计算 c.连接板与梁腹板三边围焊角焊缝的计算,设计实例,一。设计统一规定的要求 1.设计规定的内容 2.设计规定对设计的约束,二。设计条件的阅读 1.设计条件对功能的要求 2.设计条件对结构的要求 3.结构专业与提条件专业间的交流,标准图的使用 1.直爬梯 2.斜梯 3.栏杆 4.平台铺板 5.塔平台,安全防护要求 固定式钢梯及平台安全要求,

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