小型石油化工设备基础北京XX化工技术有限公司土建室XX摘要：随着石油化工装置的大型化，设备尺寸及设备荷载加大，大多数石化项目都建设于地基条件较差的地区，凭粗糙的设计就不能完全确保设计的安全性，现，通过几个实例，对一些静力设备的基础进行详细的设计。

本计算中，重点对地震作用进行了分析，采用了一些相关的规范进行了分析。

地震作用均采用底部剪力法，只在基础的荷载取值上有所不同。

在工程设计上，按“建筑抗震设计规范”进行地震计算较为合理，而且，计算地震作用时，地震系数一般采用即可，计算偏于安全。

本文分为：一，遵照《建筑结构设计统一标准》（GB50068-2001）和《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的原则和规定，对《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）应用于化工、石化建（构）筑物时的补充和具体化；二，小型直立式钢储罐罐基础计算，采用茂名64万吨/年裂解汽油加氢装置改造项目中的某一设备为例，进行从条件到结果的详细设计计算；三，热交换器基础计算，同样采用茂名64万吨/年裂解汽油加氢装置改造项目中的某一设备为例，进行从条件到结果的详细设计计算。

一：化工、石化建（构）筑物的荷载本规定主要针对直接作用（荷载）及部分间接作用所作出的规定，尚应由主导专业提出的荷载条件为依据，并以本规定为最小采用值。

1，荷载的分类：作用于建（构）筑物上的荷载，可分为永久荷载，可变荷载及偶然荷载。

永久荷载主要有下列荷载：建筑结构的永久配件，构件的材料总重；支承在结构上的设备，也包括设备内的操作荷载；支承在结构或设备上的管道空重和管道内介质的重量；支承在结构、设备上或管道上的梯子、平台及悬挂物的重量；电缆桥架、槽板的重量；设备、管道的保温层重量；结构、设备、管道上的防腐、防火材料的重量（防腐材料需考虑块材、耐腐蚀砂浆及混凝土；防火材料需考虑厚涂型和混凝土类保护层）；操作及维修时采用的辅助设施的重量（固定的、非临时性的）；土重、土的竖向压力和侧向压力、预加应力；池类结构内的盛水压力（静水压力）。

可变荷载为在化工、石化建（构）筑物安装、生产和检修期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略不计的荷载。

主要有：楼面活荷载；屋面活荷载；积灰荷载；设备充水试验时设备、管道内的介质荷载，在进行水压实验时，设备及管道内为的全部液体重量，当某构件支承多个容器时，仅考虑一台容器处于充水实验状态，其他容器为空载或正常操作中；吊车荷载；风荷载；雪荷载；地表或地下水的压力（侧压力、浮托力）。

偶然荷载为在化工、石化建（构）筑物安装、生产和检修期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。

如：事故等原因产生的爆炸力、撞击力等。

2．温度作用：为在建（构）筑物正常操作期间，由于大气温度和工艺生产中温度的变化，使结构、设备和管道产生涨缩对结构产生的作用。

卧式设备（包括卧式换热器）涨缩摩擦力标准值Pt（KN）:Pt=(G+Q)/2*式中 G-----卧式设备自重标准值(KN);Q-----正常操作时，卧式设备内物料重量标准值（KN）;----卧式设备滑动端底板与基础滑动墩顶部钢板之间的摩擦系数；钢板与钢板间取0.3，潮湿地区取0.4；聚四氟乙烯滑板与聚四氟乙烯板（或钢）间取0.1；钢板与混凝土支座间取0.4；当采用其他材质时，需拒实际情况取值。

3．荷载效应及组合：a．在正常操作、充水试验、安装、检修及地震等状态下采用的荷载组合见漂移时，对抗倾覆和滑移有利时可取0.9。

2 在使用通用软件时，如分项系数的值与软件的设置不同时，可改变荷载标准值以采用软件的分项系数。

，分别为风荷载、活荷载（正常操作或安装、检修活荷载）的组合值系数，为除以上荷载以外的可变荷载的组合值系数。

2 塔型设备在充水试压状态，基本风压值可取0.15kN/m2，其他按有关规范。

二、小型直立式钢储罐罐基础计算1．采用标准规范建筑抗震设计规范 GB50011-2001石油化工塔型设备基础设计规范 SH3030-1997建筑结构荷载规范 GB50009-20012．设计条件风荷载：基本风压 W=0.74kN/m场地条件：Ⅱ类场地，特征周期Tg=0.35s,fa=120kN/m2;φ600钻孔灌注桩，单桩竖向承载力Ra=1100kN 地震设防：7度，αmax=0.08设备荷载：空载标准值Gnk=122kN操作总荷重标准值 Gbk=275kN充水总荷重标准值 Grk=275kN3．计算简图：4．荷载计算：a．竖向荷载标准值设备空荷载：Gnk=122kN设备操作总荷载：Gbk=275kN基础自重：=623kNb．水平荷载标准值：风荷载：沿高度作用的风荷载标准值（按石油化工塔型设备基础设计规范SH3030-1997公式）Wk=βzμsμzμr(1+μe)(D0+2δ2)W式中μe=0.26 μs=0.6 μr=1.0基本自振周期：由于：h2/D<700故T=0.35+0.85*10-3*h2/D=0.44S故：βz=1+ξνφz/μz=1.877W1k=1.94kN/m对于H=10~13m：μz=1.056W2k=2.1kN/mVwk=W1k*H1+W2k*H2=23.6kNMwk=W1k*H12/2+W2k*H2*(H1+H2/2)=143kN.m 作用在基础底面的风荷载：Mwk’=Mwk+Vwk(T+R)=185.5kN.mV=23.6kN地震作用：按GB50011-2001底部剪力法： Fek=α1Geq已知T1=0.44S;Tg=0.35S;取α1=αmax 取Geq=(Gbk+0.5Gjk)已知设备操作总荷载：Gbk=275kN=G1 基础自重：Gjk=394kN=2G2 F1k=G1H1Feq/ΣGjHj=36.8kN F2k= G2H2Feq/ΣGjHj=0.96kN 基础底面的地震作用：Mek=F1k(H1+T+R-0.3)+F2k(H2+T+R-0.3) =378kN5．荷载组合（作用于基础底面）操作+风载：S=C G G BK +C G G jk +ψ(C Q Q K +C W Q k )Fk=898kN,Mk=Mwk=185.5kN.m,Vk=Vwk=23.6kN 操作+地震：S=C G G BK +C G G jk +CeqFeq Fk=898kN,Mk=378kN.m,Vk=37.76kN 检修+风：S=C G G RK +C G G jk +ψ(C Q Q K +C W Q k )Fk=898kN,Mk=Mwk=185.5kN.m,Vk=Vwk=23.6kN 6．地基验算：天然地基：fa=120kN/m 2,A=13.8m 2,W=7.26m 3 操作+风（计算公式见GB50007-2002） P=Fk/A=65kN/m 2 P max =P+Mk/W=91kN/m 2 P min = P-Mk/W>0 满足要求操作+地震（计算公式见GB50007-2002） P=Fk/A=65kN/m 2P max =P+Mk/W=117kN/m 2 P min = P-Mk/W>0 满足要求检修+风（计算公式见GB50007-2002） P=Fk/A=65kN/m 2 P max =P+Mk/W=91kN/m 2 P min = P-Mk/W>0满足要求三、热交换器基础计算1．采用标准规范石油化工企业冷换设备和容器基础设计规范 SH-T3058-2005 建筑抗震设计规范 GB50011-2001 建筑结构荷载规范 GB50009-20012．设计条件风荷载：基本风压 W=0.74kN/m,地面粗糙度B 类场地条件： Ⅱ类场地，特征周期Tg=0.35s,fa=120kN/m 2; 地震设防：7度，αmax=0.08 设备荷载：空载标准值Gnk=300kN操作总荷重标准值 G BK =520kN 充水总荷重标准值 G TK =485kN 可拆件重量 F=160kN材料特性：混凝土：C30 fc=14.3N/m 2 Ec=3.00X104 N/m 2钢筋：fy=300 N/m 23．计算简图：4．荷载计算：a ．竖向荷载标准值容器操作荷载标准值：F ek =520kN 容器空荷载标准值：F nk =275kN 基础自重标准值：)(25H E R CXDX AXBXHX G jk -++==179.7kN （基础加土）自重标准值：2520CXDXRX AXBXEX G jk +==280.1kN b.水平荷载：热膨胀摩擦力：f tk =F ek X μ=78kN温度作用在一个基础上的荷载： Ftk=78kNMtk=Ftk(E+R)=287kN.m管束抽芯力：管束抽芯作用于一个基础上的荷载： Fbk=Gbk=160kNMbk=fbk(E+R+y)=736kN.m Nbk=fbk*y/L=36.8kN地震作用：按石油化工钢制设备抗震设计规范（SH3048-1999）计算： T X (设备轴向自振周期)=)12/3/()(233DC E H R E m c eq -+π=0.32S T y (设备横向自振周期)=)4.0/()(2.1)12/3/()[(233c c eq E CD H R E C D E H R E m -++-+π=0.096S式中，m eq 为操作状态下的等效质量，取设备操作质量的1/2和1个基础质量的1/4之和。

由于基础的轴向和横向计算周期T/T g 大于0.1和小于1.0，故轴向和横向地震作用值相同。

Fi=（GiHi/ΣGjHj ）Fek Fxk=Fyk=F1k+F2k=28kNMxk=Myk=F1k(E+R+y)+F2k(E+R)=123.6kN.m风荷载：一，纵向风荷载计算：F w1k =μs μzW 0A 1；μs=1.3；μz=1.0 W 0=0.74kN/m 2A 1=DR+(φ+0.3X2)(y+φ/2+0.3) F w1k =6.24kN作用在一个基础上的风荷载： F w1k /2=3.12kNM w1k =0.5{(D+R)(R/2+E)+(φ+0.3X2)(y+φ/2+0.3)[(y+φ/2+0.3)/2+R+E]}μs μzW 0=12.0kN.m 二，横向风荷载计算：F w2k =μs μzW 0A 2；μs=0.7；μz=1.0；W 0=0.74kN/m 2 A 1=（φ+0.3X2）（L+L1+L2+2X0.3)+2XCXR F w2k =11.0kN作用在一个基础上的风荷载： F w2k /2=5.5kNM w1k =0.5{[(φ+0.3X2)(y+R+E)](L+L1+L2+2X0.3)+2XRXC(R/2+E)}μs μzW 0=24.48kN.m c.荷载组合： 纵向作用：操作+温度+风：wk w JK G BK G F C G C G C S ++= F A =F BK /2+G jk =540.1kN M A =Mtk+Mw1k=299kN.m VA=Ftk+Fw1k=81.12kN操作+温度+地震：tk t ek eh JK G BK G F C F C G C G C S +++= F B =F BK /2+G jk =540.1kN M B =Mtk+Mek=410.6kN.m V B =Ftk+Fek=106kN检修+抽芯：bk b JK G NK G F C G C G C S ++= Fc=485/2+280=522.5kN M C =Mbk=736kN.m V C =Fbk=160kN 横向作用： 操作+地震： F D =540kNM D =123.6kN.m V D =28kN 检修+风： F E =522.1kN M E =24.48kN.m V E =5.5kN5.地基承载力核算： 沿纵向： a ． 操作+温度+地震： P=F B /A 0=62.5kN/m 2 Pmax=P+M B /Wy=141.8 Pmin=P-M B /Wy<0 因为，e=M B /F B >B/6 故Pmax=2F B /(3La) Pmax=144.2kN/m 2 b ． 检修+抽芯P=Fc/A=60.4kN/ m 2Pmax=P+Mc/Wy=202kN/ m 2 不满足 横向： a ． 操作+地震P=F D /A=62.5kN/m 2Pmax=P+M D /Wx=98.2 kN/m 26.稳定性演算：a．纵向：M倾=736kN.mM抗=467X1.8=841kN.mK=M抗/M倾=1.14<1.6b．横向：M倾=123.6kN.mM抗=540X1.2=648kN.mK=M抗/M倾=5.24>1.6结论：基础的纵向地基强度和稳定性不能满足，建议将两个基础底板纵向连成整体，减小抽芯力的影响。