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摘要：结合珠海碧辟化工有限公司二个2000立方米PTA料仓项目的结构设计，简要介绍了料仓框架的常用形式、结构模拟计算、荷载作用以及施工中存在的问题。
关键词：PTA料仓；框架；结构设计；荷载作用
Abstract: combining the zhuhai's monarch chemical Co., LTD. Two 2000 cubic meters of silo structure design of PTA project, this paper briefly introduces the common form, silo frame structure simulation, loads and the problems in the construction of.
Keywords: PTA bunker; Framework; Structure design; load
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
料仓在石油化工企业中经常出现，料仓通常用于储存松散的PTA颗粒物料。根据工艺布置特点和输送管道等要求,料仓通常支承于高度为15~ 25m的框架上,具有支承位置及重心高、荷载大等特点。支承料仓的框架除了需要承受料仓物料的自重外,还必须承受较大的风荷载以及地震荷载,所以,合理的结构模拟计算和准确的结构设计是料仓框架安全的保证。
国内料仓框架常用的形式
国内料仓框架常用的形式分别有钢结构以及混凝土结构，两者各有优缺点。
钢结构料仓框架
钢结构的主要优点是施工简便、施工不受季节影响，而且施工周期短。但钢结构竣工以后需要每隔5年到10年进行钢结构的防腐维护，费用比较高，而且防火性能也比较差。对于料仓框架来说，由于料仓自身的高度高、体积大、自重大而且重心高，风荷载和地震作用自然会很大,为了提供足够的侧向刚度，钢结构的料仓框架需要布置众多的支撑体系来保证侧向刚度,从而造成用钢量大，费用高。综合而言，对于非抗震，而且基本风压较小的地区,采用钢结构形式的料仓框架是可行的。
钢筋混凝土结构料仓框架
钢筋混凝土的侧向刚度大,施工方法成熟,并且具有良好的防火性,无需要定期专门维护,而且钢筋混凝土的材料价格低,相关的研究与规范比较完善。对于抗震地区，或者基本风压较大的地区，采用钢筋混凝土形式的料仓框架是经济可行的。
工程概况
工程名称
珠海碧辟化工有限公司二个2000立方米PTA料仓项目。
自然条件
本工程抗震设防烈度为七度，设计采用抗震等级为二级（提高了一级），地震加速度0.10g，第一设计地震分组；基本风压值为0.90KN/m2，地面粗糙度为A类；建筑场地土类型为中软土～中硬土，场地类别为Ⅱ类。
工艺布置
料仓框架的总高度为36.5m，上面支撑2个PTA料仓。料仓总高度为39m，框架面以上26m，框架面以下13m；料仓顶的标高达到62.5m，料仓直径为9.5m，料仓的空罐重为180吨，操作总重为2353吨。料仓框架旁边设置一个钢梯，钢梯与料仓框架的每层操作平台相连，料仓框架顶部36.5m处沿着料仓外壁设有旋转钢梯可达料仓的顶部。两个料仓下均设置槽车装车系统，每个料仓下设置2个30吨的汽车衡，每个料仓设置4个装车口分别接管到4个汽车衡的位置。料仓的平面布置图详见图1。
结构设计与分析
地基与基础
工程位于珠海市高栏港化工区，该地区属于剥蚀低丘台地地貌。场地地层结构主要包括：1.素填土，由花岗岩风化土堆填而成，含粗砾砂，平均厚度6.5m；2.全风化砂岩，主要成分为粘土、石英及长石碎屑，平均厚度6m；3.强风化砂岩，岩芯半岩半土状，组分为石英、粘土及长石，夹含大量碎块状砂岩，平均厚度13.5m；4.中风化砂岩，矿物成分为石英、长石，岩质坚硬，平均厚度3.25m。地下水位埋深平均3.7m，地下水对钢筋砼结构中的钢筋及混凝土均有微腐蚀性。
该工程属于荷载巨大，重心在高处的构筑物，柱底内力很大（柱底最大轴力达到1200吨），而且该构筑物对不均匀沉降十分敏感，考虑到地层有较厚的素填土以及周边建筑物的基础类型，工程采用钻孔灌注桩。构筑物的总高度为62.5m，当料仓物料不利布置时，或者在罕遇地震下的抗倾覆验算时，桩基础均有可能出现拔力，综合考虑，钻孔灌注桩上采用伐板基础。伐板面的标高为-2.0m，伐板厚度为2.0m，上中下配置三层双向钢筋，4个30吨的汽车衡通过梁放置在伐板上。
计算模型的选取
料仓设备质量大、重心高,地震反应明显,如果要准确模拟料仓设备的地震作用,应该是把料仓设备本身与混凝土框架一同建模进行分析计算。该工程采用PKPM系列软件的SATWE来模拟计算，并用MIDAS软件来进行计算复核。
计算模拟的时候，钢结构料仓采用等剛度、等直径、等高度的砼墙代换。把料仓的操作重减去等代砼墙重量的数值以恒载的方式输入到砼墙上。根据等刚度、等直径、等高度的原则，算出等代砼墙的厚度。
EsJs=EcJc
Js＝∏（D14-D24）/64
JC＝∏（d14-d24）/64
式中：Es为钢料仓筒体的弹性模量，N/mm2；
Js为料仓的转动惯量，m4；
Ec为砼的弹性模量，N/mm2；
Jc为等代砼环墙的转动惯量，m4；
D1为钢料仓的外直径，m；
D2为钢料仓的内直径，m；
d1为等代砼环墙的外直径，m；
d2为等代砼环墙的内直径，m；
料仓与料仓框架的混凝土梁是通过8个支座连接的，每个支座在梁上预埋8个M36的地脚螺栓，料仓荷载通过地脚螺栓把力传给支撑的混凝土梁。料仓与混凝土梁的连接采用在混凝土墙下加小方柱来模拟，使墙与梁分开，料仓荷载通过小方柱传给支撑料仓的混凝土梁。
荷载作用
作用在料仓框架的荷载主要分为两类:
( 1) 永久荷载: 框架结构自重、料仓仓体的自重、料仓内储存的物料重等。
( 2) 可变荷载: 框架平台的活荷载、平台的检修荷载、风荷载等。这些荷载的标准值可根据荷载规范和相关工艺专业的要求来确定。
由于料仓的表面积大，作用在这种高耸结构的风荷载是不容忽视的,该工程中由风荷载产生的支座反力与地震荷载产生的反力几乎相当。
风荷载计算时需要注意以下问题:
（1）考虑风振系数。料仓属于高耸结构, 风压脉动对结构容易产生顺风向风振的影响。
（2）群罐效应对体型系数的影响。根据《荷载规范》中风荷载体型系数的计算要求,当多罐密排的时候,料仓在纵、横向的体型系数都是不同的, 需要根据料仓的间距与直径来确定。
（3）附属结构增大了受风面积。由于操作检修的要求,料仓上一般都附有爬梯以及管道,这部分结构增大了料仓的受风面积,应根据设计经验适当考虑。
料仓物料的不利布置
对于群仓结构, 各个料仓存在不同时满仓的工况,有空罐、半罐和满罐三种工况，计算料仓框架时需要按楼面活荷载不利布置的方法来考虑料仓框架梁的最大弯矩。该工程只有两个料仓，只需考虑两个都满罐以及一个空罐另一个满罐的工况就可以了。综上所述,在计算料仓框架时,必须全面考虑料仓的各种工况,选择料仓荷载的最不利布置来进行内力计算。
施工中存在的问题
料仓荷载一般都很大,在风荷载以及地震荷载的作用下，为满足抗震计算以及裂缝宽度的要求,梁柱的配筋率通常较高,在主梁与设备斜梁交接处或者是环梁与设备斜梁的交接处，大量的钢筋会影响混凝土的浇筑。采用细石混凝土来浇筑,使浇灌可以顺利完成；也可以通过提高受压混凝土或受拉钢筋的强度等级来解决,该工程我们采用了C40混凝土以及HRB400的高强度钢筋。
结语
随着石化行业的快速发展, PTA料仓及其支承结构在工程中得到广泛的应用,料仓框架的设计要根据项目的特点选择合适的结构形式，合理的计算模型，在充分考虑各种荷载工况的前提下采用合适的建筑材料，以减小施工的难度,提高施工效率。
参考文献：
构筑物抗震设计规范 GB50191-93
石油化工塔型设备基础设计规范 SH/T 3030-2009
建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006年版)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：PTA料仓；框架；结构设计；荷载作用
Abstract: combining the zhuhai's monarch chemical Co., LTD. Two 2000 cubic meters of silo structure design of PTA project, this paper briefly introduces the common form, silo frame structure simulation, loads and the problems in the construction of.
Keywords: PTA bunker; Framework; Structure design; load
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
料仓在石油化工企业中经常出现，料仓通常用于储存松散的PTA颗粒物料。根据工艺布置特点和输送管道等要求,料仓通常支承于高度为15~ 25m的框架上,具有支承位置及重心高、荷载大等特点。支承料仓的框架除了需要承受料仓物料的自重外,还必须承受较大的风荷载以及地震荷载,所以,合理的结构模拟计算和准确的结构设计是料仓框架安全的保证。
国内料仓框架常用的形式
国内料仓框架常用的形式分别有钢结构以及混凝土结构，两者各有优缺点。
钢结构料仓框架
钢结构的主要优点是施工简便、施工不受季节影响，而且施工周期短。但钢结构竣工以后需要每隔5年到10年进行钢结构的防腐维护，费用比较高，而且防火性能也比较差。对于料仓框架来说，由于料仓自身的高度高、体积大、自重大而且重心高，风荷载和地震作用自然会很大,为了提供足够的侧向刚度，钢结构的料仓框架需要布置众多的支撑体系来保证侧向刚度,从而造成用钢量大，费用高。综合而言，对于非抗震，而且基本风压较小的地区,采用钢结构形式的料仓框架是可行的。
钢筋混凝土结构料仓框架
钢筋混凝土的侧向刚度大,施工方法成熟,并且具有良好的防火性,无需要定期专门维护,而且钢筋混凝土的材料价格低,相关的研究与规范比较完善。对于抗震地区，或者基本风压较大的地区，采用钢筋混凝土形式的料仓框架是经济可行的。
工程概况
工程名称
珠海碧辟化工有限公司二个2000立方米PTA料仓项目。
自然条件
本工程抗震设防烈度为七度，设计采用抗震等级为二级（提高了一级），地震加速度0.10g，第一设计地震分组；基本风压值为0.90KN/m2，地面粗糙度为A类；建筑场地土类型为中软土～中硬土，场地类别为Ⅱ类。
工艺布置
料仓框架的总高度为36.5m，上面支撑2个PTA料仓。料仓总高度为39m，框架面以上26m，框架面以下13m；料仓顶的标高达到62.5m，料仓直径为9.5m，料仓的空罐重为180吨，操作总重为2353吨。料仓框架旁边设置一个钢梯，钢梯与料仓框架的每层操作平台相连，料仓框架顶部36.5m处沿着料仓外壁设有旋转钢梯可达料仓的顶部。两个料仓下均设置槽车装车系统，每个料仓下设置2个30吨的汽车衡，每个料仓设置4个装车口分别接管到4个汽车衡的位置。料仓的平面布置图详见图1。
结构设计与分析
地基与基础
工程位于珠海市高栏港化工区，该地区属于剥蚀低丘台地地貌。场地地层结构主要包括：1.素填土，由花岗岩风化土堆填而成，含粗砾砂，平均厚度6.5m；2.全风化砂岩，主要成分为粘土、石英及长石碎屑，平均厚度6m；3.强风化砂岩，岩芯半岩半土状，组分为石英、粘土及长石，夹含大量碎块状砂岩，平均厚度13.5m；4.中风化砂岩，矿物成分为石英、长石，岩质坚硬，平均厚度3.25m。地下水位埋深平均3.7m，地下水对钢筋砼结构中的钢筋及混凝土均有微腐蚀性。
该工程属于荷载巨大，重心在高处的构筑物，柱底内力很大（柱底最大轴力达到1200吨），而且该构筑物对不均匀沉降十分敏感，考虑到地层有较厚的素填土以及周边建筑物的基础类型，工程采用钻孔灌注桩。构筑物的总高度为62.5m，当料仓物料不利布置时，或者在罕遇地震下的抗倾覆验算时，桩基础均有可能出现拔力，综合考虑，钻孔灌注桩上采用伐板基础。伐板面的标高为-2.0m，伐板厚度为2.0m，上中下配置三层双向钢筋，4个30吨的汽车衡通过梁放置在伐板上。
计算模型的选取
料仓设备质量大、重心高,地震反应明显,如果要准确模拟料仓设备的地震作用,应该是把料仓设备本身与混凝土框架一同建模进行分析计算。该工程采用PKPM系列软件的SATWE来模拟计算，并用MIDAS软件来进行计算复核。
计算模拟的时候，钢结构料仓采用等剛度、等直径、等高度的砼墙代换。把料仓的操作重减去等代砼墙重量的数值以恒载的方式输入到砼墙上。根据等刚度、等直径、等高度的原则，算出等代砼墙的厚度。
EsJs=EcJc
Js＝∏（D14-D24）/64
JC＝∏（d14-d24）/64
式中：Es为钢料仓筒体的弹性模量，N/mm2；
Js为料仓的转动惯量，m4；
Ec为砼的弹性模量，N/mm2；
Jc为等代砼环墙的转动惯量，m4；
D1为钢料仓的外直径，m；
D2为钢料仓的内直径，m；
d1为等代砼环墙的外直径，m；
d2为等代砼环墙的内直径，m；
料仓与料仓框架的混凝土梁是通过8个支座连接的，每个支座在梁上预埋8个M36的地脚螺栓，料仓荷载通过地脚螺栓把力传给支撑的混凝土梁。料仓与混凝土梁的连接采用在混凝土墙下加小方柱来模拟，使墙与梁分开，料仓荷载通过小方柱传给支撑料仓的混凝土梁。
荷载作用
作用在料仓框架的荷载主要分为两类:
( 1) 永久荷载: 框架结构自重、料仓仓体的自重、料仓内储存的物料重等。
( 2) 可变荷载: 框架平台的活荷载、平台的检修荷载、风荷载等。这些荷载的标准值可根据荷载规范和相关工艺专业的要求来确定。
由于料仓的表面积大，作用在这种高耸结构的风荷载是不容忽视的,该工程中由风荷载产生的支座反力与地震荷载产生的反力几乎相当。
风荷载计算时需要注意以下问题:
（1）考虑风振系数。料仓属于高耸结构, 风压脉动对结构容易产生顺风向风振的影响。
（2）群罐效应对体型系数的影响。根据《荷载规范》中风荷载体型系数的计算要求,当多罐密排的时候,料仓在纵、横向的体型系数都是不同的, 需要根据料仓的间距与直径来确定。
（3）附属结构增大了受风面积。由于操作检修的要求,料仓上一般都附有爬梯以及管道,这部分结构增大了料仓的受风面积,应根据设计经验适当考虑。
料仓物料的不利布置
对于群仓结构, 各个料仓存在不同时满仓的工况,有空罐、半罐和满罐三种工况，计算料仓框架时需要按楼面活荷载不利布置的方法来考虑料仓框架梁的最大弯矩。该工程只有两个料仓，只需考虑两个都满罐以及一个空罐另一个满罐的工况就可以了。综上所述,在计算料仓框架时,必须全面考虑料仓的各种工况,选择料仓荷载的最不利布置来进行内力计算。
施工中存在的问题
料仓荷载一般都很大,在风荷载以及地震荷载的作用下，为满足抗震计算以及裂缝宽度的要求,梁柱的配筋率通常较高,在主梁与设备斜梁交接处或者是环梁与设备斜梁的交接处，大量的钢筋会影响混凝土的浇筑。采用细石混凝土来浇筑,使浇灌可以顺利完成；也可以通过提高受压混凝土或受拉钢筋的强度等级来解决,该工程我们采用了C40混凝土以及HRB400的高强度钢筋。
结语
随着石化行业的快速发展, PTA料仓及其支承结构在工程中得到广泛的应用,料仓框架的设计要根据项目的特点选择合适的结构形式，合理的计算模型，在充分考虑各种荷载工况的前提下采用合适的建筑材料，以减小施工的难度,提高施工效率。
参考文献：
构筑物抗震设计规范 GB50191-93
石油化工塔型设备基础设计规范 SH/T 3030-2009
建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006年版)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。