摘要：石油化工工程中，轻型钢结构桁架经常在各类系统管廊中被广泛应用。本文将结合工程实例，分析常见桁架的结构形式以及受力情况，并根据杆件的受力情况，合理选择杆件类型，优化钢结构桁架设计。
关键词：石油化工；系统管廊；钢结构桁架；桁架形式；杆件选择
引言：随着经济发展，近年来国内石油化工企业的规模在不断扩大，各种大型原油、成品油储备基地也应运而生。在各类型的石油化工厂区以及油品储备基地中，系统管廊是必不可少的一环。在各种大型的系统管廊中，钢结构桁架被广泛的应用。
1、典型的应用场景
在大型的石油化工厂区或油品储备基地中，系统管廊经常需要跨越各类道路甚至是河流，由于跨度大，系统管廊的上部荷载又大，这种情况下如采用实腹式钢梁，用钢量会非常巨大，结构上也不合理，经济性很差。此种情况下，如采用钢结构桁架，在同等承载能力的前提下，能大幅减少钢材使用量。另外一种情况，在石油化工厂区中，很多管线自跨往往不能大于6m，故需要以6m间距设置管架。由于系统管架荷载大，管线内介质又多为易燃易爆介质，对沉降控制要求较高，所以在东南沿海一带，该类系统管架往往采用桩基础。这种情况下，管架的基础部分造价，远高于管架上部结构造价。然而采用桩基础主要目的是为了控制最终沉降，桩基的实际承载力相对于间距6m的管架来说，仍有很大富余。在该种情况下，可以加大管架间距，在管架之间设置钢结构桁架，钢结构桁架上再以小于6m的间距设置管架支撑梁，充分发挥桩基的承载力，以增加少量上部钢结构的代价，大幅度的减少管架榀数，减少工程总地基处理费用。
2、桁架形式
在石油化工企业中，最常见的结构形式为人字形桁架及无竖杆桁架，分别如下图所示：
在实际应用中，由于施工精度及桁架使用受力变形等影响，桁架各杆件受力会与桁架计算假定中只有轴向力，没有弯矩的情况出现偏差，此时竖杆的存在将增加了整个桁架体系的超静定次数，为整个桁架结构体系增加安全余量。所以在大型的系统管廊中，人字形桁架应用较为广泛。
3、工程实例
下面我们以中海油泰州石化与东联化工连接管廊项目中的一处跨河桁架为例子，简单分析一下桁架的受力特点以及设计要点。该项目中一处跨河桁架，跨度为39m，根据上游专业条件，一共2层管线，2层管线高差4m，管线布置宽度为8m，分别位于桁架上下弦杆标高位置。管线荷载按照满布考虑，为3kN/m2。桁架跨度39m，可以14等分，节点间距为2.785m。管架支撑横梁根据上游专业要求，间距不大于6m，故可以2.785X2=5.57m的间距布置管线支撑横梁。故一根管线支撑横梁上的总荷载为3X5.57X8=134kN，管线支撑横梁两端将荷载传递给桁架，桁架节点一处受力为134/2=67kN。根据以上条件采用PKPM钢结构桁架模块建模计算，求得桁架各杆件强度计算应力比如下：
根据PKPM的计算结果，桁架上弦杆为压杆，下弦杆为拉杆，有集中荷载处竖杆为压杆，斜杆为压拉杆交替分布。根据桁架各杆件的受力特点，桁架各杆件的截面选择基本可以参考以下几个原则：1、在截面积相等的前提下，尽量选择截面较大但是壁相对薄而且各项同性的杆件，可以增大回转半径，有利于受压构件的性能发挥。在常用的型钢中，薄壁方钢及薄壁钢管符合以上要求，考虑到节点制作及施工，方钢管是比较理想的选择。2、截面的规格选择不宜过多，降低施工难度。3、受力很小或者不受力的杆件，可以按照容许长细比的要求选择截面，根据《石油化工管架设计规范》（SH3055-2007），受压构件长细比可以按150控制，受拉构件长细比可以按300控制。结合中海油泰州石化与东联化工连接管廊项目的实际情况，该桁架跨度较大，桁架高度由于受限于管线分布，故上下弦杆受力特别大，在通常可采购的方钢管中，没有满足设计要求的型号，故上下弦杆采用了H400X400型钢，竖杆及斜杆采用300X300X12方钢管。
4、小结：
钢结构跨越桁架在实际的工程应用中相对于实腹式钢梁，有自重轻，刚度大的优点，不管是在工业建筑或是民用建筑，可以广泛应用于各类建构筑物，能明显减少钢材的使用，优化结构设计。
参考文献：
GB50017-2003 钢结构设计规范
GB50009-2012 建筑结构荷载规范
SH3055-2007 石油化工管架设计规范
GB50205-2011 钢结构工程施工质量验收规范
论文作者:叶舟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/10
标签：桁架论文; 钢结构论文; 管线论文; 荷载论文; 受力论文; 间距论文; 石油化工论文; 《基层建设》2017年第7期论文;