摘要：本文结合LNG液化钢框架工程设计经验，讲述液化钢框架荷载计算，阐述液化钢框架设计中应注意的问题，液化钢框架采用的钢框架形式和节点连接形式及构造要求。
关键词：设计 荷载计算 注意问题
1.概述
随着新能源的开发，LNG液化天然气作为新能源在国内发展起来，作为LNG站场中主要的构筑物，液化钢框架占据着重要的地位。分析液化框架的荷载计算、设计过程中应注意的问题、采用钢框架形式和钢框架节点连接方式及构造要求是进行液化框架设计的关键。
2.荷载计算
2.1 竖向恒荷载
支撑设备梁根据设备运行时的总重量，均分到每个节点上，按集中力输入；楼面荷载按照每平米钢格栅板的重量进行核算。
2.2 竖向活荷载
楼面活荷载按照5.0/m2计算。
2.3 水平恒荷载
设备运行作用在支撑设备梁上的水平恒荷载，此应力由工艺专业提供，若工艺专业不能提供，先按照《石油化工管架设计规范》第6.2水平推力仅考虑按式：Fgk=kjGkUj 计算。即设备重量x0.3x牵制系数，然后此力按集中恒荷载输在梁上
2.4 水平活荷载（风荷载）计算：
设备运行作用在支撑设备梁上的水平活荷载，是立式设备在风荷载作用下产生的水平力，此力按集中活荷载输在梁上。
除作用在设备梁上的水平活荷载，整个钢框架计算时，输入基本风压，程序自动计算整个钢框架的风荷载。
但应注意：PKPM计算框架梁时不考虑梁双向受弯，故应采用PKPM钢结构工具箱验算梁截面，使其满足水平、竖向双向受力要求。（注意：梁柱连接节点设计时候，点选按抗震规范8.2.8条要求校核强节点弱构件、抗侧力构件连接强度按等强连接这两项，即可保证结点后于梁截面破坏。）
3.设计过程中应注意的问题
3．1 PKPM参数的选择注意事项
3.1.1对所有楼层强制采用刚性楼板假定
本单体楼板采用钢格栅板，平面内不是无限刚，因此不选择此项。
3.1.2结构材料信息
本单体采用无填充钢结构，但PKPM程序未考虑有填充墙和无填充的区别，仅为审图需要设置此项。
3.1.3恒活荷载计算信息
由于钢的弹性模量比混凝土大得多，对纯钢结构可以按”一次性加载“计算恒载。
3.1.4体型系数
由于在实际工程设计中，建筑物的立面变化可能很多，不同区段内的体型系数可能不同。因此，程序采用了为不同立面输入不同的体型系数的方法，程序提供了分三段考虑立面变化的不同体型系数输入，需要输入的确定参数包括：体型分段数、各段最高层号及各段体型系数。
（1）体型分段数：用于确定结构物的体型变化段数，无变化填1，最多为3.
（2）各段最高层号：用于确定各段的楼层位置，填写各段的最高楼层层号。
（3）各段体型系数：可根据各段的结构平面特征，按照《建筑结构荷载规范》取相应体型系数（例如：圆形结构平面形式取0.8；矩形、十字形结构平面取1.3；高宽比大于4，长宽比小于等于1.5的矩形、V形、Y形、弧形、井字形及L形的结构平面取1.4。
3.1.5结构规则性信息
按照《建筑抗震设计规范》第3.4.3条平面不规则和竖向不规则要求，核实是否属于不规则类型，但PKPM设置此项，对于计算并无区分，仅为审图设置。
3.1.6周期折减系数
周期折减系数的目的是为了充分考虑填充墙刚度对计算周期的影响，本单体无填充墙，故取1。
3.1.7结构的阻尼比
根据《建筑抗震设计规范》第8.2.2条规定“钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：（1）多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度大于200m时，宜取0.02。
（2）当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。
（3）在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05”。
液化框架阻尼比取0.03。
3.1.8《建筑抗震设计规范》第5.2.5条规定，在进行抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于其表5.25给出的最小地震剪力系数λ。
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若选择由程序自动进行调整，则程序对结构的每一层分别判断，若某一层的剪重比小于规范要求，则相应放大该层的地震作用效应。
3.1.9修改构件计算长度系数
根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.3.3条，对于无支撑纯框架，按“有侧移”框架选择框架柱的计算长度系数；对于有支撑框架，按“无侧移”框架选择框架柱的计算长度系数。
钢柱的“有侧移”或“无侧移”选择，也可近似按一下原则考虑：
（1）当楼层最大柱间位移小于1/1000时，可以按无侧移设计；
（2）当楼层最大柱间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数可以按1.0设计；
（3）当楼层最大柱间位移大于1/300时，应按有侧移设计。
在PKPM中，对于“有侧移”框架，柱的计算长度按“有侧移设计”，对于“无侧移”框架，柱的计算长度按1.0设计，因为对于“无侧移”框架，柱的计算长度系数最大值是1.0.
3.2设计中应注意的问题
3.2.1在分析高层钢结构时，P-Δ效应一般是要考虑的，其他的设计选择应根据相应的规范、规程而定。
3.2.2梁柱节点的变形问题：目前程序也有考虑梁柱节点域的剪切变形，这也是一个复杂问题。如考虑节点域变形，则梁柱采用节点以外的长度；如不考虑节点域变形，则梁柱采用形心长度。这两种分析模型，对结构影响变化有多大，目前研究较少。节点域剪切变形与节点域的加固程度有关，所以也不容易合理的估计。总之，只要对节点域加固，一般可以不考虑节点域的剪切变形。
3.2.3长细比验算：若结构设计时抗震设计控制，则长度系数可以取1.0.
3.2.4层间位移：建筑抗震设计规范规定，地震力作用下的位移应小于1/300，当结构为高层钢结构时，可放松到1/250，同时还应考虑舒适度的要求，控制定点的加速度值。
3.2.5钢的弹性模量比混凝土大的多，对钢结构可以按“一次性”计算荷载。钢结构允许变形大，分析应考虑P-Δ效应。考虑P-Δ效应后，水平位移增大5%~10%.一般当杆间位移大于1/250，应该考虑P-Δ效应。
3.2.6同样钢结构也应该有偶然偏心、双向地震、并且位移控制也要考虑偶然偏心和双向地震。
3.2.7对于采用钢格栅板的此种钢结构，已不适用采用刚性楼板假定，
SATWE中分析结构图形与文本显示中的剪重比、周期比、刚度比、位移比、
刚重比等结果是不需要满足。且此种开大洞，铺钢格栅板的，可按弹性板6考虑，真实的计算楼板平面内和平面外的刚度。
3.2.8风荷载计算信息中计算水平风荷载，进行体型分段、然后再输入相应的体型系数。
3.2.9框架部分按刚度分配计算得到的地震层剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分计算最大层剪力1.8倍二者的较小值。程序中肯定不满足，必须把支撑和框架看成整体，一道防线，共同设防。
3.2.10根据《高层民用建筑钢结构技术规程》4.4.3条规定，基础埋置深度，当采用天然地基时，基础埋深不宜小于房屋总高度得1/15，本钢框架高度为71m，因此筏板底标高埋深为5m。建议采用平板基础；对计算筏板上钢筋混凝土柱计算需建一层地下室进行输入；筏板上钢筋混凝土柱，需单独计算，分别算出柱上下端内力进行计算。
3.2.11采用埋入式基础时，底层柱的计算长度应按埋入式取值。
3.2.12节点连接设计参数中
（1）焊接梁采用的焊缝形式：角焊缝
（2）抗侧力构件连接连接按等强连接：勾选。
（3）梁腹板采用连接板的受剪面，选择双剪。
（4）水平加劲肋与柱翼缘焊缝：角焊缝。
3.2.13柱脚底板与柱下端的焊缝连接方式均按对接坡口焊。
4.结束语
本文通过对液化钢框架的荷载计算、设计过程应注意的问题的分析，对今后液化钢框架的设计起到了指导作用,提高了工作效率。
参考文献
[1]GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）；
[2]GB 50017-2017《钢结构设计标准》；
[3]GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》；
[4]《钢结构设计手册》（下册） 中国建筑工业出版社；
[5]《PKPM从入门到精通》中国建筑工业出版社；
[6]《STS钢结构CAD软件》中国建筑科学研究院；
论文作者:王顺义
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/11/9
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