黄俊杰

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    考虑设备反馈作用的钢框架地震响应分析

    黄俊杰

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    钢结构设备框架计算模型中真实模拟设备的外形尺寸、壁厚和操作重量对模型分析结果有一定的影响，通过模态分析，振型分解反应谱，时程分析方法分别对简化模型和模拟设备本体模型进行分析比较，并得出一些结论。

    地震响应；模态分析；反应谱；时程分析

    在石油化工、化工、冶金等装置中，钢结构设备框架是最常见的结构单体。目前工程设计中钢结构框架的结构分析一般采用两种建模方法，一种是将设备荷载转化为等效荷载输入结构模型的简化方法，另一种是将设备本体和结构进行整体建模分析的方法。两种建模方法的优缺点是前者建模简单，计算方便，但未能考虑设备本体与框架协同作用对框架结构分析的影响；后者虽然建模复杂，但是考虑了设备与钢框架的协同作用，能正确地反映钢框架在实际工程中的模态特征以及地震作用下的受力情况。本文对某设备钢框架分别进行输入等效荷载的简化模型分析和模拟设备本体的模型分析，通过分析结果的对比，得出钢结构设备框架中设备(特别是大型容器)对框架整体影响的一些结论，供广大设计人员参考。

    1 分析模型

    某装置加氢框架主要支撑4台立式罐设备，北侧两台罐设备高度15 m，直径2.26 m，操作重量为114 t；南侧两台罐设备高度14 m，直径2.6 m，操作质量为128 t。框架总高度21.2 m，共五层，设备支座位于框架第二层，11 m标高处。结构形式为钢结构框架，钢材采用Q345B，柱脚铰接，弱轴(X)方向布置人字撑，强轴(Z)方向仅底下二层布置八字撑。楼面恒荷载(含管道)取4 kN/m2，活荷载取3 kN/ m2。

    框架结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，场地类别为Ⅲ类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组。框架抗震等级为三级。

    选用STAAD.Pro软件建立结构基本模型，4台设备的操作荷载按支座集中力的形式输入模型，其他荷载按实际情况布置，这个基本模型我们称为模型A。另用板单元模拟设备本体，按照真实的设备高度、直径、壁厚建立各个设备单独模型，然后将设备模型合并到模型A中，我们称为模型B。在模型B中，设备与钢结构之间的连接关系利用主从节点来模拟，设备荷载通过板单元面荷载的方法输入，同时确保两种模型设备荷载的静态力输入完全一致。模型A和模型B分别见图1、图2。 ......