一些大型化工设备需要预先安装在钢结构上通过海运到现场，运输过程中由于海浪的作用，设备会产生较大的水平力，通常这一部分水平力会大于现场安装就位后的地震力和风荷载。由于设备底部的螺栓数量和大小的限制，无法承担这么大的海运荷载，因此海运状态时，在设备重心位置以上设置水平力导向层，使得一部分水平力通过导向层直接传递到柱子，设备底部的水平力相对减小，从而满足设备和钢结构间连接螺栓的抗拔承载力。

为了追求高精度，高效率和低成本，一些化工设备都需要预先安装在钢结构管架上，和钢结构一同运输到现场安装就位。但是，由于基础尺寸和支撑设备钢结构的限制，基础上设计足够的连接螺栓很难承担设备的水平力。笔者幸运地设计了管架构筑物，长48m，宽21.2m，高约20m，共有7层管架。管架有10个大设备，其中有3个相同型号的设备v，单个自重达到133t左右，高约17m。设备与钢结构之间采用10.9级高强度螺栓连接，16个，36个螺栓沿底座均匀配置，海运时，根据海运组提供的船运数据，设备底部最大弯矩的计算值达到6900kNm左右。此时，一侧圆周上的8个螺栓被拉动，另一侧圆周上的8个螺栓被压迫，拉动和压迫螺栓的受力大小由螺栓离设备中心的水平距离(西安)的多少决定，距离越大受力越大。

可以按照以下公式计算。[7]Fi:螺栓受到拉伸(压力)的力m:作用于设备底部的扭矩的西安:螺栓离设备中心的水平距离。由此可推算出在水平力作用下，最外侧螺栓承担拉力最大，约为Tmax=500kN，减去设备自重在每个螺栓处产生的压力值约80kN，螺栓1的拉力为420kN。根据螺栓的拔出力计算公式T=(π*de2/4)*ft[1]，一个36级的高强度螺栓的拔出力约为325kN，不能承担420kN的拔出力。由于设备底座的尺寸限制和钢结构部件的布局，螺栓的数量和大小很难增加。假设设设备底部螺栓承担船运加速度产生的一部分水平力，另一部分水平力从上部某层直接传递到柱子上，可以解决螺栓承载力不足的问题。因此，设备必须与某个楼层连接，将一部分水平力传递给该楼层。

1确定横力导向层

这个项目除了底层还有5个操作平台，如果选择设备重心以下的楼层作为横力导向层，所有的横力都会导向横力导向层。显然，设备重心以下的楼层作为水平力导向层不经济，设备重心位置在110m的高度，110m以上的楼层分别为113.3m、117.7m和120.5m。设备总高17m，在楼层117.7m处为设备进口，不能设置水平力导向块，因此只有标高113.3m的这个楼层适合作为水平力导向层。1.1水平负荷作用[4、6](1)海运负荷[2、6]。由于在运输过程中会遇到波浪，形成波动，钢结构上固定的设备会随船摆动，摆动幅度取决于设备的自重和波浪的大小。波浪运动对钢结构和设备的影响可以简化为三个方向的作用[1]，分别为沿船宽方向、船长方向的水平力和垂直于船体的垂直力。这三个方向都有正反两个力量，所以总共有三对力量分别与其他力量组合后分析计算。波的作用力与地震相似，可以简化为各方向的加速度和自重的乘积，各方向的加速度与波谱、运输船的大小、航海速度等有关。通常，海运产生的x方向、y方向和z方向的水平力和垂直力对设备的影响往往大于设置位置后的风负荷和地震力对设备的影响。除了一些特殊的设备外，体积大、自重轻，设备产生的风负荷可能大于海运产生的负荷。

（2）风荷载[3]。海运状态时，海运团队提供的风速为21m/s。安装到位后，钢结构承担风荷和管道的水平力组合。此时，设置场所的风速为93m/s，水平力导向层重叠设备的风负荷，对该层钢结构有很大影响，部分结构截面需要增大，不经济合理。因此，设置位置后，不考虑设备的风荷载由水平力导向层导向钢结构柱。此时，必须在设备和钢结构之间确保足够的间隙，使设备在风荷载作用下的变形小于确保的间隙，防止设备发生水平位移，在钢结构上施加水平力。

(3)水平负荷组合[4]。海运状态时，为了短期效应的组合，考虑采用标准组合。此时，水平力负荷效应组合为船运加速度产生的水平力与海运时的风负荷组合，组合系数为1.0。1.2计算模型(1)建立力学模型1，将设备v简化为部件形式，如图1所示。这种简化力学模式的部件设定为一内径2.9m、壁厚114mm的钢柱形，与设备v刚基本一致，因此能够更准确地反映设备的变形位移。标高113.3m层作为水平力导层，对设备有侧向支撑作用，简化为节点3。节点3作为支架对设备x、y两个方向的水平侧移动起到限制作用[5]。海运状态下加速度产生的负荷水平力作用在设备的重心位置。通过简化力学模型，根据结构静力学分析，设备底部的扭矩约为500kN米，不设置水平力导向层时，底部的扭矩约为6900kN米，比较减小的幅度大。此时，螺栓的最大拉力为50kN，满足螺栓的拔出承载力要求。

(2)建立整体三维结构模型，在113.3的高度平台输入力学模型计算收入节点3的支架反力。船运时加速度产生的海运载荷和自重、风负荷和波浪结构产生的上拱和下拱的力组合，进行分析计算。沿船长方向海运负荷小，此时负荷由八字梁传递到水平支撑，水平支撑传递到钢柱。沿船宽方向产生的海运负荷大，此时水平支撑和钢梁形成桁架，海运负荷作用于桁架节点，传输路径简单明了，如图2所示。（3）施工安装。①设备上导向块。设备制造商在与水平力导向层对应的设备高度焊接水平力导向块。设备沿船长方向，船宽方向方向产生海运水平负荷，设备0°、90°、180°、270°四个方向分别焊接导向块，如图3所示。②钢结构上导向块。在水平力导向层标高，设备四周钢梁侧边加水平力导向块，尺寸与设备上的导向块相适应。为了避免钢梁扭曲，在钢梁上下翼缘各设置连接件，该带肋L形连接件与梁翼缘焊接，与导向块螺栓连接，水平力通过导向块均匀地传递到梁上下翼缘，如图4所示。考虑到位后，考虑到风荷产生的水平力不再传递到水平力导向层，设备与钢结构之间需要预留足够大的空间，因此钢结构上的导向块由螺栓连接到钢梁上，以便拆卸。

钢结构模块组装时，先吊装设备，设备安装到位后，再安装水平导向层设备周围的梁，梁上导向块与设备周围预约的导向块紧密结合，保证海运状态时，设备水平力传递给导向层。钢结构加工时，导向块表面应喷涂氟碳涂料，摩擦系数小，易于移除导向块。管架运到现场安装后，在导向块上部预约的安装孔中插入钢丝绳，取下导向块。导向块拆除后，设备与钢梁之间的间隙为拆除的导向块厚度-45mm，此时在水平力的作用下，设备在水平导向层高度的位移值不足45mm，水平力不能通过水平导向层传递水平力。为了验证这一点，移动力学模型1中节点的3个支架，输入风荷载，检查节点的3个位移值。根据计算，在风荷载x、y的作用下，节点3的位移值达到5mm，远远小于设备和钢梁之间预约的间隙，因此所有的风荷载都直接传达到设备的底部[5]。

2结尾词

安装水平力导向层可以有效地分担船运时设备产生的水平力，减少设备底部的弯矩，满足设备与钢结构之间连接螺栓的拔出承载力。计算时，要充分考虑各种情况下的受力情况，正确加载水平力，考虑节点细节，保证水平力的传导，设置水平支撑，明确传输路径，保证结构安全性。

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