一些大型化工設備需要預先安裝在鋼結構上通過海運到現場，運輸過程中由于海浪的作用，設備會產生較大的水平力，通常這一部分水平力會大于現場安裝就位后的地震力和風荷載。由于設備底部的螺栓數量和大小的限制，無法承擔這么大的海運荷載，因此海運狀態時，在設備重心位置以上設置水平力導向層，使得一部分水平力通過導向層直接傳遞到柱子，設備底部的水平力相對減小，從而滿足設備和鋼結構間連接螺栓的抗拔承載力。

為了追求高精度，高效率和低成本，一些化工設備都需要預先安裝在鋼結構管架上，和鋼結構一同運輸到現場安裝就位。但是，由于基礎尺寸和支撐設備鋼結構的限制，基礎上設計足夠的連接螺栓很難承擔設備的水平力。筆者幸運地設計了管架構筑物，長48m，寬21.2m，高約20m，共有7層管架。管架有10個大設備，其中有3個相同型號的設備v，單個自重達到133t左右，高約17m。設備與鋼結構之間采用10.9級高強度螺栓連接，16個，36個螺栓沿底座均勻配置，海運時，根據海運組提供的船運數據，設備底部最大彎矩的計算值達到6900kNm左右。此時，一側圓周上的8個螺栓被拉動，另一側圓周上的8個螺栓被壓迫，拉動和壓迫螺栓的受力大小由螺栓離設備中心的水平距離(西安)的多少決定，距離越大受力越大。

可以按照以下公式計算。[7]Fi:螺栓受到拉伸(壓力)的力m:作用于設備底部的扭矩的西安:螺栓離設備中心的水平距離。由此可推算出在水平力作用下，最外側螺栓承擔拉力最大，約為Tmax=500kN，減去設備自重在每個螺栓處產生的壓力值約80kN，螺栓1的拉力為420kN。根據螺栓的拔出力計算公式T=(π*de2/4)*ft[1]，一個36級的高強度螺栓的拔出力約為325kN，不能承擔420kN的拔出力。由于設備底座的尺寸限制和鋼結構部件的布局，螺栓的數量和大小很難增加。假設設設備底部螺栓承擔船運加速度產生的一部分水平力，另一部分水平力從上部某層直接傳遞到柱子上，可以解決螺栓承載力不足的問題。因此，設備必須與某個樓層連接，將一部分水平力傳遞給該樓層。

1確定橫力導向層

這個項目除了底層還有5個操作平臺，如果選擇設備重心以下的樓層作為橫力導向層，所有的橫力都會導向橫力導向層。顯然，設備重心以下的樓層作為水平力導向層不經濟，設備重心位置在110m的高度，110m以上的樓層分別為113.3m、117.7m和120.5m。設備總高17m，在樓層117.7m處為設備進口，不能設置水平力導向塊，因此只有標高113.3m的這個樓層適合作為水平力導向層。1.1水平負荷作用[4、6](1)海運負荷[2、6]。由于在運輸過程中會遇到波浪，形成波動，鋼結構上固定的設備會隨船擺動，擺動幅度取決于設備的自重和波浪的大小。波浪運動對鋼結構和設備的影響可以簡化為三個方向的作用[1]，分別為沿船寬方向、船長方向的水平力和垂直于船體的垂直力。這三個方向都有正反兩個力量，所以總共有三對力量分別與其他力量組合后分析計算。波的作用力與地震相似，可以簡化為各方向的加速度和自重的乘積，各方向的加速度與波譜、運輸船的大小、航海速度等有關。通常，海運產生的x方向、y方向和z方向的水平力和垂直力對設備的影響往往大于設置位置后的風負荷和地震力對設備的影響。除了一些特殊的設備外，體積大、自重輕，設備產生的風負荷可能大于海運產生的負荷。

（2）風荷載[3]。海運狀態時，海運團隊提供的風速為21m/s。安裝到位后，鋼結構承擔風荷和管道的水平力組合。此時，設置場所的風速為93m/s，水平力導向層重疊設備的風負荷，對該層鋼結構有很大影響，部分結構截面需要增大，不經濟合理。因此，設置位置后，不考慮設備的風荷載由水平力導向層導向鋼結構柱。此時，必須在設備和鋼結構之間確保足夠的間隙，使設備在風荷載作用下的變形小于確保的間隙，防止設備發生水平位移，在鋼結構上施加水平力。

(3)水平負荷組合[4]。海運狀態時，為了短期效應的組合，考慮采用標準組合。此時，水平力負荷效應組合為船運加速度產生的水平力與海運時的風負荷組合，組合系數為1.0。1.2計算模型(1)建立力學模型1，將設備v簡化為部件形式，如圖1所示。這種簡化力學模式的部件設定為一內徑2.9m、壁厚114mm的鋼柱形，與設備v剛基本一致，因此能夠更準確地反映設備的變形位移。標高113.3m層作為水平力導層，對設備有側向支撐作用，簡化為節點3。節點3作為支架對設備x、y兩個方向的水平側移動起到限制作用[5]。海運狀態下加速度產生的負荷水平力作用在設備的重心位置。通過簡化力學模型，根據結構靜力學分析，設備底部的扭矩約為500kN米，不設置水平力導向層時，底部的扭矩約為6900kN米，比較減小的幅度大。此時，螺栓的最大拉力為50kN，滿足螺栓的拔出承載力要求。

(2)建立整體三維結構模型，在113.3的高度平臺輸入力學模型計算收入節點3的支架反力。船運時加速度產生的海運載荷和自重、風負荷和波浪結構產生的上拱和下拱的力組合，進行分析計算。沿船長方向海運負荷小，此時負荷由八字梁傳遞到水平支撐，水平支撐傳遞到鋼柱。沿船寬方向產生的海運負荷大，此時水平支撐和鋼梁形成桁架，海運負荷作用于桁架節點，傳輸路徑簡單明了，如圖2所示。（3）施工安裝。①設備上導向塊。設備制造商在與水平力導向層對應的設備高度焊接水平力導向塊。設備沿船長方向，船寬方向方向產生海運水平負荷，設備0°、90°、180°、270°四個方向分別焊接導向塊，如圖3所示。②鋼結構上導向塊。在水平力導向層標高，設備四周鋼梁側邊加水平力導向塊，尺寸與設備上的導向塊相適應。為了避免鋼梁扭曲，在鋼梁上下翼緣各設置連接件，該帶肋L形連接件與梁翼緣焊接，與導向塊螺栓連接，水平力通過導向塊均勻地傳遞到梁上下翼緣，如圖4所示。考慮到位后，考慮到風荷產生的水平力不再傳遞到水平力導向層，設備與鋼結構之間需要預留足夠大的空間，因此鋼結構上的導向塊由螺栓連接到鋼梁上，以便拆卸。

鋼結構模塊組裝時，先吊裝設備，設備安裝到位后，再安裝水平導向層設備周圍的梁，梁上導向塊與設備周圍預約的導向塊緊密結合，保證海運狀態時，設備水平力傳遞給導向層。鋼結構加工時，導向塊表面應噴涂氟碳涂料，摩擦系數小，易于移除導向塊。管架運到現場安裝后，在導向塊上部預約的安裝孔中插入鋼絲繩，取下導向塊。導向塊拆除后，設備與鋼梁之間的間隙為拆除的導向塊厚度-45mm，此時在水平力的作用下，設備在水平導向層高度的位移值不足45mm，水平力不能通過水平導向層傳遞水平力。為了驗證這一點，移動力學模型1中節點的3個支架，輸入風荷載，檢查節點的3個位移值。根據計算，在風荷載x、y的作用下，節點3的位移值達到5mm，遠遠小于設備和鋼梁之間預約的間隙，因此所有的風荷載都直接傳達到設備的底部[5]。

2結尾詞

安裝水平力導向層可以有效地分擔船運時設備產生的水平力，減少設備底部的彎矩，滿足設備與鋼結構之間連接螺栓的拔出承載力。計算時，要充分考慮各種情況下的受力情況，正確加載水平力，考慮節點細節，保證水平力的傳導，設置水平支撐，明確傳輸路徑，保證結構安全性。

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