第四章平臺甲板結構及附屬設施設計

1、海洋工程鋼結構設計海洋工程鋼結構設計 機電工程學院機電工程學院主講教師：馬海峰郵箱：電話四章第四章甲板結構 Neptune Offshore Engineering Development Co., Ltd.組塊甲板層梁體結構組塊甲板層梁體結構 Neptune Offshore Engineering Development Co., Ltd.組塊立面結構組塊立面結構 ROW A Neptune Offshore Engineering Development Co., Ltd.組塊立面結構組塊立面結構ROW 1第四章第四章 平臺甲板結構及附屬設施設計平臺甲板結構及附

2、屬設施設計第一節(jié)第一節(jié) 甲板結構的計算模型甲板結構的計算模型第二節(jié)甲板結構第二節(jié)甲板結構的設計的設計第三節(jié)第三節(jié) 附屬設施設計附屬設施設計 平臺平臺上部結構指上部結構指樁頂以上，包括上部設施與樁頂以上，包括上部設施與設備的支撐結構在內的所有建筑結構設備的支撐結構在內的所有建筑結構，平臺上部，平臺上部結構的設計，是基于結構的設計，是基于使用荷載和風荷載等海環(huán)境使用荷載和風荷載等海環(huán)境荷載設計的，單個構件的設計荷載由作用于構件荷載設計的，單個構件的設計荷載由作用于構件的使用荷載與附加荷載的最不利組合確定。的使用荷載與附加荷載的最不利組合確定。第一節(jié)第一節(jié) 甲板結構的計算甲板結構的計算模型模型 上部

3、結構設計的目的上部結構設計的目的是選擇組成上部結構各是選擇組成上部結構各個構件的截面，以滿足使用要求和安全要求個構件的截面，以滿足使用要求和安全要求。選。選擇合理的、經濟的截面要對結構的內力有比較清擇合理的、經濟的截面要對結構的內力有比較清楚的了解，通過合理的受力分析，確定各桿件所楚的了解，通過合理的受力分析，確定各桿件所能承受的力。能承受的力。 上部結構是相當復雜的，為了進行結構內力上部結構是相當復雜的，為了進行結構內力分析必須對實際結構進行分析必須對實際結構進行簡化簡化，用簡化的圖形代，用簡化的圖形代替實際結構進行內力計算。用于實際內力計算的替實際結構進行內力計算。用于實際內力計算的圖形稱

4、為計算簡圖，計算簡圖選取的原則是圖形稱為計算簡圖，計算簡圖選取的原則是必須必須反映實際結構的受力狀態(tài)和便于計算。反映實際結構的受力狀態(tài)和便于計算。一、結點構造、支座及桿件簡化一、結點構造、支座及桿件簡化 結點構造、支座及桿件的簡化是屬于局部構結點構造、支座及桿件的簡化是屬于局部構造的簡化，但其簡化的正確與否直接影響到結構造的簡化，但其簡化的正確與否直接影響到結構內力計算的可靠性。因此，對上部結構的各種結內力計算的可靠性。因此，對上部結構的各種結點形式、支座形式及受力特點要有足夠的認識，點形式、支座形式及受力特點要有足夠的認識，才能使結構簡化符合實際情況。才能使結構簡化符合實際情況。1、上部結構

5、結點構造與簡化、上部結構結點構造與簡化 上部結構的結點主要是指主梁與立柱的連接接頭。根上部結構的結點主要是指主梁與立柱的連接接頭。根據(jù)結點的構造和傳力功用的不同將結點簡化為剛結點和鉸據(jù)結點的構造和傳力功用的不同將結點簡化為剛結點和鉸結點。結點。剛形結點：剛形結點：可承受軸力、剪力還可以受彎矩。可承受軸力、剪力還可以受彎矩。鉸接鉸接：不能傳遞彎矩：不能傳遞彎矩2、上部結構支座構造與簡化、上部結構支座構造與簡化 上部結構的支座就是支承結構的樁頂。上部結構的支座就是支承結構的樁頂。支座支座的連接構造主要有插入式連接、螺栓連接及連接的連接構造主要有插入式連接、螺栓連接及連接板連接板連接3 種形式種形式

6、，目前應用比較廣泛的是，目前應用比較廣泛的是插入式插入式連接連接。這種形式連接方便，但加工精度要求高。這種形式連接方便，但加工精度要求高。螺栓連接和連接板連接在我國早期安裝的平臺中螺栓連接和連接板連接在我國早期安裝的平臺中曾采用過，目前已很少采用。曾采用過，目前已很少采用。 插入式連接插入式連接可以傳遞彎矩可以傳遞彎矩，可以簡化為剛，可以簡化為剛性連接。性連接。3、上部結構桿件的簡化、上部結構桿件的簡化 桿件的截面尺寸通常比桿件的長度小的多，桿件的截面尺寸通常比桿件的長度小的多，截面上的應力一般是根據(jù)截面的內力來計算。因截面上的應力一般是根據(jù)截面的內力來計算。因此，在計算簡圖中，此，在計算簡圖

7、中，桿件用其軸線表示，各桿件桿件用其軸線表示，各桿件之間的連接構造用結點表示，桿長用結點間軸線之間的連接構造用結點表示，桿長用結點間軸線距離表示，而荷載作用點也轉移到軸線上距離表示，而荷載作用點也轉移到軸線上。二、荷載簡化二、荷載簡化 平臺上部設施與設備的支撐結構通常稱為甲平臺上部設施與設備的支撐結構通常稱為甲板結構。它是由板結構。它是由板、次梁和主梁板、次梁和主梁3種構件組成的梁種構件組成的梁板系統(tǒng)結構。板系統(tǒng)結構。作用在作用在甲板鋪板上的荷載傳給次梁甲板鋪板上的荷載傳給次梁，再由次梁傳給主梁，最后主梁傳給柱或樁頂與，再由次梁傳給主梁，最后主梁傳給柱或樁頂與基礎?；A。1、作用于梁板結構上的

8、荷載、作用于梁板結構上的荷載 主要有主要有恒載和活載恒載和活載。恒載是作用于結構上的。恒載是作用于結構上的不變荷載，如構件自重、固定設備的重量等?；钶d不變荷載，如構件自重、固定設備的重量等。活載是作用在結構上的可變荷載，如可移動的設備重量是作用在結構上的可變荷載，如可移動的設備重量、散裝材料、操作荷載及風荷載和雪荷載等。、散裝材料、操作荷載及風荷載和雪荷載等。 設計時采用恒載與有關活載設計時采用恒載與有關活載組合而成的最不組合而成的最不利的組合荷載進行結構強度計算利的組合荷載進行結構強度計算。3、上部結構計算簡圖的、上部結構計算簡圖的選取選取 平臺上部結構是一個多層多跨的復雜空間結構，完全平臺

9、上部結構是一個多層多跨的復雜空間結構，完全按照結構的實際狀態(tài)進行力學分析是不可能的，也是不必按照結構的實際狀態(tài)進行力學分析是不可能的，也是不必要的。在對上部結構進行力學分析前必須按照前面給出的要的。在對上部結構進行力學分析前必須按照前面給出的簡化原則，對實際結構進行簡化，忽略不重要的細節(jié)，表簡化原則，對實際結構進行簡化，忽略不重要的細節(jié)，表現(xiàn)其基本特征?，F(xiàn)其基本特征。 對導管架型平臺，根據(jù)吊裝和構造的實際特點，在對導管架型平臺，根據(jù)吊裝和構造的實際特點，在進行受力分析時通常是將上部結構與下部結構分開考慮。進行受力分析時通常是將上部結構與下部結構分開考慮。當進行上部結構受力分析時，將下部結構的樁

10、頂視為上部當進行上部結構受力分析時，將下部結構的樁頂視為上部結構的支座，當進行下部結構受力分析時，則將上部結構結構的支座，當進行下部結構受力分析時，則將上部結構自重、設備重量及外荷載施加在下部結構的樁頂。自重、設備重量及外荷載施加在下部結構的樁頂。 初步設計階段，結構還可以進一步簡化，如圖初步設計階段，結構還可以進一步簡化，如圖4-7通通常將上部結構簡化為若干平面結構進行受力分析。取一列常將上部結構簡化為若干平面結構進行受力分析。取一列立柱作為一個計算單元。立柱作為一個計算單元。多跨封閉剛架多跨封閉剛架多跨排架多跨排架超靜定桁架超靜定桁架第二節(jié)甲板結構的設計第二節(jié)甲板結構的設計一、平臺甲板鋪板

11、厚度的確定一、平臺甲板鋪板厚度的確定 平臺的甲板在沒有布置模塊的區(qū)域，一般平臺的甲板在沒有布置模塊的區(qū)域，一般鋪鋪以鋼板、木板或混凝土板以鋼板、木板或混凝土板，以便在其上放置設備，以便在其上放置設備、材料及人員活動。目前海上平臺甲板鋪板、材料及人員活動。目前海上平臺甲板鋪板普遍普遍采用鋼板采用鋼板，主要優(yōu)點是強度高、剛性好、自重輕，主要優(yōu)點是強度高、剛性好、自重輕，而且能增加結構整體性。雖然鋼板易腐蝕，但，而且能增加結構整體性。雖然鋼板易腐蝕，但只要防腐措施得當，經常進行維修，無疑是一種只要防腐措施得當，經常進行維修，無疑是一種很好的鋪板材料。很好的鋪板材料。 鋪板的重量在甲板結構全部重量中占

12、有一定鋪板的重量在甲板結構全部重量中占有一定的比重，的比重，減輕鋪板自重對減少支承結構的荷載和減輕鋪板自重對減少支承結構的荷載和降低成本都具有重要意義降低成本都具有重要意義，因此應，因此應盡量選用較薄盡量選用較薄的鋼板的鋼板。海上鉆井、采油平臺上的甲板經常受到。海上鉆井、采油平臺上的甲板經常受到海氣侵蝕和海浪飛濺，為了保證板的厚度能抵抗海氣侵蝕和海浪飛濺，為了保證板的厚度能抵抗各種機具設備對板可能產生的沖擊和磨損，要求各種機具設備對板可能產生的沖擊和磨損，要求甲板的厚度甲板的厚度不應小于不應小于6mm，通常板厚在，通常板厚在6-12mm。底層甲板如果鋪板的話，。底層甲板如果鋪板的話，通常用通常

13、用12-13mm厚鋼厚鋼板。板。二、梁格的布置與連接型式二、梁格的布置與連接型式 平臺甲板上承受的重量通過梁格系統(tǒng)、縱向桁架或平臺甲板上承受的重量通過梁格系統(tǒng)、縱向桁架或立柱傳到支承結構上。根據(jù)梁與梁間的排列不同，梁格布立柱傳到支承結構上。根據(jù)梁與梁間的排列不同，梁格布置可分為置可分為三種典型形式三種典型形式。1、簡式梁格、簡式梁格 簡式梁格型式簡式梁格型式只設主梁只設主梁。主梁支承鋪板，鋪板上的。主梁支承鋪板，鋪板上的荷載傳給主梁，再由主梁傳給支座（柱或樁），此種梁格荷載傳給主梁，再由主梁傳給支座（柱或樁），此種梁格適于梁的跨度較小的情形。適于梁的跨度較小的情形。2、普通式梁格、普通式梁格

14、在在各主梁之間設置若干橫向次梁各主梁之間設置若干橫向次梁，將鋪板劃，將鋪板劃分為較小的區(qū)格，借以減小鋪板的厚度。作用在分為較小的區(qū)格，借以減小鋪板的厚度。作用在鋪板上的荷載首先傳給次梁，次梁傳給主梁，然鋪板上的荷載首先傳給次梁，次梁傳給主梁，然后再傳給支座。后再傳給支座。3、復式梁格、復式梁格 在各在各橫向次梁之間再設置縱向次梁橫向次梁之間再設置縱向次梁，使鋪板，使鋪板的區(qū)格尺寸與厚度保持在經濟合理的范圍內。作的區(qū)格尺寸與厚度保持在經濟合理的范圍內。作用在鋪板上的荷載通過用在鋪板上的荷載通過縱橫次梁、主梁傳到支座縱橫次梁、主梁傳到支座。 梁格梁格系統(tǒng)的布置是梁格結構設計的關鍵系統(tǒng)的布置是梁格結

15、構設計的關鍵。梁。梁格布置的目的是格布置的目的是合理地決定板、次梁和主梁的尺合理地決定板、次梁和主梁的尺度、跨度和間距，在滿足使用要求的前提下，使度、跨度和間距，在滿足使用要求的前提下，使得總用鋼量最少得總用鋼量最少。平臺上部結構的梁格布置受多。平臺上部結構的梁格布置受多種因素影響，例如，種因素影響，例如，主梁的跨度和各主梁間距，主梁的跨度和各主梁間距，主要是由支承結構的柱或樁基布置決定的主要是由支承結構的柱或樁基布置決定的。梁板。梁板結構的用鋼通常隨著主梁和次梁的跨度增大而增結構的用鋼通常隨著主梁和次梁的跨度增大而增加，但過分減小梁的跨度又會使柱或樁的數(shù)量增加，但過分減小梁的跨度又會使柱或樁

16、的數(shù)量增加，這樣就有可能導致總用鋼量增加，并影響在加，這樣就有可能導致總用鋼量增加，并影響在平臺使用上對凈空的要求。平臺使用上對凈空的要求。梁格系統(tǒng)的布置要綜梁格系統(tǒng)的布置要綜合考慮各種可能的影響因素，做如多種方案進行合考慮各種可能的影響因素，做如多種方案進行比較，找出最優(yōu)的布置方案。比較，找出最優(yōu)的布置方案。三、梁與立柱的內力計算與截面選擇三、梁與立柱的內力計算與截面選擇1、次梁的內力計算與截面選擇、次梁的內力計算與截面選擇 根據(jù)前面討論的梁格連接構造，可以把梁簡根據(jù)前面討論的梁格連接構造，可以把梁簡化為化為兩端固定的梁、簡支梁、多跨連續(xù)梁兩端固定的梁、簡支梁、多跨連續(xù)梁。 在平臺結構中，在

17、平臺結構中，次梁往往采用型鋼梁次梁往往采用型鋼梁，而主而主梁通常采用組合梁。梁通常采用組合梁。次梁截面的選取步驟是次梁截面的選取步驟是先根先根據(jù)計算簡圖計算次梁的最大彎矩和最大剪力據(jù)計算簡圖計算次梁的最大彎矩和最大剪力，再再根據(jù)初步選定的截面對該次梁進行強度、整體穩(wěn)根據(jù)初步選定的截面對該次梁進行強度、整體穩(wěn)定性和撓度驗算。定性和撓度驗算。1）強度）強度驗算驗算2）撓度）撓度驗算驗算3）整體穩(wěn)定性驗算）整體穩(wěn)定性驗算2、次梁的組合截面、次梁的組合截面 當次梁直接焊于鋪板時，次梁兩側的一部分鋪板可以當次梁直接焊于鋪板時，次梁兩側的一部分鋪板可以兼作次梁的翼緣參加次梁的抗彎。兼作次梁的翼緣參加次梁的

18、抗彎。（1）鋪板作為梁的受壓翼緣，需保證其局部穩(wěn)定）鋪板作為梁的受壓翼緣，需保證其局部穩(wěn)定（2）考慮鋪板沿寬度上應力分布不均勻而折算的有效寬度）考慮鋪板沿寬度上應力分布不均勻而折算的有效寬度3、主梁與立柱的內力計算和截面選擇、主梁與立柱的內力計算和截面選擇1）內力計算）內力計算 內力計算一般內力計算一般對于無結點線位移的剛架，宜采用彎矩對于無結點線位移的剛架，宜采用彎矩分配法；分配法；對于無結點線位移的剛架，一般按具體情況而定對于無結點線位移的剛架，一般按具體情況而定，可以采用力法或彎矩分配法與位移法聯(lián)合求解，可以采用力法或彎矩分配法與位移法聯(lián)合求解計算步驟計算步驟 （1）在水平荷載作用下，剛

19、架將發(fā)生側向位移，各結點不）在水平荷載作用下，剛架將發(fā)生側向位移，各結點不發(fā)生轉角，只有結點線位移。發(fā)生轉角，只有結點線位移。（2）在垂直荷載及水平荷載作用下，用彎矩分配法計算，）在垂直荷載及水平荷載作用下，用彎矩分配法計算，得出得出（3）除去荷載，令橫梁產生）除去荷載，令橫梁產生 一單位側向位移一單位側向位移z=1,在在z=1作用作用下柱端產生彎矩。下柱端產生彎矩。（4）分別松弛各結點進行彎矩分配，從而得到）分別松弛各結點進行彎矩分配，從而得到（5）列出位移方程）列出位移方程（6）計算最終彎矩）計算最終彎矩（7）根據(jù)最終彎矩圖求出各截面剪力及軸力）根據(jù)最終彎矩圖求出各截面剪力及軸力 根據(jù)上述

20、步驟根據(jù)上述步驟求出各截面內力后就可以依據(jù)各截面的求出各截面內力后就可以依據(jù)各截面的內力選擇梁和柱的截面內力選擇梁和柱的截面。各截面的內力是由最不利荷載組各截面的內力是由最不利荷載組合引起的。合引起的。 當上層平臺主梁與主頂連接構造可以簡化為鉸結點時當上層平臺主梁與主頂連接構造可以簡化為鉸結點時，主梁可簡化為，主梁可簡化為多跨連續(xù)梁單獨進行分析多跨連續(xù)梁單獨進行分析，然后再把主梁然后再把主梁上的荷載去掉，按上面給出的彎矩分配法和位移法聯(lián)合求上的荷載去掉，按上面給出的彎矩分配法和位移法聯(lián)合求解。解。 當上層平臺主梁為桁架結構時，其橫梁可視為無限剛當上層平臺主梁為桁架結構時，其橫梁可視為無限剛度，

21、此時，度，此時，可采用位移法或剪力分配法，計算過程可大大可采用位移法或剪力分配法，計算過程可大大簡化。簡化。2）主梁截面選擇）主梁截面選擇 主梁截面選擇與次梁的截面選擇步驟及內容基本相主梁截面選擇與次梁的截面選擇步驟及內容基本相同，可以直接利用所求出的截面內力對梁的強度、整體穩(wěn)同，可以直接利用所求出的截面內力對梁的強度、整體穩(wěn)定性及撓度進行驗算，若不滿足，則重新選擇截面，再進定性及撓度進行驗算，若不滿足，則重新選擇截面，再進行驗算，直到滿足為止。主梁截面往往采用焊接組合梁居行驗算，直到滿足為止。主梁截面往往采用焊接組合梁居多，組合梁截面選擇是主梁設計的關鍵，截面選擇必須考多，組合梁截面選擇是主

22、梁設計的關鍵，截面選擇必須考慮適用、安全和經濟的要求。慮適用、安全和經濟的要求。（1）確定梁高）確定梁高h和腹板高度和腹板高度（2）確定腹板厚度）確定腹板厚度（3）選擇翼緣）選擇翼緣尺寸尺寸（4）組合梁的強度計算、整體穩(wěn)定性和撓度驗算）組合梁的強度計算、整體穩(wěn)定性和撓度驗算3）立柱截面選擇）立柱截面選擇 平臺上部結構的立柱，除了承受軸向力還承平臺上部結構的立柱，除了承受軸向力還承受彎矩作用，立柱截面上的應力為壓應力和彎曲受彎矩作用，立柱截面上的應力為壓應力和彎曲應力之和。立柱按偏心受壓構件計算，應力之和。立柱按偏心受壓構件計算， 通常設計通常設計成等截面實腹式柱。成等截面實腹式柱。步驟如下：步

23、驟如下：（1）截面尺寸選擇。）截面尺寸選擇。（2）強度與穩(wěn)定性驗算。）強度與穩(wěn)定性驗算。第三節(jié)第三節(jié) 附屬設施設計附屬設施設計 采用導管架平臺進行海上鉆井和采油，除了采用導管架平臺進行海上鉆井和采油，除了在平臺上安裝一系列的生產設備和設施外，還要在平臺上安裝一系列的生產設備和設施外，還要配備配備有關的生產、生活、交通通信等服務設施有關的生產、生活、交通通信等服務設施。 例如，供海上工作人員生活和休息的居住室例如，供海上工作人員生活和休息的居住室、供飛機停泊用的直升機甲板、供通信用的微波、供飛機停泊用的直升機甲板、供通信用的微波塔，以及棧橋和火炬塔等。這些附屬設施的設計塔，以及棧橋和火炬塔等。這

24、些附屬設施的設計、安裝也是平臺上部結構設計的重要內容。、安裝也是平臺上部結構設計的重要內容。一、生活區(qū)結構設計一、生活區(qū)結構設計 供供海上工作員生活、娛樂和休息的場所稱為生活區(qū)。海上工作員生活、娛樂和休息的場所稱為生活區(qū)。生活區(qū)可以布置在一個專門的平臺上，通常稱為生活平臺生活區(qū)可以布置在一個專門的平臺上，通常稱為生活平臺。生活區(qū)也可以與鉆井區(qū)和生產區(qū)布置在同一平臺上，這。生活區(qū)也可以與鉆井區(qū)和生產區(qū)布置在同一平臺上，這種平臺稱為綜合平臺。生活區(qū)是平臺上部設施的一部分，種平臺稱為綜合平臺。生活區(qū)是平臺上部設施的一部分，通常制作成一個獨立的吊裝單元，一般稱為生活模塊。生通常制作成一個獨立的吊裝單元

25、，一般稱為生活模塊。生活平臺作為一個獨立工作的平臺，對工人的安全、舒適的活平臺作為一個獨立工作的平臺，對工人的安全、舒適的生活是十分理想的，但投資比較高。目前大多采用生活模生活是十分理想的，但投資比較高。目前大多采用生活模塊，作為平臺上設施。塊，作為平臺上設施。1、生活模塊總體布置的特點、生活模塊總體布置的特點 安裝在綜合平臺上的生活模塊從外觀上看，好像一安裝在綜合平臺上的生活模塊從外觀上看，好像一座高樓，座高樓，通常為通常為26層，層，因此有人稱它為平臺上的因此有人稱它為平臺上的“生活生活樓樓”。 生活模擬的結構設計類似于房屋設計的特點，但它與生活模擬的結構設計類似于房屋設計的特點，但它與一

26、般房屋設計又有所不同。生活模塊不僅是一般房屋設計又有所不同。生活模塊不僅是平臺上全體工平臺上全體工作人員的居住場所，而且也是全體工作人員的休息、娛樂作人員的居住場所，而且也是全體工作人員的休息、娛樂的場所，同時還包括與生活有關的一些公用設施，如醫(yī)療的場所，同時還包括與生活有關的一些公用設施，如醫(yī)療室、食堂、鍋爐、發(fā)電機房、各種儲藏室、衛(wèi)生設施、實室、食堂、鍋爐、發(fā)電機房、各種儲藏室、衛(wèi)生設施、實驗室、通信室等。驗室、通信室等。 生活模塊的規(guī)模大小取決于居住人員的多少生活模塊的規(guī)模大小取決于居住人員的多少、政府規(guī)定的生活標準及公用設施安排等。一般、政府規(guī)定的生活標準及公用設施安排等。一般生活模塊

27、以生活模塊以4層居多層居多，主要臥室的這一層一般布置主要臥室的這一層一般布置在靠近模塊的頂層，在靠近模塊的頂層，盡量遠離工作間和設備間。盡量遠離工作間和設備間。設備房、廚房、餐室及儲藏室通常布置在底層，設備房、廚房、餐室及儲藏室通常布置在底層，中間一般可布置娛樂室、醫(yī)療室、通信室及辦公中間一般可布置娛樂室、醫(yī)療室、通信室及辦公室等。室等。 生活模塊設計要生活模塊設計要綜合考慮防火、防爆、防震、防潮、綜合考慮防火、防爆、防震、防潮、保溫、隔音、通風、采光等要求保溫、隔音、通風、采光等要求。例如，臥室應設計成為。例如，臥室應設計成為在井口和加工區(qū)萬一出現(xiàn)緊急情況的避難場所，它可以直在井口和加工區(qū)萬

28、一出現(xiàn)緊急情況的避難場所，它可以直接通向逃生通道。臥室與臥室之間采用防火壁，這種接通向逃生通道。臥室與臥室之間采用防火壁，這種防火防火壁要有一定的燃燒時間，以便逃生。壁要有一定的燃燒時間，以便逃生。 在總體布置上還要在總體布置上還要考慮與生活有關的一些其它問題考慮與生活有關的一些其它問題，例如，污水及污物處理系統(tǒng)。若男女共處一個平臺，則臥例如，污水及污物處理系統(tǒng)。若男女共處一個平臺，則臥室、廁所、衛(wèi)生間要合理布置；平臺上工作人員民主族不室、廁所、衛(wèi)生間要合理布置；平臺上工作人員民主族不同時平臺要考慮設置兩個廚房和兩個餐室。同時平臺要考慮設置兩個廚房和兩個餐室。2、生活模塊的受力分析、生活模塊的

29、受力分析 生活模塊是一個多層的框架結構，通?？梢陨钅K是一個多層的框架結構，通?？梢院喕癁槿鐖D簡化為如圖412所示的平面橫向剛架計算簡圖。所示的平面橫向剛架計算簡圖。主梁常在橫向與立柱剛性連接主梁常在橫向與立柱剛性連接，縱向與柱采用鉸縱向與柱采用鉸接或柔性連接。接或柔性連接。這種結構也可以按空間框架進行這種結構也可以按空間框架進行分析，但在般情況下，當縱向剛度較大時可忽略分析，但在般情況下，當縱向剛度較大時可忽略它的空間作用而取橫向架來計算。它的空間作用而取橫向架來計算。1）設計荷載）設計荷載 生活模塊框架結構承受的主要荷載包括：生活模塊框架結構承受的主要荷載包括：靜荷載靜荷載（結（結構自重

30、、固定設備及備品），構自重、固定設備及備品），活荷載活荷載（人員移動、家具、（人員移動、家具、當屋頂作為直升機甲板的飛機降落時的當屋頂作為直升機甲板的飛機降落時的沖擊荷載沖擊荷載、雪載荷、雪載荷等）和等）和風荷載風荷載。可按?？砂碈CS有關規(guī)定確定。一般情況下，多有關規(guī)定確定。一般情況下，多層房屋結構各層樓面的面積都同時滿載且都分布在最水利層房屋結構各層樓面的面積都同時滿載且都分布在最水利的情況是比較少的。一般房間內都有一定的走道面積，所的情況是比較少的。一般房間內都有一定的走道面積，所以對多層房屋各層傳到主梁、柱子和基礎的荷載予以適當以對多層房屋各層傳到主梁、柱子和基礎的荷載予以適當折減折減

31、。2）結構內力分析方法）結構內力分析方法 常采用常采用迭代法迭代法 首先計算出首先計算出多層框架荷載在固定位置時的內力多層框架荷載在固定位置時的內力，其次，其次確定各種活荷載的最不利位置確定各種活荷載的最不利位置，并，并計算活計算活荷載在最不利位置作用下的最不利內力荷載在最不利位置作用下的最不利內力。最后把。最后把靜載引起的內力和活載在最不利位置引起的內力靜載引起的內力和活載在最不利位置引起的內力疊加疊加，即可得到各截面的最不利內力。，即可得到各截面的最不利內力。二、直升飛機甲板設計二、直升飛機甲板設計 直升飛機甲板是設在平臺上的直升飛機起降場。直直升飛機甲板是設在平臺上的直升飛機起降場。直升

32、飛機甲板必須具有足夠的面積供直升飛機起落和裝缷作升飛機甲板必須具有足夠的面積供直升飛機起落和裝缷作業(yè)，必須具有足夠的強度能承受飛機降落時的沖擊荷載。業(yè)，必須具有足夠的強度能承受飛機降落時的沖擊荷載。1、直升飛機甲板設計依據(jù)及一般布置、直升飛機甲板設計依據(jù)及一般布置1）設計依據(jù)）設計依據(jù)（1）直升飛機甲板的功能。）直升飛機甲板的功能。（2）直升飛機的性能。）直升飛機的性能。（3）直升飛機甲板位置。）直升飛機甲板位置。（4）環(huán)境條件。）環(huán)境條件。2）一般布置）一般布置 直升飛機甲板通常布置在生活區(qū)建筑物的頂上，若頂直升飛機甲板通常布置在生活區(qū)建筑物的頂上，若頂部面積不夠，往往設計成懸臂式結構型式，

33、以滿足機場甲部面積不夠，往往設計成懸臂式結構型式，以滿足機場甲板面積要求。板面積要求。 直升飛機甲板的平面型式有圓形的、方形的、六角形直升飛機甲板的平面型式有圓形的、方形的、六角形的。一般在確定直升飛機甲板尺度時，要的。一般在確定直升飛機甲板尺度時，要綜合考慮平臺的綜合考慮平臺的輪廓、設備布置、平臺方位、到障礙物的距離、所選飛機輪廓、設備布置、平臺方位、到障礙物的距離、所選飛機型號，以經常出現(xiàn)的環(huán)境條件等型號，以經常出現(xiàn)的環(huán)境條件等。直升飛機甲板的基本尺。直升飛機甲板的基本尺寸是以飛機的總長確定的，一般寸是以飛機的總長確定的，一般方形直升飛機甲板最小邊方形直升飛機甲板最小邊長應是平臺預計要降落

34、的飛機總長的長應是平臺預計要降落的飛機總長的1.5-2倍倍。例如，我國。例如，我國早期修建造的直升飛機甲板是停泊貝爾早期修建造的直升飛機甲板是停泊貝爾206B飛機的，這種飛機的，這種飛機總長為飛機總長為11.91m，甲板面為，甲板面為18m*18m。目前隨著平臺。目前隨著平臺安裝水深的增加，平臺規(guī)模不斷擴大，用于海上運輸?shù)闹卑惭b水深的增加，平臺規(guī)模不斷擴大，用于海上運輸?shù)闹鄙w機越來越大。升飛機越來越大。 直升飛機的甲板尺寸也在不斷地加大。一般海上直直升飛機的甲板尺寸也在不斷地加大。一般海上直升飛機甲板尺寸為升飛機甲板尺寸為20m*20m-26m*26m，最大面積可達，最大面積可達49m*49

35、m。圓形直升飛機甲板直徑一般應等于方形直升飛。圓形直升飛機甲板直徑一般應等于方形直升飛機邊長。機邊長。 對于最大載重下運行對于最大載重下運行 的直升飛機，的直升飛機，平臺地面氣墊區(qū)平臺地面氣墊區(qū)域至少包括一個主旋翼旋轉直徑的范圍域至少包括一個主旋翼旋轉直徑的范圍 對于雙旋翼直升飛機，或者在惡劣環(huán)境條件區(qū)作業(yè)對于雙旋翼直升飛機，或者在惡劣環(huán)境條件區(qū)作業(yè)的直升飛機，的直升飛機，地面氣墊區(qū)的尺寸應不小于直升飛機的極限地面氣墊區(qū)的尺寸應不小于直升飛機的極限總長?？傞L。 當平臺結構型式和設備布置對直升飛機甲板有影響當平臺結構型式和設備布置對直升飛機甲板有影響時，應該把直升飛機甲板架高。在確定直升飛機甲板

36、空間時，應該把直升飛機甲板架高。在確定直升飛機甲板空間時，要充分考慮直升飛機甲板上部空氣擾動。時，要充分考慮直升飛機甲板上部空氣擾動。 直升飛機甲板上的設備，直升飛機甲板上的設備，如燈具、加油軟管、滅火如燈具、加油軟管、滅火器、系留點及系留繩索、風向指示器及直升飛機甲板上下器、系留點及系留繩索、風向指示器及直升飛機甲板上下出口等，都應按避免成為直升飛機平臺區(qū)域的障礙物布置出口等，都應按避免成為直升飛機平臺區(qū)域的障礙物布置。 設計時，還設計時，還應注意在甲板上布置適當?shù)呐潘O施應注意在甲板上布置適當?shù)呐潘O施，以便把甲板表面的積水減至最少。飛行以便把甲板表面的積水減至最少。飛行甲板表面應能防滑甲

37、板表面應能防滑，并且無實體建筑物，以便旋翼產生的向下氣流形成地面，并且無實體建筑物，以便旋翼產生的向下氣流形成地面氣墊。對于在惡劣環(huán)境區(qū)域作業(yè)的輪式著陸直升飛機，直氣墊。對于在惡劣環(huán)境區(qū)域作業(yè)的輪式著陸直升飛機，直升飛機甲板升飛機甲板應提供鎖緊裝置應提供鎖緊裝置，如格柵，以保證工作人員安，如格柵，以保證工作人員安全，應沿直升飛機甲板周邊全，應沿直升飛機甲板周邊鋪設至少鋪設至少1.5m寬的安全網寬的安全網或安或安全架。為了保證夜間能停降飛機，全架。為了保證夜間能停降飛機，甲板四周應布設燈具甲板四周應布設燈具，以便勾畫出甲板的輪廓。以便勾畫出甲板的輪廓。三、棧橋設計三、棧橋設計 棧橋是平臺上部設施

38、的一部分棧橋是平臺上部設施的一部分,是連接相鄰兩是連接相鄰兩個平臺的通道。棧橋的個平臺的通道。棧橋的主要作用除了作為兩個相主要作用除了作為兩個相鄰平臺的交通通道外鄰平臺的交通通道外,同時也用來作為各種管道的同時也用來作為各種管道的支撐結構。支撐結構。例如例如,原油管道、欽用水管道公用水管原油管道、欽用水管道公用水管道、電線導線、通信線路以及氣管道和燃燒管線道、電線導線、通信線路以及氣管道和燃燒管線等。等。1、棧橋的結構型式及一般布置、棧橋的結構型式及一般布置 連接相鄰兩個平臺間的棧橋，通常設計成直連接相鄰兩個平臺間的棧橋，通常設計成直的、單跨的鋼管結構橋。由于棧橋功用不同，每的、單跨的鋼管結構

39、橋。由于棧橋功用不同，每一座棧橋的長、寬、高和構架的型式各不相同。一座棧橋的長、寬、高和構架的型式各不相同。一般來說，海上棧橋都是多功能匯集于一橋，既一般來說，海上棧橋都是多功能匯集于一橋，既是人們行走的通道，也是各種管線的支撐。其是人們行走的通道，也是各種管線的支撐。其斷斷面型式可以是矩形的也可設計為三角形的。面型式可以是矩形的也可設計為三角形的。 對于截面為矩形的棧橋，人行道可以布置在對于截面為矩形的棧橋，人行道可以布置在頂部水平桁架上，也可以布置在底部的水平桁架頂部水平桁架上，也可以布置在底部的水平桁架上。矩形截面的橋通常由上。矩形截面的橋通常由4 個平面桁架構成，支個平面桁架構成，支撐

40、一般為小直徑的圓鋼管，撐一般為小直徑的圓鋼管，弦材一般為圓鋼管弦材一般為圓鋼管、方鋼管或寬工字梁構件方鋼管或寬工字梁構件。從截面上看，當人行走。從截面上看，當人行走道板布置在頂部水平桁架上時，管線則從底部的道板布置在頂部水平桁架上時，管線則從底部的水平桁架上通過，當在底部水平桁架上布置人行水平桁架上通過，當在底部水平桁架上布置人行走道板時，管道則在頂部水平桁架上通過。走道板時，管道則在頂部水平桁架上通過。 對于截面呈三角形的棧橋，其截面可以設計正三角形對于截面呈三角形的棧橋，其截面可以設計正三角形和倒三角形兩種型式，截面為正三角形棧橋，人行走道板和倒三角形兩種型式，截面為正三角形棧橋，人行走道

41、板布置在底部水平桁架上，各種管道從走道頂部通過。截面布置在底部水平桁架上，各種管道從走道頂部通過。截面為倒三角形棧橋時，人行走道板布置在頂部水平桁架上，為倒三角形棧橋時，人行走道板布置在頂部水平桁架上，各種管道從人行道底部通過。這種棧橋由各種管道從人行道底部通過。這種棧橋由3個平面桁架構個平面桁架構成。成。上述幾種棧橋型式，上述幾種棧橋型式，正三角形截面棧橋使用較為普遍正三角形截面棧橋使用較為普遍。 在棧橋中，在棧橋中，平行弦桁架應用最廣平行弦桁架應用最廣，它的最大優(yōu)點在于，它的最大優(yōu)點在于弦桿和腹桿的長度均能一致，結點構件可以統(tǒng)一弦桿和腹桿的長度均能一致，結點構件可以統(tǒng)一。 棧橋桁架的腹桿可

42、布置為棧橋桁架的腹桿可布置為三角式或斜桿式三角式或斜桿式，以三角式，以三角式最為常用。當棧橋跨度小時，通常采用純三角式，該種型最為常用。當棧橋跨度小時，通常采用純三角式，該種型式的優(yōu)點是腹桿數(shù)和結點數(shù)最少。對中等跨度的棧橋，由式的優(yōu)點是腹桿數(shù)和結點數(shù)最少。對中等跨度的棧橋，由于斜桿合理傾角的要求，結點長度將隨桁架高度增加而增于斜桿合理傾角的要求，結點長度將隨桁架高度增加而增大。大。常需增加豎桿，借以減小上弦的結點間的長度，適應常需增加豎桿，借以減小上弦的結點間的長度，適應次梁等間距的要求。并可減少上弦桿的計算長度。次梁等間距的要求。并可減少上弦桿的計算長度。 腹桿最好對稱布置，結點間長度應與次

43、梁間距相配合腹桿最好對稱布置，結點間長度應與次梁間距相配合，斜腹桿的傾角在斜腹桿的傾角在30-60度范圍內，一般采用度范圍內，一般采用45度度。 棧橋的結構布置要充分考慮在人行道上可能有一些材棧橋的結構布置要充分考慮在人行道上可能有一些材料和小型機械部件搬運，應允許叉車和小拖車通過，這就料和小型機械部件搬運，應允許叉車和小拖車通過，這就要求棧橋要求棧橋有一定的寬度和一定的承載能力有一定的寬度和一定的承載能力。2、設計荷載與荷載組合、設計荷載與荷載組合1）作用在棧橋的主要荷載）作用在棧橋的主要荷載 作用在棧橋上的主要荷載是作用在棧橋上的主要荷載是靜荷載靜荷載（包括棧橋結構自（包括棧橋結構自重、管道重量及欄桿等）、重、管道重量及欄桿等）、活荷載活荷載（包括人員活動、叉車（包括人員活動、叉車及小拖車、用于平臺維修的小型機械部件及零散的材料、及小拖車、用于平臺維修的小型機械部件及零散的材料、管道中流動的流體荷載）和風荷載。管道中流動的流體荷載）和風荷載。2）荷載組合）荷載組合至少應考慮兩種組合：至少應考慮兩種組合：一種是一種是靜荷載靜荷載+活荷載