海洋平台结构设计课件第三章 导管架平台总体设计

第三章 导管架平台总体设计
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本章主要内容
第一节 设计参数 第二节 导管架平台的构成及分类 第三节 平台的方位、结构型式及主要尺寸设计 第四节 平台上的主要设备 第五节 平台上设备的布置 第六节 平台的总体规划与布置
导管架平台总体设计
• 一、平台使用参数
（1）使用年限 （2）平台设置的位置及该位置的水深 （3）是否有人居住，若有人居住，居住人数、人员上下平台方法 及紧急状态的撤离方法 （4）平台工艺布置要求及处理方法 （5）供应船的尺度、停靠方式，直升飞机的型号及直升飞机停泊 场的布置，起重设备能力及数量 （6）油（气）井的数目、间距 （7）保证工作人员和设备的安全、防止污染、减少振动及防火的 措施
b. 上部设施与设备的重量分布、油井的数量和产量、油井的位 置、辅助设施的位置
c. 海洋环境资料、地质地貌（包括桩的钻孔资料）、可能的施 工方法
三、平台主要轮廓尺度确定
（4）极端环境参数：平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，作 为保证平台生存标准。所选用的荷载重现期均不小于50年
• 四、海底地质参数
（1）平台设计前需进行地质调查： a. 现场海底地貌情况 b. 浅地层剖面 c. 地球物理测量结果 d. 周围土层的分类、年代、成因类型、状态、分布规律 e. 软硬岩土层的接触关系、接触面的坡度和坡向
• 三、海洋环境参数
（1）海洋环境： a. 风、波浪、潮汐、海流、海冰、地震、海啸 b. 风、雨、雪、雾、霜、温度、湿度 c. 地基土壤、腐蚀性海水、海生物附着、盐度
（2）环境参数包括工作环境参数、极端环境参数
（3）工作环境参数：平台在施工和使用期间经常出现的环境参数，以保 证平台能正常施工和生产作业为标准
焊接节点多，焊接工作量大
设计者的经验、导管架运送方式、施工技术决定撑杆布置型式。一般在深水海 域和地震海域多采用X型撑杆。
桩基布置型式
1. 桩基的布置和桩数决定导管架型式 2. 边桩：均匀布置在导管架底部四周的桩 3. 裙桩：布置在导管架四个角柱周围的桩
边桩布置
桩
基
的
布
置
裙桩布置
平台上部竖向荷载显著大于水平荷载 引起的倾覆力矩对地基的作用
满足平台上部设施与设备工艺布置要求
火炬塔在下风向，生活区在上风向
二、平台支承结构的型式设计
平台支承结构型式的选择即导管架结构型式和桩基布置型式的选择。
三腿柱导管架
主要用于井口平台、火炬平台、 机械设施支承平台
导
四腿柱导管架
主要用于井口平台、生活平台、 压缩机平台、油（气）生产平台、
管
钻井平台
架
八腿柱导管架 主要用于综合平台
第三节 平台的方位、结构型式及主要尺寸设计
一、平台的方位设计
平台的方位：在标明正北方向的平面图上，平台主轴与正北方向的夹角。它通 常取决于主导风向、波向、流向、海冰方向及平台使用要求。
选择平台方位的原则：
有利于抵抗海洋环境荷载作用
使支撑结构抗倾覆能力强的方向与流向一致
便于工作船停靠
把靠船装置布置在支撑结构与流向相平行的一侧
上部竖向荷载较直接通过腿柱传到 基础，导管架撑杆主要用来承受水 平荷载，支撑较细
墨西哥湾应用较多
适用于水平荷载对地基引起的倾覆 力矩占地基总负载较大比例的情况
裙桩可承受更大倾覆力矩；导管架 需采用较粗支撑
北海应用较多
边桩与裙桩结合布置
• 导管架结构型式选择依据
根据油田开发及其位置的相关参数： a. 水深、平台上部设施与设备重量、甲板面积
导管架平台
泵
生站 井 产与 口 处压 平 理缩 台 平机
台平
生 活 平 台
火 炬 平 台
集 油 （气） 平 台
注 入 平 台
综 合 平 台
其 他 种 类 平 台
台
导管架平台的特点
1. 平台的支承结构是以圆钢管为主要构件的钢结构， 结构受力状态较好 2. 桩打的准而直，故结构适用于水深、浪高、风大的 海域 3. 打桩作业简单，且导管架可保证平台结构的整体稳 定性 4. 分模块作业使得结构既安全又经济 5. 平台设计、制造和安装技术成熟，结构的适用性强
（2）了解本海域不良工程地质现象：海沟、古河道、断层、海底冲刷情况
（3）分析场地工程地质参数，判定不良地质现象对平台安装的影响
（4）确定适宜的持力层
第二节 导管架平台的构成及分类
板
甲板梁
甲
滑道梁
板
上部设施与设备
结
桁架
构
导管架平台
立柱 设备
支承结构
导管架 钢管桩
1、导管架
导管架平台是由腿柱和纵横杆 系构成的空间构架。
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其它导管架
6、9、12、16、24腿柱导管架平台
目前世界上导管架趋势是向少腿柱发展，大多数为4腿柱和8腿柱导管架平台。
导管架腿柱和支承腿柱的撑杆共同构成导管架空间框架结构。
K型撑杆
撑 杆 的 布 置
X型撑杆
撑杆受压，易失稳 撑杆有效长度大，导管架总重量大
焊接节点少，焊接工作量小，费用低
撑杆有效长度短，可采用细长杆件， 减少导管架总重量 荷载作用下，一根受拉，可防止另 一根受压撑杆失稳
水平撑杆
纵向和横向连接杆构成的支撑 可传递水平荷载，保证结构 的整体稳定。
腿柱（导管） 斜撑杆
桩
导管架的主要作用
1. 桩基施工时，作为打桩定位和打桩导向， 并使各单桩有机地连为一体 2. 安装上部设施与设备时，可在上面架设 临时施工平台，保证施工安全和加快施工 进度 3. 作为支撑结构的一部分可以增加结构的 抗倾覆能力的刚度，提高结构整体稳定性 4. 可作为大量附属设施的支撑
• 二、施工参数
（1）要求预制场地有足够的工作面积 （2）供水供电方便、充足，能正常进行构件制造 （3）要求路上交通有铁路公路相通，水路有码头通航，能够保证 大量材料运进和大型构件运出 （4）要求有足够的工作船和起重机具进行运输安装 （5）平台制造厂技术水平能满足平台制造要求 （6）要求从制造场地到平台服役海域的航线有足够的航行水深
2. 钢管桩
钢管桩 导管架
海床
群桩基础把平台固定于海床，可承受各种使用荷载和海洋环境荷载。
3. 甲板结构
板 梁
桁架（立柱）
甲板结构：为海上油气田开发和其它海洋开发提供足够的使用空间， 用来布置各种设施和设备。
4. 设施和设备模块
陆地制作模块 海上
甲板结构
按工艺流程组装模块
现代平台设计通常按照起重机的允许最大吊装能力和工艺流程要求， 将上部设施与设备分成很多模块。