海上平台结构设计总则1
第五篇海上平台结构
第⼀章海上平台结构设计总则
第⼀节平台结构设计的范围
海上平台结构设计是海上平台设计的⼀个⾮常重要的组成部分。特别是对于海上平台的安全性和可靠性⾄关重要。
海上平台结构设计包括设计导管架结构及甲板结构和附属结构等各个⽅⾯内容。例如确定结构布置原则，正确地选⽤材料和计算荷载⽅法，选取适⽤的荷载系数，确定荷载组合⽅式，进⾏强度﹑刚度和稳定性计算，编制材料表以及有关设计⽂件等。
本章的内容和要求主要适合于导管架固定平台，部分内容也适合于浮式系统的模块设计。
为了设计⼀座既能可靠运⾏⽽⼜经济安全的海上平台，⾸先要进⾏平台总体规划。所谓总体规划通常是指按照⼀般的设计准则、法规和标准确定平台上部的⼯艺﹑机电﹑仪表等设施的布置与⽀承结构选型的总体问题。根据使⽤要求决定的上部设施与设备的总体布置是⽀承结构规划布置的依据，反过来⽀承结构的选
型也必须满⾜⼯艺﹑机电﹑仪表等设施布置的要求。两者之间有着极为密切的关系。平台总体布置的⽬的就是要寻求平台总体的，⽽不是各个独⽴部分的最优设计⽅案。实际上，平台设计过程就是反复进⾏⼯艺﹑机电﹑仪表等设施布置与结构选型相互配合的过程。
海上平台结构设计范围的分类，可以有不同的⽅法。
总体⽽⾔，平台结构设计的最终成果包含下述内容。
⼀、图纸⽂件⽬录
⼆、规格书
1．结构设计规格书
2．结构材料规格书
3．制造规格书（包括焊接检验要求）
4．安装规格书
三、设计报告
1．在位分析（包括计算机的输⼊输出结果）
2．施⼯分析
（1）吊装分析（包括吊点分析）
（2）拖航分析
（3）打桩分析
（4）装船分析
（5）下⽔分析
3．局部分析
4．附属构件分析
（1）防沉板计算
（2）靠船件计算
5．重量控制报告
6．其他分析计算和报告
四、材料表
另外，平台结构⼜分为许多部分。从⼤的⽅⾯来分，可以分为上部结构和下部结构，不过为了叙述的⽅便，我们分为如下⼏个
⽅⾯。
⼀、导管架结构设计
⼆、甲板结构设计
三、浮式系统模块及⽕炬塔结构设计
四、栈桥设计
五、桩结构设计
六、⽣活楼和⼯作间设计
七、其他结构设计
对于以上各部分的具体内容，将在后⾯论述。
需要指出的是，以上所叙述的平台结构设计范围，仅对⼀般情况⽽⾔。对于某些特殊情况，需要对设计范围进⾏必要的调整与补充。
第⼆节平台结构设计的原则
平台结构设计总的原则是：先进﹑合理﹑安全﹑经济﹑满⾜规范要求，且⽅便采办﹑制造﹑安装﹑检验和维护等。
结构总体布置的基本原则是：总体布局合理，传⼒路径短，构件综合利⽤性好，材料利⽤率⾼，满⾜其他专业对结构型式的要求。
结构材料选取的基本原则是：结构材料的选取既要考虑强度要求，⼜要考虑结构⼯作场所的环境条件，在结构中的部位和可能使⽤的加⼯⽅法等。
结构总体布置，结构构件选取，结构材料选取等⽅⾯的⼀般考虑，参见本编的第⼆章及其他章节。
为了具体实施平台结构设计的原则，设计⼈员应当不断地总结经验，有所发现，有所发明，有所创造，有所前进。
第三节平台结构设计应遵循的规范和标准
⼀、平台结构设计应遵循的规范和标准
除特殊情况(如业主要求)指明外，所⽤标准、规范和法规均应为最新版本。
平台结构设计应遵循的主要规范和标准如下。
1. 中国国家标准、⾏业标准和企业标准
1）国家标准
GB/T 699 优质碳素结构钢
GB/T 700 碳素结构钢
GB/T 1591 低合⾦⾼强度结构钢
GB/T 3077 合⾦结构钢
2）⾏业标准
SY/T 10002—2000 结构钢管制造规范
SY/T 10004—1996 海上平台管节点⽤碳锰钢板规范
SY/T 10008—2000 海上固定式钢质⽯油⽣产平台的腐蚀控制
SY/T 10009—2002 海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—荷载和抗⼒系数设计法
（增补１）
SY/T 10011—1997 海上油⽥总体开发⽅案编制指南
SY/T 10028—2002 海洋⽯油⼯程制图规范
SY/T 10030—2002 海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—⼯作应⼒设计法
（增补１）
SY/T 10031—2000 寒冷条件下结构和海管规划、设计和建造的推荐作法
SY/T 10036—2000 海洋⽯油⼯程设计⽂件编制规程
SY/T 10038—2002 海上固定平台直升机场规划、设计和建造的推荐作法
SY/T 10039—×××× 海上钢结构焊接规范
SY/T 10040—2002 浮式结构物定位系统设计与分析的推荐作法
SY/T 10049—×××× 海上钢结构疲劳强度分析的推荐作法
SY/T 10050—×××× 环境条件和环境荷载
SY/T 10051—×××× ⽤于海上结构的锰碳钢轧钢板的规范
SY/T 10052—×××× 浮式⽣产系统规划、设计及建造的推荐作法
SY/T 4805—92 海上结构物上⽣产设施的推荐作法
3）企业标准
Q/HSn 3000─2002 中国海海冰条件及应⽤规定
Q/HS 3003─2002 渤海海域钢质固定平台结构设计规定
Q/HS 3005─2003 海上钢结构疲劳强度分析的推荐作法
Q/HS 3007─2003 环境条件和环境荷载指南
Q/HS 4010─2003 易燃易爆危险场所安全管理规定
Q/HS 7002-93 海洋⽯油⼯程设计⽂件编制规程
Q/HS 7003-93 海洋⽯油⼯程制图标准
2. 国外标准
AISC S335 Specification for Structural Building——Allowable Stress
Design and Plastic Design with Commentary
(钢结构建筑物规范——容许应⼒设计和塑性设计)
API RP 2A-WSD Recommended Practice for Planning, Designing and constructing Fixed Offshore Platform-Working Stress Design
(海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—⼯作应⼒设计法) API RP 2A-LRFD Recommended Practice for Planning, Designing and constructing Fixed Offshore Platform-Load and Resistance Factor Design
(海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—荷载和抗⼒系数设计
法)
API RP 2L Recommended Practice for Planning, Designing and constructing
Heliports for Fixed Offshore Platforms
(海上固定平台直升飞机场的规划、设计和建造的推荐作法) API RP 2N Recommended Practice for Planning, Designing and constructing Fixed Offshore Structures in Ice Environments
(北极条件下结构和海底管线的规划、设计和建造推荐作法) API Spec. 2B Specification for Fabricated Structural Steel Pipe (结构钢管制造规范)
API Spec. 2H Specification for Carbon Manganese Steel Plate for Offshore
Platform Tubular Joints
(海上平台管节点⽤碳锰钢板规范)
AWS D1.1 Structural Welding Code-Steel
(钢结构焊接规范)
Det norske Veritas DnV Rules for the Design Construction and Inspection of
Offshore Structures
挪威船级社近海结构物的设计、建造和检验规范
Appendix A Environmental Conditions
(附录A 环境条件)
Appendix B Loads
(附录B 荷载)
Appendix C Steel Structures
(附录C 钢结构物)
Appendix D Concrete Structures
(附录D 混凝⼟结构)
Appendix E Hydrostatic Stability and Anchoring
(附录E ⽔静⼒稳性及锚泊)
Appendix F Foundations
(附录F 地基)
Appendix G Dynamic Analysis
(附录G 动⼒分析)
Appendix H Marine Operations
(附录H 海上操作)
Appendix I In Service Inspection
(附录I 使⽤期的检验)
Appendix J Documentation
(附录J ⽂件)
3. 规范和标准的应⽤
下⾯简述规范和标准的应⽤中应注意的问题。
进⾏平台结构设计时，应特别注意强制性标准和推荐性标准的区别。
以下内容制定为强制性标准：
1）有关国家安全的技术要求；
2）保障⼈体健康和⼈⾝、财产安全的要求；
3）产品及产品⽣产、储运和使⽤中的安全、卫⽣、环境保护、电磁兼容等技术要求；4）⼯程建设的质量、安全、卫⽣、环境保护要求及国家需要控制的⼯程建设的其他要求；
5）污染物排放限值和环境质量要求；
6）保护动植物⽣命安全和健康的要求；
7）防⽌欺骗、保护消费者利益的要求；
8）国家需要控制的重要产品的技术要求。
强制性标准分为全⽂强制和条⽂强制两种。
当标准的全部技术内容需要强制时，为全⽂强制形式。
对于全⽂强制形式的标准在“前⾔”的第⼀段以⿊体字写明：“本标准的全部技术内容为强制性。”
当标准中部分技术内容需要强制时，为条⽂强制形式。
对于条⽂强制形式的标准，根据具体情况，在标准“前⾔”的第⼀段及有关部分以⿊体字写明强制的章、条及有关内容。
下⾯简述可以直接利⽤的标准设计。
⽬前可以直接利⽤的标准设计及有关⽂件：
1）《平台标准化设计规定》
api设计该⽂件主要涉及平台标准化设计，这⾥不拟详细叙述。
2）《渤海钢质固定平台设计规定》
本标准⽬前仅适⽤于渤海海域钢质固定式平台，对在其他海域的应⽤，应做适当的调整和补充。
本标准将会逐步充实﹑完善，⼒求成为整个中国海域海上钢质固定平台结构设计的指导性⽂件。
⼆、国内外优秀设计和科技⽂献资料的应⽤
在设计、施⼯中参考国内外优秀设计，能提⾼设计质量和效率，在加快⼯程进度、降低造价、保证安全等⽅⾯有着明显的经济、社会效益。因此，在平台结构设计中应尽量参考国内外优秀设计。
为了跟踪国内外先进⽔平，科技⽂献和资料也可以供设计时参考。
参考⽂献[1]~[9]可供平台结构设计时参考。
参考⽂献[10]~[11]可供计算波浪⼒时参考。
其他参考资料可参见有关科技期刊，学术会议（如OTC等）论⽂集，出国考察报告等。
第四节固定设施的类型
下⾯简述固定设施的类型。
⼀、固定设施的类型
海上油⽥的⽣产必须以固定设施为基地。固定设施是指建⽴在海上的固定建筑物。固定设施的⼯作年限较长，⼀般都在15年以上，⽽且在使⽤期内⼜不能移动，所以固定设施的安全性和可靠性⾮常重要，它要承受在使⽤期限内该海域可能出现的最⼤环境荷载，⽽且要在最恶劣的环境条件下能够⽣存和继续⼯作，否则将造成严重的⼈员伤亡﹑设备损失、油⽥停产与环境污染等危害事件。
由于海上固定设施是⽤于海底⽯油开发及采油﹑储运等⼯作以及⼯作⼈员的⽣活居住，加上海洋⽔深及海况的差异、油藏⾯积的不同、开采年限不⼀，因此固定设施类型众多。其分类⽅法也是仁者见仁，智者见智。在不同的⽂献资料中，有不同的分类⽅法。为了保持海洋⽯油系统内部⽂献的统⼀性，采⽤海洋⽯油系统常⽤的分类⽅法。根据这种⽅法，固定设施基本上可分为五⼤类：