淺談鋼結構在火電廠設計中的應用

摘要：在國民經濟快速、穩定的增長時期，各地新建了許多電廠，國民經濟的迅速發展也得到了充分的保障。但考慮到很多電廠都需要建在地質條件復雜、地震烈度較高的地區，業主對電廠施工工期的迫切等因素，設計師們采用了抗震性能優越、施工周期短、施工安裝靈活等諸多優點的結構型式－鋼結構。本文介紹了火電廠結構設計工作中鋼結構設計的一些經驗。

關鍵詞： 火電廠 鋼結構 概念設計 結構分析

1、判斷結構是否適合用鋼結構

鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。

2.、結構選型與結構布置

由于火電廠專業多、配合多、工藝復雜等特殊性，為了滿足工藝專業的功能需要，經常需要構思出一些非常規的結構類型，這就需要一定的工程經驗的積累及對“概念設計”具備一定深度的理解的工程人員，發揮主觀能動性創造出經濟、實用的工程設計，亦為后人提供了參考、借鑒的實例。

鋼結構通常有框架、平面(木行)架、網架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式，火電廠中應用較多的是框架、桁架結構型式。

結構選型時，應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網架。雪壓大的地區，屋面曲線應有利于積雪滑落，有利于釋放總雪載，降雨量大的地區相似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節點剛接的框架有更好的經濟性。

結構的布置要根據體系特征，荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般地說要剛度均勻、力學模型清晰、盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎，柱間抗側支撐的分布應均勻，其形心要盡量靠近側向力(風震)的作用線，否則應考慮結構的扭轉。結構的抗側應有多道防線，比如有支撐框架結構，柱子至少應能單獨承受1/4的總水平力。國內一些較大機組的主廠房的設計就是采用鋼結構加支撐的結構型式，有利于主廠房的抗震。

3、預估截面

結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

鋼梁可選擇槽鋼、工字鋼、焊接H型鋼截面等。根據荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規范中局部穩定的構造規定預估。

柱截面按長細比預估. 通常50<λ<150， 簡單選擇值在100附近。根據軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。

除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構工程師應該根據構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。

4、構件設計

構件的設計首先是材料的選擇， 比較常用的是Q235(類似A3)和Q345(類似16Mn).。通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理，經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面， 當強度起控制作用時，可選擇Q345; 穩定控制時，宜使用Q235。

構件設計中，現行規范使用的是彈塑性的方法來驗算截面，這和結構內力計算的彈性方法并不匹配。當前的結構軟件，都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步，一些軟件可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級.并自動重新分析驗算，直至通過。

5.、節點設計

連接節點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節點的形式有充分思考與確定。按傳力特性不同，節點分剛接，鉸接和半剛接。

連接節點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法， 初學者可偏安全選用前者，設計手冊中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用，比較方便， 也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成。

具體設計主要包括以下內容：

5.1焊接: 對焊接焊縫的尺寸及形式等，規范有強制規定，應嚴格遵守。焊條的選用應和被連接金屬材質適應。

焊接設計中不得任意加大焊縫。 焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近，其他詳細內容可查規范關于焊縫構造方面的規定。

5.2栓接：鉚接形式，在建筑工程中，現已很少采用。

普通螺栓抗剪性能差， 可在次要結構部位使用。

高強螺栓，常用8.8s和10.9s兩個強度等級，根據受力特點分承壓型和摩擦型，兩者計算方法不同。 高強螺栓最小規格M12，常用M16~M30， 超大規格的螺栓性能不穩定，設計中應慎重使用。

5.3連接板: 可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm. 然后驗算凈截面抗剪等。

5.4梁腹板: 應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪.承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓。

5.5節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。

6、總結

鋼結構雖然有諸多優點，但它也有很多弊端，例如：鋼材價格比較昂貴、耐火性能差、某些偏遠地區鋼材及鋼結構成品運輸困難、鋼結構節點復雜等，因此，業主往往會對比鋼結構和混凝土結構的適用性而因地制宜地選擇。

參考文獻

［1］《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)

［2］《多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖》(01SG519)

［3］《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)

［4］《火力發電廠土建結構設計技術規定》(DL5022-2009)

［5］《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)

［6］《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205-2001)

［7］《建筑鋼結構焊接技術規程》(JGJ81-2002)

［8］《鋼結構設計手冊》(第三版)