淺析骨架式除塵裝置鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

侯世紅 王明浩 安長偉

【摘 要】 本文介紹骨架式除塵裝置鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案、材料、節(jié)點選擇和設(shè)計計算方法，為設(shè)計出經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠提供參考。

【關(guān)鍵詞】 鋼結(jié)構(gòu) 荷載 結(jié)構(gòu)體系 材料

1 引言

隨著環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，以長袋低壓脈沖除塵器、分室反吹袋式除塵器和靜電除塵器為代表除塵裝置大型化并多以戶外型存在已成不爭事實。以箱形結(jié)構(gòu)為除塵空間除塵器殼體多為骨架式鋼結(jié)構(gòu)。除塵裝置殼體不僅要形成高效除塵功能還具有先進(jìn)承載結(jié)構(gòu)與安全經(jīng)濟(jì)運行條件。隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)水平日益提高，支承骨架式除塵裝置鋼結(jié)構(gòu)支座得到廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)是影響骨架式除塵裝置安全和經(jīng)濟(jì)性能重要部件，目前關(guān)于骨架式除塵裝置特殊設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)并不成熟，本文對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案、材料、節(jié)點選擇和設(shè)計計算方法進(jìn)行總結(jié)并提出設(shè)計要點建議。

2 骨架式除塵裝置鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

骨架式鋼結(jié)構(gòu)多由柱、梁、板、支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支座等組成，除塵工藝裝置荷載分布與體系科學(xué)分解，由梁與柱傳遞至設(shè)備基礎(chǔ)。支座由柱子及柱間支撐組成。箱體及支座組成牢固的空間結(jié)構(gòu)體系，承擔(dān)各種外力作用。骨架式鋼結(jié)構(gòu)要保證殼體鋼結(jié)構(gòu)強度與穩(wěn)定性，支持除塵工藝裝置完成氣體除塵與凈化功能，承擔(dān)除塵器支承、安裝和安全防護(hù)。

2。1 形式與結(jié)構(gòu)選擇

按箱體與支架連接方式分為帶活動支座結(jié)構(gòu)及箱體與支架連為一體結(jié)構(gòu)。鋼支座常用結(jié)構(gòu)有框架體系、柔性支座體系、框架支撐體系鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時首先應(yīng)根據(jù)鋼支座幾何高度、作用荷載的大小、運行操作空間選擇最合理結(jié)構(gòu)體系方案。骨架式除塵裝置自重大，在地震作用時會產(chǎn)生較大水平力，結(jié)構(gòu)體系包括兩個抗力系統(tǒng)，即抗重力系統(tǒng)和抗水平側(cè)力系統(tǒng)。

2.1.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)由梁與柱構(gòu)成。結(jié)構(gòu)特點是空間布置靈活、安裝方便，但抗側(cè)剛度較小，耗鋼量較大，經(jīng)濟(jì)性較差。適用于運輸空間無法設(shè)置支撐工程。

2.1.2 柔性支座

柔性結(jié)構(gòu)由支撐與柱構(gòu)成。骨架式除塵裝置沒有設(shè)置活動支座，將骨架式除塵裝置立柱支承連接在若干根豎直鋼支柱上，支柱間沒有連梁，每榀支座最多只有一根立柱斜撐限位，其它支柱可隨骨架式除塵裝置殼體熱膨脹移動。結(jié)構(gòu)相對簡單，耗鋼量最少，但受到斜撐角度限制。一般用于支座高度在 4-6m范圍工程。

2.1.3 框架支撐

框架支撐是指在框架結(jié)構(gòu)中布置豎向支撐的形式，以傳遞水平荷載和保持框架體系的剛度。支撐體系剛度大、構(gòu)造簡單、耗鋼量較小，適用于各種高度的支座，是目前最常用的結(jié)構(gòu)。

2.2 材料選擇

2.2.1 鋼材強度等級

鋼材強度等級根據(jù)截面不同控制而合理選擇。當(dāng)計算梁柱截面為強度控制時選用較高強度等級鋼材。梁柱截面為變形或穩(wěn)定控制時優(yōu)先選用較低強度等級鋼材。 當(dāng)梁柱截面為變形或穩(wěn)定控制時應(yīng)優(yōu)先選用較低強度等級鋼材。一般情況下骨架式除塵裝置鋼支座立柱選用Q345 鋼，其它構(gòu)件選用 Q235 鋼，結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)合理性較好，可節(jié)省鋼材 15%。

2.2.2 截面形式

構(gòu)件截面形式較多，受力性能差異較大，設(shè)計時可根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和受力情況合理選擇。常規(guī)骨架式除塵裝置鋼支座各構(gòu)件主要承受軸心力作用，對軸心受壓柱，從經(jīng)濟(jì)方面考慮采用雙軸對稱截面。根據(jù)制造省工原則優(yōu)先采用型鋼，若柱兩方向計算長度相等采用鋼管較易滿足等穩(wěn)定性要求，但鋼管柱在與其它相鄰構(gòu)件連接時，構(gòu)造往往較復(fù)雜且其價格亦相對較高。若柱兩方向的計算長度相差較大且荷載不太大時采用工字鋼。當(dāng)框架支撐體系中支撐按拉桿設(shè)計時，截面形式主要應(yīng)按強度條件考慮，避免過于柔細(xì)。若無其它條件限制在滿足強度條件同時，構(gòu)件截面應(yīng)配合剛度條件要求，盡量開展，選用寬肢薄壁材料。

2.3 節(jié)點連接設(shè)計

2.3.1 梁柱連接

目前在實際工程中梁與柱的連接有剛性連接和鉸接連接。剛性連接剛度大，能承受設(shè)計要求的彎矩，但構(gòu)造復(fù)雜、費用較高，一般只用于框架結(jié)構(gòu)。鉸接連接構(gòu)造簡單、傳力簡捷、施工方便，框架支撐結(jié)構(gòu)中可采取鉸接連接。

2.3.2 柱腳連接

柱腳分為剛性連接和鉸接連接兩種類型。剛性柱腳雖然剛度大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般較少采用。鉸接柱腳對柱基沉降的適應(yīng)性較強，而且施工方便、計算簡單、受力明確，經(jīng)計算分析，在框架支撐體系中應(yīng)用較為經(jīng)濟(jì)合理。

2.4 荷載計算

荷載計算依據(jù) GB50009-2001。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》；GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和GB50191-93《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行。

除塵器支架承擔(dān)著垂直荷載和水平荷載。重直荷載由上部箱體傳來，同時考慮支座自重；水平荷載由風(fēng)荷載或地震產(chǎn)生。在帶活動支座的支座結(jié)構(gòu)中還應(yīng)承擔(dān)由于溫度變化引起箱體伸縮產(chǎn)生水平摩擦力，摩擦力可由支座頂部橫梁來承擔(dān)。在箱體與支架連為一體結(jié)構(gòu)中不必考慮由于溫度變化引起箱體伸縮而產(chǎn)生力，支架柱頂部沒有活動支座，支架柱頂部可隨箱體一起做少量位移，對箱體沒有約束，不產(chǎn)生伸縮摩擦力。結(jié)構(gòu)要求支座支撐結(jié)構(gòu)布置合理使箱體中心點成為不動點，其余各點均能自由伸縮，同時使結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定體系。荷載類型及其取值是保證骨架式除塵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計安全和經(jīng)濟(jì)重要參數(shù)。在鋼支座設(shè)計中必須掌握各種荷載特性和量值及可能出現(xiàn)荷載組合，以確定合適布置形式及經(jīng)濟(jì)截面選擇。

2.5 其它

2.5.1 焊縫質(zhì)量

焊縫質(zhì)量等級分一、二、三級，檢驗等級分 A、B、C 三級，評定等級分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別。檢驗等級就是檢驗方法，全焊透一、二級焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗，一級焊縫探傷比例為 100%，二級焊縫為 20%。超聲波探傷檢驗等級參照建筑鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)檢驗等級確定后根據(jù)檢測出來結(jié)構(gòu)進(jìn)行等級分類，評定等級，一、二級質(zhì)量等級焊縫對應(yīng)評定等級分別為Ⅱ、Ⅲ級。設(shè)計中不能將符號寫錯，否則將引起檢驗上的爭議。對于鋼材等強對接用剖口熔透焊縫應(yīng)不低于二級；對于角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)不低于三級。

2.5.2 涂裝

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼材表面除銹等級一般為Sa2.5 級。手工和動力工具除銹等級只有 St2、St3兩種。噴射有利于鋼材與涂料的粘接，還可消除部分殘余應(yīng)力優(yōu)先選用。防銹涂層由底漆、中間漆、面漆組成，涂料與除銹等級相匹配并指定涂膜厚度。

3 結(jié)束語

骨架式除塵裝置鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計只有充分考慮除塵器結(jié)構(gòu)特點，從設(shè)計方案、材料、節(jié)點選擇每一環(huán)節(jié)進(jìn)行合理選型和科學(xué)計算才能使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計既經(jīng)濟(jì)合理，又安全可靠，在市場競爭中立于不敗之地。

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