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1、电厂钢结构厂房设计思路 电厂钢结构厂房设计思路 【摘 要】随着社会经济和技术的开展，钢结构在电厂中的应用越来越广泛。本文从结构选 型与布置、预估截面、结构分析、工程判定、构件设计和节点设计等几个方面阐述了钢结构 厂房的设计思路。 【关键词】电厂 钢结构 厂房 设计 1 前言 随着社会经济和技术的开展，国内电力建设获得了快速开展，火电机组容量不断增大，同时国外火电工程不断增多，钢结构在电厂中的应用越来越广泛，本文从结构选型与布置、预估截面、结构分析、工程判定、构件设计等各方面阐述了钢结构厂房设计的要点。 2 结构选型与布置 在钢结构设计的整个过程中应强调的是“概念设计，它在结构选型与布置阶段尤其
2、重要。对一些难以作出精确分析或标准未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。 运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比拟与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可防止结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在?结构概念和体系?一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。电厂中的钢结构主要是框架、框架-支撑、桁架、网架等结构形式，其理论与技术大都比拟成熟。结
3、构选型时，应考虑它们的不同特点。例如，建筑和工艺允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。 地震作用对于框架柱的影响，主要取决于框架柱轴压比、长细比及柱的截面尺寸等，当承受轴压比拟小时，柱的延性 较大， 具有充分的变形能力，反之，柱的延性较小。另外， 在结构构件的塑性阶段， 结构的某些部位将会屈服， 并形成具有一定转动能力的塑性铰，在设计框架时，将框架设计成强柱弱梁体系，使结构倒塌时，塑性铰出现在梁上，而柱子除柱脚外，保持为弹性体系，以使框架具有较大的吸能能力。为此，为保证塑性铰出现在梁端，框架柱的截面塑性抵抗矩应大于梁截面塑性抵抗矩。 厂房抗震设计时，框架结构通常要布置
4、柱间支撑，支撑在竖向宜连续布置， 使结构的受力和刚度变化均匀， 支撑的形式和布置在竖向宜一致，并延伸至根底，以便将水平力传至根底。支撑的抗侧力与长细比有关，短粗杆件在地震作用下的塑性铰转动和剩余挠度都小于细长杆件，所以产生的弯矩较小，抗震性能较好。因此，支撑杆件的长细比应小于标准允许长细比。 3 预估截面 结构布置完成后，需对构件截面作初步估算，主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的初选。钢梁可选择轧制或焊接H型钢截面、工字钢等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的l/151/30之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按限值确定时，可防止钢梁的整体稳定的复杂计算。确定了截面高度和翼缘宽度
5、后，其板件厚度可按标准中局部稳定的构造要求预估。柱截面按长细比预估，长细比通常为50150。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管、H型钢截面或箱型截面等。对于不同的结构类型，标准中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构所特有的板件的局部稳定问题，在普钢标准和轻钢标准中的限值有很大的区别。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应根据构件的受力情况，合理的选择平安经济美观的截面。 4 结构分析 目前钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析，特殊情况时考虑P-效应。一些有限元软件可以局部考虑几何非线性及钢材的弹塑性性能，这为更精确的分析结构提供了条件。电厂中的钢结构分
6、析一般采用PKPM结构设计软件中的STS钢结构设计模块或者STAAD Pro软件。并不是所有的结构都需要使用软件，典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。简单结构通过手算进行分析。复杂结构才需要运用程序建模并做详细的结构分析。 厂房钢结构进行抗震分析时，需要控制结构的变形，有以下一些方法： 1减小梁的变形，但应注意，一旦加强梁的刚度，塑性铰可能移至柱上； 2减小节点区的变形，可通过改用腹板较厚的柱或局部加固节点来实现； 3加强支撑的侧向刚度，可通过增加支撑数量或增大支撑的截面来实现； 4增加柱子数量，因为结构侧移大小与抵抗层间剪力的柱子数量成反比，且增加柱子数量，可减小梁的跨度，从
7、而增加梁的刚度。 5 工程判定 工程软件给设计带来了很多便利，提高了工作效率，但是软件分析完之后，工程师还应对软件输出的结果做“工程判定，判断软件分析结果的合理性。比方，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定选择修改模型重新分析，还是修正计算结果。不同的软件会有不同的适用条件。此外，工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离，为了获得实用的设计方法，有时会用误差较大的假定，但对这种误差，会通过“适用条件、概念及构造的方式来保证结构的平安。钢结构设计中，“适用条件、概念及构造是比定量计算更重要的内容。工程师不应该过分信任与依赖计算软件。注重概念设计和工程判定是防止误用计算软件造成
8、结构破坏而引起灾难的重要方法。 6 构件设计 构件的设计首先是材料的选择，比拟常用的是Q235和Q345。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。当强度起控制作用时，可选择Q345，稳定控制时，宜使用Q235。 当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能，但是利用软件在做构件的截面验算时，计算长度系数的取定有时会不符合标准的规定。所以，对于节点连接情况复杂或变截面的构件，我们应该逐个检查，对于不合理的应该人工修改。 截面验算后，通常会遇到某些构件预估的截面不满足标准要求，就需要加大构件截面。但是加大截面应该分以下两种情况区别对待： 强度不满足时，通常加
9、大组成截面的板件厚度，其中，抗弯强度不满足加大翼缘厚度，抗剪强度不满足加大腹板厚度。 变形超限时，通常不应加大板件厚度而应考虑加大截面的高度，否那么会很不经济。 7 节点设计 连接节点的设计是钢结构设计中的重要内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须防止。按传力特性不同，节点分刚接、铰接和半刚接。常用的参考书推荐有丰富的节点做法及计算公式。连接的不同对结构影响甚大。比方，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大的整体转动，不符合结构分析中的 假定，会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果
10、。连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用，比拟方便，也可以使用结构软件的后处理局部来自动完成。 抗震设计时，根据标准的要求，节点连接的承载力设计值不应小于其连接构件的承载力设计值。 8 结语 综上所述，在电厂钢结构厂房设计时，应该重视概念设计，从结构选型与布置开始，到最后的节点设计，把握好每一个环节，只有这样，才能设计出经济合理、平安适用的结构。 参考文献 【1】?建筑抗震设计标准? 【2】?钢结构设计标准? 【3】?火力发电厂土建结构设计技术规程? 【4】?钢结构设计手册? 【5】?钢结构连接节点设计手册? 【6】?结构概念与体系?