钢结构在火电厂设计中的应用

钢结构在火电厂设计中的应用

李星雷

中国电建集团核电工程有限公司（山东鲁能光大钢结构有限公司）山东 济宁市 272000

摘要：本文首先阐述了钢结构主厂房结构设计的基本原则，并以山东省某新建火电厂主厂房钢结构工程项目为例分析钢结构在火电厂设计中的应用，以供参考。

关键词：火电厂；钢结构；主厂房

引言：针对火电厂钢结构厂房而言，其占据较大的空间，从力学结构上看，也比较复杂，厂房中通常会配置一些重型机械设备。正因如此，令其在结构设计上同其它类型的厂房之间有所不同，这便对结构设计人员提供提出了一定的要求，应具有较强的专业能力，唯有在设计中采用合理的设计方法，确保设计的科学性，方能加强结构整体的稳定性。

一、钢结构主厂房结构设计的基本原则

首先，主厂房结构和节点、汽机房运行平台层与煤仓间处于22层之下部分应进行水平方向支撑的设计，除氧煤仓间的梁与柱是彼此进行连接的，并且在两者的连接上应用了刚接的方式，其余连接的部分应用铰接的方法，在每列中设置对应的杆间支撑，针对比较特殊的结构，对于承载力要求偏高的煤仓间框架柱采取刚接方法，其余部分采取铰接的方法。其次，一般状况下，汽机房其中所涉及的运转层基本上是采用大平台结构，从水平上来看，宜选择平台中的梁、柱及其主厂房房体结构共同所组成的一个承重体系，平台中的梁、柱间进行铰接。从垂直方向来看，平台中的梁、柱进行刚接。

二、火电厂厂房设计中钢结构的实例分析

（一）工程概况

山东某新建火电厂，其主体厂房建筑采用钢结构。而其中的框架系统，则采取了柱间支撑的设计方案，这样就能够降低水平侧力效应，从而使得厂房结构拥有了良好的稳定性。从横向设计出发，由于总体上所采取铰接的设计方法，为使在水平方向上对作用力传输的实际需求得到了较好的实现，所以针对混凝土不足部分的楼层增加了相应的水平钢支撑。实际设计中，针对主厂房建筑物屋面和煤仓屋面，都使用了镀锌压型钢材作为底膜，厚度是1.2mm，而针对底膜则进行钢筋混凝土板的施工，厚度是100mm。采用圆柱头焊接钉作为连接件，这样就可以对刚性楼板架构的变形力进行有效承受。

（二）火电主厂房钢结构的设计

1.整体结构设计

针对火电厂主厂房，其钢结构组成中通常包楼面结构、横向钢构架和纵向钢构架。针对煤仓和汽机房，在设计方式上采取横向钢结构，并对钢构架进行了应用，以实现垂直支撑的增设。关于横向钢结构，进行铰接，构件就截面而言较小，但刚度偏大，连接也具有一定的可靠性。针对横向钢结构与楼板，二者可以传递相应的水平受力。在纵向结构设计过程中，所使用的屋面支撑体系为垂直支撑方式，二者间应具有一定协调性，成为主体构造。针对柱结构来说，就横向和纵向受力弯矩而言，有着相当大的差异，为了有效保证界面更加良好的稳定性，就必须进行纵向水平柱的设置，这样可以有效缩减相应的纵向计算长度。就楼面结构而言，针对汽机房与煤仓，均采用压型钢板底膜，而楼面梁系采用横梁的设计，针对梁顶予以剪力键设计方式，这样可以使梁断面有所减小。因为煤仓承受的载荷通常比较大，通常是将纵梁当作主梁，此种设计下柱结构相应承受的附加弯矩便会变小。就楼面结构设计而言，一般都是采取水平支撑的方式确保结构整体较好的稳定性，加大水平力的传递，从而给结构的稳定性奠定基础。其中相应的连接位置一般都是进行铰接联合支撑，这样可以令高载荷的要求得到满足。就横向钢结构的设计来说，因为工艺上的不足，部分构件并没有进行垂直支撑上的设计，所以在楼面布置中也应予以水平支撑，这样从刚性较小的钢构架上所受到的水平力，便会传递到刚性更大的钢构架上。

2.连接节点设计

在钢结构厂房设计中，连接节点的设计是其中比较关键的环节，且具有一定的复杂性，主要包含：首先，节点板和支撑之间的连接，连接破坏模式应实施严加的检查校准，对构架相应的受力和受压屈服能力加以计算。同时实施弹性计算，选取相应节点予以高强度螺栓进行连接。实际设计过程中，同支撑杆件搭设对比，连接角铁在净面积上更大，同时结合节点板对于螺栓孔所形成的承压大小也实施了一定的测算，这样可以保证连接角铁的螺栓孔端距断裂，与结构的基本特点相符合。针对弹塑性予以计算以前，首先需要对高强度螺栓相应的承载力极限与连接角钢的净截面断裂实施再次的计量，并予以校验。然后，对于节点板与框架梁柱之间的连接，应实施弹性计算，对连接位置相应的作用力加以确立，这样才能结合摩擦的类型进行高强螺栓的选取。进行弹塑性计算之前，首先应对螺栓的承载力极限加以计算，应用T形对接的方法针对节点板实施焊接处理。最后，梁端连接。主要分成如下几类不同的情况：一类是主梁与次梁间的连接，一般使用标准角钢进行连接，使用高强度螺栓进行连接。与角钢进行连接的外伸肢一般为长肢，而内肢通常为短肢。对于外肢来说，它与主梁腹板间的距离应该确定大约为1.5mm，然后使用焊接的方法与次梁腹板进行连接。另一类为不进行垂直支撑的相主梁梁端连接设计，一般应该增加连接角铁相应的长度，令其偏心有所下降。如果梁端受到的剪力小于抗剪承载力的一半，那么通常计算连接，如果个别梁偏高，应结合具体剪力进行计算。而最后一类则是进行与主梁梁端连接的设计，通常使用双排螺栓的设计方法，然而角钢内肢应不超过120毫米，大于便需要进行切肢处理。上下垂直支撑均应在自然平衡状况下完成梁端连接的计算，通常结合承载力极限实施相应的计算。若是跨中存在V型撑梁，则需要进行垂直支撑不平衡力的计算。此外，还应该根据板件的厚薄和宽窄进行严格控制，并适当强化梁翼缘表面对应的约束功能，以形成对钢杆连接变形能力的有效提升。但如果是由于板件所具有的厚薄或宽窄比较大，便会造成对梁翼缘承载力的增加，也就比较易形成断裂的问题。所以，必须确定对应的宽厚比契合于相关的技术规范，有效规避给梁柱的连接造成影响。

3.汽机房和锅炉部分的设计

对于汽机房与锅炉部分，通常都要实施水平支撑的设计。针对除氧煤仓相应的框架，梁柱之间的连接进行刚接，其余位置进行铰接，因此需要针对每列进行梁间支撑的设计。具体工程设计中，对于构造较为特殊的煤仓，煤仓框架柱便实施刚接，这样可以承受更大的重量，而其它部分则使用铰接的方式便可。火电厂房设计中，在一般情况下，汽机房运转使用大平台基本结构，从水平方位上考虑，主厂房主体结构、大平台的梁与立柱、梁间的支撑构件，共同组成了整体承载系统。在这里面，平台的梁与柱一般使用铰合的设计方式，就垂直方面来说，梁和柱一般使用铰合的设计方案。对楼层结构予以设计时，所采用的设计方式通常都是钢柱连接和现浇筑混凝土板相互组合。锅炉部分设计时，因为其中所涉及的锅炉构件多少都是由锅炉厂予以提供，所以通常情况下都采用的是岛式构件实施锅炉的设计。在主厂房构架和锅炉，二者间应加设相应的转层通道，遵循设计规定，设计相应数量的通道。针对钢结构后的锅炉炉架，可以进行分开设计，确保二者间彼此独立。锅炉部分的电梯井通常在锅炉的前侧面进行设置，这样所承受的水平载荷能够借助相应的路径分散至炉架上。

结束语：钢结构是火电厂主厂房设计中通常采用的一种结构形式，实际设计中，应结合工程的具体情况选取合适的材料，并且采用一定的措施确保钢结构足够的强度与稳定性。设计人员应努力提高自身的专业能力，保证钢结构厂房足够的安全性，以为火电厂的良好运行提供保障。

参考文献：

[1]李林.发电厂钢结构设计分析[J].2019.

[2]李春宏,崔玉奎,王进.火电厂锅炉钢结构防腐工艺要点及关键技术措施[J].神华科技,2019,17(1):3.

[3]李雨阁,付艳锋,李云飞.钢结构设计在房屋设计中的重要性与策略探讨[J].居舍,2019(11):1.