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火电厂钢结构厂房设计分析

编辑:袁沈 来源:中国知网 时间:2017-04-20 13:41:03 浏览次数:

摘要:钢结构厂房在火电厂建设中比较常见,为满足社会生产生活对电力能源的需求,火电厂建设规模在不断增人,相应厂房作为主要建筑,为满足实际建设要求,也需要在原有基础上对设计力案进行优化分析。结合钢结构厂房特点,从结构选烈、材料选择以及计算于段等力面进行优化分析,争取在满足基础功能需求的同时,提高火电厂建设合理性和经济性。本文结合实例对火电厂钢结构厂房设计要点进行了简单分析。

     近年来火电厂项目数量不断增多,厂房作为主要建筑,钢结构形式也更为多样化,在实际设计时,需要结合火电厂发展要求,合理确定结构形式,并搭配专业工艺和技术,在满足基础功能应用前提下,降低安装施工难度,提高厂房结构安全性与可靠性。对钢结构厂房进行科学设计,消除刚度不均匀问题,提高结构抗震性,并要采取有效措施来对钢结构薄弱环节进行优化设计,对提高厂房结构设计综合效果具有重要意义。


钢结构火电厂


1火电厂钢结构厂房设计分析
    常见火电厂厂房钢结构形式为梁柱纵横向均为铰接的钢支撑一框架体系,以及梁柱纵向铰接、横向刚接的钢支撑一框架体系,两种结构形式受力特点不同,设计要求也存在很大差异,在实际建设中需要根据实际情况选择。但是无论是采用何种结构体系的火电厂钢结构厂房,均具有以下特点:
     (1)钢结构厂房规模大,且结构形式复杂度高,为满足生产作业要求,内部空间设计灵活性大,既存在可以供桥式吊车行走的大空间,也存在儿米小空间,形体设计不规则特点使得结构整体抗震性能降低[1]。
     (2)结构纵横向立而均匀度低,各榀钢框架结构设计随意性大,即便是同一钢框架内的主要支撑结构也不是均匀分布形式,甚至存在部分非连续设计结构。同时,结构平而设置不均匀,各楼层结构布置差异性大,基本上不存在标准层,并且楼层平而存在打开孔、凹凸角问题。

     (3)钢结构荷载类型多样化,荷载大且分布复杂,如结构自重、楼而均布恒载、管道荷载、设备恒载、楼而均布活载、设备检修活载、墙板荷载等,各类荷载分布复杂度高,并且不同设备荷载大小差异性大,再加上沿结构高度布置不均匀,最终导致结构质量分布均匀性差[2]。


钢结构厂房


2火电厂钢结构厂房设计要点
2. 1厂房布置要求

    在选择钢结构厂房形式时,需要结合厂房布置特点进行综合分析,保证钢结构设计结果可以满足实际应用需求。一般厂房结构包括外墙围护、各层楼而、梁柱、屋架、框架等部分,设计时需要对各类生产活动进行分析,结合实际情况对各层平而布置和空间组合进行科学设计,最后基于厂区所处自然环境,确定外观造型四。厂房布置方法与生产运行、结构设计以及建设费用各方而有着密切联系,要对火电厂生产流程、运行、维护以及检修等作业特点和维护要求进行综合分析,结合钢结构形式来确定。对生产管线、通道进行合理规划,同时还要兼顾采暖通风、采光照明要求,为不同生产环节预留出足够空间的同时,保证内部所有设备安排规划的合理性,提高生产运行安全性与经济性。


2. 2厂房结构形式
    (1)横向刚接,纵向铰接。横向将汽机阀门式钢架作为横向主体受力结构体系,提高结构受力稳定性,确保结构可以有效承受各种竖向与水平荷载,保证结构抗侧刚度达到实际应用需求,减少侧向变位。另外,也可以将整个横向结构确定为刚接、纵向铰接且加垂直支撑形式,如果厂区处于地震区,应选择用偏交支撑,代替普通轴交支撑,来提高垂直支撑耗能能力,保证结构具有较高抗震性能。
    (2)横向刚接,纵向跨刚性跨。即对结构横向应用刚接形式,而纵向则根据计算结果来确定跨刚性跨数量,可以避免垂直支撑的设置,在实际应用中工艺更为简单,适用于水平荷载较小的钢结构厂房。
    (3)纵横均铰接且设置垂直支撑。此种结构连接方式复杂性低,在加工制造、安装方而具有很大优势,能够大幅度缩短施工工期,且结构受力特点明确,可以充分发挥钢结构材料强度,所需钢材数量少,与其他结构形式相比经济性更高。但是此种连接方法需要设置较多的垂直支撑,安装作业要求严格,且对厂房内部布置有着较高要求,会对内部设备管道设置产生一定限制,需要提前与工艺联合进行综合分析,保证结构设计的安全性与合理性。

    (4)横向刚铰接混合,纵向铰接加垂直支撑。选择此种结构形式来对火电厂钢结构厂房进行设计,需要结合工艺特点,来对横向设置一定数量垂直支撑,对于不能设置支撑部分,则需要按照刚接方式处理,能够有效解决结构设计与工艺布置间存在的问题,提高厂房设计综合效果[4]。


2. 3厂房结构计算
    (1)计算原则。火电厂钢结构厂房空间结构主要山纵横承重体系组成,梁柱多为H型钢,可以按照平民计算,平而外进行校核,并根据生产工艺特点,遵循静力结构和动力结构相互分开原则计算。为避免因纵横受力体系不完整,造成的平而计算结果与实际情况差异较大,应选择应用空间计算方法,空间计算模型中设置水平钢支撑来分析。

    (2)分析模型:①平而结构空间协同分析模型。将厂房结构划分成多个正交或斜交平而抗侧力结构,但是能够对任意方向水平荷载与水平地震作用,即所有正交或斜交抗侧力结构均参与工作,且按照空间位移协调条件来对水平力进行分配。假设楼板自身平而刚度无限大,则此种结构分析模型适用于框架结构、排架结构、框排架结构、剪力墙结构等计算分析,②三维空间有限元分析模型。将厂房结构看作为空间体系,梁、柱、支撑结构均应用空间杆单元,其中剪力墙单元模型现在已经应用的有空间膜元模型、薄壁杆件模型等。另外,可以假定楼板结构弹性,或者其自身平而内刚度无限大,甚至可以假定楼板无限制分块进行分析[5]。将节点位移作为未知量,利用矩阵位移法来形成线性方程组完成计算求解。


门式钢结构厂房


3火电厂钢结构厂房设计实例
3. 1工程概述

    以广州火电厂钢结构厂房为例,其厂房主要包括汽机房和煤仓间两部分,受工艺限制未设置除氧间。纵横长度分别为80m与45 m,纵向柱间距为13m和8m,汽机房横向长度32m.煤仓间横向长度为14m。另外,厂房外墙结构选择应用压型钢板进行密封处理,并且就汽机房与煤仓间分解部位设置填充墙。另外,为满足实际生产作业要求,厂房内设置一台跨度为28.5 m,规顶标高为25. 6m的桥式起重机。厂房钢结构炉前平台和锅炉钢架进行有效连接,且炉前平台选择应用滑动支座支撑在锅炉钢架上,避免两者间相互影响,两部分可以分开计算。对此钢结构厂房进行设计,除了要按照专业标准进行分析外,还需要根据实际情况,对各项专业参数进行适当调整,按照8度抗震要求设防。


3. 2厂房结构设计

    (1)柱间垂直支撑。基于结构整体受力特点,在针对柱间垂直支撑进行设计时,需要结合管道布设、机械设备安装运行进行综合分析,保证设计方案合理性。最终确定将垂直支撑设置在设备荷载承受较大位置,但是会受到工艺影响,最终仅能作用于34.5 m皮带层,无法实现屋而全而贯通。利用专业模型对各项参数进行计算分析,确定该方案可以提高厂房结构性能,最后在横向框架煤仓间皮带层下贯通设计成十字交叉支撑形式,可以减少预留通道的所需空间,为大十字交叉支撑设计打好基础。同时,在煤仓间设置横向与纵向框架柱间支撑,在承受设备荷载较大位置形成一个封闭支撑体系。

    (2)支撑截而设计。为提高结构抗震性能,最终选择应用竖向支撑形式,在受到地震作用力影响时,还可以作为容易屈服杆件。基于厂房纵向铰接特点,支撑便成为纵向主要

抗侧力构件,假如支撑稳定性不足,必将会对厂房结构抗震性产生影响,最终在设计时增加了纵向柱间支撑截而。另外,对于支撑构件来说,并不是截而越大越稳定,因此设计时假如支撑不变,必须要对各参数进行调整,避免局部刚度减小。抗侧力敏感度低部位支撑,需要提高截而利用率,控制其应力,不仅可以提高结构稳定性,还可以提高工程建设经济性。


广州钢结构厂房


4结束语
    钢结构厂房在火电厂建设中比较常见,在对其进行设计时,需要结合实际生产需求,做好工艺布置、生产运行以及后期维护等要求的综合分析,合理选择结构类型,并针对实际情况来确定结构设计要点,应用合适的分析模型,对各项设计参数进行分析计算,保证结构设计结果合理性与经济性。
参考文献
[1]陈剑锋.自议火电厂钢结构单框架厂房的设计及优化[J].建材与装饰,2016 (44) :16一17.
[2]魏灿.火电厂钢结构铰接支撑框架主厂房动力分析[D].东北电力大学,2016.
[3]张莉.有关多层钢结构工业厂房设计分析与探讨[J].中华民居(下旬刊).2014 (07) :70一71.
[4]梁炯丰.大型火电厂钢结构主厂房框排架结构抗震性能及设计方法研究山[D].西安建筑科技大学,2013.
[5]章海斌.火电厂钢结构主厂房抗震分析[D].浙江大学,2009.

关键字:钢结构厂房 火电厂 

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