關(guān)于電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

摘 要：對電力設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想進行介紹和說明，研究和分析電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)的力學特征，通過分析力學原理及概念，對電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)在工程實踐中的設(shè)計和應(yīng)用進行研究，并且指出了設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的理論要點，以及選擇鋼結(jié)構(gòu)型號時需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)施；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計

在我國，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展十分迅速，經(jīng)過我國三十幾年的發(fā)展，很多建筑技術(shù)如輕鋼結(jié)構(gòu)，重鋼結(jié)構(gòu)，管桁架，網(wǎng)架等都已與國際先進水平接軌，業(yè)內(nèi)對鋼結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢給予了充分的關(guān)注，鋼結(jié)構(gòu)在施工中得到了大范圍的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)勢很明顯，如不污染環(huán)境，較強的抗震性能，施工過程不長，安裝方便，自重較輕等，相比較于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它具有高，大，輕的特點。哈爾濱鍋爐廠為烏拉圭發(fā)電廠鍋爐房設(shè)計了鋼結(jié)構(gòu)，而且經(jīng)常在施工時與廠家交流經(jīng)驗，溝通思想，在2006年建立起七十米高的鋼結(jié)構(gòu)工程，并從中積累了足夠的設(shè)計經(jīng)驗。

1 電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用環(huán)境

建筑材料的各類不同，其自身的特點和性質(zhì)也各不相同，通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍比較廣，可應(yīng)用于大跨度，高層，荷載強，樣式復(fù)雜，振動性強，車間溫度較高，密封性大，結(jié)構(gòu)可拆卸能活動的位置，如電梯井，橋，展覽館和大型廠房，體育館和高層建筑等等。烏拉特電廠的廠房較大，具有復(fù)雜的樣式和很高的荷載，而且電廠鍋爐房的室內(nèi)溫度也非常高，最適合使用鋼結(jié)構(gòu)。其中汽包就達到200噸的重量，鋼結(jié)構(gòu)的主要特點就是載荷高，在我們國家，幾乎所有的火力發(fā)電廠鍋爐房都是鋼結(jié)構(gòu)的。

2 布置和選擇鋼結(jié)構(gòu)

2.1 對鋼結(jié)構(gòu)的選型。在整體設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)過程中，最重要的過程就是選型，選擇時要參照概念設(shè)計理念，當很多問題無法進行精準分析，或者沒有規(guī)定的情況下，可以參照破壞原理，分體系與整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)力學關(guān)系，工程經(jīng)驗，試驗現(xiàn)象等，通過對全局的掌控，對結(jié)構(gòu)細部措施與布置進行確定?？稍谠O(shè)計初期應(yīng)用概念設(shè)計理論，有效而迅速地進行選擇，比較和構(gòu)思。從而獲得定性正確，概念清楚，易于手算的結(jié)構(gòu)方案，并且減少在結(jié)構(gòu)分析階段過于復(fù)雜的運算方式。鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有多種，如塔桅與輕鋼，網(wǎng)架，桁架和框架等等，在選擇結(jié)構(gòu)過程中，選型時要參考其主要特點進行。當輕鋼工業(yè)廠房里具有很高的移動和懸掛荷載時，就需要采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)把門式剛架放棄掉。有些地區(qū)雪壓較大，積雪需要層面的曲線進行滑落，雪載需要50度的切線，有些地區(qū)的降雨量比較大，可以使用流水型坡度。在建筑條件允許的情況下，與簡捷式節(jié)點剛接框架相比，在框架中布置支撐的經(jīng)濟性更佳。

2.2 布置結(jié)構(gòu)。在布置結(jié)構(gòu)時，需要綜合考慮體系的特點，荷載分布的性質(zhì)和情況，要求對移動及大荷載的影響范圍進行約束，要具備清楚的力學模型，具有均勻的剛度需求，采取直線方式向基礎(chǔ)傳遞，在柱間抗側(cè)的支撐需要均勻分布，側(cè)向力的作用線與形心要盡量接近，對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)給予考慮，應(yīng)有多道防線設(shè)置在結(jié)構(gòu)抗側(cè)，使斜撐增加，最少需要四分之一的水平力來支撐柱子。布置框架結(jié)構(gòu)樓層平面次梁時，為使不同需求得到滿足，可以對其荷載進行相應(yīng)的調(diào)整。為使截面短向布置次梁減少，應(yīng)該加大主梁截面的面積，這樣樓層的凈高就增加了，將會導(dǎo)致頂層的邊柱受損，為保護柱子和主梁，可以犧牲掉次梁，使次梁在很短的主梁上進行支撐。

3 預(yù)估鋼結(jié)構(gòu)的截面

完成布置結(jié)構(gòu)的工作以后，需要進一步預(yù)估柱與梁的尺寸和斷面形狀。

可以選取H型截面和槽鋼等作為鋼梁的材料。針對支座和荷載的基本狀況，選擇二十分之一到五十分之一的跨度作為梁截面的高度。根據(jù)l /b 限值以及梁間側(cè)向支撐的間距來確定翼緣寬度，可根據(jù)規(guī)定中的構(gòu)造要求來預(yù)估板件的厚度。

根據(jù)長細比來預(yù)估柱截面，可選擇100范圍內(nèi)的值。針對不同的軸心壓力值，單向和雙向受彎來選擇不同的H型鋼截面與鋼管。選擇構(gòu)件的截面形式時，要求是不固定的，設(shè)計人員要選擇安全合理的截面，并參考構(gòu)件的受力情況進行選取。

4 分析結(jié)構(gòu)

在實際設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)過程中，一般采用線彈性分析來研究結(jié)構(gòu)，為迅速分析鋼結(jié)構(gòu)，可以通過軟件來實現(xiàn)，如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可采用建模的方式運行程序，并且詳細分析鋼結(jié)構(gòu)?？刹樵兞W手冊和工具書等獲取典型結(jié)構(gòu)，查詢形變及內(nèi)力值，也能夠分析手工計算方式。

5 判定工程

進一步分析變形量和剪力等數(shù)據(jù)，判斷是否合理使用模型，可反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)使其更加合理化。另外，在工程設(shè)計過程中，力學計算并不十分精確，為使設(shè)計方法更加實用，在假定時可利用更大的誤差值，使某些不利因素的參數(shù)值提升，結(jié)構(gòu)的安全性得到保證，相對于定量計算，這種算法的安全性更高。

6 設(shè)計構(gòu)件

設(shè)計構(gòu)件時，首先要對鋼材的型號進行選擇，通?？墒褂肣235和Q345型，一般應(yīng)用單一的鋼種作為建筑物的主要結(jié)構(gòu)，使管理和施工過程更加方便。不過，如果結(jié)構(gòu)的要求比較特殊，也可以對不同截面與強度的鋼材組合進行選擇，可以選擇Q345來控制強度，在控制作用比較穩(wěn)定的情況下，可以選擇Q235型號，為判斷截面的合理性，可選擇彈塑性方式。

目前市場上的鋼結(jié)構(gòu)軟件都帶有后調(diào)整功能與截面驗算方式。有些軟件能夠自動重新分析和驗算某些驗算沒有通過的構(gòu)件，并且可以在截面庫中自動提高一級，例如sap2000等軟件就自動在計算時加大了一級，經(jīng)過計算以后，如果仍然不符合要求，可再加一級直到通過為止。不過，計算軟件時需要重視的是，在選擇截面驗算長度系數(shù)時，有些規(guī)定與規(guī)范不符，需要進行詳細的檢查。如果所預(yù)估的截面達不到受力要求時，可以加大預(yù)估截面的面積，如果抗彎強度達不到要求的時候，可以加大翼緣的厚度值；如果抗剪條件不符合要求，需要提高腹板的厚度值；如果形變過大，可以增加截面的高度值，這種計算方法比較接近鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算方法。

7 設(shè)計節(jié)點

在建模時需要充分考慮節(jié)點的半剛接，鉸接和分剛接。不同的節(jié)點具有不同的受力狀況，對支座的作用力與反作用力的計算方式也有所不同，彎矩產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動可通過變小的剛節(jié)點抵消掉，而轉(zhuǎn)動或者震動產(chǎn)生的彎矩可以通過變大的鉸接進行抵消。

8 繪圖階段

設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)包括兩個階段，即設(shè)計出圖與施工詳圖，由設(shè)計院提供設(shè)計圖紙，通過繪圖明確設(shè)計依據(jù)，荷載數(shù)據(jù)和材質(zhì)要求等，對不同桿件的選型和形狀樣式進行繪制，應(yīng)該清楚的表達出框架的組成；使編制施工詳圖更加方便，應(yīng)該列表表示主要材料。

9 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)具有施工便捷，抗震性好等特點，能夠設(shè)計出不同復(fù)雜體型的新型構(gòu)造。在建筑施工過程中，相比較于其他材料的結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在綜合經(jīng)濟性，應(yīng)用功能，設(shè)計和施工等方面的優(yōu)勢更加明顯。

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作者簡介：李瑤（1989.01- ），女，江蘇澤宇電力設(shè)計有限公司。