對脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性評價與優(yōu)化設計的幾點分析

許金亞

摘 要：本文首先分析了脫硝鋼支架在設計上的結(jié)構(gòu)布置特點和荷載分類，接著闡述了對脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計指標，進而研究了脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性設計，旨在說明脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)在脫硝改造項目中的重要地位，對經(jīng)濟指標的發(fā)展有著重要影響。

關鍵詞：脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設計；安全評價

一、脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置特點和荷載分類

在我國目前的脫硝改造項目中，采用催化還原法進行脫硝處理，因此常常將脫硝反應器布置在鍋爐爐后部位。在對脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置上，采用以下兩種方式：一是將鋼架的支承位置布置在混凝土框架的頂層；二是運用獨立的鋼支架進行支撐。其中，對于布置在混凝土框架頂層的鋼架，在設計時需對原結(jié)構(gòu)和地基基礎的受力進行分析，必要時要進行加固處理。

在目前的脫硝工藝中，由于鋼架布置的不規(guī)則和復雜多變性，在結(jié)構(gòu)設置上要考慮運用水平的支撐機構(gòu)，以保證整體的剛度。在結(jié)構(gòu)布置中，常采用框架結(jié)構(gòu)進行布置，當然也可以根據(jù)具體的施工工藝的不同采取不同的支撐結(jié)構(gòu)。具體的鋼支架結(jié)構(gòu)見圖1-1和圖1-2。

在脫硝鋼支架的荷載分類上，按照規(guī)范分成永久荷載、可變荷載和偶然性荷載三類。其中，永久荷載主要由結(jié)構(gòu)的自重組成，包括平臺、鋼結(jié)構(gòu)以及各種反應器的重量?？勺兒奢d主要包括以下幾方面：一是煙道和反應器中的積灰重量；二是比如平臺傳送用的吊車等活荷載重量；三是由于風力影響產(chǎn)生的風荷載；四是各接觸面之間的摩擦力。而所謂的偶然性荷載，主要考慮的是出現(xiàn)事故時反應器和煙道產(chǎn)生爆發(fā)性的內(nèi)部壓力從而造成破壞的作用力。

二、脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

（一）結(jié)構(gòu)樓板設計優(yōu)化

在對脫硝鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計上，首先分析樓板優(yōu)化的設計內(nèi)容。在對樓板的分析中，主要分為對剛性樓板、彈性樓板的分析。一般而言，在對樓層的設計中，需要綜合考慮剛性樓板和彈性樓板的適用情況，從而提出優(yōu)化措施。比如在在現(xiàn)澆混凝土樓板和組合樓板的設計中，一般采用剛度樓板的設定；在花紋鋼板或壓型鋼板的設計中，則由于鋼板下的肋條等作用，不能準確考慮其剛度，對這種情況要考慮鋼支架節(jié)點的變形，通過合理采用鋼梁頂鋪設花紋鋼板，鋼梁下設置水平支撐體系來實現(xiàn)。

（二）結(jié)構(gòu)抗震設計優(yōu)化

在對脫硝鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計上，還需考慮對建筑物抗震的控制設計。在對抗震的設計中，要參考《建筑抗震設計規(guī)范》和相關的技術規(guī)程，按照具體的要求，對樓層的最小地震剪力、層剛度、最大位移等方面進行計算。

對結(jié)構(gòu)進行地震反應分析時，如果采取振型分解反應法進行分析，則在計算振型數(shù)的時候應選取直接影響計算的效率和計算精度。在對結(jié)構(gòu)進行抗震安全性計算時，要考慮足夠的結(jié)構(gòu)計算振型數(shù)，對于高振型的影響要重點考慮。

在對抗震結(jié)構(gòu)的設計上，當脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)落在混凝土框架頂部時，應該確保鋼支架剛度與下部混凝土結(jié)構(gòu)的剛度基本一致。當鋼支架剛度小于混凝土結(jié)構(gòu)剛度時，對原混凝土結(jié)構(gòu)的加固應該考慮放大上部結(jié)構(gòu)地震作用力。

三、脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性評價

（一）結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析

對脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性能評價，主要體現(xiàn)在其穩(wěn)定性上。根據(jù)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》的規(guī)定，當結(jié)構(gòu)各樓層柱子長細比和平均軸壓比經(jīng)過一階線型彈性計算所取得的樓層間相對側(cè)移值滿足第5.2.10條的規(guī)定時，可以不用驗算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對于不符合規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)，則要按照下列要求進行穩(wěn)定性的驗算：

1.對于有支撐的結(jié)構(gòu)，在柱的長度系數(shù)計算中，當層間最大位移值小于等于1/1000時，按照有效長度法進行穩(wěn)定性驗算。

2.對于無支撐結(jié)構(gòu)或?qū)娱g最大位移值大于1/1000的有支撐結(jié)構(gòu)，應該按照二階效應的方法進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗算。

（二）結(jié)構(gòu)“側(cè)移”的判定

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的規(guī)定，對于純框架型的鋼結(jié)構(gòu)，要按照側(cè)移框架進行計算，并且確定柱的長度系數(shù)；對于有支撐的框架，首先要判別是“強支撐”還是“弱支撐”，然后再進行“側(cè)移”的判定。

在對結(jié)構(gòu)“側(cè)移”的判定上，可通過下列方式進行：

1.對于有支撐的鋼支架結(jié)構(gòu)，當層間最大位移值小于或等于1/1000時，可以認定結(jié)構(gòu)為無側(cè)移結(jié)構(gòu)，此時可以按照無側(cè)移結(jié)構(gòu)的特點進行柱的長度系數(shù)計算。

2.對于有支撐的鋼支架結(jié)構(gòu)，當層間最大位移值大于1/1000且小于1/300時，對柱的長度系數(shù)可以按照1.0的設計。

3.對于純框架結(jié)構(gòu)或者有支撐的結(jié)構(gòu)，當層間位移角大于1/250時，在柱的長度系數(shù)計算上要按照有側(cè)移結(jié)構(gòu)進行計算。

因此，在對于脫硝鋼支架的安全性評價上，要結(jié)合對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進行分析，根據(jù)相關規(guī)定進行計算，以確保結(jié)構(gòu)的整體安全性能。

四、總結(jié)

綜上所述，在對脫硝工藝的改造中，脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)是主要的改造結(jié)構(gòu)，因此對其安全性能和設計優(yōu)化上的研究具有重要的意義。在對脫硝鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計上，要充分考慮抗震方面的需求，而對于其安全性能的評價上，要保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。只有在設計和安全上都全面考量，才能保證結(jié)構(gòu)的安全使用，才能促進脫硝工藝的發(fā)展。

（作者單位：四川蘇源環(huán)保工程有限公司江蘇分公司）