鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

1、鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 1前言 設(shè)計(jì)過(guò)程包括設(shè)計(jì)策劃、設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)輸出、設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)確認(rèn)、設(shè)計(jì)更改等7個(gè)部分。本文只探討鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)輸出部分，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)是電站鍋爐的重要組成部分。它是支承和固定鍋爐本體各部件，并維持它們之間的相對(duì)位置，保證鍋爐安全運(yùn)行的空間結(jié)構(gòu)，系建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)分支。鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸出包大體可以分為四個(gè)部分。根據(jù)工作進(jìn)度和內(nèi)容的要求產(chǎn)生不同的輸出內(nèi)容和輸出要求：方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)4個(gè)階段。 2方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)即投標(biāo)方案設(shè)計(jì)，根據(jù)潛在用戶提出的文件的種類不同又可稱為詢價(jià)方案設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)的主要目的在于：根據(jù)潛在用戶提出的初步要求確定產(chǎn)品方案的結(jié)

2、構(gòu)、性能、安全性。方案設(shè)計(jì)完成后若潛在用戶消失則設(shè)計(jì)過(guò)程中止。 21廣泛開展國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)、資料調(diào)研根據(jù)設(shè)計(jì)輸入文件提出的具體要求，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出總體設(shè)計(jì)方案。 22根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案確定技術(shù)路線，并確定基本性能。 23明確工作原理、結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸等主要設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)可能影響總體性能的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)參數(shù)的提出要有依據(jù)，如借鑒國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)參數(shù)、已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、近似計(jì)算結(jié)果或經(jīng)驗(yàn)值等。 24對(duì)設(shè)計(jì)方案在可靠性、可行性、維修性、有效性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等方面加以分析、比較、開展綜合評(píng)價(jià)，確定最終方案。 3初步設(shè)計(jì) 31初步設(shè)計(jì)的目的初步設(shè)計(jì)的目的在于：確定設(shè)計(jì)各主要設(shè)計(jì)參數(shù)，以便做出完善的設(shè)計(jì)。完成與

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)院進(jìn)行的第一次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)。 32初步設(shè)計(jì)的內(nèi)容 321在充分考慮到強(qiáng)度、剛度、工藝性、維修性等方面的因素的基礎(chǔ)上。建立關(guān)鍵設(shè)計(jì)的分析計(jì)算模型。開展有關(guān)方面的性能計(jì)算。提供設(shè)計(jì)依據(jù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果改進(jìn)方案，調(diào)整參數(shù)。 322開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全性分析與評(píng)估，特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)鍵技術(shù)要開展詳細(xì)的分析評(píng)估，完成設(shè)計(jì)報(bào)告。 4技術(shù)設(shè)計(jì) 41技術(shù)設(shè)計(jì)的目的技術(shù)設(shè)計(jì)的主要目的在于具體確定組件及分組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料和加工方式。 42技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容依據(jù)初步設(shè)計(jì)及初步評(píng)審結(jié)果完成技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙，對(duì)各組件及分組件開展詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在完成關(guān)鍵組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，還應(yīng)對(duì)其開

4、展必要的性能分析校核。根據(jù)評(píng)審結(jié)果正式完成產(chǎn)品總圖、組件及分組件裝配圖的設(shè)計(jì)。不同種類的鍋爐，如煤粉爐、CFB鍋爐、余熱爐、特種鍋爐等，鋼結(jié)構(gòu)布置形式是不同的，鋼結(jié)構(gòu)布置形式在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載的前提下，還受鍋爐的特殊要求限制。技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)注意以下幾點(diǎn)參數(shù)的確定： 421首先根據(jù)方案設(shè)計(jì)確定立柱柱距及運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)的布置，立柱柱距根據(jù)鍋爐本體及設(shè)計(jì)院管道位置的載荷要求合理布置； 422水平支撐的層數(shù)的確定。爐體露天布置或在地震區(qū)時(shí)，水平支撐要承受風(fēng)載和地震水平力的作用。為了保證梁的穩(wěn)定性和梁系統(tǒng)水平方向具有一定的整體剛性，應(yīng)設(shè)置支撐桿件，支撐桿件一般采用節(jié)點(diǎn)板相連接，各桿件內(nèi)力通過(guò)桿端焊縫傳給節(jié)點(diǎn)板

5、，水平支撐桿件傳遞力最后到達(dá)節(jié)點(diǎn)板，水平支撐應(yīng)設(shè)置在承載較大的平面并盡量沿爐膛四周形成一封閉的、具有一定剛度的平面。在滿足結(jié)構(gòu)要求前提下應(yīng)盡可能較少剛性水平支撐的層數(shù)，一般對(duì)10米左右設(shè)置一層剛性水平支撐。 423垂直支撐的布置。垂直支撐應(yīng)布置在承載較大的框架平面內(nèi)，垂直支撐的布置應(yīng)保持傳力連續(xù)并傳遞至基礎(chǔ)簡(jiǎn)潔地傳遞。 424頂板的布置。頂板梁是鍋爐鋼結(jié)構(gòu)主要的懸掛承重部件，在布置時(shí)應(yīng)保證傳力明確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于安裝。由于受到運(yùn)輸?shù)南拗?，板梁的高度不能超過(guò)4000mm立柱柱頂與頂板連接處一般采用鉸支連接，高度超限時(shí)應(yīng)進(jìn)行高度分段，即做成疊梁形式。 425選擇鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接形式根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)布置形式

6、要求選擇合理的節(jié)點(diǎn)連接形式，按節(jié)點(diǎn)的基本特性分：剛性連接，半剛性連接，和鉸接，剛性連接是指節(jié)點(diǎn)和其他構(gòu)件一樣要承受彎矩，剪力和軸力；半剛性連接一般在設(shè)計(jì)中是不采用的；鉸接理論講是不受彎矩的，不能中間拼接，只用桿件端部的連接。 426荷載統(tǒng)計(jì)及計(jì)算簡(jiǎn)圖荷載統(tǒng)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用，按分析軟件及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型確定荷載統(tǒng)計(jì)的形式，同時(shí)根據(jù)選用的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBT223952008確定荷載的計(jì)算方法和取值。 427計(jì)算分析根據(jù)以上的準(zhǔn)備，使用結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，如同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算然軟件3D3S及美國(guó)的STAAD。結(jié)構(gòu)分析的關(guān)鍵是根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)選擇荷載組合工況，同時(shí)確定取值界限

7、(應(yīng)力、撓度、剛度、結(jié)構(gòu)側(cè)移等)，選取合理的截面形式，經(jīng)分析計(jì)算確定最經(jīng)濟(jì)的截面，打印計(jì)算結(jié)果(包括應(yīng)力、軸力、彎矩剪力、位移、基礎(chǔ)負(fù)荷等)。 428節(jié)點(diǎn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)計(jì)算是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型的必要環(huán)節(jié)，是鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要環(huán)節(jié)。節(jié)點(diǎn)計(jì)算采用計(jì)算和編制通用節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的形式。 429繪制鋼結(jié)構(gòu)總圖根據(jù)以上結(jié)構(gòu)布置、計(jì)算分析、節(jié)點(diǎn)計(jì)繪制基礎(chǔ)負(fù)荷、鋼結(jié)構(gòu)總圖(包括平、立面布置圖、平臺(tái)扶梯布置圖、基礎(chǔ)載荷圖、運(yùn)轉(zhuǎn)層開孔圖等)，該圖中應(yīng)包括桿件布置、桿件截面、節(jié)點(diǎn)連接形式、桿件編號(hào)、材料、技術(shù)說(shuō)明要求等信息。 5施工設(shè)計(jì) 施工設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)的制造圖，是一種詳細(xì)的設(shè)計(jì)。包括柱、梁、水平支撐、垂直支撐、頂板梁

8、、支承梁、支吊梁、小罩支撐、柱底板、剛性梁、爐頂小室、平臺(tái)扶梯、地腳螺栓和支架等12個(gè)部件的施工圖繪制。 51施工設(shè)計(jì)的目的施工設(shè)計(jì)的主要目的在于具體確定零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料和加工方式，為工藝部門編制工藝流程提供依據(jù)。 52施工設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容依據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)及技術(shù)評(píng)審結(jié)果完成施工設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙，對(duì)各零部件開展詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在完成關(guān)鍵組件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，還應(yīng)對(duì)其開展必要的性能分析校核；提交施工設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙。 6結(jié)束語(yǔ) 綜上所述，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜繁瑣的過(guò)程，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是在特定的條件下，滿足使用的前提下，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)考慮到材料供應(yīng)、制造工藝、運(yùn)輸和安裝能力等諸多因素，且應(yīng)使結(jié)構(gòu)盡可能輕，以取得最佳的效益。按照設(shè)計(jì)輸出的步驟方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)，合理的結(jié)構(gòu)布置形式、桿件截面尺寸、材質(zhì)、計(jì)算分析技術(shù)、工藝