淺析骨架式除塵裝置鋼結構設計

侯世紅 王明浩 安長偉

【摘 要】 本文介紹骨架式除塵裝置鋼結構設計方案、材料、節點選擇和設計計算方法，為設計出經濟合理、安全可靠提供參考。

【關鍵詞】 鋼結構 荷載 結構體系 材料

1 引言

隨著環境保護標準日趨嚴格，以長袋低壓脈沖除塵器、分室反吹袋式除塵器和靜電除塵器為代表除塵裝置大型化并多以戶外型存在已成不爭事實。以箱形結構為除塵空間除塵器殼體多為骨架式鋼結構。除塵裝置殼體不僅要形成高效除塵功能還具有先進承載結構與安全經濟運行條件。隨著我國經濟飛速發展，鋼結構技術水平日益提高，支承骨架式除塵裝置鋼結構支座得到廣泛應用。鋼結構是影響骨架式除塵裝置安全和經濟性能重要部件，目前關于骨架式除塵裝置特殊設備鋼結構設計技術并不成熟，本文對鋼結構設計方案、材料、節點選擇和設計計算方法進行總結并提出設計要點建議。

2 骨架式除塵裝置鋼結構設計

骨架式鋼結構多由柱、梁、板、支撐、圍護結構和支座等組成，除塵工藝裝置荷載分布與體系科學分解，由梁與柱傳遞至設備基礎。支座由柱子及柱間支撐組成。箱體及支座組成牢固的空間結構體系，承擔各種外力作用。骨架式鋼結構要保證殼體鋼結構強度與穩定性，支持除塵工藝裝置完成氣體除塵與凈化功能，承擔除塵器支承、安裝和安全防護。

2。1 形式與結構選擇

按箱體與支架連接方式分為帶活動支座結構及箱體與支架連為一體結構。鋼支座常用結構有框架體系、柔性支座體系、框架支撐體系鋼結構設計時首先應根據鋼支座幾何高度、作用荷載的大小、運行操作空間選擇最合理結構體系方案。骨架式除塵裝置自重大，在地震作用時會產生較大水平力，結構體系包括兩個抗力系統，即抗重力系統和抗水平側力系統。

2.1.1 框架結構

框架結構由梁與柱構成。結構特點是空間布置靈活、安裝方便，但抗側剛度較小，耗鋼量較大，經濟性較差。適用于運輸空間無法設置支撐工程。

2.1.2 柔性支座

柔性結構由支撐與柱構成。骨架式除塵裝置沒有設置活動支座，將骨架式除塵裝置立柱支承連接在若干根豎直鋼支柱上，支柱間沒有連梁，每榀支座最多只有一根立柱斜撐限位，其它支柱可隨骨架式除塵裝置殼體熱膨脹移動。結構相對簡單，耗鋼量最少，但受到斜撐角度限制。一般用于支座高度在 4-6m范圍工程。

2.1.3 框架支撐

框架支撐是指在框架結構中布置豎向支撐的形式，以傳遞水平荷載和保持框架體系的剛度。支撐體系剛度大、構造簡單、耗鋼量較小，適用于各種高度的支座，是目前最常用的結構。

2.2 材料選擇

2.2.1 鋼材強度等級

鋼材強度等級根據截面不同控制而合理選擇。當計算梁柱截面為強度控制時選用較高強度等級鋼材。梁柱截面為變形或穩定控制時優先選用較低強度等級鋼材。 當梁柱截面為變形或穩定控制時應優先選用較低強度等級鋼材。一般情況下骨架式除塵裝置鋼支座立柱選用Q345 鋼，其它構件選用 Q235 鋼，結構和經濟合理性較好，可節省鋼材 15%。

2.2.2 截面形式

構件截面形式較多，受力性能差異較大，設計時可根據結構布置和受力情況合理選擇。常規骨架式除塵裝置鋼支座各構件主要承受軸心力作用，對軸心受壓柱，從經濟方面考慮采用雙軸對稱截面。根據制造省工原則優先采用型鋼，若柱兩方向計算長度相等采用鋼管較易滿足等穩定性要求，但鋼管柱在與其它相鄰構件連接時，構造往往較復雜且其價格亦相對較高。若柱兩方向的計算長度相差較大且荷載不太大時采用工字鋼。當框架支撐體系中支撐按拉桿設計時，截面形式主要應按強度條件考慮，避免過于柔細。若無其它條件限制在滿足強度條件同時，構件截面應配合剛度條件要求，盡量開展，選用寬肢薄壁材料。

2.3 節點連接設計

2.3.1 梁柱連接

目前在實際工程中梁與柱的連接有剛性連接和鉸接連接。剛性連接剛度大，能承受設計要求的彎矩，但構造復雜、費用較高，一般只用于框架結構。鉸接連接構造簡單、傳力簡捷、施工方便，框架支撐結構中可采取鉸接連接。

2.3.2 柱腳連接

柱腳分為剛性連接和鉸接連接兩種類型。剛性柱腳雖然剛度大，但結構復雜，一般較少采用。鉸接柱腳對柱基沉降的適應性較強，而且施工方便、計算簡單、受力明確，經計算分析，在框架支撐體系中應用較為經濟合理。

2.4 荷載計算

荷載計算依據 GB50009-2001。《建筑結構荷載規范》；GB50011-2001《建筑抗震設計規范》和GB50191-93《構筑物抗震設計規范》規定進行。

除塵器支架承擔著垂直荷載和水平荷載。重直荷載由上部箱體傳來，同時考慮支座自重；水平荷載由風荷載或地震產生。在帶活動支座的支座結構中還應承擔由于溫度變化引起箱體伸縮產生水平摩擦力，摩擦力可由支座頂部橫梁來承擔。在箱體與支架連為一體結構中不必考慮由于溫度變化引起箱體伸縮而產生力，支架柱頂部沒有活動支座，支架柱頂部可隨箱體一起做少量位移，對箱體沒有約束，不產生伸縮摩擦力。結構要求支座支撐結構布置合理使箱體中心點成為不動點，其余各點均能自由伸縮，同時使結構成為穩定體系。荷載類型及其取值是保證骨架式除塵裝置結構設計安全和經濟重要參數。在鋼支座設計中必須掌握各種荷載特性和量值及可能出現荷載組合，以確定合適布置形式及經濟截面選擇。

2.5 其它

2.5.1 焊縫質量

焊縫質量等級分一、二、三級，檢驗等級分 A、B、C 三級，評定等級分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別。檢驗等級就是檢驗方法，全焊透一、二級焊縫應采用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗，一級焊縫探傷比例為 100%，二級焊縫為 20%。超聲波探傷檢驗等級參照建筑鋼結構。當檢驗等級確定后根據檢測出來結構進行等級分類，評定等級，一、二級質量等級焊縫對應評定等級分別為Ⅱ、Ⅲ級。設計中不能將符號寫錯，否則將引起檢驗上的爭議。對于鋼材等強對接用剖口熔透焊縫應不低于二級；對于角焊縫的外觀質量應不低于三級。

2.5.2 涂裝

鋼結構構件鋼材表面除銹等級一般為Sa2.5 級。手工和動力工具除銹等級只有 St2、St3兩種。噴射有利于鋼材與涂料的粘接，還可消除部分殘余應力優先選用。防銹涂層由底漆、中間漆、面漆組成，涂料與除銹等級相匹配并指定涂膜厚度。

3 結束語

骨架式除塵裝置鋼結構設計只有充分考慮除塵器結構特點，從設計方案、材料、節點選擇每一環節進行合理選型和科學計算才能使鋼結構設計既經濟合理，又安全可靠，在市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻

[1] GB50017-2003.《鋼結構設計規范》[M]，中國計劃出版社

[2] 陳基發、沙志國編.《建筑結構荷載設計手冊》[M]， 中國建筑工業出版社

[3] 趙熙元、柴昶、武人岱編.《建筑鋼結構設計手冊》[M]， 冶金工業出版社

[4] 趙振奇、潘永來主編.《除塵器殼體鋼結構設計》，治金工業出版社