關于電力設施鋼結構設計的探討

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

關鍵詞：電力設施；鋼結構；設計

在我國，鋼結構的發(fā)展十分迅速，經過我國三十幾年的發(fā)展，很多建筑技術如輕鋼結構，重鋼結構，管桁架，網架等都已與國際先進水平接軌，業(yè)內對鋼結構本身的優(yōu)勢給予了充分的關注，鋼結構在施工中得到了大范圍的應用。鋼結構的綜合優(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構，它具有高，大，輕的特點。哈爾濱鍋爐廠為烏拉圭發(fā)電廠鍋爐房設計了鋼結構，而且經常在施工時與廠家交流經驗，溝通思想，在2006年建立起七十米高的鋼結構工程，并從中積累了足夠的設計經驗。

1 電力設施鋼結構應用環(huán)境

建筑材料的各類不同，其自身的特點和性質也各不相同，通常情況下，鋼結構應用范圍比較廣，可應用于大跨度，高層，荷載強，樣式復雜，振動性強，車間溫度較高，密封性大，結構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，具有復雜的樣式和很高的荷載，而且電廠鍋爐房的室內溫度也非常高，最適合使用鋼結構。其中汽包就達到200噸的重量，鋼結構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構的。

2 布置和選擇鋼結構

2.1 對鋼結構的選型。在整體設計鋼結構過程中，最重要的過程就是選型，選擇時要參照概念設計理念，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，分體系與整體結構系統(tǒng)力學關系，工程經驗，試驗現象等，通過對全局的掌控，對結構細部措施與布置進行確定。可在設計初期應用概念設計理論，有效而迅速地進行選擇，比較和構思。從而獲得定性正確，概念清楚，易于手算的結構方案，并且減少在結構分析階段過于復雜的運算方式。鋼結構的結構型式有多種，如塔桅與輕鋼，網架，桁架和框架等等，在選擇結構過程中，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，就需要采用網架結構把門式剛架放棄掉。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濟性更佳。

2.2 布置結構。在布置結構時，需要綜合考慮體系的特點，荷載分布的性質和情況，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傳遞，在柱間抗側的支撐需要均勻分布，側向力的作用線與形心要盡量接近，對結構的扭轉給予考慮，應有多道防線設置在結構抗側，使斜撐增加，最少需要四分之一的水平力來支撐柱子。布置框架結構樓層平面次梁時，為使不同需求得到滿足，可以對其荷載進行相應的調整。為使截面短向布置次梁減少，應該加大主梁截面的面積，這樣樓層的凈高就增加了，將會導致頂層的邊柱受損，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 預估鋼結構的截面

完成布置結構的工作以后，需要進一步預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l /b 限值以及梁間側向支撐的間距來確定翼緣寬度，可根據規(guī)定中的構造要求來預估板件的厚度。

根據長細比來預估柱截面，可選擇100范圍內的值。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。選擇構件的截面形式時，要求是不固定的，設計人員要選擇安全合理的截面，并參考構件的受力情況進行選取。

4 分析結構

在實際設計鋼結構過程中，一般采用線彈性分析來研究結構，為迅速分析鋼結構，可以通過軟件來實現，如果結構比較復雜，可采用建模的方式運行程序，并且詳細分析鋼結構。可查詢力學手冊和工具書等獲取典型結構，查詢形變及內力值，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據，判斷是否合理使用模型，可反復調整結構使其更加合理化。另外，在工程設計過程中，力學計算并不十分精確，為使設計方法更加實用，在假定時可利用更大的誤差值，使某些不利因素的參數值提升，結構的安全性得到保證，相對于定量計算，這種算法的安全性更高。

6 設計構件

設計構件時，首先要對鋼材的型號進行選擇，通常可使用Q235和Q345型，一般應用單一的鋼種作為建筑物的主要結構，使管理和施工過程更加方便。不過，如果結構的要求比較特殊，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。

目前市場上的鋼結構軟件都帶有后調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。如果所預估的截面達不到受力要求時，可以加大預估截面的面積，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構的計算方法。

7 設計節(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，彎矩產生的轉動可通過變小的剛節(jié)點抵消掉，而轉動或者震動產生的彎矩可以通過變大的鉸接進行抵消。

8 繪圖階段

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

9 結語

鋼結構具有施工便捷，抗震性好等特點，能夠設計出不同復雜體型的新型構造。在建筑施工過程中，相比較于其他材料的結構，鋼結構在綜合經濟性，應用功能，設計和施工等方面的優(yōu)勢更加明顯。

參考文獻

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作者簡介：李瑤（1989.01- ），女，江蘇澤宇電力設計有限公司。