對(duì)脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)分析

許金亞

摘 要：本文首先分析了脫硝鋼支架在設(shè)計(jì)上的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)和荷載分類，接著闡述了對(duì)脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo)，進(jìn)而研究了脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性設(shè)計(jì)，旨在說明脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)在脫硝改造項(xiàng)目中的重要地位，對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的發(fā)展有著重要影響。

關(guān)鍵詞：脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；安全評(píng)價(jià)

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

在我國目前的脫硝改造項(xiàng)目中，采用催化還原法進(jìn)行脫硝處理，因此常常將脫硝反應(yīng)器布置在鍋爐爐后部位。在對(duì)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(yùn)用獨(dú)立的鋼支架進(jìn)行支撐。其中，對(duì)于布置在混凝土框架頂層的鋼架，在設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)原結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的受力進(jìn)行分析，必要時(shí)要進(jìn)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(fù)雜多變性，在結(jié)構(gòu)設(shè)置上要考慮運(yùn)用水平的支撐機(jī)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(jìn)行布置，當(dāng)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(tái)、鋼結(jié)構(gòu)以及各種反應(yīng)器的重量。可變荷載主要包括以下幾方面：一是煙道和反應(yīng)器中的積灰重量；二是比如平臺(tái)傳送用的吊車等活荷載重量；三是由于風(fēng)力影響產(chǎn)生的風(fēng)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(shí)反應(yīng)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(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)樓板設(shè)計(jì)優(yōu)化

在對(duì)脫硝鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上，首先分析樓板優(yōu)化的設(shè)計(jì)內(nèi)容。在對(duì)樓板的分析中，主要分為對(duì)剛性樓板、彈性樓板的分析。一般而言，在對(duì)樓層的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，一般采用剛度樓板的設(shè)定；在花紋鋼板或壓型鋼板的設(shè)計(jì)中，則由于鋼板下的肋條等作用，不能準(zhǔn)確考慮其剛度，對(duì)這種情況要考慮鋼支架節(jié)點(diǎn)的變形，通過合理采用鋼梁頂鋪設(shè)花紋鋼板，鋼梁下設(shè)置水平支撐體系來實(shí)現(xiàn)。

（二）結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

在對(duì)脫硝鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上，還需考慮對(duì)建筑物抗震的控制設(shè)計(jì)。在對(duì)抗震的設(shè)計(jì)中，要參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，按照具體的要求，對(duì)樓層的最小地震剪力、層剛度、最大位移等方面進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，如果采取振型分解反應(yīng)法進(jìn)行分析，則在計(jì)算振型數(shù)的時(shí)候應(yīng)選取直接影響計(jì)算的效率和計(jì)算精度。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震安全性計(jì)算時(shí)，要考慮足夠的結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)，對(duì)于高振型的影響要重點(diǎn)考慮。

在對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，當(dāng)脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)落在混凝土框架頂部時(shí)，應(yīng)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(dāng)鋼支架剛度小于混凝土結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)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(píng)價(jià)

（一）結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性分析

對(duì)脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)的安全性能評(píng)價(jià)，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(shù)規(guī)程》的規(guī)定，當(dāng)結(jié)構(gòu)各樓層柱子長(zhǎng)細(xì)比和平均軸壓比經(jīng)過一階線型彈性計(jì)算所取得的樓層間相對(duì)側(cè)移值滿足第5.2.10條的規(guī)定時(shí)，可以不用驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于不符合規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)，則要按照下列要求進(jìn)行穩(wěn)定性的驗(yàn)算：

1.對(duì)于有支撐的結(jié)構(gòu)，在柱的長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算中，當(dāng)層間最大位移值小于等于1/1000時(shí)，按照有效長(zhǎng)度法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

2.對(duì)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(yīng)該按照二階效應(yīng)的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗(yàn)算。

（二）結(jié)構(gòu)“側(cè)移”的判定

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)于純框架型的鋼結(jié)構(gòu)，要按照側(cè)移框架進(jìn)行計(jì)算，并且確定柱的長(zhǎng)度系數(shù)；對(duì)于有支撐的框架，首先要判別是“強(qiáng)支撐”還是“弱支撐”，然后再進(jìn)行“側(cè)移”的判定。

在對(duì)結(jié)構(gòu)“側(cè)移”的判定上，可通過下列方式進(jìn)行：

1.對(duì)于有支撐的鋼支架結(jié)構(gòu)，當(dāng)層間最大位移值小于或等于1/1000時(shí)，可以認(rèn)定結(jié)構(gòu)為無側(cè)移結(jié)構(gòu)，此時(shí)可以按照無側(cè)移結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行柱的長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算。

2.對(duì)于有支撐的鋼支架結(jié)構(gòu)，當(dāng)層間最大位移值大于1/1000且小于1/300時(shí)，對(duì)柱的長(zhǎng)度系數(shù)可以按照1.0的設(shè)計(jì)。

3.對(duì)于純框架結(jié)構(gòu)或者有支撐的結(jié)構(gòu)，當(dāng)層間位移角大于1/250時(shí)，在柱的長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算上要按照有側(cè)移結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

因此，在對(duì)于脫硝鋼支架的安全性評(píng)價(jià)上，要結(jié)合對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)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(duì)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(duì)其安全性能和設(shè)計(jì)優(yōu)化上的研究具有重要的意義。在對(duì)脫硝鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上，要充分考慮抗震方面的需求，而對(duì)于其安全性能的評(píng)價(jià)上，要保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。只有在設(shè)計(jì)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(jìn)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）