電站鍋爐爐頂小室施工設計探索

曲菲菲 羅楊

摘 要 根據相關國家標準進行爐頂小室柱、梁、墻面結構、防雨等施工設計，理清計算過程，達到為鍋爐正常運行提供服務的作用。

關鍵詞 爐頂小室;柱梁;檁條;排水

1概論

爐頂小室在整個電站鍋爐設備的頂部，支撐在頂板梁與上部柱上，充當著為其遮風擋雨的作用，為保證鍋爐正常運行提供服務[1]。

1.1 爐頂小室作用

爐頂小室對于整個鍋爐而言，所起到的作用是防雨、防曬、擋風、保溫隔熱，使鍋爐頂部及四周美觀。

1.2 爐頂小室類型

復合板型爐頂小室;單層波紋板爐頂小室。

2布置方式及結構形式

2.1 布置方式

a.半露天式爐頂小室;b.全封閉式緊身封閉。

2.2 結構形式

a.單爐結構形式;b.多爐聯合布置結構形式。

3施工設計方法

3.1 資料收集準備

（1） 鍋爐技術協議

根據技術協議里的要求：

1）確定爐頂小室的下垂高度、覆蓋范圍;

2）確定是哪一種布置方式，如果有緊身封閉，爐頂小室的墻面與緊身封閉連接，復合板的型號、厚度、位置，需要做到與緊身封閉一致;如果采用單層壓型波紋鋼板，需確定其的厚度、材質及型號;

3）確定落水管的材質、落水口的數量及大概位置;

4）確定屋面是單坡還是雙坡，是否有女兒墻;

5）確定屋面是否為上人屋面、是否有施工荷載等。

6）確定地震、風、雪、降雨等氣候條件。

（2） 配套接口尺寸

1）收集設計院主廠房資料，確定緊身封閉鍋爐通風器接口位置、大小及荷載;吊軌梁位置及起吊重量;

2）收集鍋爐平臺扶梯、柱和梁、頂板施工圖;

3）收集安全閥排放管道、消音器圖紙及其穿屋頂部分的荷載;

4）收集需要吊掛在爐頂小室梁上的其他管道布置圖及荷載;

3.2 設計要點

（1） 柱網布置和柱截面選擇

爐頂小室柱常直接焊接在頂板施工圖中主梁的預埋板上。因現場條件限制，頂板梁不能動火，在設計爐頂小室柱網時，需要核對預埋板的位置是否合理。（當柱距太大，而頂板上中間位置未預埋鋼板時，在頂板上該處增加的荷載計算通過時，可在兩梁之上搭接梁用以支撐柱。）

受壓柱截面選擇及計算：①根據經驗預設柱類型及截面;②校核柱截面的強度、穩定性、剪力。

（2）主梁設計

根據技術協議確定主梁斜度，校核主梁斜度是否滿足當地降雨量，選取最不利的一根梁（分攤面積最大的一根主梁）通過軟件簡單計算選擇主梁截面。需要滿足強度（按簡支梁計算，兩端節點常設計為鉸接）;

（輕型結構爐頂小室，投影面積超過60㎡時，自重0.5kN/㎡+0.3kN/㎡活荷載，如有雪荷載，注意雪荷載和均布活荷載不同時組合，選取二者較大者組合。如屋面為上人屋面，均布活荷載替換為2kN/㎡）。

（3）水平支撐及垂直支撐布置

當風荷載或地震荷載影響較大時，通過在主梁之間布置水平支撐和在主要受力跨布置垂直支撐來將水平力傳導到鍋爐柱上。地震烈度小于等于6度，可不單獨計算地震作用。

爐頂小室水平支撐常對稱布置，垂直支撐常布置在最外側和主要受力跨;水平支撐與垂直支撐布置時注意避讓鍋爐各種管道和吊桿;水平支撐和垂直支撐截面的復核長細比，水平支撐長細比不大于200（235/fy）^0.5，垂直支撐長細比不大于150（235/fy）^0.5;因屋面荷載較大導致主梁截面偏大時，可考慮增加次梁或水平支撐來縮短計算長度，降低主梁截面[2]。

（4）墻面設計

首先注意協議中墻面下垂高度和墻面的上端到屋脊的高度范圍;上人屋面女兒墻至少要留1.1米;

墻面可根據要求設計成內外檁條樣式或者型鋼墻面樣式。或者根據實際情況綜合考慮;

當墻面外伸，需要將墻面和柱之間設計成桁架用以支撐外伸的墻面。

（5）爐頂吊軌布置

一般吊軌的高度從頂板到吊軌梁上端留2.5m，吊軌伸出長度到吊物孔中心位置。吊軌不伸出墻面的，兩側墻面一樣;吊軌伸出墻面的，墻面需要預留吊軌伸出位置;也可綜合考慮將其布置在墻面以下;設計吊軌梁時，需要檢查是否與集汽集箱、垂直支撐干涉，是否與平臺對應;吊軌梁設計按簡支梁設計，荷載為自重和起吊重量;與吊軌梁相連的梁在集中荷載處加肋板，肋板寬度和厚度符合GB50017鋼結構設計標準，并且需要將吊軌荷載加在該梁上核算強度。

（6） 檁條選擇

常用壓型鋼板（夾芯板）有足夠的剛度，并在使用過程中不滑動時，可認為能阻止檁條側向失穩和扭轉。

1）墻檁選擇。根據實際情況確定墻檁上線荷載（取風壓力和風吸力的最大值），以下兩項荷載值同時小于相應的荷載限制，可直接在《11G521-2鋼墻梁》中選擇型號;設計檁條跨度時，需要通過將墻面板的單波考慮成抗風柱，校核其跨度范圍內的強度。

2）屋檁選擇。檁條均布荷載

設計跨度時，需要將屋面板的單波按簡支梁校核其單跨范圍內的強度，方法同主梁。確定屋檁上實際線荷載后，可直接在《11G521-1 鋼檁條》中選擇型號;

當跨距過大時，相應的荷載偏大，在《11G521-1-2 鋼檁條 鋼墻梁》[3]中無法選擇檁條型號，可用軟件直接計算選用合適的非標型號。注意先用《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》確定體型系數，再根據《建筑結構荷載規范》確定陣風系數和高度變化系數，從而得出相應的風荷載。

建議通過增加跨中柱梁來降低檁條計算長度，減小截面。

根據GB 50018-2002《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》，確定檁條間拉條位置及大小，以及是否需要加撐桿，撐桿常用在屋脊和最外側，斜拉條，常間隔3跨左右布置一跨。

（7）天溝設計

先檢查技術協議中天溝和落水管的數量、材質是否有特殊要求，如有，需要根據日最大降雨量校核天溝寬度和下水管的數量是否滿足排雨要求;

布置落水管時避免與平臺、管道等碰撞，位置需與排水溝匹配。墻面需設置型鋼與天溝連接，以防變形較大;可將天溝落水口的位置設置成最低點，布置成V形天溝;也鋪設防水卷材來達到要求的泄水坡度[4]。

天溝及落水管設計示例：

降雨強度： I = 150.0 mm/hr

1）每個落水口所分擔的雨水量的計算

屋面長度： L = 40.0 m（雙坡屋面只算單面）

水管間距： B = 7.0 m

集水面積： Ar = B ×L

= 280.00 m2

雨水量： Qr = Ar ×I ×10-3/3600

= 0.01167 m3/sec

2）天溝斷面的計算

天溝寬度： W = 0.300 m

天溝設計最大水深： Hw = 0.160 m

鋼板天溝摩擦系數：n= 0.0125（鋼管與水摩擦系數0.013～0.018

左右，可認為鍍鋅鋼板與水的摩擦系數取0.0125）

泄水坡度： S = 0.0010

斷面面積： Ag = W×Hw= 0.048 m2

R = Ag/（W + 2Hw）= 0.077 m

排水速度：Vg = R2/3×S1/2/n= 0.4595 m/sec

排水量：? ? Qg = Ag×Vg = 0.0221 m3/sec

Qg ≥ Qr 滿足

3）落水管的計算

落水管外徑： d = 0.100 m

落水管口面積： Ad = π×d2/4 = 0.0079 m2

落水管支數： m = 1 支

重力加速度： g = 9.8 m/sec2

天溝最大水深： Hw = 0.150 m

水流量：? ?Qd = m ×Ad ×（2×g×Hw）1/2= 0.01347 m3/sec

Qd ≥ Qr 滿足！

（8）爬梯設計

有檢修需求的屋面需要布置爬梯，爬梯位置綜合其他構件考慮，當爬梯高度超過2100時，需要設計護籠;爬梯人孔蓋需要考慮屋面防水需求[5]。

3.3 施工圖繪制要點

1）考慮運輸和原材料尺寸，大于12米需要斷開，現場對接焊的需要廠內倒坡口;

2）墻面注意型鋼的布置;

3）天溝盡量直接彎制成帶有坡度的成型天溝，或者注明現場用防水材料找坡。落水管常用PVC或鍍鋅鋼管;材料不同，落水管與柱子、天溝的連接不同;有緊身封閉的天溝，注意保溫，避免冷橋;落水管彎頭需考慮余量;

4）檁條常設計為栓接，即檁托開條形孔，考慮足夠膨脹;檁托、拉條、螺栓、螺母、墊圈的數量匹配;

5）自攻螺釘長度需根據波形和位置選擇，屋面攻于壓型板波峰與檁條處;墻面攻于壓型板波谷與檁條處;當作用于型鋼時，需根據壁厚預鉆孔或選用5#或3#鉆尾自攻螺釘;抽芯鉚釘用于壓型板橫向搭接處;自攻螺釘和抽芯鉚釘需考慮足夠余量;

6）屋面有設備穿出，開孔位置注意防水處理;

7）有緊身封閉的項目，屋裝置頂有通風器，孔洞周需考慮密封處理;

8）包邊件有陰陽角;女兒墻壓頂板設置坡度，坡向爐內且盡量做窄，空隙大于400mm，需用角鋼間隔支撐;

9）吊軌梁分段設置。

參考文獻

[1] 建筑結構荷載規范：GB 50009-2012[S].北京：中國住房和城鄉建設部與國家質檢總局，2012.

[2] 建筑用壓型鋼板：GB/T12755-2008[S].北京：國家質檢總局與標準化管理委員會，2008.

[3] 冷彎薄壁型鋼結構技術規范：GB/T50018-2002[S].武漢：湖北省發展計劃委員會，2002.

[4] 鋼檁條鋼墻梁：11G521-1-2[S].北京：中國建筑標準設計研究院，2011.

[5] 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程：CESC102：2002[S].北京：中國建筑金屬結構協會建筑鋼結構委員會與建筑標準設計研究院，2003.