钢结构支撑框架结构体系在锅炉主厂房设计中应用

钢结构支撑框架结构体系在锅炉主厂房设计中应用

郭凯

宁波工程有限公司土建室浙江宁波315000

摘要：简要介绍某项目锅炉及发电装置（110MW、7度、二类场地）主厂房采用钢筋混凝土框排架结构及布置，并重点介绍钢结构支撑框架结构体系锅炉主厂房设计中应用优势和发展方向

关键词：钢筋混凝土主厂房；钢结构主厂房；钢结构支撑框架结构体系

1锅炉主厂房布置及结构体系

该装置锅炉主厂房为传统三跨布置（包括汽机厂房和煤仓间），柱距均为8m，其中煤仓间跨度均为9m两跨，汽机厂房的跨度为24m。剖面图见图1、2。

汽机厂房中间层平台标高4.500m，运转层楼面标高为9.000m，吊车（50t）轨顶标高19.000m，厂房柱顶标高为23.500m。

煤仓间给煤机层楼面标高19.500m，运煤皮带层楼面标高为38.000m，屋面标高为42.500m。

此传统布置的特点：层高大；楼面开洞面积大；框架、框排架两种体系并存；钢筋混凝土框排架主厂房混凝土量大、施工难度大、施工周期长、预埋件数量大。

2支撑框架结构体系介绍

2.1支撑框架体系的基本概念

支撑框架主要分为偏心支撑框架和中心支撑框架。

中心支撑框架是由竖向桁架组成的结构抗侧体系，构件连接采用铰接，构件的工作线均汇交于节点处；实际上这种结构体系我们已经在许多工程中使用过，抗震性能不佳，支撑屈服后，抗侧刚度急剧下降，从而造成结构体系破坏。

偏心支撑框架是通过梁的一小部分剪力和弯矩将支撑中的轴力传递到柱子和其它支撑结构体系；偏心支撑在平时风载及小震下，作用类似中心支撑，能够提供较好的抗侧刚度；在大震时，由于耗能梁段先屈服支撑不屈服；而设计好的耗能梁段，能较好的吸收地震能量，从而使结构具有较好的延性，滞回曲线饱满。

这里所采用的支撑框架便是采用的以偏心支撑和中心支撑相结合的支撑框架体系

2.2支撑框架结构设计要点

支撑框架体系的抗震性能是通过概念设计和一系列的措施来实现的．

1）结构布置，应使结构刚度均匀，传力路径明确，垂直支撑的数量足够且连续，并有冗余．

2）严格控制构件和连接的破坏模式，并按分等级次序安排破坏模式．

3）除了进行弹性设计外，弹塑性阶段的计算不可缺少．

4）严格的构造措施规定．

3支撑框架结构体系在锅炉主厂房中的应用方向

3.1垂直支撑布置

1）垂直支撑形式

支撑框架体系采用的垂直支撑包括单斜撑、交叉撑、V形撑或人字形撑，设计中除了拉链式体系未采用，其余几种体系均有采用．支撑框架体系不宜采用K形撑．所有支撑均按既能受拉也能受压进行设计．

2）垂直支撑布置位置

因为火力发电厂主厂房为满足工艺布置的要求，导致有些位置仅能设置单斜撑，甚至根本就不可能布置上支撑。

对于横向：汽机房除被工艺系统占据的位置外，每轴都需要设置一至两道单斜撑，两个端轴考虑改善扭转作用，应比其他轴多设；煤仓问各轴线底层垂直支撑均为相同倾斜方向的半跨单斜杆支撑，同时应该注意汽机房内的单斜支撑方向与煤仓间的支撑方向相反．对于煤仓间的顶层采用隅撑．

对于纵向：在A、B、C列设置3道支撑后。结构的第一振型为扭转和纵向平动的耦合振型，第二阶振型为横向平动振型，前两阶自振周期相差无几，即结构在两个主轴方向的动力特性非常接近，地震作用下扭转比设2道支撑时有所改善．此外弹塑性分析发现。虽然结构在B、C列都设置了3道支撑，但柱底还是产生了较大的拉力，因此应在B、C列的底部两层增加支撑．

横向支撑的位置设置在柱中心线上，按我院的习惯纵向支撑通常是设置在上柱的中心，且上下贯通，即支撑中心线保持在一个铅垂线上．

3.2水平支撑布置

前面我们已经介绍过，主厂房中存在有较大的孔洞甚至是空楼层，而且有些轴线上设置不了垂直支撵，这都需要通过水平支撑来解决．

设计遵照抗震规范附录G的要求。同时参考我院以往工程的设计习惯，确定在汽机房运转层、汽机房屋面、给煤机楼面、煤仓间屋面等楼层设置水平支撑．

3.3与V形或人字形垂直支撑相交梁的侧向支承布置

对于有混凝土板的组合楼面，梁的侧向支承可采取在梁侧加劲肋上连接型钢的办法．但对于无混凝土楼面的空楼层，要对梁的上下两个翼缘均进行支承，最大间距应根据计算确定．

4结语

锅炉主厂房采用钢结构支撑结构体系，这将是未来主厂房结构体系的发展方向，大有取代钢筋混凝土主厂房的趋势。此文经过了初步的资料收集、分析，明确了其优越性，但是目前急需整理出一套完善合理的设计方案和方法，这就需要在以后的工作实践去总结和摸索，进行更深入的工作，希望各位同仁能提供宝贵经验。

参考文献

[1]《钢结构设计手册》（第三版），钢结构设计手册编辑委员会主编，2003.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.

[3]《钢结构设计规范》（GB50017-2003）.

[4]《高层建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）.

[5]《火力发电设计规范》（2014）.