摘 要：對(duì)電力設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行介紹和說明，研究和分析電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征，通過分析力學(xué)原理及概念，對(duì)電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)在工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行研究，并且指出了設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的理論要點(diǎn)，以及選擇鋼結(jié)構(gòu)型號(hào)時(shí)需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)施；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

在我國，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展十分迅速，經(jīng)過我國三十幾年的發(fā)展，很多建筑技術(shù)如輕鋼結(jié)構(gòu)，重鋼結(jié)構(gòu)，管桁架，網(wǎng)架等都已與國際先進(jìn)水平接軌，業(yè)內(nèi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢給予了充分的關(guān)注，鋼結(jié)構(gòu)在施工中得到了大范圍的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)勢很明顯，如不污染環(huán)境，較強(qiáng)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(jié)構(gòu)，它具有高，大，輕的特點(diǎn)。哈爾濱鍋爐廠為烏拉圭發(fā)電廠鍋爐房設(shè)計(jì)了鋼結(jié)構(gòu)，而且經(jīng)常在施工時(shí)與廠家交流經(jīng)驗(yàn)，溝通思想，在2006年建立起七十米高的鋼結(jié)構(gòu)工程，并從中積累了足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

1 電力設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用環(huán)境

建筑材料的各類不同，其自身的特點(diǎn)和性質(zhì)也各不相同，通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍比較廣，可應(yīng)用于大跨度，高層，荷載強(qiáng)，樣式復(fù)雜，振動(dòng)性強(qiáng)，車間溫度較高，密封性大，結(jié)構(gòu)可拆卸能活動(dòng)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(fù)雜的樣式和很高的荷載，而且電廠鍋爐房的室內(nèi)溫度也非常高，最適合使用鋼結(jié)構(gòu)。其中汽包就達(dá)到200噸的重量，鋼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)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(jié)構(gòu)的。

2 布置和選擇鋼結(jié)構(gòu)

2.1 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的選型。在整體設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)過程中，最重要的過程就是選型，選擇時(shí)要參照概念設(shè)計(jì)理念，當(dāng)很多問題無法進(jìn)行精準(zhǔn)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)力學(xué)關(guān)系，工程經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)現(xiàn)象等，通過對(duì)全局的掌控，對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)部措施與布置進(jìn)行確定。可在設(shè)計(jì)初期應(yīng)用概念設(shè)計(jì)理論，有效而迅速地進(jìn)行選擇，比較和構(gòu)思。從而獲得定性正確，概念清楚，易于手算的結(jié)構(gòu)方案，并且減少在結(jié)構(gòu)分析階段過于復(fù)雜的運(yùn)算方式。鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式有多種，如塔桅與輕鋼，網(wǎng)架，桁架和框架等等，在選擇結(jié)構(gòu)過程中，選型時(shí)要參考其主要特點(diǎn)進(jìn)行。當(dāng)輕鋼工業(yè)廠房里具有很高的移動(dòng)和懸掛荷載時(shí)，就需要采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(jìn)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(diǎn)剛接框架相比，在框架中布置支撐的經(jīng)濟(jì)性更佳。

2.2 布置結(jié)構(gòu)。在布置結(jié)構(gòu)時(shí)，需要綜合考慮體系的特點(diǎn)，荷載分布的性質(zhì)和情況，要求對(duì)移動(dòng)及大荷載的影響范圍進(jìn)行約束，要具備清楚的力學(xué)模型，具有均勻的剛度需求，采取直線方式向基礎(chǔ)傳遞，在柱間抗側(cè)的支撐需要均勻分布，側(cè)向力的作用線與形心要盡量接近，對(duì)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)給予考慮，應(yīng)有多道防線設(shè)置在結(jié)構(gòu)抗側(cè)，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(jié)構(gòu)樓層平面次梁時(shí)，為使不同需求得到滿足，可以對(duì)其荷載進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。為使截面短向布置次梁減少，應(yīng)該加大主梁截面的面積，這樣樓層的凈高就增加了，將會(huì)導(dǎo)致頂層的邊柱受損，為保護(hù)柱子和主梁，可以犧牲掉次梁，使次梁在很短的主梁上進(jìn)行支撐。

3 預(yù)估鋼結(jié)構(gòu)的截面

完成布置結(jié)構(gòu)的工作以后，需要進(jìn)一步預(yù)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(duì)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(jù)l /b 限值以及梁間側(cè)向支撐的間距來確定翼緣寬度，可根據(jù)規(guī)定中的構(gòu)造要求來預(yù)估板件的厚度。

根據(jù)長細(xì)比來預(yù)估柱截面，可選擇100范圍內(nèi)的值。針對(duì)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(gòu)件的截面形式時(shí)，要求是不固定的，設(shè)計(jì)人員要選擇安全合理的截面，并參考構(gòu)件的受力情況進(jìn)行選取。

4 分析結(jié)構(gòu)

在實(shí)際設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)過程中，一般采用線彈性分析來研究結(jié)構(gòu)，為迅速分析鋼結(jié)構(gòu)，可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)，如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可采用建模的方式運(yùn)行程序，并且詳細(xì)分析鋼結(jié)構(gòu)?？刹樵兞W(xué)手冊和工具書等獲取典型結(jié)構(gòu)，查詢形變及內(nèi)力值，也能夠分析手工計(jì)算方式。

5 判定工程

進(jìn)一步分析變形量和剪力等數(shù)據(jù)，判斷是否合理使用模型，可反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)使其更加合理化。另外，在工程設(shè)計(jì)過程中，力學(xué)計(jì)算并不十分精確，為使設(shè)計(jì)方法更加實(shí)用，在假定時(shí)可利用更大的誤差值，使某些不利因素的參數(shù)值提升，結(jié)構(gòu)的安全性得到保證，相對(duì)于定量計(jì)算，這種算法的安全性更高。

6 設(shè)計(jì)構(gòu)件

設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，首先要對(duì)鋼材的型號(hào)進(jìn)行選擇，通?？墒褂肣235和Q345型，一般應(yīng)用單一的鋼種作為建筑物的主要結(jié)構(gòu)，使管理和施工過程更加方便。不過，如果結(jié)構(gòu)的要求比較特殊，也可以對(duì)不同截面與強(qiáng)度的鋼材組合進(jìn)行選擇，可以選擇Q345來控制強(qiáng)度，在控制作用比較穩(wěn)定的情況下，可以選擇Q235型號(hào)，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(jié)構(gòu)軟件都帶有后調(diào)整功能與截面驗(yàn)算方式。有些軟件能夠自動(dòng)重新分析和驗(yàn)算某些驗(yàn)算沒有通過的構(gòu)件，并且可以在截面庫中自動(dòng)提高一級(jí)，例如sap2000等軟件就自動(dòng)在計(jì)算時(shí)加大了一級(jí)，經(jīng)過計(jì)算以后，如果仍然不符合要求，可再加一級(jí)直到通過為止。不過，計(jì)算軟件時(shí)需要重視的是，在選擇截面驗(yàn)算長度系數(shù)時(shí)，有些規(guī)定與規(guī)范不符，需要進(jìn)行詳細(xì)的檢查。如果所預(yù)估的截面達(dá)不到受力要求時(shí)，可以加大預(yù)估截面的面積，如果抗彎強(qiáng)度達(dá)不到要求的時(shí)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(jì)算方法比較接近鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。

7 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)

在建模時(shí)需要充分考慮節(jié)點(diǎn)的半剛接，鉸接和分剛接。不同的節(jié)點(diǎn)具有不同的受力狀況，對(duì)支座的作用力與反作用力的計(jì)算方式也有所不同，彎矩產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過變小的剛節(jié)點(diǎn)抵消掉，而轉(zhuǎn)動(dòng)或者震動(dòng)產(chǎn)生的彎矩可以通過變大的鉸接進(jìn)行抵消。

8 繪圖階段

設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)階段，即設(shè)計(jì)出圖與施工詳圖，由設(shè)計(jì)院提供設(shè)計(jì)圖紙，通過繪圖明確設(shè)計(jì)依據(jù)，荷載數(shù)據(jù)和材質(zhì)要求等，對(duì)不同桿件的選型和形狀樣式進(jìn)行繪制，應(yīng)該清楚的表達(dá)出框架的組成；使編制施工詳圖更加方便，應(yīng)該列表表示主要材料。

9 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)具有施工便捷，抗震性好等特點(diǎn)，能夠設(shè)計(jì)出不同復(fù)雜體型的新型構(gòu)造。在建筑施工過程中，相比較于其他材料的結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在綜合經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用功能，設(shè)計(jì)和施工等方面的優(yōu)勢更加明顯。

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作者簡介：李瑤（1989.01- ），女，江蘇澤宇電力設(shè)計(jì)有限公司。