锅炉钢结构设计研究

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1前言

设计过程包括设计策划、设计输入、设计输出、设计评审、设计验证、设计确认、设计更改等7个部分。本文只探讨锅炉钢结构的设计输出部分，锅炉钢结构是电站锅炉的重要组成部分。它是支承和固定锅炉本体各部件，并维持它们之间的相对位置，保证锅炉安全运行的空间结构，系建筑结构的一个分支。锅炉钢结构设计输出包大体可以分为四个部分。根据工作进度和内容的要求产生不同的输出内容和输出要求：方案设计、初步设计、技术设计、施工设计4个阶段。

2方案设计

方案设计即投标方案设计，根据潜在用户提出的文件的种类不同又可称为询价方案设计。方案设计的主要目的在于：根据潜在用户提出的初步要求确定产品方案的结构、性能、安全性。方案设计完成后若潜在用户消失则设计过程中止。

2．1广泛开展国内外的文献、资料调研．根据设计输入文件提出的具体要求，明确设计目标，提出总体设计方案。

2．2根据总体设计方案确定技术路线，并确定基本性能。

2．3明确工作原理、结构形式、几何尺寸等主要设计参数。对可能影响总体性能的关键部件设计参数的提出要有依据，如借鉴国内外的设计参数、已有的实验结果、近似计算结果或经验值等。

2．4对设计方案在可靠性、可行性、维修性、有效性、适应性、经济性等方面加以分析、比较、开展综合评价，确定最终方案。

3初步设计

3．1初步设计的目的初步设计的目的在于：确定设计各主要设计参数，以便做出完善的设计。完成与系统设计院进行的第一次设计联络会。

3．2初步设计的内容

3．2．1在充分考虑到强度、刚度、工艺性、维修性等方面的因素的基础上。建立关键设计的分析计算模型。开展有关方面的性能计算。提供设计依据。根据计算结果改进方案，调整参数。

3．2．2开展技术经济和安全性分析与评估，特别是对于结构复杂的关键技术要开展详细的分析评估，完成设计报告。

4技术设计

4．1技术设计的目的技术设计的主要目的在于具体确定组件及分组件的结构设计，最终确定产品的结构、材料和加工方式。

4．2技术设计的主要内容依据初步设计及初步评审结果完成技术设计报告及图纸，对各组件及分组件开展详细的结构设计。在完成关键组件的详细结构设计之后，还应对其开展必要的性能分析校核。根据评审结果正式完成产品总图、组件及分组件装配图的设计。不同种类的锅炉，如煤粉炉、CFB锅炉、余热炉、特种锅炉等，钢结构布置形式是不同的，钢结构布置形式在保证结构稳定、承载的前提下，还受锅炉的特殊要求限制。技术设计时注意以下几点参数的确定：

4．2．1首先根据方案设计确定立柱柱距及运转层平台的布置，立柱柱距根据锅炉本体及设计院管道位置的载荷要求合理布置；

4．2．2水平支撑的层数的确定。炉体露天布置或在地震区时，水平支撑要承受风载和地震水平力的作用。为了保证梁的稳定性和梁系统水平方向具有一定的整体刚性，应设置支撑杆件，支撑杆件一般采用节点板相连接，各杆件内力通过杆端焊缝传给节点板，水平支撑杆件传递力最后到达节点板，水平支撑应设置在承载较大的平面并尽量沿炉膛四周形成一封闭的、具有一定刚度的平面。在满足结构要求前提下．应尽可能较少刚性水平支撑的层数，一般对10米左右设置一层刚性水平支撑。

4．2．3垂直支撑的布置。垂直支撑应布置在承载较大的框架平面内，垂直支撑的布置应保持传力连续并传递至基础简洁地传递。

4．2．4顶板的布置。顶板梁是锅炉钢结构主要的悬挂承重部件，在布置时应保证传力明确、结构稳定、易于安装。由于受到运输的限制，板梁的高度不能超过4000mm．立柱柱顶与顶板连接处一般采用铰支连接，高度超限时应进行高度分段，即做成叠梁形式。

4．2．5选择钢结构节点连接形式根据钢结构布置形式要求选择合理的节点连接形式，按节点的基本特性分：刚性连接，半刚性连接，和铰接，刚性连接是指节点和其他构件一样要承受弯矩，剪力和轴力；半刚性连接一般在设计中是不采用的；铰接理论讲是不受弯矩的，不能中间拼接，只用杆件端部的连接。

4．2．6荷载统计及计算简图荷载统计在钢结构设计中起着举足轻重的作用，按分析软件及结构简化模型确定荷载统计的形式，同时根据选用的锅炉钢结构设计规范GB／T22395—2008确定荷载的计算方法和取值。

4．2．7计算分析根据以上的准备，使用结构分析软件进行结构分析，如同济大学结构分析计算然软件3D3S及美国的STAAD。结构分析的关键是根据规范及经验选择荷载组合工况，同时确定取值界限(应力、挠度、刚度、结构侧移等)，选取合理的截面形式，经分析计算确定最经济的截面，打印计算结果(包括应力、轴力、弯矩剪力、位移、基础负荷等)。

4．2．8节点计算节点计算是实现结构连接，实现计算模型的必要环节，是钢结构计算的重要环节。节点计算采用计算和编制通用节点相结合的形式。

4．2．9绘制钢结构总图根据以上结构布置、计算分析、节点计绘制基础负荷、钢结构总图(包括平、立面布置图、平台扶梯布置图、基础载荷图、运转层开孔图等)，该图中应包括杆件布置、杆件截面、节点连接形式、杆件编号、材料、技术说明要求等信息。

5施工设计

施工设计是钢结构的制造图，是一种详细的设计。包括柱、梁、水平支撑、垂直支撑、顶板梁、支承梁、支吊梁、小罩支撑、柱底板、刚性梁、炉顶小室、平台扶梯、地脚螺栓和支架等12个部件的施工图绘制。

5．1施工设计的目的施工设计的主要目的在于具体确定零部件的结构设计，最终确定产品的结构、材料和加工方式，为工艺部门编制工艺流程提供依据。

5．2施工设计的主要内容依据技术设计及技术评审结果完成施工设计报告及图纸，对各零部件开展详细的结构设计；在完成关键组件的详细结构设计之后，还应对其开展必要的性能分析校核；提交施工设计报告及图纸。

6结束语

综上所述，锅炉钢结构的设计是一个非常复杂繁琐的过程，锅炉钢结构的设计就是在特定的条件下，满足使用的前提下，保证结构的强度、刚度和稳定性，同时还应考虑到材料供应、制造工艺、运输和安装能力等诸多因素，且应使结构尽可能轻，以取得最佳的效益。按照设计输出的步骤方案设计、初步设计、技术设计、施工设计，合理的结构布置形式、杆件截面尺寸、材质、计算分析技术、工艺技术等要求至关重要，随着设计经验的积累，锅炉钢结构技术水平进一步提高，以满足锅炉钢结构的发展，适应市场竞争的需要。