鍋爐鋼結構設計研究

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1前言

設計過程包括設計策劃、設計輸入、設計輸出、設計評審、設計驗證、設計確認、設計更改等7個部分。本文只探討鍋爐鋼結構的設計輸出部分，鍋爐鋼結構是電站鍋爐的重要組成部分。它是支承和固定鍋爐本體各部件，并維持它們之間的相對位置，保證鍋爐安全運行的空間結構，系建筑結構的一個分支。鍋爐鋼結構設計輸出包大體可以分為四個部分。根據工作進度和內容的要求產生不同的輸出內容和輸出要求：方案設計、初步設計、技術設計、施工設計4個階段。

2方案設計

方案設計即投標方案設計，根據潛在用戶提出的文件的種類不同又可稱為詢價方案設計。方案設計的主要目的在于：根據潛在用戶提出的初步要求確定產品方案的結構、性能、安全性。方案設計完成后若潛在用戶消失則設計過程中止。

2．1廣泛開展國內外的文獻、資料調研．根據設計輸入文件提出的具體要求，明確設計目標，提出總體設計方案。

2．2根據總體設計方案確定技術路線，并確定基本性能。

2．3明確工作原理、結構形式、幾何尺寸等主要設計參數。對可能影響總體性能的關鍵部件設計參數的提出要有依據，如借鑒國內外的設計參數、已有的實驗結果、近似計算結果或經驗值等。

2．4對設計方案在可靠性、可行性、維修性、有效性、適應性、經濟性等方面加以分析、比較、開展綜合評價，確定最終方案。

3初步設計

3．1初步設計的目的初步設計的目的在于：確定設計各主要設計參數，以便做出完善的設計。完成與系統設計院進行的第一次設計聯絡會。

3．2初步設計的內容

3．2．1在充分考慮到強度、剛度、工藝性、維修性等方面的因素的基礎上。建立關鍵設計的分析計算模型。開展有關方面的性能計算。提供設計依據。根據計算結果改進方案，調整參數。

3．2．2開展技術經濟和安全性分析與評估，特別是對于結構復雜的關鍵技術要開展詳細的分析評估，完成設計報告。

4技術設計

4．1技術設計的目的技術設計的主要目的在于具體確定組件及分組件的結構設計，最終確定產品的結構、材料和加工方式。

4．2技術設計的主要內容依據初步設計及初步評審結果完成技術設計報告及圖紙，對各組件及分組件開展詳細的結構設計。在完成關鍵組件的詳細結構設計之后，還應對其開展必要的性能分析校核。根據評審結果正式完成產品總圖、組件及分組件裝配圖的設計。不同種類的鍋爐，如煤粉爐、CFB鍋爐、余熱爐、特種鍋爐等，鋼結構布置形式是不同的，鋼結構布置形式在保證結構穩定、承載的前提下，還受鍋爐的特殊要求限制。技術設計時注意以下幾點參數的確定：

4．2．1首先根據方案設計確定立柱柱距及運轉層平臺的布置，立柱柱距根據鍋爐本體及設計院管道位置的載荷要求合理布置；

4．2．2水平支撐的層數的確定。爐體露天布置或在地震區時，水平支撐要承受風載和地震水平力的作用。為了保證梁的穩定性和梁系統水平方向具有一定的整體剛性，應設置支撐桿件，支撐桿件一般采用節點板相連接，各桿件內力通過桿端焊縫傳給節點板，水平支撐桿件傳遞力最后到達節點板，水平支撐應設置在承載較大的平面并盡量沿爐膛四周形成一封閉的、具有一定剛度的平面。在滿足結構要求前提下．應盡可能較少剛性水平支撐的層數，一般對10米左右設置一層剛性水平支撐。

4．2．3垂直支撐的布置。垂直支撐應布置在承載較大的框架平面內，垂直支撐的布置應保持傳力連續并傳遞至基礎簡潔地傳遞。

4．2．4頂板的布置。頂板梁是鍋爐鋼結構主要的懸掛承重部件，在布置時應保證傳力明確、結構穩定、易于安裝。由于受到運輸的限制，板梁的高度不能超過4000mm．立柱柱頂與頂板連接處一般采用鉸支連接，高度超限時應進行高度分段，即做成疊梁形式。

4．2．5選擇鋼結構節點連接形式根據鋼結構布置形式要求選擇合理的節點連接形式，按節點的基本特性分：剛性連接，半剛性連接，和鉸接，剛性連接是指節點和其他構件一樣要承受彎矩，剪力和軸力；半剛性連接一般在設計中是不采用的；鉸接理論講是不受彎矩的，不能中間拼接，只用桿件端部的連接。

4．2．6荷載統計及計算簡圖荷載統計在鋼結構設計中起著舉足輕重的作用，按分析軟件及結構簡化模型確定荷載統計的形式，同時根據選用的鍋爐鋼結構設計規范GB／T22395—2008確定荷載的計算方法和取值。

4．2．7計算分析根據以上的準備，使用結構分析軟件進行結構分析，如同濟大學結構分析計算然軟件3D3S及美國的STAAD。結構分析的關鍵是根據規范及經驗選擇荷載組合工況，同時確定取值界限(應力、撓度、剛度、結構側移等)，選取合理的截面形式，經分析計算確定最經濟的截面，打印計算結果(包括應力、軸力、彎矩剪力、位移、基礎負荷等)。

4．2．8節點計算節點計算是實現結構連接，實現計算模型的必要環節，是鋼結構計算的重要環節。節點計算采用計算和編制通用節點相結合的形式。

4．2．9繪制鋼結構總圖根據以上結構布置、計算分析、節點計繪制基礎負荷、鋼結構總圖(包括平、立面布置圖、平臺扶梯布置圖、基礎載荷圖、運轉層開孔圖等)，該圖中應包括桿件布置、桿件截面、節點連接形式、桿件編號、材料、技術說明要求等信息。

5施工設計

施工設計是鋼結構的制造圖，是一種詳細的設計。包括柱、梁、水平支撐、垂直支撐、頂板梁、支承梁、支吊梁、小罩支撐、柱底板、剛性梁、爐頂小室、平臺扶梯、地腳螺栓和支架等12個部件的施工圖繪制。

5．1施工設計的目的施工設計的主要目的在于具體確定零部件的結構設計，最終確定產品的結構、材料和加工方式，為工藝部門編制工藝流程提供依據。

5．2施工設計的主要內容依據技術設計及技術評審結果完成施工設計報告及圖紙，對各零部件開展詳細的結構設計；在完成關鍵組件的詳細結構設計之后，還應對其開展必要的性能分析校核；提交施工設計報告及圖紙。

6結束語

綜上所述，鍋爐鋼結構的設計是一個非常復雜繁瑣的過程，鍋爐鋼結構的設計就是在特定的條件下，滿足使用的前提下，保證結構的強度、剛度和穩定性，同時還應考慮到材料供應、制造工藝、運輸和安裝能力等諸多因素，且應使結構盡可能輕，以取得最佳的效益。按照設計輸出的步驟方案設計、初步設計、技術設計、施工設計，合理的結構布置形式、桿件截面尺寸、材質、計算分析技術、工藝技術等要求至關重要，隨著設計經驗的積累，鍋爐鋼結構技術水平進一步提高，以滿足鍋爐鋼結構的發展，適應市場競爭的需要。