水泥窑尾预热器钢塔架优化设计研究.pdf

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1、设计与规划·163·水泥窑尾预热器钢塔架优化设计研究罗钊（安徽理工大学（安徽海螺建材设计研究院），安徽芜湖241070）摘要：窑尾预热器塔架是水泥厂的最高构筑物，通常为钢结构2.2荷载取值及荷载组合多层次高层框架。一般一至二层为钢筋混凝土框架结构，立柱截面2.2.1荷载取值2为方形，二层以上一般为钢管混凝土柱。窑尾预热器塔架是新型干1）永久荷载。包括结构自重、楼面恒荷（0.45kN/m）及设备荷载。2法水泥生产线中的重要构筑物，塔架的结构设计一般参照高层民用2）楼面可变荷载。包括楼面活荷（4.0kN/m）及耐火砖堆放22建筑进行

2、，但由于荷载条件不同、结构布置受到工艺要求和设备安活荷（15.0kN/m），当楼面梁的从属面积超过25m时，楼面活荷装限制，塔架在结构布置及性能等方面有一定特殊性。折减系数取0.9。关键词：水泥窑尾预热器塔架；钢框架-支撑结构；优化设计；3）事故（积灰）荷载。水泥窑各级旋风筒都可能发生堵塞而受力特点产生事故（积灰）荷载，一般可按最多两级同时堵塞积灰考虑。为了简化荷载组合，偏于安全地按各级旋风筒事故荷载同时发生进行1预热器结构荷载组合。为了既能降低生产成本（燃料和动力），又能使预热器规格合4）风荷载。优化设计中按3个荷载级别取值，

3、即基本风压为0.4、2理，重点要考虑旋风筒和分解炉。原料的天然水分决定了旋风筒的0.6、0.8kN/m。风荷载体型系数及风振系数按风洞试验结果，高度级数。通常预热系统中有4、5、6级。第6级的安装将取决于燃料系数按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）取值。的节省与动力消耗和投资的关系。5）地震荷载。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《高窑尾预热器塔架为多层次高层结构，通过锚栓与混凝土柱连接，层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98），抗震设防烈度9度以整个结构由柱、梁、斜支撑、平台板、操作平台

4、、梯子、栏杆等构下的高层建筑钢结构，抗震设计可采用振型分解反应谱法沿两个主件组成（如图一）。该钢塔架构件的连接采用栓焊相结合的连接方式，轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，不必考虑竖向地震主要构件的连接均采用高强度螺栓连接，并在一些位置焊接加固，作用。塔架结构的阻尼比参照民用高层钢结构取为0.02，重力荷载如柱与柱的连接、柱与梁的连接、梁与斜支撑的连接、梁与梁的连代表值取永久荷载标准值+0.5×楼面可变荷载标准值。优化设计接，次要结构平台板、操作平台、梯子、栏杆等采用焊接方式。中抗震设防烈度分别取7度（0.10g）、7度（

5、0.15g）及8度（0.20g），地震影响系数按设计地震分组第二组、Ⅱ类场地类别确定，计算中取结构前20阶振型、采用完全二次项组合公式进行地震效应组合。2.2.2荷载组合1）1.2恒荷载+1.4（活荷载+事故荷载）2）1.35恒荷载+1.4×0.7（活荷载+事故荷载）3）1.2恒荷载±1.4风荷载（x向）4）1.2恒荷载±1.4风荷载（y向）5）1.2恒荷载+0.9×1.4（活荷载+事故荷载）±0.9×1.4风荷载（x向）6）1.2恒荷载+0.9×1.4（活荷载+事故荷载）±0.9×1.4风荷载（y向）7）1.2重力荷载代表值±

6、1.3水平地震荷载（x向）图1：某在建窑尾塔架8）1.2重力荷载代表值±1.3水平地震荷载（y向）2优化设计研究2.3塔架结构优化设计2.1原塔架结构设计方案某已建5500TPD双系列水泥窑窑尾塔架平面尺寸25.65m×17.0m，塔架共6层，总高88.05m，塔架为钢框架-支撑体系，钢柱采用H型钢，受设备安装限制，仅沿周边设置，上下贯通，钢梁也采用H型钢，支撑构件为圆钢管，第1层钢结构平面布置。钢材以Q235钢为主，个别受力较大钢梁采用Q345钢。塔架结构总用钢量为852.8t，其中钢梁483.4t，占总用钢量的56%以上，钢

7、柱及支撑分别为229.9t及139.7t，占总用钢量的27%及17%。图2：某已建窑尾塔架第1层钢结构布置图3：某已建窑尾塔架第A、B轴钢结构立面·164·设计与规划22.3.1调整柱网布置，减小钢梁跨度，降低钢梁用钢量压0.8kN/m时四种风向应力结果的最大值，地震作用下的应力为8因受设备安装限制，原塔架结构钢柱仅沿周边设置，钢梁跨度抗震设防时两主轴方向反应谱分析的最大值。直接承受设备荷载度过大，截面过高，经济性差，钢梁用钢量占主体钢结构用钢量的的钢梁在永久荷载下的应力最大，这些钢梁截面较大，用钢量占总50%以上，是设计优化的

8、重点构件。优化设计中通过与工艺专业协用钢量的比重很大；与钢柱相连的框架梁在永久荷载下应力不大，商，调整柱网布置，增设钢柱，减小钢梁跨度，降低钢梁用钢量，主要由风荷载或地震作用控制，钢梁截面及用钢量较小。永久荷载根据设备布置，各层采用不同柱网，调整后各层柱网布置。