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1、电厂钢结构厂房设计的分析李治别新军中煤西安设计工程有限责任公司（陕西省西安市710000）摘要:本文作者结合国际通用软件STAAD在电厂钢结构设计中的应用,分析了火电厂钢结构主厂房的结构布置、空间分析、节点设计及设计优化等方面的主要设计经验和建议，以供参考。关键词:STAAD;钢结构;空间分析;结构设计1工程概述某独立电站4×600MW,主厂房采用钢结构方案,横向布置依次为汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房。2台炉及煤仓间之间布置集控楼,集控楼自成结构体系。煤仓间皮带层在集控楼处断开,通过运煤皮带栈桥连接两煤仓间皮带层。主厂房的柱距主要为12m,局部为10m;汽机间纵向共45个柱距,伸缩缝处设双
2、柱,插入距1.5m,6台机总长526.5m。主厂房的横向跨度分别为:汽机房30.6m,除氧间10.5m,煤仓间15m。主厂房竖向布置的标高分别为:汽机房运转层13.7m,汽机房中间层6.9m,汽机房屋盖下弦29.4m,除氧间低压加热器层6.9m,除氧间高压加热器层标高13.7m,除氧间除氧器层标高26.0m,煤仓间给煤机层标高17.2m,煤斗支点标高32.1m,煤仓间皮带层标高42.6m,输煤皮带头部间标高50.6m。主厂房采用框排架结构体系。汽机房采用门式刚架体系,除氧煤仓间采用框架体系。框排架是厂房骨架的主要承重构件,各个框架之间由屋面结构、屋盖纵横向支撑、现浇混凝土楼盖结构、柱间支撑以
3、及其他纵、横两向抗侧构件连接在一起,组成一个框排架传递竖向荷载、柱间支撑和屋盖支撑传递水平荷载的空间工作结构体系。在各种类型的钢框架体系中,加设柱间支撑框架是最好的抵抗水平侧力的结构体系。本工程中,纵向A、B、C、D轴及汽机平台纵向结构上分别在2个柱距设置了垂直柱间支撑,使之形成了一个标准的常规支撑框架体系,有效地承担了纵向水平荷载。为保证空间体系的完整与刚度均匀分布,在局部缺少混凝土楼层处增加楼层水平钢支撑,以满足结构水平作用的合理传递。为方便施工、缩短工期,主厂房各层楼面及除氧煤仓间屋面采用1.2mm厚镀锌压型钢板做永久底模,底模上现浇100mm厚钢筋混凝土板,连接件选用圆柱头焊钉。连接
4、件的设计充分考虑了承担空间整体计算时刚性楼板协调各轴架构变形时产生的作用。2主厂房结构空间整体分析计算本工程即采用了从美国引进的STAAD/CHINA三维空间结构分析程序,该方法充分考虑了构件之间的协调作用,因此构件受力分析的结果更合理、更接近实际受力情况。2.1空间分析2.1.1建立三维模型首先建立一个完整的、尽可能精确的STAAD/CHINA三维空间模型(见图1)。模型根据实际位置关系尺寸设立梁、柱、楼板、支撑等并赋予它们截面特性,即1梁柱撑的断面尺寸、楼板厚度、材料特性等。然后根据计算简图给出梁与柱、梁与撑、柱与基础的连接形式。在主厂房三维模型中不仅设立了框排架梁柱、纵梁、各层楼板、楼
5、层次梁、柱间支撑等主要构件,同时汽机房屋面的水平支撑及系杆也全部在模型中得到体现。2.1.2荷载的输入由设计人员先根据荷载的最不利布置对其进行分组,得出基本工况,再按照基本组合原则,列出各种组合工况,然后逐一输入计算机中由程序完成组合计算。这与国内通用结构程序由程序自身对用户输入的荷载按照规范要求进行组合的方法有显著的区别,它可针对每一构件特性进行设计,在结构设计中有很大的优越性。荷载组合工况主要依据5土规6中的有关规定进行。在验算柱框架强度时,荷载载应考虑进行折减;验算次梁强度时,荷载载不折减;验算主框架变形时,荷载使用折减后的标准值;验算次梁变形时,荷载使用未折减的标准值。2.1.3钢结
6、构的设计优化在STAAD/CHINA程序中,整个结构的钢结构截面都可以由程序通过结构优化的方法进行选择,程序中装备最先进的优化算法,可准确、快速地完成迭代计算。开始定义某一构件的截面类型为工字钢,当程序进行设计时,如果所指定的截面太小,不满足所要求的应力比,程序会自动加大同类型工字钢截面,直至选出一个满足要求的最小界面,这一功能正是STAAD/CHINA程序的显著优点之一。图1厂房三维分析模型2。2利用STAAD进行空间分析的优势主厂房采用空间结构计算方法充分考虑了屋面、刚性楼层的协调作用,更加符合厂房结构在荷载作用下的实际受力情况,克服了以往平面杆系结构分析无法避免的荷载重复作用和作用分配
7、过大的缺点。经计算,主厂房单位面积用钢量比2000年示范电厂耗材指标降低了约6.5%。利用三维空间结构分析可以处理平面分析中不易处理的结构问题,尤其是在工艺布置有特殊要求时,空间整体分析方法更显出其优势。主厂房空间模型一经建立,可贯穿厂房建设的全过程使用,伴随工艺的变更,可随时对结构进行核算。在STAAD/CHINA程序建立的三维立体模型中,则可随时将新增荷载点加到模型中,进行空间整体计算,验证结构的2可靠度
