关于电力设施钢结构设计的探讨

摘 要：对电力设备钢结构的设计思想进行介绍和说明，研究和分析电力设施钢结构的力学特征，通过分析力学原理及概念，对电力设施钢结构在工程实践中的设计和应用进行研究，并且指出了设计钢结构的理论要点，以及选择钢结构型号时需要注意的问题。

关键词：电力设施；钢结构；设计

在我国，钢结构的发展十分迅速，经过我国三十几年的发展，很多建筑技术如轻钢结构，重钢结构，管桁架，网架等都已与国际先进水平接轨，业内对钢结构本身的优势给予了充分的关注，钢结构在施工中得到了大范围的应用。钢结构的综合优势很明显，如不污染环境，较强的抗震性能，施工过程不长，安装方便，自重较轻等，相比较于钢筋混凝土结构，它具有高，大，轻的特点。哈尔滨锅炉厂为乌拉圭发电厂锅炉房设计了钢结构，而且经常在施工时与厂家交流经验，沟通思想，在2006年建立起七十米高的钢结构工程，并从中积累了足够的设计经验。

1 电力设施钢结构应用环境

建筑材料的各类不同，其自身的特点和性质也各不相同，通常情况下，钢结构应用范围比较广，可应用于大跨度，高层，荷载强，样式复杂，振动性强，车间温度较高，密封性大，结构可拆卸能活动的位置，如电梯井，桥，展览馆和大型厂房，体育馆和高层建筑等等。乌拉特电厂的厂房较大，具有复杂的样式和很高的荷载，而且电厂锅炉房的室内温度也非常高，最适合使用钢结构。其中汽包就达到200吨的重量，钢结构的主要特点就是载荷高，在我们国家，几乎所有的火力发电厂锅炉房都是钢结构的。

2 布置和选择钢结构

2.1 对钢结构的选型。在整体设计钢结构过程中，最重要的过程就是选型，选择时要参照概念设计理念，当很多问题无法进行精准分析，或者没有规定的情况下，可以参照破坏原理，分体系与整体结构系统力学关系，工程经验，试验现象等，通过对全局的掌控，对结构细部措施与布置进行确定。可在设计初期应用概念设计理论，有效而迅速地进行选择，比较和构思。从而获得定性正确，概念清楚，易于手算的结构方案，并且减少在结构分析阶段过于复杂的运算方式。钢结构的结构型式有多种，如塔桅与轻钢，网架，桁架和框架等等，在选择结构过程中，选型时要参考其主要特点进行。当轻钢工业厂房里具有很高的移动和悬挂荷载时，就需要采用网架结构把门式刚架放弃掉。有些地区雪压较大，积雪需要层面的曲线进行滑落，雪载需要50度的切线，有些地区的降雨量比较大，可以使用流水型坡度。在建筑条件允许的情况下，与简捷式节点刚接框架相比，在框架中布置支撑的经济性更佳。

2.2 布置结构。在布置结构时，需要综合考虑体系的特点，荷载分布的性质和情况，要求对移动及大荷载的影响范围进行约束，要具备清楚的力学模型，具有均匀的刚度需求，采取直线方式向基础传递，在柱间抗侧的支撑需要均匀分布，侧向力的作用线与形心要尽量接近，对结构的扭转给予考虑，应有多道防线设置在结构抗侧，使斜撑增加，最少需要四分之一的水平力来支撑柱子。布置框架结构楼层平面次梁时，为使不同需求得到满足，可以对其荷载进行相应的调整。为使截面短向布置次梁减少，应该加大主梁截面的面积，这样楼层的净高就增加了，将会导致顶层的边柱受损，为保护柱子和主梁，可以牺牲掉次梁，使次梁在很短的主梁上进行支撑。

3 预估钢结构的截面

完成布置结构的工作以后，需要进一步预估柱与梁的尺寸和断面形状。

可以选取H型截面和槽钢等作为钢梁的材料。针对支座和荷载的基本状况，选择二十分之一到五十分之一的跨度作为梁截面的高度。根据l /b 限值以及梁间侧向支撑的间距来确定翼缘宽度，可根据规定中的构造要求来预估板件的厚度。

根据长细比来预估柱截面，可选择100范围内的值。针对不同的轴心压力值，单向和双向受弯来选择不同的H型钢截面与钢管。选择构件的截面形式时，要求是不固定的，设计人员要选择安全合理的截面，并参考构件的受力情况进行选取。

4 分析结构

在实际设计钢结构过程中，一般采用线弹性分析来研究结构，为迅速分析钢结构，可以通过软件来实现，如果结构比较复杂，可采用建模的方式运行程序，并且详细分析钢结构。可查询力学手册和工具书等获取典型结构，查询形变及内力值，也能够分析手工计算方式。

5 判定工程

进一步分析变形量和剪力等数据，判断是否合理使用模型，可反复调整结构使其更加合理化。另外，在工程设计过程中，力学计算并不十分精确，为使设计方法更加实用，在假定时可利用更大的误差值，使某些不利因素的参数值提升，结构的安全性得到保证，相对于定量计算，这种算法的安全性更高。

6 设计构件

设计构件时，首先要对钢材的型号进行选择，通常可使用Q235和Q345型，一般应用单一的钢种作为建筑物的主要结构，使管理和施工过程更加方便。不过，如果结构的要求比较特殊，也可以对不同截面与强度的钢材组合进行选择，可以选择Q345来控制强度，在控制作用比较稳定的情况下，可以选择Q235型号，为判断截面的合理性，可选择弹塑性方式。

目前市场上的钢结构软件都带有后调整功能与截面验算方式。有些软件能够自动重新分析和验算某些验算没有通过的构件，并且可以在截面库中自动提高一级，例如sap2000等软件就自动在计算时加大了一级，经过计算以后，如果仍然不符合要求，可再加一级直到通过为止。不过，计算软件时需要重视的是，在选择截面验算长度系数时，有些规定与规范不符，需要进行详细的检查。如果所预估的截面达不到受力要求时，可以加大预估截面的面积，如果抗弯强度达不到要求的时候，可以加大翼缘的厚度值；如果抗剪条件不符合要求，需要提高腹板的厚度值；如果形变过大，可以增加截面的高度值，这种计算方法比较接近钢筋混凝土结构的计算方法。

7 设计节点

在建模时需要充分考虑节点的半刚接，铰接和分刚接。不同的节点具有不同的受力状况，对支座的作用力与反作用力的计算方式也有所不同，弯矩产生的转动可通过变小的刚节点抵消掉，而转动或者震动产生的弯矩可以通过变大的铰接进行抵消。

8 绘图阶段

设计钢结构包括两个阶段，即设计出图与施工详图，由设计院提供设计图纸，通过绘图明确设计依据，荷载数据和材质要求等，对不同杆件的选型和形状样式进行绘制，应该清楚的表达出框架的组成；使编制施工详图更加方便，应该列表表示主要材料。

9 结语

钢结构具有施工便捷，抗震性好等特点，能够设计出不同复杂体型的新型构造。在建筑施工过程中，相比较于其他材料的结构，钢结构在综合经济性，应用功能，设计和施工等方面的优势更加明显。

参考文献

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[2] 唐钊.埋弧自动焊技术在电力建设钢结构加工中的应用[J].中国高新技术企业，2011（18）.

[3] 韩星辰.电力工程中钢结构支架的应用分析[J].低碳世界，2016（09）.

作者简介：李瑶（1989.01- ），女，江苏泽宇电力设计有限公司。