浅析骨架式除尘装置钢结构设计

侯世红 王明浩 安长伟

【摘 要】 本文介绍骨架式除尘装置钢结构设计方案、材料、节点选择和设计计算方法，为设计出经济合理、安全可靠提供参考。

【关键词】 钢结构 荷载 结构体系 材料

1 引言

随着环境保护标准日趋严格，以长袋低压脉冲除尘器、分室反吹袋式除尘器和静电除尘器为代表除尘装置大型化并多以户外型存在已成不争事实。以箱形结构为除尘空间除尘器壳体多为骨架式钢结构。除尘装置壳体不仅要形成高效除尘功能还具有先进承载结构与安全经济运行条件。随着我国经济飞速发展，钢结构技术水平日益提高，支承骨架式除尘装置钢结构支座得到广泛应用。钢结构是影响骨架式除尘装置安全和经济性能重要部件，目前关于骨架式除尘装置特殊设备钢结构设计技术并不成熟，本文对钢结构设计方案、材料、节点选择和设计计算方法进行总结并提出设计要点建议。

2 骨架式除尘装置钢结构设计

骨架式钢结构多由柱、梁、板、支撑、围护结构和支座等组成，除尘工艺装置荷载分布与体系科学分解，由梁与柱传递至设备基础。支座由柱子及柱间支撑组成。箱体及支座组成牢固的空间结构体系，承担各种外力作用。骨架式钢结构要保证壳体钢结构强度与稳定性，支持除尘工艺装置完成气体除尘与净化功能，承担除尘器支承、安装和安全防护。

2。1 形式与结构选择

按箱体与支架连接方式分为带活动支座结构及箱体与支架连为一体结构。钢支座常用结构有框架体系、柔性支座体系、框架支撑体系钢结构设计时首先应根据钢支座几何高度、作用荷载的大小、运行操作空间选择最合理结构体系方案。骨架式除尘装置自重大，在地震作用时会产生较大水平力，结构体系包括两个抗力系统，即抗重力系统和抗水平侧力系统。

2.1.1 框架结构

框架结构由梁与柱构成。结构特点是空间布置灵活、安装方便，但抗侧刚度较小，耗钢量较大，经济性较差。适用于运输空间无法设置支撑工程。

2.1.2 柔性支座

柔性结构由支撑与柱构成。骨架式除尘装置没有设置活动支座，将骨架式除尘装置立柱支承连接在若干根竖直钢支柱上，支柱间没有连梁，每榀支座最多只有一根立柱斜撑限位，其它支柱可随骨架式除尘装置壳体热膨胀移动。结构相对简单，耗钢量最少，但受到斜撑角度限制。一般用于支座高度在 4-6m范围工程。

2.1.3 框架支撑

框架支撑是指在框架结构中布置竖向支撑的形式，以传递水平荷载和保持框架体系的刚度。支撑体系刚度大、构造简单、耗钢量较小，适用于各种高度的支座，是目前最常用的结构。

2.2 材料选择

2.2.1 钢材强度等级

钢材强度等级根据截面不同控制而合理选择。当计算梁柱截面为强度控制时选用较高强度等级钢材。梁柱截面为变形或稳定控制时优先选用较低强度等级钢材。 当梁柱截面为变形或稳定控制时应优先选用较低强度等级钢材。一般情况下骨架式除尘装置钢支座立柱选用Q345 钢，其它构件选用 Q235 钢，结构和经济合理性较好，可节省钢材 15%。

2.2.2 截面形式

构件截面形式较多，受力性能差异较大，设计时可根据结构布置和受力情况合理选择。常规骨架式除尘装置钢支座各构件主要承受轴心力作用，对轴心受压柱，从经济方面考虑采用双轴对称截面。根据制造省工原则优先采用型钢，若柱两方向计算长度相等采用钢管较易满足等稳定性要求，但钢管柱在与其它相邻构件连接时，构造往往较复杂且其价格亦相对较高。若柱两方向的计算长度相差较大且荷载不太大时采用工字钢。当框架支撑体系中支撑按拉杆设计时，截面形式主要应按强度条件考虑，避免过于柔细。若无其它条件限制在满足强度条件同时，构件截面应配合刚度条件要求，尽量开展，选用宽肢薄壁材料。

2.3 节点连接设计

2.3.1 梁柱连接

目前在实际工程中梁与柱的连接有刚性连接和铰接连接。刚性连接刚度大，能承受设计要求的弯矩，但构造复杂、费用较高，一般只用于框架结构。铰接连接构造简单、传力简捷、施工方便，框架支撑结构中可采取铰接连接。

2.3.2 柱脚连接

柱脚分为刚性连接和铰接连接两种类型。刚性柱脚虽然刚度大，但结构复杂，一般较少采用。铰接柱脚对柱基沉降的适应性较强，而且施工方便、计算简单、受力明确，经计算分析，在框架支撑体系中应用较为经济合理。

2.4 荷载计算

荷载计算依据 GB50009-2001。《建筑结构荷载规范》；GB50011-2001《建筑抗震设计规范》和GB50191-93《构筑物抗震设计规范》规定进行。

除尘器支架承担着垂直荷载和水平荷载。重直荷载由上部箱体传来，同时考虑支座自重；水平荷载由风荷载或地震产生。在带活动支座的支座结构中还应承担由于温度变化引起箱体伸缩产生水平摩擦力，摩擦力可由支座顶部横梁来承担。在箱体与支架连为一体结构中不必考虑由于温度变化引起箱体伸缩而产生力，支架柱顶部没有活动支座，支架柱顶部可随箱体一起做少量位移，对箱体没有约束，不产生伸缩摩擦力。结构要求支座支撑结构布置合理使箱体中心点成为不动点，其余各点均能自由伸缩，同时使结构成为稳定体系。荷载类型及其取值是保证骨架式除尘装置结构设计安全和经济重要参数。在钢支座设计中必须掌握各种荷载特性和量值及可能出现荷载组合，以确定合适布置形式及经济截面选择。

2.5 其它

2.5.1 焊缝质量

焊缝质量等级分一、二、三级，检验等级分 A、B、C 三级，评定等级分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。检验等级就是检验方法，全焊透一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，一级焊缝探伤比例为 100%，二级焊缝为 20%。超声波探伤检验等级参照建筑钢结构。当检验等级确定后根据检测出来结构进行等级分类，评定等级，一、二级质量等级焊缝对应评定等级分别为Ⅱ、Ⅲ级。设计中不能将符号写错，否则将引起检验上的争议。对于钢材等强对接用剖口熔透焊缝应不低于二级；对于角焊缝的外观质量应不低于三级。

2.5.2 涂装

钢结构构件钢材表面除锈等级一般为Sa2.5 级。手工和动力工具除锈等级只有 St2、St3两种。喷射有利于钢材与涂料的粘接，还可消除部分残余应力优先选用。防锈涂层由底漆、中间漆、面漆组成，涂料与除锈等级相匹配并指定涂膜厚度。

3 结束语

骨架式除尘装置钢结构设计只有充分考虑除尘器结构特点，从设计方案、材料、节点选择每一环节进行合理选型和科学计算才能使钢结构设计既经济合理，又安全可靠，在市场竞争中立于不败之地。

参考文献

[1] GB50017-2003.《钢结构设计规范》[M]，中国计划出版社

[2] 陈基发、沙志国编.《建筑结构荷载设计手册》[M]， 中国建筑工业出版社

[3] 赵熙元、柴昶、武人岱编.《建筑钢结构设计手册》[M]， 冶金工业出版社

[4] 赵振奇、潘永来主编.《除尘器壳体钢结构设计》，治金工业出版社