高层多跨钢烟道支架设计中应注意的几个问题

阙 坤 生

(浙江省电力设计院，浙江 杭州 310012)

高层多跨钢烟道支架设计中应注意的几个问题

阙 坤 生

(浙江省电力设计院，浙江 杭州 310012)

通过分析高层烟道钢支架的荷载及结构布置特点，结合以往设计经验及国内外规范，提出了高层烟道钢支架风荷载、框架柱计算长度、框架梁、柱脚等设计中应注意的几个问题和应该注意的事项，以供参考。

高层烟道钢支架，风荷载，柱计算长度系数，p—Δ效应

随着环境问题特别是大气污染问题的日益突出，目前火力发电厂的烟气排放要求(现行国家标准)已经不能满足当前环境需要，以浙江省各火力发电厂为代表的各能源企业开始进行火力发电厂的超清洁烟气排放改造。受既有建(构)筑物和工艺布置的影响，需要将改造新增烟道和大型工艺设备(高度约10 m)布置在既有烟道上方，使新建烟道钢支架高达30 m以上。相对于以往普通烟道支架(高度一般低于20 m)，这种高层多跨钢烟道支架在荷载、结构布置上等均有它自己的特点，因此在设计过程中不能照搬以往设计烟道支架的经验，应具体问题具体分析。

典型高层多跨烟道钢支架横向框架立面图见图1。

1 风荷载问题

烟道支架是一种无围护结构，受风面主要是钢构件和设备。关于构件风荷载。由于设备支撑层钢次梁较多，如果均考虑为受风面，计算风荷载会比实际情况大，而不考虑又不大符合实际情况，目前也没有相关的规范规定。可以采取以下两种措施:1)构件受风面仅考虑框架梁柱和柱间支撑或桁架构件，但风压考虑一定的增大系数；2)不仅考虑框架部分构件，也考虑次梁和水平支撑的风荷载，但考虑一定的折减系数。关于设备和烟道风荷载。厂家的设备荷载提资中一般会提供风荷载，但往往会忽略设备所在的标高所应该考虑的风压高度变化系数，因此在设计过程中应特别注意计算复核；此外，由于设备和烟道往往较高，因此不能忽略风荷载作用高度所产生的弯矩，需要根据烟道或设备的支吊架形式(滑动、限位或固定)计算各支点的附加压力和拔力。

2 框架柱计算长度问题

由于目前没有专门的规范对高层多跨钢烟道支架框架柱(或类似结构)的计算长度作出规定，参考《高层民用建筑钢结构设计规范》6.3.2条：在重力荷载作用下，当有支撑钢结构框架层间侧移小于h/1 000时(h为层高)，柱计算长度可按《钢结构设计规范》无侧移框架确定；而在重力荷载及风荷载或地震荷载的组合工况下，带支撑框架层间侧移小于h/250时，柱计算长度系数可取1，而纯框架在层间侧移小于h/1 000时，可按无侧移框架考虑柱计算长度。高层钢烟道支架由于设备和烟道荷载较大(设备荷载单个就高达300 t)，且作用点高，同时由于烟气所产生的内压(通常为水平力)较大，会产生较大的侧向位移，因此应特别注意p—Δ效应。而对于有支撑的钢支架，为方便计算，可以将计算模型简化为带支撑的抗侧移体系和考虑无侧移的梁柱体系，此时支撑应能完全承担结构的水平荷载和p—Δ效应，而梁柱部分框架体系可按无侧移失稳考虑。对于支撑的刚度要求，欧洲钢协规定带支撑框架的刚度应不小于5倍的纯框架；而英国BS 5950钢结构规范规定，对于像高层烟道支架这种无外墙的结构，当层间位移σ≤h/4 000时，可视为无侧移框架；美国LRFD规定在侧向稳定已经通过斜支撑、剪力墙或等效方式提供的桁架和框架中，受压构件的计算长度系数均可取1。

结合高层多跨钢烟道支架特点和相关规范，为保证结构安全和整体稳定，又能方便设计，建议在重力及风荷载或地震荷载组合工况下，将层间侧移控制在l/500,按无侧移框架考虑柱计算长度系数。

3 框架梁问题

为了减小框架柱计算长度及设置柱间支撑，高层钢烟道支架需要在中间设置若干层框架梁，而这些楼层往往没有设备和平台(或很少的楼梯平台)，因此一般也不设置水平支撑。而设备荷载作用在顶层，因此中间各层框架梁往往需要传递较大的水平力(设备水平力及风荷载或地震作用)，此时，中间各层框架梁还应按轴心受力杆件检验，对于压杆还应满足相应的构造要求(长细比、腹板高厚比等)。对于设备层框架梁及次梁，应尽量在梁侧向设置水平支撑，一方面可以增大整个设备层的刚度；另一方面，可以减小梁的平面外计算长度，特别是作用有较大水平力的梁。

4 柱脚问题

烟道钢支架通常采用铰接柱脚加支撑的结构体系，当烟道支架较高时，在风荷载和设备及烟道所产生的水平力作用下，会在柱脚产生较大的上拔力，特别是对于有支撑连接的柱脚，在不同荷载工况下，既会有很大的压力，也会有很大的拔力。因此在进行柱脚设计时，一方面要特别注意螺栓的抗拔验算，此外也要注意柱底板的抗弯验算。上拔力大时，往往需要采用较大直径的地脚螺栓，而根据构造要求，需要较大的螺栓垫板，在设计支撑连接时要综合考虑，既要避开螺栓，又要保证足够的柱脚加劲板以减小底板的区隔大小，减小底板所受弯矩及底板厚度。

5 结语

由于目前工业建筑结构设计规范相对滞后，在很多方面甚至缺失或者不完善，在工业建筑结构中往往会出现规范中没有考虑的情况，此时应根据实际情况分析，结合现有规范和研究成果计算分析，以保证结构设计安全。

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[5] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[6] JGJ 99—98，高层民用建筑钢结构设计规范[S].

On problems in high-rise multi-span flue steel support design

Que Kunsheng

(ZhejiangPowerDesignInstitute,Hangzhou310012,China)

According to the analysis of the loading and structural allocation features of the high-rise flue steel support, the paper points out some problems and precautions in the design for the wind load, frame column calculation length, framework beam, and column bases of the high-rise flue steel support by combining with previous design experience and regulations at home and abroad, so as to provide some reference.

high-rise flue steel support, wind load, column calculation length coefficient,p—Δeffect

1009-6825(2015)02-0036-02

2014-11-02

阙坤生(1984- )，男，工程师

TU318

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