电站锅炉炉顶小室施工设计探索

曲菲菲 罗杨

摘 要 根据相关国家标准进行炉顶小室柱、梁、墙面结构、防雨等施工设计，理清计算过程，达到为锅炉正常运行提供服务的作用。

关键词 炉顶小室;柱梁;檩条;排水

1概论

炉顶小室在整个电站锅炉设备的顶部，支撑在顶板梁与上部柱上，充当着为其遮风挡雨的作用，为保证锅炉正常运行提供服务[1]。

1.1 炉顶小室作用

炉顶小室对于整个锅炉而言，所起到的作用是防雨、防晒、挡风、保温隔热，使锅炉顶部及四周美观。

1.2 炉顶小室类型

复合板型炉顶小室;单层波纹板炉顶小室。

2布置方式及结构形式

2.1 布置方式

a.半露天式炉顶小室;b.全封闭式紧身封闭。

2.2 结构形式

a.单炉结构形式;b.多炉联合布置结构形式。

3施工设计方法

3.1 资料收集准备

（1） 锅炉技术协议

根据技术协议里的要求：

1）确定炉顶小室的下垂高度、覆盖范围;

2）确定是哪一种布置方式，如果有紧身封闭，炉顶小室的墙面与紧身封闭连接，复合板的型号、厚度、位置，需要做到与紧身封闭一致;如果采用单层压型波纹钢板，需确定其的厚度、材质及型号;

3）确定落水管的材质、落水口的数量及大概位置;

4）确定屋面是单坡还是双坡，是否有女儿墙;

5）确定屋面是否为上人屋面、是否有施工荷载等。

6）确定地震、风、雪、降雨等气候条件。

（2） 配套接口尺寸

1）收集设计院主厂房资料，确定紧身封闭锅炉通风器接口位置、大小及荷载;吊轨梁位置及起吊重量;

2）收集锅炉平台扶梯、柱和梁、顶板施工图;

3）收集安全阀排放管道、消音器图纸及其穿屋顶部分的荷载;

4）收集需要吊挂在炉顶小室梁上的其他管道布置图及荷载;

3.2 设计要点

（1） 柱网布置和柱截面选择

炉顶小室柱常直接焊接在顶板施工图中主梁的预埋板上。因现场条件限制，顶板梁不能动火，在设计炉顶小室柱网时，需要核对预埋板的位置是否合理。（当柱距太大，而顶板上中间位置未预埋钢板时，在顶板上该处增加的荷载计算通过时，可在两梁之上搭接梁用以支撑柱。）

受压柱截面选择及计算：①根据经验预设柱类型及截面;②校核柱截面的强度、稳定性、剪力。

（2）主梁设计

根据技术协议确定主梁斜度，校核主梁斜度是否满足当地降雨量，选取最不利的一根梁（分摊面积最大的一根主梁）通过软件简单计算选择主梁截面。需要满足强度（按简支梁计算，两端节点常设计为铰接）;

（轻型结构炉顶小室，投影面积超过60㎡时，自重0.5kN/㎡+0.3kN/㎡活荷载，如有雪荷载，注意雪荷载和均布活荷载不同时组合，选取二者较大者组合。如屋面为上人屋面，均布活荷载替换为2kN/㎡）。

（3）水平支撑及垂直支撑布置

当风荷载或地震荷载影响较大时，通过在主梁之间布置水平支撑和在主要受力跨布置垂直支撑来将水平力传导到锅炉柱上。地震烈度小于等于6度，可不单独计算地震作用。

炉顶小室水平支撑常对称布置，垂直支撑常布置在最外侧和主要受力跨;水平支撑与垂直支撑布置时注意避让锅炉各种管道和吊杆;水平支撑和垂直支撑截面的复核长细比，水平支撑长细比不大于200（235/fy）^0.5，垂直支撑长细比不大于150（235/fy）^0.5;因屋面荷载较大导致主梁截面偏大时，可考虑增加次梁或水平支撑来缩短計算长度，降低主梁截面[2]。

（4）墙面设计

首先注意协议中墙面下垂高度和墙面的上端到屋脊的高度范围;上人屋面女儿墙至少要留1.1米;

墙面可根据要求设计成内外檩条样式或者型钢墙面样式。或者根据实际情况综合考虑;

当墙面外伸，需要将墙面和柱之间设计成桁架用以支撑外伸的墙面。

（5）炉顶吊轨布置

一般吊轨的高度从顶板到吊轨梁上端留2.5m，吊轨伸出长度到吊物孔中心位置。吊轨不伸出墙面的，两侧墙面一样;吊轨伸出墙面的，墙面需要预留吊轨伸出位置;也可综合考虑将其布置在墙面以下;设计吊轨梁时，需要检查是否与集汽集箱、垂直支撑干涉，是否与平台对应;吊轨梁设计按简支梁设计，荷载为自重和起吊重量;与吊轨梁相连的梁在集中荷载处加肋板，肋板宽度和厚度符合GB50017钢结构设计标准，并且需要将吊轨荷载加在该梁上核算强度。

（6） 檩条选择

常用压型钢板（夹芯板）有足够的刚度，并在使用过程中不滑动时，可认为能阻止檩条侧向失稳和扭转。

1）墙檩选择。根据实际情况确定墙檩上线荷载（取风压力和风吸力的最大值），以下两项荷载值同时小于相应的荷载限制，可直接在《11G521-2钢墙梁》中选择型号;设计檩条跨度时，需要通过将墙面板的单波考虑成抗风柱，校核其跨度范围内的强度。

2）屋檩选择。檩条均布荷载

设计跨度时，需要将屋面板的单波按简支梁校核其单跨范围内的强度，方法同主梁。确定屋檩上实际线荷载后，可直接在《11G521-1 钢檩条》中选择型号;

当跨距过大时，相应的荷载偏大，在《11G521-1-2 钢檩条 钢墙梁》[3]中无法选择檩条型号，可用软件直接计算选用合适的非标型号。注意先用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》确定体型系数，再根据《建筑结构荷载规范》确定阵风系数和高度变化系数，从而得出相应的风荷载。

建议通过增加跨中柱梁来降低檩条计算长度，减小截面。

根据GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》，确定檩条间拉条位置及大小，以及是否需要加撑杆，撑杆常用在屋脊和最外侧，斜拉条，常间隔3跨左右布置一跨。

（7）天沟设计

先检查技术协议中天沟和落水管的数量、材质是否有特殊要求，如有，需要根据日最大降雨量校核天沟宽度和下水管的数量是否满足排雨要求;

布置落水管时避免与平台、管道等碰撞，位置需与排水沟匹配。墙面需设置型钢与天沟连接，以防变形较大;可将天沟落水口的位置设置成最低点，布置成V形天沟;也铺设防水卷材来达到要求的泄水坡度[4]。

天沟及落水管设计示例：

降雨强度： I = 150.0 mm/hr

1）每个落水口所分担的雨水量的计算

屋面长度： L = 40.0 m（双坡屋面只算单面）

水管间距： B = 7.0 m

集水面积： Ar = B ×L

= 280.00 m2

雨水量： Qr = Ar ×I ×10-3/3600

= 0.01167 m3/sec

2）天沟断面的计算

天沟宽度： W = 0.300 m

天沟设计最大水深： Hw = 0.160 m

钢板天沟摩擦系数：n= 0.0125（钢管与水摩擦系数0.013～0.018

左右，可认为镀锌钢板与水的摩擦系数取0.0125）

泄水坡度： S = 0.0010

断面面积： Ag = W×Hw= 0.048 m2

R = Ag/（W + 2Hw）= 0.077 m

排水速度：Vg = R2/3×S1/2/n= 0.4595 m/sec

排水量：    Qg = Ag×Vg = 0.0221 m3/sec

Qg ≥ Qr 满足

3）落水管的计算

落水管外径： d = 0.100 m

落水管口面积： Ad = π×d2/4 = 0.0079 m2

落水管支数： m = 1 支

重力加速度： g = 9.8 m/sec2

天溝最大水深： Hw = 0.150 m

水流量：   Qd = m ×Ad ×（2×g×Hw）1/2= 0.01347 m3/sec

Qd ≥ Qr 满足！

（8）爬梯设计

有检修需求的屋面需要布置爬梯，爬梯位置综合其他构件考虑，当爬梯高度超过2100时，需要设计护笼;爬梯人孔盖需要考虑屋面防水需求[5]。

3.3 施工图绘制要点

1）考虑运输和原材料尺寸，大于12米需要断开，现场对接焊的需要厂内倒坡口;

2）墙面注意型钢的布置;

3）天沟尽量直接弯制成带有坡度的成型天沟，或者注明现场用防水材料找坡。落水管常用PVC或镀锌钢管;材料不同，落水管与柱子、天沟的连接不同;有紧身封闭的天沟，注意保温，避免冷桥;落水管弯头需考虑余量;

4）檩条常设计为栓接，即檩托开条形孔，考虑足够膨胀;檩托、拉条、螺栓、螺母、垫圈的数量匹配;

5）自攻螺钉长度需根据波形和位置选择，屋面攻于压型板波峰与檩条处;墙面攻于压型板波谷与檩条处;当作用于型钢时，需根据壁厚预钻孔或选用5#或3#钻尾自攻螺钉;抽芯铆钉用于压型板横向搭接处;自攻螺钉和抽芯铆钉需考虑足够余量;

6）屋面有设备穿出，开孔位置注意防水处理;

7）有紧身封闭的项目，屋装置顶有通风器，孔洞周需考虑密封处理;

8）包边件有阴阳角;女儿墙压顶板设置坡度，坡向炉内且尽量做窄，空隙大于400mm，需用角钢间隔支撑;

9）吊轨梁分段设置。

参考文献

[1] 建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S].北京：中国住房和城乡建设部与国家质检总局，2012.

[2] 建筑用压型钢板：GB/T12755-2008[S].北京：国家质检总局与标准化管理委员会，2008.

[3] 冷弯薄壁型钢结构技术规范：GB/T50018-2002[S].武汉：湖北省发展计划委员会，2002.

[4] 钢檩条钢墙梁：11G521-1-2[S].北京：中国建筑标准设计研究院，2011.

[5] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程：CESC102：2002[S].北京：中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会与建筑标准设计研究院，2003.