闕 坤 生

(浙江省電力設計院，浙江 杭州 310012)

高層多跨鋼煙道支架設計中應注意的幾個問題

闕 坤 生

(浙江省電力設計院，浙江 杭州 310012)

通過分析高層煙道鋼支架的荷載及結構布置特點，結合以往設計經驗及國內外規(guī)范，提出了高層煙道鋼支架風荷載、框架柱計算長度、框架梁、柱腳等設計中應注意的幾個問題和應該注意的事項，以供參考。

高層煙道鋼支架，風荷載，柱計算長度系數(shù)，p—Δ效應

隨著環(huán)境問題特別是大氣污染問題的日益突出，目前火力發(fā)電廠的煙氣排放要求(現(xiàn)行國家標準)已經不能滿足當前環(huán)境需要，以浙江省各火力發(fā)電廠為代表的各能源企業(yè)開始進行火力發(fā)電廠的超清潔煙氣排放改造。受既有建(構)筑物和工藝布置的影響，需要將改造新增煙道和大型工藝設備(高度約10 m)布置在既有煙道上方，使新建煙道鋼支架高達30 m以上。相對于以往普通煙道支架(高度一般低于20 m)，這種高層多跨鋼煙道支架在荷載、結構布置上等均有它自己的特點，因此在設計過程中不能照搬以往設計煙道支架的經驗，應具體問題具體分析。

典型高層多跨煙道鋼支架橫向框架立面圖見圖1。

1 風荷載問題

煙道支架是一種無圍護結構，受風面主要是鋼構件和設備。關于構件風荷載。由于設備支撐層鋼次梁較多，如果均考慮為受風面，計算風荷載會比實際情況大，而不考慮又不大符合實際情況，目前也沒有相關的規(guī)范規(guī)定?？梢圆扇∫韵聝煞N措施:1)構件受風面僅考慮框架梁柱和柱間支撐或桁架構件，但風壓考慮一定的增大系數(shù)；2)不僅考慮框架部分構件，也考慮次梁和水平支撐的風荷載，但考慮一定的折減系數(shù)。關于設備和煙道風荷載。廠家的設備荷載提資中一般會提供風荷載，但往往會忽略設備所在的標高所應該考慮的風壓高度變化系數(shù)，因此在設計過程中應特別注意計算復核；此外，由于設備和煙道往往較高，因此不能忽略風荷載作用高度所產生的彎矩，需要根據(jù)煙道或設備的支吊架形式(滑動、限位或固定)計算各支點的附加壓力和拔力。

2 框架柱計算長度問題

由于目前沒有專門的規(guī)范對高層多跨鋼煙道支架框架柱(或類似結構)的計算長度作出規(guī)定，參考《高層民用建筑鋼結構設計規(guī)范》6.3.2條：在重力荷載作用下，當有支撐鋼結構框架層間側移小于h/1 000時(h為層高)，柱計算長度可按《鋼結構設計規(guī)范》無側移框架確定；而在重力荷載及風荷載或地震荷載的組合工況下，帶支撐框架層間側移小于h/250時，柱計算長度系數(shù)可取1，而純框架在層間側移小于h/1 000時，可按無側移框架考慮柱計算長度。高層鋼煙道支架由于設備和煙道荷載較大(設備荷載單個就高達300 t)，且作用點高，同時由于煙氣所產生的內壓(通常為水平力)較大，會產生較大的側向位移，因此應特別注意p—Δ效應。而對于有支撐的鋼支架，為方便計算，可以將計算模型簡化為帶支撐的抗側移體系和考慮無側移的梁柱體系，此時支撐應能完全承擔結構的水平荷載和p—Δ效應，而梁柱部分框架體系可按無側移失穩(wěn)考慮。對于支撐的剛度要求，歐洲鋼協(xié)規(guī)定帶支撐框架的剛度應不小于5倍的純框架；而英國BS 5950鋼結構規(guī)范規(guī)定，對于像高層煙道支架這種無外墻的結構，當層間位移σ≤h/4 000時，可視為無側移框架；美國LRFD規(guī)定在側向穩(wěn)定已經通過斜支撐、剪力墻或等效方式提供的桁架和框架中，受壓構件的計算長度系數(shù)均可取1。

結合高層多跨鋼煙道支架特點和相關規(guī)范，為保證結構安全和整體穩(wěn)定，又能方便設計，建議在重力及風荷載或地震荷載組合工況下，將層間側移控制在l/500,按無側移框架考慮柱計算長度系數(shù)。

3 框架梁問題

為了減小框架柱計算長度及設置柱間支撐，高層鋼煙道支架需要在中間設置若干層框架梁，而這些樓層往往沒有設備和平臺(或很少的樓梯平臺)，因此一般也不設置水平支撐。而設備荷載作用在頂層，因此中間各層框架梁往往需要傳遞較大的水平力(設備水平力及風荷載或地震作用)，此時，中間各層框架梁還應按軸心受力桿件檢驗，對于壓桿還應滿足相應的構造要求(長細比、腹板高厚比等)。對于設備層框架梁及次梁，應盡量在梁側向設置水平支撐，一方面可以增大整個設備層的剛度；另一方面，可以減小梁的平面外計算長度，特別是作用有較大水平力的梁。

4 柱腳問題

煙道鋼支架通常采用鉸接柱腳加支撐的結構體系，當煙道支架較高時，在風荷載和設備及煙道所產生的水平力作用下，會在柱腳產生較大的上拔力，特別是對于有支撐連接的柱腳，在不同荷載工況下，既會有很大的壓力，也會有很大的拔力。因此在進行柱腳設計時，一方面要特別注意螺栓的抗拔驗算，此外也要注意柱底板的抗彎驗算。上拔力大時，往往需要采用較大直徑的地腳螺栓，而根據(jù)構造要求，需要較大的螺栓墊板，在設計支撐連接時要綜合考慮，既要避開螺栓，又要保證足夠的柱腳加勁板以減小底板的區(qū)隔大小，減小底板所受彎矩及底板厚度。

5 結語

由于目前工業(yè)建筑結構設計規(guī)范相對滯后，在很多方面甚至缺失或者不完善，在工業(yè)建筑結構中往往會出現(xiàn)規(guī)范中沒有考慮的情況，此時應根據(jù)實際情況分析，結合現(xiàn)有規(guī)范和研究成果計算分析，以保證結構設計安全。

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[6] JGJ 99—98，高層民用建筑鋼結構設計規(guī)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

闕坤生(1984- )，男，工程師

TU318

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