钢结构转运站结构设计

1、设计输入资料

某钢结构转运站,根据功能和环境要求,需要上料专业提供皮带、皮带机驱动、滚筒、落煤管、起吊设施及排水管等,暖通专业提供除尘器及其相关设备,电气专业提供盘柜及电缆桥架等。要求明确结构空间、荷载大小及位置、设备运行工况。

2、设计基本数据

转运站为乙类建筑物,一般无特殊要求时设计使用年限为50年。首先需明确工程抗震设防烈度,设计地震分组,场地类别,并确定抗震等级。根据工程建筑物使用年限,获知相应基本风压,地面粗超度类别,基本雪压。屋面设计活荷载0.7kN/m2,皮带机头部楼面活荷载10kN/m2,除尘间及楼梯间楼面活荷载5kN/m2。需确定结构使用材料钢材等标号;确定楼板形式为现浇板还是预制板,是否有压型钢板底模;了解建筑装修方案,即楼面屋面的面层、顶棚、围护材料。

3、钢结构设计要点

3.1 荷载分类

(1)结构自重DL,分项系数1.2或1.35,组合系数,1.0,重力代表值系数1.0。

(2)屋面活荷载及雪荷载RL。屋面荷载,计算框架折减系数0.8,分项系数1.4,组合值系数0.7,重力代表值系数0。雪荷载,sk=μrs0,计算框架不折减,分项系数1.4,组合值系数0.7,重力代表值系数0.5。屋面活荷载和雪荷载不同时作用,取其中大值。

(3)楼面活荷载FL:皮带机头部,计算框架折减系数0.8,分项系数1.,3,组合值系数1.0,重力代表值系数0.7。

楼梯间、除尘间,计算框架折减系数0.7,分项系数1.4,组合值系数0.8,重力代表值系数0.7。

(4)长期作用在结构上的设备荷载LL,为活荷载,计算框架时不考虑动力系数超载系数,算次梁根据工艺专业要求考虑超载系数及动力系数,分项系数1.3,组合值系数1.0,重力代表值系数1.0。

(5)检修时起吊荷载DGL,为活荷载,计算框架不考虑动力系数超载系数,算次梁根据工艺专业要求考虑超载系数及动力系数,分项系数1.3,组合值系数1.0,重力代表值系数γ为只考虑起吊设施自重。

(6)风荷载W(WX/WZ),风荷载标准值计算wk=βzμsμzβz,体型系数取1.3。分项系数1.,4,组合值系数0.6。

(7)地震荷载E（EX/EZ）,重力代表值取值:

无雪荷载:GK=1.0DL+0.7FL+1.0LL+γDGL。

有雪荷载:GK=1.0DL+0.7FL+1.0LL+γDGL+0.5RL。

(8)偶然荷载,根据工艺提资取用。

3.2 主体结构布置原则

结构布置需服从工艺布置,满足设备的运行空间。结构体系宜有多道防线,两个主轴方向动力特性宜接近,质量、刚度布置宜对称、均匀。明确结构内力传递途径,计算模型尽量符合实际受力情况。结构的传力路线越直短,受力越合理,结构性能越好。

支撑布置角度为30°～60°,为提高支撑刚度,支撑尽量布置剪刀撑,在空间有限制的门洞处布置人字撑或门型撑,在柱距较小处布置K型撑。一般柱脚铰接,柱强轴方向与梁刚接,弱轴方向与梁铰接。当铰接柱脚无法达到指标要求时,采用刚接柱脚。

3.3 荷载组合

地震作用不与风荷载、软钩吊车荷载同时作用。地震工况下的RL为雪荷载,非地震工况下, RL采用雪荷载和屋面活荷的大值。有偶然荷载作用时,加入下列组合中。

用于内力计算的基本组合（γG一般情况采用1.2,当对结构有利时取用1.0）:

γGDL+1.30FL+1.4RL+1.3LL+1.3DGL±0.84W

γGDL+1.30FL+0.98RL+1.3LL±1.4W

γGDL±1.40W

γGDL+1.30FL+0.98RL+1.3LL+1.3DGL

γGDL+1.20FL+1.2RL+1.2LL±1.3E+1.2*γDGL

用于变形计算的标准组合

1.00DL+1.00FL+1.0RL+1.0LL+1.0DGL±0.6W

1.00DL+1.00FL+0.7RL+1.0LL+1.0DGL

1.00DL+1.00FL+1.0RL+1.0LL±E+γDGL

一般转运站高度未达到高层,上述组合不包括风荷载控制的作用的组合。

3.4 设计指标

满足钢材的强度设计值、结构和构件的变形规定值、足稳定性要求、抗震要求等

3.5 计算注意事项

《高层民用建筑钢结构技术规程》对于计算方案的规定,对于有支撑的结构,且u/h≤1/1000,按有效长度法验算。对于无支撑的结构和u/h＞1/1000的有支撑的结构,应按能反映二阶效应的方法验算结构的整体稳定。（u按一阶线性弹性计算所得的质心处层间侧移;h楼层层高）。根据经验,若u/h＞1/300,按照有侧移方案计算。

为保证地震力计算不偏小,通过增加振形数使控制质量参与系数≥90%。振形数为3的倍数。为保证强柱弱梁,强节点弱构件,强剪弱弯,钢框架节点要满足规范要求。

4、结语

目前国内火电厂采用钢结构转运站较少,但是在抗震设防烈度高于8度时,或在混凝土施工技术不成熟的国家,钢结构转运站得到较广泛的应用。希望本文的阐述为该类型结构设计提供有价值参考。

参考文献

[1]电力工业部西北电力设计院.火力发电厂土建技术规程.水利水电出版社,1993.

[2]中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社,2010.