CN102787650A - 一种脱硝钢结构支架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脱硝钢结构支架，包括多个框架柱（2）和多个框架梁（4）组成的脱硝钢结构，所述脱硝钢结构设有至少两面钢板剪力墙（1），所述钢板剪力墙（1）位于该脱硝钢结构两侧短轴处和短轴向锅炉中心线处。本发明提出的脱硝钢结构适用于多种工业钢结构高层支架以及多种工业钢结构高层厂房。本发明通过在脱硝结构中添加剪力墙，能够有效地降低脱硝钢结构支架整体用钢量以及基础工程量；而且有效减少梁柱和支撑面，使整个架构轻盈；竖向的支撑较少，方便工艺的布置；钢架结构具有良好的抗震性。对于有紧身封闭的高层钢结构，此受力结构尤为适用。

Description

一种脱硝钢结构支架
技术领域
本发明涉及钢支架结构，特别涉及一种脱硝钢架结构。本发明提出的结构适用于多种工业钢结构高层支架及多种工业钢结构高层厂房。
背景技术
根据国内环保要求，“十二五”期间是燃煤电厂烟气NOX重点治理的高峰期。在目前的脱硝设计中，选择性催化还原（SCR）法是业内应用比较普遍的脱硝技术。在此技术中，脱硝一般分为氨区（或尿素区）和SCR脱硝反应区，因目前电厂脱硝大部分为改造工程（电厂已建多年，之前未上脱硝设施），脱硝区一般布置在炉后与除尘前的烟道支架或送风机检修支架上（少数拉出式空预器一般直接设置在空预器上方），脱硝区反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间，根据锅炉钢架内设备布置的特点，脱硝反应器基本设置在相对地面零米30米到50米左右的标高范围内，脱硝SCR反应器支撑钢架不仅要支撑脱硝反应器的荷载，还要支撑反应器进出口烟道的荷载，脱硝钢架顶部支撑的工艺荷载大约在2000吨左右（以一台600MW机组为例），脱硝钢架布置高度约有50米高，横向跨度一般为一到三跨（宽度为15米左右）。对于大多数脱硝工程来说，原锅炉钢架未考虑脱硝工程，脱硝SCR钢架一般独立设置，尽可能不传递荷载给原锅炉钢架，脱硝钢结构支架属于典型的横向刚度较小、竖向及水平荷载均较大的高层钢结构支架。对于有紧身封闭要求的脱硝钢架，其水平侧力及竖向荷载更大，脱硝钢架的抗水平侧力的要求更高。
在目前的脱硝设计改造中，脱硝区钢结构支架受力结构大都设计为钢结构框架支撑结构，此受力结构对高层钢结构的抗水平侧力相对纯钢结构框架有很大的改善，但此受力结构竖向支撑用钢仍不够经济（钢结构投资相对工艺投资而言），且在钢结构框架设计过程当中，设计人员支撑布置难度较大，钢结构支撑易影响工艺使用功能（如支撑布置影响检修通道等）。
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种既能充分降低脱硝钢支架用钢量又能节省空间且能方便布置的脱硝钢结构支架受力结构。它借鉴了民用高层钢板剪力墙设计的特点，并在此基础上与脱硝脱硝钢结构支架受力特征相结合，为脱硝钢结构支架设计提供了一种新式的框架支撑钢板剪力墙受力结构布置方式。
为了达到上述目的，本发明的技术方案以如下方式实现：一种脱硝钢结构支架，包括多个框架柱（2）和多个框架梁（4）组成的脱硝钢结构，所述脱硝钢结构设有至少两面钢板剪力墙（1），所述钢板剪力墙（1）位于该脱硝钢结构两侧短轴处。
所述钢板剪力墙（1）设有两个钢板剪力墙侧柱（3）。
所述钢板剪力墙（1）内设置横向加劲肋（8）和/或竖向加劲肋（9）。
所述钢板剪力墙（1）与所述框架梁（4）采用梁栓接和/或焊接方式连接。
所述钢板剪力墙（1）与所述框架柱（2）采用梁栓接和/或焊接方式连接。
所述钢板剪力墙（1）内还包括自下而上布置的钢板。
所述脱硝钢结构设有水平支撑（5）和/或竖向支撑（7）。
本发明的有益效果：
本发明通过在脱硝结构中添加剪力墙，能够有效地降低脱硝钢结构支架整体用钢量以及基础工程量；能够有效减少梁柱和支撑面，使整个架构轻盈；竖向的支撑较少，方便工艺的布置；钢架结构具有良好的抗震性。对于有紧身封闭的高层钢结构，此受力结构尤为适用。
附图说明
图1本发明脱硝钢结构支架的平面布置示意图；
图2本发明脱硝钢结构支架的长轴方向立面布置示意图；
图3本发明脱硝钢结构支架的短轴方向立面布置示意图；
图4（a）是本发明脱硝钢结构支架中的剪力墙与梁柱之间的栓接连接方式示意图；
图4（b）是本发明脱硝钢结构支架中的剪力墙与梁柱之间的焊接连接方式示意图。
其中，1—钢板剪力墙  2—框架柱  3—钢板剪力墙侧柱  4—框架梁  5—水平支撑  6—次梁  7—竖向支撑  8钢板剪力墙横向加劲助  9—钢板剪力墙纵向加劲助
具体实施方式
发明原理
根据工艺布置，一般在脱硝钢结构支架顶部单台炉设置两台反应器和相应进出口烟道。分析脱硝钢结构支架布置及受力情况，支架上工艺设备荷载重、面积大，不但在支架顶部有较大的竖向荷载，因设备要保持相对稳定，其水平荷载及地震荷载亦很大，再加上设备本身及钢支架风荷载因素，脱硝钢结构支架短轴向受到的从除尘到锅炉方向的水平侧力成为左右钢结构用钢量的主要因素。
以单台600MW机组脱硝钢结构支架为例，钢结构支架上一般承受有2000吨左右的脱硝竖向荷载（其中两台反应器对应的反应器本体、积灰、催化剂等荷载约1400吨，脱硝进出口烟道对应的烟道本体、积灰等荷载约600吨），脱硝钢结构支架上部还承受有两台反应器及烟道设备对应的风荷载约45吨，出入口烟道及反应器本体对脱硝钢架形成的水平推力约50吨左右。钢结构支架不但顶部竖向荷载较大，其顶部水平荷载亦较常规钢结构支架大很多。采用现有的钢结构—支撑框架结构体系设计脱硝钢结构支架时，其水平及竖向支撑用钢量较大（一般占钢结构支架总体用钢量的1/3左右），用钢量不经济且支撑布置容易和工艺空间相碰撞，另外，支撑在工厂制作和现场安装过程中因焊接、栓接交错而显得比较烦琐。本发明中采用钢板剪力墙设于框架柱和框架梁组成的脱硝钢结构短轴的两侧，可有效解决这些问题。
根据我国《高层民用建筑钢结构技术规程》附录四有关于钢板墙的相关计算内容，另外，国内对钢板墙的研究有一定进展，如《科学技术与工程》2011年28期，钢框架-开洞钢板剪力墙性能分析，郭彦林、陈国栋、缪友武等对非加劲板、十字加劲板和交叉加劲板剪力墙结构在单向静力荷载下的抗剪性能和反复荷载下的滞回性能进行了较为深入的研究，并通过对六个1：3钢板剪力墙模型的低周反复荷载作用试验研究，进一步揭示了钢板墙的极限承载力、延性和滞回性能，为钢板剪力墙受力性能和相关设计提供了相关依据。
对脱硝钢结构支架，可考虑采用薄板剪力墙（内嵌钢板宽厚比λ≥250），另在薄板剪力墙上设置加劲肋以提高薄板的弹性刚度，并使其在弹塑性范围内具有稳定饱满的滞回曲线，克服薄钢板滞回曲线的“捏拢”现象。
脱硝钢架一般布置在炉后送风机检修支架（或炉后烟道检修支架）上方。炉后工艺设备一般沿锅炉中心线对称布置，图1所示是本发明水平方向上平面框架支撑结构、图2所示是本发明长轴方向上框架支撑结构、图3所示是本发明短轴方向上框架支撑钢板剪力墙结构。
在现有脱硝钢支架设计当中，一台300MW机组的脱硝钢结构支架用钢量大致为550吨左右，600MW机组的脱硝钢结构支架用钢量一般为850吨左右，采用带钢板剪力墙的钢结构支架，钢结构支架钢柱截面明显减小（现有脱硝钢结构支架钢柱采用HM450×300时，采用本发明技术则采用HM400×300型钢即可），支撑用钢量亦会明显降低，同等条件下，单台300MW机组的脱硝钢结构用钢量仅为455吨左右，节省用钢量17%左右，单台600MW机组的脱硝钢结构用钢量仅为654吨左右，能节省用钢量23%左右。
实施例1
本发明的一具体实施方式中脱硝钢结构支架，包括钢板剪力墙1、框架柱2和框架梁4，钢板剪力墙1设于所述框架柱2和所述框架梁4组成的脱硝钢结构短轴的两侧，剪力墙1位于锅炉中心线上。锅炉中心线附近及送风机检修支架两侧一般没有工艺检修的要求，基于此，该发明将钢板剪力墙布置在锅炉中心线及脱硝钢架短轴两侧如图1所示，充分考虑工艺设备布置及检修等要求，避开了工艺设备和检修空间。钢板剪力墙1连接钢板剪力墙侧柱3，根据钢板剪力墙具体设定剪力墙侧柱便于剪力墙的跨度设计。钢板剪力墙1内设置横向加劲肋8和/或竖向加劲肋9。钢板剪力墙1与框架梁4采用梁栓接和/或焊接方式连接。如图4（a）、图4（b）所示，钢板剪力墙1与所述框架柱2采用梁栓接和/或焊接方式连接。钢板剪力墙1主要抵抗脱硝钢架的水平侧力，脱硝钢架竖向支撑在短轴方向尽量少设或不设。钢板剪力墙1内还包括自下而上连续布置的钢板，钢板墙整体的受力特性类似于底端固接的竖向悬臂组合梁：竖向边缘构件相当于翼缘，内嵌钢板相当于腹板，而水平边缘构件则可近似等效为横向加固肋。脱硝钢结构支架设有水平支撑5和/或竖向支撑7。
实施例2
本发明包括钢板剪力墙1、框架柱2和框架梁4，其特征在于，钢板剪力墙1设于所述框架柱2和所述框架梁4组成的脱硝钢结构短轴的两侧，脱硝钢结构支架相对高度一般在50米左右，平面框架支撑结构宜每隔7米左右布置一层可参见图1，使框架柱2的长细比在适当的范围内。因脱硝钢架有时受工艺限制，部分跨度较大，可利用框架水平支撑5传递水平力和减少框架梁4的计算长度并降低层间位移。
实施例3
本发明脱硝钢结构支架长轴侧长度一般30米到50米之间，短轴侧宽度一般在15米左右，一般钢架长轴向刚度远大于短轴向刚度。脱硝钢架短轴向结构受到的水平侧力也远大于长轴向的水平侧力。根据上述特点，脱硝钢架可在短轴向锅炉中心线和钢架两侧布置框架支撑-钢板剪力墙结构如图3所示。在长轴向布置框架支撑结构如图2，设置在锅炉侧和除尘侧如图1两侧，竖向支撑7传递竖向荷载和减低框架梁计算长度并分配水平侧力。该结构中钢板剪力墙1为主要抗侧力构件，竖向支撑7主要传递竖向荷载给框架柱2并辅助起抵抗水平侧力的作用且尽量少设置。钢板剪力墙1与所述框架梁4采用梁栓接和/或焊接方式连接，钢板剪力墙1与所述框架柱2采用梁栓接和/或焊接方式连接。在本发明中每个钢板剪力墙1单元由内嵌钢板和竖向边缘构件（构件2和构件3，柱或竖向加劲肋，图中未示出）、水平边缘构件（构件4，梁或水平加劲肋，图中未示出）构成。当钢板沿结构自下而上连续布置时，即形成钢板剪力墙结构。钢板剪力墙有较大的弹性初视刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等性能，且其建筑布置节省空间、施工周期短、造价经济，在高烈度地震区优势尤其明显。

Claims (7)

1.一种脱硝钢结构支架，包括多个框架柱（2）和多个框架梁（4）组成的脱硝钢结构，其特征在于，所述脱硝钢结构设有至少两面钢板剪力墙（1），所述钢板剪力墙（1）位于该脱硝钢结构两侧短轴处。
2.如权利要求1所述的脱硝钢结构支架，其特征在于，所述钢板剪力墙（1）设有两个钢板剪力墙侧柱（3）。
3.如权利要求1所述的脱硝钢结构支架，其特征在于，所述钢板剪力墙（1）内设置横向加劲肋（8）和/或竖向加劲肋（9）。
4.如权利要求1所述的脱硝钢结构支架，其特征在于，所述钢板剪力墙（1）与所述框架梁（4）采用梁栓接和/或焊接方式连接。
5.如权利要求1所述的脱硝钢结构支架，其特征在于，所述钢板剪力墙（1）与所述框架柱（2）采用梁栓接和/或焊接方式连接。
6.如权利要求1所述的脱硝钢结构支架，其特征在于，所述钢板剪力墙（1）内还包括自下而上布置的钢板。
7.如权利要求1所述的脱硝钢结构支架，其特征在于，所述脱硝钢结构设有水平支撑（5）和/或竖向支撑（7）。
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