PDF《钢结构厂房三维设计心得体会》

钢结构厂房三维设计心得体会 副标题#e#摘要:根据《抗震规范2008》版,重要建构筑物应进行三维设计分析.

随着火电厂容量的不断增大,主厂 房体积越来越大,需采用两种以上的软件进行分析,本文通过使用STAADPRO软件对火电厂钢结构主厂房的三维分 析设计,总结了设计过程中结构布置,荷载取值、节点设计及软件使用等方面的经验. 关键词:三维设计、钢结构;

STAAD

一、前言 随着国家经济的不断发展,火力发电厂装机容量不断增大,百万容量机组越来越多.由于百万机组主厂房体型大,超 出了混凝土结构的设计范围,故一般采用钢结构.本文通过某印度钢结构主厂房的设计过程,对钢结构主厂房的设计 特点进行总结和探讨.

二、工程概况 印度某4X600MW独立电站,位于JHASUGUDA省,为新建工程.该地区基本风压0.5kpa,按照本工程的地质勘测报告 :厂址区抗震设防烈度为7度,场地类别为Ⅱ类,设计基本地震加速度值为0.12g.(中国规范,GB50011-2001) 由于建设地点及当地施工特点等原因,该工程主厂房采用钢结构方案.横向为带支撑的框排架结构,依次为汽机房, 除氧间、煤仓间,锅炉房.纵向梁与框架柱采用铰接.设支撑处纵梁与框架柱连接方式为固接. 本工程汽机房屋面梁采用焊接工字钢截面,两端与框架柱固结,减少了构件断面及挠度,使汽机房大空间结构的整体 性得到提高. 由于火电厂主厂房结构布置一般要遵从于机务专业设备布置的要求,无法达到较规则的外形,荷载分布不均匀.根据 《建筑抗震设计规范》3.4建筑设计和建筑结构的规则型的要求,本工程从结构布置,三维计算,节点设计等方面采 取了相应措施,提高结构整体性,减少了结构不规则对结构安全性的影响. 本工程通过采用带支撑的横向框架构成了结构的横向抗侧力体系,在B、C列间各跨设置了刚性支撑,纵向在每机组 计算单元两端分别设置了垂直柱间支撑,形成了有效的抗侧力体系.在保证上部结构内力、位移计算满足设计要求的 情况下,本工程各框架柱脚与基础采用铰接节点进行连接. 根据规范要求,本工程不应采用平面结构模型进行抗震分析,而应采用空间结构模型进行抗震分析,较常用的空间分 析软件有国内PKPM系列的SATWE,国外的STAADPRO,SAP2000等,由于电厂荷载种类特别,荷载工况较多,抗震验 算时需要调整各荷载类型的等效质量参数与普通民建不同,故本工程选用了美国REI公司的通用结构计算软件STAAD PRO进行结构计算,采用配套软件SSDD进行了钢结构构件的中国规范检验.

三、设计过程 REI公司的STAADPRO工程结构设计软件作为一款通用有限元设计软件,有内力计算准确,可处理结构内容丰富,用 户可根据工程特点对设计参数自由调整等特点,完全满足现代化电厂的设计计算要求.以上特点在本工程中的到充分 的体现. 1.三维模型的建立 模型建立过程中应特别注意结构简化应符合结构的实际工作状况,首先根据结构确定构件节点的几何位置,杆件截面 可通过选取截面库的已定义好的截面数据,也可通过软件本身的截面定义模块进行定义,在STAAD中可以对楼板厚 度,容重,泊松比等参数进行定义,可较为准确的模拟楼板对整体结构的受力及变形刚度影响. 主厂房梁、柱及支撑简化为杆系结构,STAAD/PRO软件中对于杆件的固结及铰接的定义是通过杆端弯矩释放来完成 的.对于支撑有两种处理方式,定义成为桁架杆件或者对支撑杆件进行杆端弯矩释放.对于汽机房屋盖的水平支撑, 本工程采取了定义为桁架杆件的做法,其他如柱间支撑等位置则采取了杆端弯矩释放的方式进行定义. 2.荷载输入及处理 根据电力行业标准,主厂房荷载分类较多,荷载组合虽然原则上遵照国家规范,但部分运行荷载的分项系数有特殊要 求,需要对荷载组合进行手动调整,如果计算软件无法提供上述功能,实际工程设计只能套用相邻较大的分项系数, 设计冗余过大造成材料浪费.STAAD/PRO可以提供设计人员手动进行荷载组合分项式的模式,很好的解决了上述问 题,另外该软件的输入文件是一个可编辑的文本文档,已经写好的荷载组合方程式可通过粘贴复制的方式进行重复利 用,大大减少了以后类似工程的工作量. 3.钢结构构件验算及结构优化 经过STAAD/POR软件的初步内力计算后,就可以将计算结果代入SSDD中国规范检验程序包中对构件进行规范检验和 杆件优化.SSDD中内置了截面优化程序,可以对初步选定的杆件进行满足规范范围内的调整.通过反复迭代计算, 取得最优结果,在该过程中,设计者是可以对优化杆件的范围及应力比范围进行调整. 4.设计中所遇到的问题 在采用STAADPRO程序进行结构分析时,截取振型数量的多寡,直接影响到参振质量系数.根据《高规》5.1.13条及 《抗规》5.2.2条文说明,振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数.由于程序设定不同,要达 到上述目标,在STAADPRO中需要截取的振型数量过多,究其原因是因为该软件在振型排列是未滤掉大量的次要振 型,影响了主振型的顺序关系,在本工程的做法是调整部分产生小范围次要振型的构件,如设人字型柱间支撑的上端 两端铰支梁,可调整为两端固结或在支撑交叉处增设楼板有限元节点固定,有效的过滤掉由于次要构件小范围运动产 生的振型,从而达到满足规范要求的目的.