鍋爐構(gòu)架設(shè)計之設(shè)計方法

1、鍋爐構(gòu)架設(shè)計三設(shè)計方法 對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，國內(nèi)外采用的主要有定值法和概率法。定值法表示所設(shè)計的結(jié)構(gòu)含有多少安全儲備(安全程度)，以容許應(yīng)力設(shè)計法為代表。概率法的實質(zhì)是要使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)的失效概率小到人們可以接受的程度，或要求其安全度具有多少概率保證，以極限狀態(tài)設(shè)計法為代表。1. 剛結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的在規(guī)定的設(shè)計使用年限和經(jīng)濟合理的前提下，使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足預(yù)定的功能是結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的，建筑鋼結(jié)構(gòu)的功能有下列三項：1.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用，在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍保持必需的整體穩(wěn)定性，不致發(fā)生連續(xù)倒塌。1.2 在正常使用荷載情況下，結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能，滿

2、足正常使用要求，如不發(fā)生影響正常使用的變形，振動等。1.3在正常維護下，結(jié)構(gòu)具有足夠的耐久性，為不發(fā)生嚴重銹蝕而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。 上述三項功能，可歸納為安全性、適用性和耐久性，總稱為可靠性。2 容許應(yīng)力設(shè)計法2.1 容許應(yīng)力設(shè)計法的表達式 抗拉、抗壓和抗彎： 抗剪： 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定：， 式中為剛才的屈服強度（或屈服點），為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)系數(shù)，即考慮穩(wěn)定對容許應(yīng)力的折減系數(shù)，為容許應(yīng)力，為安全系數(shù)。2.2 安全系數(shù)安全系數(shù)，在1950年以前由實踐經(jīng)驗和判斷確定，是單一的定值；1950年開始采用分項安全系數(shù)，由三部分組成，即：式中是加權(quán)平均荷載系數(shù)，考慮荷載的變異，是材料（均質(zhì)）系數(shù)，考

3、慮材料強度和截面尺寸的變化，是調(diào)整系數(shù)，考慮受力情況與工作條件。我國鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用分項安全系數(shù)，1976年以前主要參考前蘇聯(lián)方法選取、；1976年開始，行業(yè)編寫的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)則與應(yīng)力計算方法中，按我國原鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范TJ17-74容許應(yīng)力設(shè)計法確定、和。詳見下表：鋼材牌號1976年以前1976年到1993年Q2351.21.1111.251.671.101.1431.161.46Q3451.21.251.251.881.101.1761.161.50注：實際應(yīng)用中，Q235與Q345采用同一安全系數(shù)，即。3 極限狀態(tài)設(shè)計法極限狀態(tài)設(shè)計法比許用應(yīng)力設(shè)計法更先進，更合理。它把有變異的參數(shù)

4、采用概率分析引入到結(jié)構(gòu)設(shè)計中。根據(jù)其應(yīng)用概率分布的程度可分為三個水準，即概率極限狀態(tài)設(shè)計法，近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法和全概率極限狀態(tài)設(shè)計法。由于荷載、材料性能、結(jié)構(gòu)件的幾何參數(shù)等的統(tǒng)計資料還不很完善，目前國內(nèi)外都只達到水準二的程度。3.1 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求的臨界狀態(tài)，超過這一狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足設(shè)計要求。我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法，就是要保證結(jié)構(gòu)具有必要的可靠度，以一定的概率保證不導(dǎo)致所設(shè)計的結(jié)構(gòu)超過極限狀態(tài)。承重結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)考慮承載能力和正常使用極限狀態(tài)。3.1.1 承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力

5、或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。為構(gòu)件和連接的強度破壞、構(gòu)件喪失穩(wěn)定等。3.1.2 正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用的其項規(guī)度的極限狀態(tài)。為梁的撓度、構(gòu)架側(cè)移、結(jié)構(gòu)振動、腐蝕等。一般情況下，承載能力極限狀態(tài)是保證結(jié)構(gòu)的安全性，正常使用極限狀態(tài)是保證結(jié)構(gòu)的實用性和耐久性。3.2 極限狀態(tài)設(shè)計表達式我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003規(guī)定，除疲勞計算外，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法（一次二階矩設(shè)計法），用分項系數(shù)設(shè)計表達式進行計算這樣相當于上述水準二，即近似概率設(shè)計法。下面根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準GB50068-2001和荷載規(guī)范GB50009-2001中規(guī)定的極限

6、狀態(tài)設(shè)計表達式作簡要介紹。3.2.1 承載能力極限狀態(tài)對一般建筑鋼結(jié)構(gòu)，承載能力極限狀態(tài)采用荷載效應(yīng)的基本組合，其設(shè)計表達式取下列兩式的最不利者：（1） 由可變荷載效應(yīng)控制的組合：（2） 由永久荷載效應(yīng)控制的組合：式中 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值，為內(nèi)力、應(yīng)力、變形、裂縫和振幅等。 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：對安全等級為一級或設(shè)計使用年限為100年的結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于1.1；對安全等級為二級或設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于1.0；對安全等級為三級或設(shè)計使用年限為5年的結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.9；對設(shè)計使用年限為25年的結(jié)構(gòu)不應(yīng)小于0.95。鍋爐構(gòu)架取。 永久荷載的分項系數(shù)： 當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時 對由可變荷載效應(yīng)控制的

7、組合，取1.2； 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取1.35。 當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時 一般情況下取1.0；對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算取0.9。 第個可變荷載分項系數(shù)，其中為可變荷載的分項系數(shù)。一般情況下取1.4；對標準值大于的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3。 按永久荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值。 按可變荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者。 可變荷載的組合值系數(shù)，對風荷載取0.6；對其他可變荷載統(tǒng)一取0.7；但不應(yīng)低于頻偶值系數(shù)。 參與組合的可變荷載數(shù)。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力標準值。 構(gòu)件的抗力分項系數(shù)，對Q235鋼，取1.087；對Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，取1.

8、111。3.2.2 正常使用極限狀態(tài)鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)，通常采用荷載效應(yīng)的標準組合，并按下列設(shè)計表達式設(shè)計：式中 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用要求的規(guī)定限制。為變形、裂縫、振幅、加速度、應(yīng)力等的限值。應(yīng)按有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定采用。應(yīng)當注意的是：上述荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值S的表達式僅適用于荷載和荷載效應(yīng)為線性的情況，即結(jié)構(gòu)分析采用一階彈性分析時才適用。當用二階彈性分析時，荷載與荷載效應(yīng)呈非線性關(guān)系，應(yīng)先進行荷載組合。4 鍋爐剛構(gòu)架的設(shè)計方法我國鍋爐構(gòu)架的設(shè)計，1993年以前采用容許應(yīng)力設(shè)計法，1993年開始，執(zhí)行國家有關(guān)標準，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法。由于鍋爐構(gòu)架承受的永久荷載比

9、例很大，除風荷載和多遇地震作用外，其他可變荷載比列很小，因此，在結(jié)構(gòu)分析時可以不考慮可變荷載參與組合，而對主要承受可變荷載的構(gòu)件（如支承運轉(zhuǎn)層和平臺的梁）計算時，將可變荷載視作永久荷載，按僅承受永久荷載的構(gòu)件計算其荷載效應(yīng)設(shè)計值。4.1 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)采用基本組合效應(yīng)組合的設(shè)計值S（內(nèi)力或應(yīng)力）按下列各式計算：4.1.1 僅永久荷載作用：式中 按永久荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值。4.1.2 永久荷載與風荷載組合：式中 按風荷載標準值計算的荷載效應(yīng)值。4.1.3 永久荷載與多遇地震水平作用的組合： 式中 按多遇地震水平作用標準值計算的地震作用效應(yīng)值 抗震調(diào)整系數(shù)，見4.1.4款。

10、4.1.4 應(yīng)力表達式：為了與現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范協(xié)調(diào)一致和方便習慣的做法，上列三式可改寫成應(yīng)力表達式： 僅永久荷載作用： 永久荷載與風荷載組合： 永久荷載與多遇地震水平作用組合： 式中 按永久荷載設(shè)計值計算的構(gòu)件或連接的應(yīng)力，僅永久荷載作用時；永久荷載與風荷載或與地震作用組合時；按風荷載設(shè)計值計算的構(gòu)件或連接的應(yīng)力； 按地震水平作用設(shè)計值計算的構(gòu)件或連接的應(yīng)力； 抗震調(diào)整系數(shù)，按下表采用。構(gòu)件名稱柱、梁支撐連接板、連接螺栓連接焊縫0.750.800.850.904.2 正常使用極限狀態(tài)正常事業(yè)極限狀態(tài)采用標準組合，按下式計算：式中 、分別為按荷載標準值計算的梁的撓度或構(gòu)架側(cè)移和相應(yīng)的規(guī)定限值。

11、5 概率設(shè)計法與容許應(yīng)力設(shè)計法的比較 5.1 安全水平概率設(shè)計法按荷載類別采用不同的分項系數(shù)，它不是定值的安全系數(shù)，而是概率法的等效系數(shù)，因此可較合理地評估結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的安全度，有可能使各構(gòu)件的安全水平接近或相等。容許應(yīng)力設(shè)計法則采用同一安全系數(shù)，因可變荷載的變異性比永久荷載的變異性大，故由可變荷載控制的構(gòu)件，其安全水平偏低，結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的安全水平差異較大。5.2 可靠度概率設(shè)計法中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度是采用校準法確定的，即通過對按容許應(yīng)力法設(shè)計規(guī)范設(shè)計的已使用多年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，用概率法求出其可靠度，并考慮使用經(jīng)驗和經(jīng)濟等因素，經(jīng)綜合平衡后確定的，所以兩種設(shè)計方法的可靠度水平基本相同。5.3 安全系數(shù)與可靠概率容