摘要：随着经济不断发展，带动我国锅炉工业的不断进步，而锅炉钢结构的设计关系着锅炉的安全稳定经济运行。基于此，本文简要结合锅炉钢结构的相关设计问题进行一定探讨。
关键词：锅炉钢；结构；设计；分析
1引言
锅炉行业随着经济不断发展而广泛便利于人们的生产生活的同时，不断朝大容量、高参数方向发展，锅炉钢结构方面的新材料和新技术不断涌现，进一步促进了锅炉钢结构设计技术的提高。因而从钢结构的布置、材料选用、节点连接方式、各参数的计算到钢结构的总体设计等方面的新技术工艺不断更新。就此，锅炉应用要求进一步提高自身规范与标准的优化，从而确保锅炉的安全运行。
2锅炉钢结构设计概述分析
锅炉钢结构主要涉及：悬吊式、半悬吊式和支承式，而构架的组成元件包含柱、梁、护板、顶板、平台、盖板、冷灰外壳、楼梯等方面，柱和梁为主要的承重部件。锅炉钢结构的载荷主要由构架自重、锅筒、燃烧器、平台楼梯、管道、刚性梁、阀门、集箱、炉墙等自身设备形成的本体载荷；及其地震、雪、风、温度影响、炉内爆炸、安全阀反冲力等因素引起的其他附加载荷组成。
近年来，随着在钢结构设计中出现的失稳事故，造成严重的人员伤亡与经济损失，主要原因是由于以下两方面造成：由于空间网架、网壳结构等新型钢结构的不断出现，造成相关设计者没有足够的时间去了解掌握这些新型结构的设计；由于钢结构设计者缺乏相关设计经验，关于钢结构和构件的整体稳定性概念理解不够清晰，成为钢结构设计中经常出现的薄弱环节。因此，稳定性成为钢结构设计中一个突出的问题，如果处理不好此类问题，将会造成不可估计的损失。在进行结构布置时，从整个体系和组成部分的稳定性要求出发，进行全面考虑；必须保证结构计算简图和实际计算方法所依据的简图相一致。
3确定钢结构布置概述
锅炉根据应用场景的不同而分为余热炉、CFB锅炉、煤粉炉等锅炉，锅炉种类不一样其钢结构的布置形式存在一定差别的，在确保安全承载和稳定的情形下，并满足其需要的特殊要求，如膨胀中点的设置与否、管道的走向等因素的考虑。结构的布置受到锅炉钢结构的柱接头位置和节点的连接方式等因素的影响。因此，需要按不同的应用要求来选择钢结构的布置方式。
除最基本的明确锅炉自身的特点和要求，应综合考虑设计院所的管道布置方式等方面，充分考虑大板梁、垂直支撑和刚性平台层数等因素的影响。
3.1关于大板梁布置
作为锅炉钢结构中最为重要的受力元件，需要确保结构稳定和传力明确的同时还应满足容易安装的要求。运输限制了板梁高度的设计，使其不能超过4m，在高度超过4m时可将其做成叠梁分段运输。然而，叠梁在很多方面存在安全隐患，如生产、安装和结构处理时。所以，在大板梁布置时应综合考虑这些方面的因素以确定其截面形式，选择安全、合理、经济的断面。
3.2涉及垂直支撑的布置
即为抗剪平面，为了避免和温度探针、吹灰器、管道（传送汽水和烟风煤粉等管道）间的碰撞，最好将其设置于锅炉外跨。这种布置方式时锅炉主柱传力明确，水平载荷小，使截面减小。
3.3确定刚性平台层数
在满足结构要求的前提下，刚性平台层数越少越好。对于超临界这类大容量机组来说，平台层数常为8-10层左右。
4钢结构材料及节点连接选择探讨
锅炉钢结构材料的选择有利于保证锅炉安全、可靠运行。选用原则是兼顾安全可靠和经济合理两方面，良好选择钢材钢号，并充分考虑其力学性能和化学成分。材料强度和钢材受力特性是确保钢结构强度的前提，但也应避免过度关注强度与质量等级，避免资源浪费。因此材料选择时应考虑以下方面：
4.1钢种的合理选择
钢种应根据具体要求选择，构架可选用沸腾刚、镇静或半镇静钢。柱和板梁应选用强度高的合金钢（Q345），而平台、护板和顶板选择一般的低碳钢（Q235）即可。
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4.2刚度和强度的合理选择
强度和刚度的选择要结合工作环境的温度，构架钢材的选择以室温为标准即可，无需满足高温的要求。
4.3合理的脆性转变温度
当构架工作在温度较低的环境中时，应选择脆性转变温度较低的材料，最好低于所处工作地的最低环境温度。
5锅炉钢结构设计过程分析
5.1钢结构方案设计
广泛开展国内外的文献、资料调研，根据设计输入文件提出的具体要求，明确设计目标，提出总体设计方案。明确工作原理、结构形式、几何尺寸等主要设计参数。 对可能影响总体性能的关键部件设计参数的提出要有依据，如借鉴国内外的设计参数、已有的实验结果、近似计算结果或经验值等。对设计方案在可靠性、可行性、维修性、有效性、适应性、经济性等方面加以分析、比较、开展综合评价，确定最终方案。
5.2涉及初步设计
在综合考虑到强度、刚度、工艺性、维修性等方面的因素的基础上， 建立关键设计的分析计算模型，开展有关方面的性能计算。 提供设计依据。 根据计算结果改进方案，调整参数。开展技术经济和安全性分析与评估， 特别是对于结构复杂的关键技术要开展详细的分析评估，完成设计报告。
5.2.1钢结构材料
材料选择原则：由于低合金钢（Q345）比碳钢（Q235）稳定性差，但强度高，价格稍贵。一般说来，钢结构杆件按构造要求的较多，刚度控制的也较多，因此，用碳钢（Q235）是合算的；但在强度控制的杆件上选用低合金钢（Q345）是合算的；同时由刚度控制、但强度也有较高要求的杆件，选用其中哪种都是不经济的，这时应选用混用。混用原则：一般情况下按杆件划分或按板厚划分。但无论哪种选择，都应考虑市场的供应情况。
5.2.2截面的选择
选取合理的截面尺寸，对于降低锅炉钢结构的重量来说是非常必要的一种手段。针对柱、梁、垂直支撑、水平支撑不同的受力特点，采取不同的措施，最大程度的减小翼缘和腹板的厚度，使各杆件截面的力学性能得到充分利用。
5.3技术设计
为了保证梁的稳定性和梁系统水平方向具有一定的整体刚性，应设置支撑杆件，支撑杆件一般采用节点板相连接，各杆件内力通过杆端焊缝传给节点板，水平支撑杆件传递力最后到达节点板，水平支撑应设置在承载较大的平面并尽量沿炉膛四周形成一封闭的、具有一定刚度的平面。在满足结构要求前提下，应尽可能减少刚性水平支撑的层数，一般对 10米左右设置一层刚性水平支撑。顶板的布置。顶板梁是锅炉钢结构主要的悬挂承重部件，在布置时应保证传力明确、结构稳定、易于安装。
5.4节点的设计
连接节点的常用方法包括等强设计与实际受力设计两种，基于安全性的考虑，可以采用等强设计法，可以设计出焊缝、螺栓连接等。严格按照相关规范，合理选择焊接焊缝的尺寸及形式。焊条的选用应和被连接金属材质相适应。现如今大容量锅炉的钢结构节点大多采用高强螺栓连接,并且螺栓的选取除特殊节点需等强配置外,其余节点均按内力大小计算确定。在选用节点时，必须要正确判断节点的连接形式，即结构模型简化时，是按照固结节点或者铰接节点，均要做到整个设计的安全与合理。
6结论
总之，锅炉钢结构的设计相对复杂，设计安全可靠、功能良好的锅炉钢结构，需要遵守各种标准规范，且需加大锅炉钢结构设计的探讨。针对它的特点，严格按步骤设计，确保锅炉安全运行。
参考文献：
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[4]张光琳.对锅炉钢结构产品质量控制要点的分析[J].科技风.2015(07
论文作者:王立谦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/10
标签：钢结构论文; 锅炉论文; 节点论文; 结构论文; 刚度论文; 刚性论文; 强度论文; 《基层建设》2018年第15期论文;