预热器塔架结构布置

1、设计概况及结构特征千阳海螺窑尾预热器塔架主结构平面柱网尺寸18m×26m，顶层标高91.500m。标高7.500m以下为电气控制室、变压器室、增压泵房，外设围护墙体；标高7.500m以上为烟室、分解炉、各级旋风筒等设备，以及观测检修钢平台、固定斗提支架等，周边不设围护结构。顶层以上设备及风管高出顶面约11.6m。工艺布置图窑尾预热器塔架为既高又柔的工业建筑，表现为整个建筑的高宽比大，大于5.0；楼层层高大，在7.5~14.9m之间；单层柱较长，少量柱由于工艺布置和设备的限制，框架梁拉不通，局部不能形成框架，导致单层柱的长度达到25.4m；框架梁跨度大，在8.2~18m之间。另外因设备需要，楼面开孔率和开孔面积大，甚至部分楼层剩下的楼面很少；且钢结构楼面一般由焊接工字钢梁及型钢、钢铺板构成，其上钢铺板仅为一层不大于8mm厚的钢板，导致除混凝土楼面外均为弹性楼面，难以形成满意的楼面刚度，楼层之间的各种观测检修平台和楼梯平台更不能对整个窑尾塔架的刚度有所贡献。

平面布置图2、结构布置2.1上部整体结构选型窑尾塔架平面尺寸不大，但体量大、高度较高，上部整体结构采用钢筋混凝土结构，施工难度大，周期较长；且钢筋混凝土结构的构件截面尺寸较大，影响到设备的安装。采用钢结构的优越性比较明显，具有强度高、塑性和韧性好、材质均匀、各向同性、自重轻、制作简单、施工周期短、经济效益显著和施工快捷等优点；钢结构构件可以在工厂内加工，现场安装，建设周期短；现场也不需要大面积的加工场地，缓解一般工厂施工场地狭小的紧张局面，为文明施工创造条件；再加上我国钢材产量大，价格适中，窑尾塔架采用钢结构的方案也成为必然。2.2结构构件选型2.2.1混凝土结构构件的选型根据工艺布置及其使用功能，标高7.500m平面以下为辅助用房，楼面为烟室设备支撑点，采用钢筋混凝土框架结构。钢筋混凝土柱截面尺寸按柱底内力及钢柱柱脚连接的构造要求确定，角柱为1500×1500mm、中柱1600×1600mm，沿周边布置；因烟室设备支撑点荷载较大（恒荷载235KN、活荷载100KN/点），结构中间布置2个1000×1000mm钢筋混凝土柱，以便减小楼层框架梁的截面高度。2.2.2钢结构构件的选型标高7.500m平面以上为分解炉、各级旋风筒等设备，荷载主要作用在设备支座、平台支腿等处，以竖向荷载为主，幷有部分水平荷载等。荷载最大作用在分解炉设备支座处，达1500KN/处。钢结构构件的选型包括梁、板、柱、柱间支撑、平面水平支撑的选型以及连接方式的选择。钢框架柱采用钢管混凝土柱，具有承载力高、塑性和韧性好、刚度大、顶部水平位移小，经济效益显著和施工快捷等优点；角柱截面尺寸为Ф850mm、中柱Ф900mm。

柱间支撑采用单斜杆体系的中心支撑以承受侧向水平力，由简洁明了的钢管构成，达到了美观大方、经济安全的效果。梁采用焊接工字形截面钢梁、轧制型钢梁，跨度和受力较大时，为满足结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态要求，采用截面较大的工字形截面钢梁；在一个平面多种梁型的同时采用可以较容易地达到经济的目的，方便制作安装，不易产生碰设备的情况。钢梁材质主要采用Q235级钢，部分承载力较大的钢梁采用Q345级钢。楼面在满足工艺使用要求，防水隔声性能要求不高的条件下，平面铺板采用6mm厚花纹钢板，板的加劲肋选用角钢或扁钢；铺钢板制作安装方便，施工周期短。

3、节点设计钢结构设计的重点及难点在节点的设计，只有保证了节点的安全，才能保证构件的安全使用，达到结构整体的安全运行。3.1柱与柱连接节点钢管类柱和柱连接因截面特点不适合采用螺栓连接方式，而采用带安装螺栓的全焊接方式。3.2梁与柱连接节点梁和柱连接通过梁上下翼缘对应的柱周边设置环板，幷设置短的梁头与柱焊接成一个整体，一般在工厂制作中完成，框架梁的连接用安装螺栓固定，等强焊连接。

3.3斜撑与框架梁柱连接节点斜撑与框架梁柱连接节点连接采用铰接，用连接板连接伸出一定长度的斜撑与框架梁柱焊接成一个整体。3.4框架梁与主梁、梁与梁连接节点由于多个层面的框架梁只有一端与柱连接，另一端只能与主钢梁连接。设计中采用刚接，梁上下翼缘对应主钢梁的上下翼缘等强焊连接。等高梁与梁的连接采用梁上下翼缘等强焊连接；不等高梁与梁的连接采用在主梁部位设置与次梁下翼缘对应的板，然后次梁上下翼缘等强焊连接。3.5外包式刚接柱脚将钢柱脚置于钢筋混凝土柱顶，采用钢筋混凝土包裹的一种连接方式。外包式连接柱脚轴向压力由钢柱脚底板直接传给钢筋混凝土柱顶；弯矩由焊于钢管混凝土柱外缘的抗剪圆柱头焊钉（栓钉）传给包脚部分的钢筋混凝土，并通过包脚部分的钢筋混凝土传