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钢结构冷换框架设计概述

钢结构因具有自重轻、强度高、工业化程度高等优点，在工业建筑工程得

到了广泛应用。本文通过对钢结构冷换框架设计的基本概念、设计原则和分析方

法的总结，谈谈对钢结构冷换框架设计的理解。

标签：冷换框架;设备梁;钢结构框架设计

1、钢结构冷换框架的基本概念

与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构体系具有横向刚度好，横梁高度小，

自重轻且抗震性能好，刚结构拥有较大的内部空间，一般在工厂预制钢梁、钢柱，

运输到施工现场再拼接成整体框架，因此施工周期短，环境污染也少。被广泛应

用于工业厂房、操作平台的建设设计中，是一种比较经济合理、运用广泛的结构

体系。钢结构框架中冷换框架是指用于支承冷却器、换热器、卧式容器以及其顶

层设有空气冷却器的钢框架。框架中直接或间接支承设备的钢梁称为设备梁。

2、钢结构冷换框架的设计原则

2.1结构形式及一般要求

①冷换框架的结构布置应体型简单，质量和刚度对称均匀，各层抗侧力刚度

中心与质心重合;避免平面和立面突变和形状不规则;对于刚度突变的楼层，应采

取可靠的过渡加强措施。

②冷换框架可采用框架-支撑结构、框架结构或其他结构类型。在满足生产

操作条件下，优先采用框架-支撑结构。

③冷换框架的柱网、层高、平台的梁板和斜撑布置及平台开洞等，除应满足

工艺的要求外，尚宜满足管道、设备的安装、生产和检修要求。

④框架-支撑结构框架宜在两个方向分别布置支撑。支撑宜采用交叉支撑、

人字形或V字形支撑。地震区框架不宜全部设置单方向受拉支撑，拉撑承担的

水平力不应大于总侧力的75%。当钢框架只能采用单方向受拉撑时，应同时设置

不同倾斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投

影面积之差不得大于10%。支撑斜杆宜采用双轴对称截面。设防烈度为8度、9

度时，中心支撑不得采用拉杆设计。

⑤平台上有设备、管道挡墩、支吊点等水平荷载作用时，该层应设置可靠的

水平支撑系统;当冷换框架各榀框架侧向刚度相差较大、竖向支撑布置不规则时，

宜在顶层、中间层设置水平支撑;平台铺板采用钢格栅板时，应在顶层并至少每

隔一层设置水平支撑。

⑥结构布置宜根据设备布置的要求采用横向承重框架结构;当采用纵向承重

框架结构时，应采取措施加强横向刚度。框架应确保非承重方向结构的整体刚度。

⑦框架的跨度和间距应用定位轴线标注;平面定位轴线应与柱的截面几何中

心重合;上、下层柱截面的几何中心宜在同一垂线上;框架横梁及柱间纵梁的轴线

宜与中心线相重合。

⑧框架各层平台四周和平台内务设备孔洞周边均应设置钢栏杆。当平台高度

小于20m时，其栏杆高度应为1.05m;当平台高度大于20m时栏杆高度为1.20m。

2.2钢结构节点连接，可采用焊缝连接、高强度螺栓连接或部分焊接、部分

高强度螺栓连接等方式;连接板应采用与构件强度相同等级的钢材。

2.3材料的选用

①型钢和钢板宜采用Q235、Q345钢，抗震结构和焊接结构不应采用A质

量等级的钢材。钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85;

钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%。

②选用焊条型号应与构件钢材强度等级相适应，当构件钢材为Q235，或

Q345和Q235两种钢材相焊时，宜采用E43型焊条;当构件钢材为Q345时，宜

采用E50型焊条。

③高强度螺栓应采用性能等级为8.8级和10.9级的高強度螺栓。

④地脚螺栓不宜采用A质量等级的钢材，宜采用未经冷拉的Q235或Q345

钢。

⑤基础混凝土强度等级不应低于C25，垫层宜采用C10.

2.4荷载分类（永久荷载和可变荷载）

①永久荷载包括结构自重、设备及管道自重、设备及管道保温层重。

②可变荷载包括设备操作介质重，设备冲水水重，设备振动荷载，空冷器风

机和电机的当量荷载，烟道等管道的支座、弹簧吊、挡墩及裙座的水平和竖向荷

载，平台均布活荷载，风荷载。不考虑雪荷载影响。

2.5地震作用

①一般情况下，宜在框架的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震

验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗側力构件承担;质量和刚度分布明显

不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响;冷换框架的抗震计算，

宜采用振型分解反应谱法，也可采用底部剪