GB/T 22395-2008 锅炉钢结构设计规范 （完整版）
1 范围
1 范围
本标准规定了支承式和悬吊式锅炉钢结构的设计原则和方法。
本标准适用于支承式和悬吊式锅炉钢结构的设计。
2 规范性引用文件
2 规范性引用文件
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GB/T 700 碳素结构钢(GB/T 700-2006,IS0 630：1995,Structural steels-Plates,wide flats,bars,sections and profiles,NEQ)
GB/T 1228 钢结构用高强度大六角头螺栓[GB/T 1228-2006,IS0 7412:1984,Hexagon bolts for high structural bolting with large width across flats (short thread length)-Product grade C-Property classes 8.8 and 10.9,NEQ]
GB/T 1229 钢结构用高强度大六角螺母(GB/T 1229-2006,IS0 4775：1984,Hexagon nuts for high strength structural bolting with large width across flats-Product grade B-Property classes 8 and 10,NEQ)
GB/T 1230 钢结构用高强度垫圈(GB/T 1230-2006,IS0 7416：1984,Plain washers,chamfered,hardened and tempered for high strength structural bolting,NEQ)
GB/T 1231 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件
GB/T 1591 低合金高强度结构钢
GB/T 3632 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副
GB/T 5117 碳钢焊条
GB/T 5118 低合金钢焊条
GB/T 5313 厚度方向性能钢板
GB 50009 建筑结构荷载规范
GB 50011 建筑抗震设计规范
GB 50017-2003 钢结构设计规范
GB 50205 钢结构工程施工质量验收规范
3 符号和缩略语
3 符号和缩略语
3.1 作用和作用效应
F——集中荷载；
FEk，FEvk——结构总水平、竖向地震作用标准值；
Geq——计算地震作用时，结构的等效总重力荷载代表值；
M——弯矩；
N——轴心力；
P——高强度螺栓的预拉力；安全阀反冲力；
Q——撬力；
S——作用效应组合设计值；
SE——地震作用效应；
Sk——作用、荷载标准值的效应；
R——支座反力；
T——外施拉力；
V——剪力；
ωk——风荷载标准值；
ω0——基本风压；
σ——正应力；
σｃ——局部压应力；
τ——剪应力；
υ——挠度。
3.2 计算指标
E——钢材的弹性模量；
——个螺栓的抗拉、抗剪和承压承载力设计值；
R——结构构件抗力的设计值；
——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；
v——钢材的抗剪强度设计值；
ce——钢材的端面承压强度设计值；
y——钢材的屈服强度（或屈服点）；
——螺栓的抗拉、抗剪和承压强度设计值；
——对接焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值；
——角焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值；
c——混凝土轴心抗压强度设计值。
3.3 几何参数
A——毛截面面积；
An——净截面面积；
I——毛截面惯性矩；
In——净截面惯性矩；
S——毛截面面积矩；
W——毛截面模量；
Wn——净截面模量；
d——直径；
d0——孔径；
h——高度；
he——角焊缝的计算厚度；
hf——角焊缝的焊脚尺寸；
i——截面回转半径；
l——长度或跨度；
t——厚度；
λ——长细比。
3.4 计算系数及其他
T——结构自振周期；
nf——高强度螺栓的传力摩擦面数目；
α——水平地震影响系数；线膨胀系数；四边支承底板弯矩系数；
β——三边或二边支承底板弯矩系数；
βb——梁整体稳定的等效临界弯矩系数；
βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数；
βgz——高度z处的阵风系数；
βm、βt——压弯构件稳定的等效弯矩系数；
βz——高度z处的风阵系数；
β1——折算应力的强度设计值增大系数；
η——调整系数；
μ——高强度螺栓摩擦面的抗滑移系数；柱的计算长度系数；
μs——风荷载体型系数；
μz——风压高度变化系数；
ε——风荷载脉动增大系数；用于计算梁整体稳定的参数；
ν——风荷载脉动影响系数；
——结构振型系数；
ζ——结构阻尼比；
——轴心受压构件的稳定系数；
——梁的整体稳定系数；
γRE——承载力抗震调整系数；
Ψ——组合值系数。
4 一般要求
4.1 为了在锅炉钢结构设计中贯彻执行国家现行标准，并考虑锅炉钢结构的特殊性，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本标准。
4.2 锅炉钢结构要支承锅炉本体各部件，并维持它们之间的相对位置，还要承受风荷载、雪荷载和地震作用，以及其他设计单位提供并经锅炉设计单位同意作用在锅炉钢结构上的荷载。除特殊要求外，锅炉钢结构不考虑直接承受动力荷载。
4.3 锅炉钢结构应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数设计表达式进行计算，按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。
4.4 按承载能力极限状态设计锅炉钢结构时，应考虑荷载（作用）效应的基本组合，必要时应考虑荷载（作用）效应的偶然组合。按正常使用极限状态设计锅炉钢结构时，应考虑荷载（作用）效应的标准组合。
4.5 抗震设防烈度为6度及以上地区的锅炉钢结构，应进行抗震设计。本标准适用于抗震设防烈度为6度～9度地区锅炉钢结构的设计。抗震设防烈度大于9度时，应按相关规定执行。
4.6 露天布置和紧身封闭的锅炉钢结构应进行抗风验算。
4.7 构件应尽量避免高温（150℃以上）作用，长期受到高温作用的构件，除选用合适的钢材外，还应对其采取必要的隔热或冷却措施。
4.8 设于寒冷地区的锅炉钢结构，在设计时应采取措施提高钢结构的抗脆断能力。
4.9 锅炉钢结构的节点无论采用何种连接形式，当节点视为刚性连接时，应符合受力过程中构件在节点处的交角不变的假定，同时连接应具有充分的强度承受交汇构件端部传递的所有最不利内力；当节点视为铰接时，应使连接具有充分的转动能力，但能有效的传递横向剪力与轴心力。
4.10 除另有规定外，锅炉钢结构的结构重要性系数γ0取1.0。
4.11 锅炉钢结构设计时所需的自然环境条件有：
a) 基本风压值；
b) 地面粗糙度类别；
c) 基本雪压值；
d) 抗震设防烈度（设计基本地震加速度）；
e) 设计地震分组；
f) 场地类别；
g) 工作温度。
4.12 锅炉钢结构在设计时应执行与用户签订的供货合同和技术协议，应与锅炉本体其他专业和其他设计单位密切配合，相互协调。
5 材料、设计指标和结构（构件）变形的规定
5.1 为保证锅炉钢结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应选用合适的钢材。锅炉钢结构的主要承重结构宜采用Q235钢和Q345钢，其质量标准应分别符合GB/T 700和GB/T 1591的规定。当有可靠依据时，可采用其他牌号的钢材。
5.2 主要承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯试验和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构还应具有碳含量的合格保证。
5.3 重要的受拉或受弯的焊接结构构件中，钢材应具有常温冲击韧性的合格保证（B级）。
5.4 采用焊接连接的钢结构，当钢板厚度不小于50mm且承受沿板厚方向的拉力时，其材质应符合GB/T 5313中Z15级的规定。
5.5 顶板板梁板厚大于40mm时，宜要求原材料以正火状态供货。
5.6 地脚锚栓可选用Q235钢或Q345钢。
5.7 高强度螺栓连接副应符合GB/T 1228、GB/T 1229、GB/T 1230、GB/T 1231或GB/T 3632的规定，其材料和力学性能见表1。
表1 高强度螺栓、螺母、垫圈的材料和力学性能
| 类别 | 性能等级 | 推荐材料 | 力学性能 | |||
| 屈服强度/(N/mm2) | 抗拉强度/(N/mm2) | 洛氏硬度/HRC | ||||
| 大六角头高强度螺栓连接副 | 螺栓 | 8.8S |
45，35 | ≥660 | 830～1030 | 24～31 |
| 10.9S | 20MnTiB，40B，35VB | ≥940 | 1040～1240 | 33～39 | ||
| 螺母 | 8H | 35 | ≤22 | |||
| 10H | 45，35，15MnVB | ≤28 | ||||
| 垫圈 | 35～45HRC | 45，35 | 35～45 | |||
| 扭剪型高强度螺栓连接副 | 螺栓 | 10.9S | 20MnTiB | ≥940 | 1040～1240 | 33～39 |
| 螺母 | 10H | 45，35，15MnVB | ≤28 | |||
| 垫圈 | 35～45HRC | 45，35 | 35～45 | |||
5.8 手工焊接采用的焊条应符合GB/T 5117或GB/T 5118的规定。自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和相应的焊剂应符合现行国家标准的规定。
5.9 钢材的强度设计值应按表2和表3采用。
表2 钢材的强度设计值 单位为牛每平方毫米
| 钢材 | 抗拉、抗压和抗弯 | 抗剪 v |
端面承压(刨平顶紧)ce | |
| 牌号 | 厚度或直径/mm | |||
| Q235钢 | ≤16 | 215 | 125 | 325 |
| ＞16～40 | 205 | 120 | 325 | |
| ＞40～60 | 200 | 115 | 325 | |
| ＞60～100 | 190 | 110 | 325 | |
| Q345钢 | ≤16 | 310 | 180 | 400 |
| ＞16～35 | 295 | 170 | 400 | |
| ＞35～50 | 265 | 155 | 400 | |
| ＞50～100 | 250 | 145 | 400 | |
| 注：表中厚度是指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件是指截面中较厚板件的厚度。 | ||||
表3 钢铸件强度设计值 单位为牛每平方毫米
| 钢号 | 抗拉、抗压和抗弯 | 抗剪 v |
端面承压(刨平顶紧)ce |
| ZG200-400 | 155 | 90 | 260 |
| ZG230-450 | 180 | 105 | 290 |
| ZG270-500 | 210 | 120 | 325 |
5.10 焊缝的强度设计值应按表4采用。
表4 焊缝的强度设计值 单位为牛每平方毫米
| 焊接方法和焊条型号 |
构件钢材 | 对接焊缝 | 角焊缝 | ||||
| 牌号 | 厚度或直径/mm | 抗压 |
焊缝质量为下列等级时，抗拉 |
抗剪 |
抗拉、抗压和抗剪 |
||
| 一级/二级 | 三级 | ||||||
| 自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊 | Q235钢 | ≤16 | 215 | 215 | 185 | 125 | 160 |
| ＞16～40 | 205 | 205 | 175 | 120 | 160 | ||
| ＞40～60 | 200 | 200 | 170 | 115 | 160 | ||
| ＞60～100 | 190 | 190 | 160 | 110 | 160 | ||
| 自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊 | Q345钢 | ≤16 | 310 | 310 | 265 | 180 | 200 |
| ＞16～35 | 295 | 295 | 250 | 170 | 200 | ||
| ＞35～50 | 265 | 265 | 225 | 155 | 200 | ||
| ＞50～100 | 250 | 250 | 210 | 145 | 200 | ||
| 注1：自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准中相关的规定。 注2：焊缝质量等级应符合GB 50205的规定。其中厚度小于8mm钢材的对接焊缝，不应采用超声探伤确定焊缝质量等级。 注3：对接焊缝抗弯受压区强度设计值取  ，抗弯受拉区强度设计值取 。注4：表中厚度是指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件是指截面中较厚板件的厚度。 |
|||||||
5.11 螺栓连接的强度设计值应按表5采用。
表5 螺栓连接的强度设计值 单位为牛每平方毫米
| 螺栓的钢材牌号（或性能等级）和构件的钢材牌号 | 普通螺栓 | 锚栓 | 承压型连接高强度螺栓 | ||||||||
| C级螺栓 | A级、B级螺栓 | ||||||||||
抗拉 |
抗剪 |
承压 |
抗拉 |
抗剪 |
承压 |
抗拉 |
抗拉 |
抗剪 |
承压 |
||
| 普通螺栓 | 4.6级 4.8级 |
170 | 140 | － | － | － | － | － | － | － | － |
| 5.6级 | － | － | － | 210 | 190 | － | － | － | － | － | |
| 8.8级 | － | － | － | 400 | 320 | － | － | － | － | － | |
| 锚栓 | Q235钢 | － | － | － | － | － | － | 140 | － | － | － |
| Q345钢 | － | － | － | － | － | － | 180 | － | － | － | |
| 承压型连接高强度螺栓 | 8.8级 | － | － | － | － | － | － | － | 400 | 250 | － |
| 10.9级 | － | － | － | － | － | － | － | 500 | 310 | － | |
| 构件 | Q235钢 | － | － | 305 | － | － | 405 | － | － | － | 470 |
| Q345钢 | － | － | 385 | － | － | 510 | － | － | － | 590 | |
| 注1：A级螺栓用于d≤24mm和L≤10d或L≤150mm(按较小值)的螺栓；B级螺栓用于d＞24mm和L＞10d或L＞150mm(按较小值)的螺栓。d为公称直径，L为螺杆公称长度。 注2：A级、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔的公差和孔壁表面粗糙度，均应符合GB 50205的规定。 |
|||||||||||
5.12 单面连接的单角钢以及施工条件较差的高空安装焊缝，其强度设计值应乘以相应的折减系数，折减系数应按表6采用。
表6 强度设计值折减系数
| 结构构件或连接情况 | 折减系数 | ||
| 单面连接的单角钢 | 按轴心受力计算强度和连接 | 0.85 | |
| 按轴心受压计算稳定性 | 等边角钢 | 0.6＋0.0015λ且≤1.0 | |
| 短边相连的不等边角钢 | 0.5＋0.0025λ且≤1.0 | ||
| 长边相连的不等边角钢 | 0.70 | ||
| 无垫板的单面施焊对接焊缝 | 0.85 | ||
| 施工条件较差的高空安装焊缝 | 0.90 | ||
| 注1：λ为长细比，对中间无联系的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当λ＜20时，取λ＝20。 注2：当几种情况同时存在时，折减系数应连乘。 |
|||
5.13 钢材和钢铸件的物理性能指标应按表7采用。
表7 钢材和钢铸件的物理性能指标
| 弹性模量E/(N/mm2) | 剪切模量G/(N/mm2) | 线膨胀系数α（以每℃计） | 质量密度ρ/(kg/m3) |
| 206×103 | 79×103 | 12×10－6 | 7850 |
5.14 当使用材料与设计不符时，设计者需对代用材料进行审核。代用材料以不降低产品质量为前提，应遵循以下规定：
a) 钢材力学性能的保证项目中，仅有一项不合格者，可按以下原则处理：
1) 抗拉强度比标准规定的数值低5％以内允许使用。
2) 屈服强度比标准规定的数值低5％以内，可按屈服强度比例折减其强度设计值使用。
3) 伸长率比标准规定的数值低3％以内允许使用。
4) 冷弯折角为150°＜α＜180°时，允许在次要构件上使用。
5) 冲击韧性不允许降低。
b) 钢材的化学成分（硫、磷）应在允许的偏差之内，焊接结构的钢材含碳量不能超标。
c) 材料规格不符合图样要求时，可按以下原则处理：
1) 当代用材料的化学成分和力学性能与原设计图样一致或同一级别时可以代用。
2) 当材质、规格不同时，经复核，构件的强度、刚度和稳定性满足设计要求后可以代用。
3) 当材质、规格变化后，应满足原设计结构要求和使用的需要。
4) 当材料代用后构件的断面变化较大时，应考虑相邻构件内力变化的影响。
5) 当以不同材质代用时，对熔焊金属材料应作相应变动。
5.15 为了不影响结构或构件的正常使用和观感，应对结构或构件的变形（位移或挠度）规定相应的限值。当有实践经验或有特殊要求时，可根据不影响正常使用和观感的原则进行适当的调整。计算结构或构件的变形时，可不考虑螺栓孔引起的截面削弱。
a) 结构水平位移不宜超过表8所列容许值。
表8 结构水平位移容许值
| 参与作用类别 | 顶点位移容许值 | 层间位移容许值 |
| 永久荷载 | H/500 | h/400 |
| 风荷载 | H/500 | h/400 |
| 地震作用 | H/400 | h/300 |
| 注：H为自基础顶面至柱顶的总高度，h为层高。 | ||
b) 在永久荷载和可变荷载作用下，梁的挠度值不宜超过表9所列容许值。
表9 梁挠度容许值
| 梁的类别 | 容许值 |
| 顶板主梁 | l/850 |
| 顶板次梁和支承预热器的梁 | l/750 |
| 顶板其他梁及柱间梁 | l/500 |
| 一般小梁 | l/350 |
| 平台梁和梯梁 | l/250 |
| 注：l为梁的总跨度。 | |
5.16 除塔式锅炉钢结构外，基础的差异沉陷不应大于相邻柱距的1/500。
6 锅炉钢结构的布置
7 作用及其效应组合
8 静力分析
9 梁的设计
10 柱的设计
11 支撑系统的设计
12 连接设计
13 锅炉钢结构抗震构造措施及有关要求
14 刚性梁设计
15 锅炉平台和楼梯的设计
15.1 为了方便运行和检修，凡有门孔、测量孔、吹灰器、燃烧器和阀门等处都应铺设平台。
15.2 平台应畅通，通行净空高度不应小于1.8m，宽度不应小于0.7m。
15.3 楼梯有斜梯和直梯两种。锅炉主要通道的楼梯宜采用斜梯并在锅炉两侧集中布置，方向尽量一致，必要时，可采用直梯。
15.4 平台、楼梯应满足强度、刚度和稳定性要求，在可能条件下，平台宜直接支承在锅炉钢结构上。如需做结构支撑或悬吊平台时，支吊结构之间应设斜撑，使平台支撑结构在竖向成为稳定体系。
15.5 楼梯的宽度最大不宜大于1100mm，最小不得小于600mm。
15.6 梯高不宜大于5m，大于5m时，宜设梯间平台，分段设梯。
15.7 楼梯可以采用焊接或螺栓与上下平台连接。
15.8 楼梯活荷载如无特殊要求外，应按下列规定取值：
a) 面积荷载：楼梯水平投影面上的活荷载标准值3.5kN/m2；
b) 集中荷载：踏板中点集中活荷载标准值1.5kN；
c) 线荷载：扶手顶部水平活荷载标准值0.5kN/m。
15.9 楼梯扶手铅垂高度应为900mm，或与平台栏杆高度一致，宜采用直径为30mm～50mm，壁厚不小于2.5mm的钢管。
15.10 楼梯立柱宜采用截面不小于40mm×40mm×4mm角钢或直径为30mm～50mm的钢管。从第一级上踏板开始设置，间距不宜大于1000mm。横杆采用直径不小于16mm圆钢或30mm×4mm扁钢，固定在立柱中部。
15.11 45°楼梯的踏步高宜为200mm，踏步宽宜为200mm。
15.12 在离地高度小于20m时，平台扶手的高度不得低于1000mm，在离地高度大于或等于20m时，平台扶手的高度不得低于1200mm。
15.13 栏杆的结构宜采用焊接，也可采用螺栓连接。
15.14 平台扶手宜采用直径为33.5mm～50mm的钢管，立柱宜采用不小于50mm×50mm×4mm角钢或直径为33.5mm～50mm的钢管，立柱间距宜为1000mm。
15.15 平台横杆可采用不小于25mm×4mm扁钢或直径16mm的圆钢，横杆与上、下构件的净间距不得大于380mm。
15.16 平台挡板宜采用不小于100mm×2mm扁钢制造。
15.17 平台栏杆端部应设置立柱或与其他结构牢固连接。
15.18 平台栏杆的扶手能承受水平方向垂直施加的荷载应不小于500N/m。
15.19 平台的铺板和楼梯的踏步板可用花钢板或钢格栅板。
15.20 平台钢格栅板的设计要求：钢格栅板平台承受设计荷载标准值时，其挠度不得大于跨距的1/200，最大不得超过10mm。除满足上述要求外，所有平台钢格栅板还应符合下列规定：
a) 1.5倍的设计荷载标准值时，平台钢格栅板不得产生永久变形；
b) 3.0倍的设计荷载标准值时，平台钢格栅板不得产生裂断。
15.21 楼梯踏步板的设计要求：在设计荷载条件下，任意踏步板中点挠度不得大于跨距的1/200，最大不得超过6mm。除满足上述条件外，所有踏步钢格栅板还应符合下列规定：
a) 1.5倍的设计荷载标准值时，踏步钢格栅板不得产生永久变形；
b) 3.0倍的设计荷载标准值时，踏步钢格栅板不得产生裂断。
15.22 钢格栅板的表面防锈蚀处理可采用热浸镀锌或涂漆。
15.23 钢格栅板的挠度计算：承受均布荷载的钢格栅板挠度应按承受均布荷载的简支梁计算，当负载扁钢为平面型扁钢时，挠度计算可按式(143)：
式中：
υmax——挠度，单位为毫米(mm)；
PU——外加均布荷载标准值，单位为千牛每平方米(kN/m2)；
PO——钢格栅板自重标准值，单位为千牛每平方米(kN/m2)；
L——跨距，单位为米(m)；
B2——负载扁钢中心距，单位为毫米(mm)；
t——负载扁钢厚度，单位为毫米(mm)；
b——负载扁钢宽度，单位为毫米(mm)。
15.24 钢格栅板的安装：
a) 楼梯踏步钢格栅板与梯梁的连接可以采用焊接或螺栓固定。当采用螺栓固定时，螺栓公称直径不得小于M10。
b) 平台钢格栅板如不需要拆卸时，应采用焊接将其固定到支架上。具体位置是在每个角部的扁钢上，焊缝长度不得小于20mm，焊缝高度不得小于3mm的角焊缝。焊后应去除焊渣和飞溅，并进行表面防护处理。
c) 平台钢格栅板需要移动时，可采用专用安装夹。安装夹和安装螺栓表面应做防锈处理。安装螺栓公称直径不得小于M8。每件钢格栅板使用安装夹的数量不得少于2只。
d) 平台钢格栅板负载扁钢方向两端在支架上的支承长度每端不得小于25mm，安装后不得发生移动或脱离支承结构。
e) 平台钢格栅板最小安装间距：
1) 钢格栅板之间间距：3mm；
2) 钢格栅板与相邻结构间距：10mm。
16 锅炉钢结构的防锈、防腐蚀处理
16.1 大气中的水分及侵蚀性介质是引起锈（腐）蚀的重要因素。锈（腐）蚀不仅影响结构的外观，而且影响结构的安全，所以必须对钢结构表面进行除锈处理和涂装防护。
16.2 锅炉钢结构应采取适当的防锈和防腐蚀措施。除特殊需要外，设计中不考虑因锈蚀而加大钢材截面或厚度。
16.3 钢材表面的除锈方法有手工工具除锈、手工机械除锈（用电动砂轮等）、喷（抛）射除锈、酸洗除锈和火焰除锈等。选择除锈方法时，除根据其特点和防护效果外，还应考虑涂装的应用环境、维护条件、钢材表面的原始状态，以及施工条件和费用等因素。一般情况下宜选用喷（抛）射除锈。酸洗除锈因残存的酸液会继续腐蚀钢材表面，不宜使用。
16.4 按涂料层次结构可分为底漆、中间漆及面漆三个层次。底漆和中间漆起附着及防锈作用，面漆起防腐蚀及耐老化作用。根据需要应选用合理的涂料并将底漆、中间漆与面漆合理组合并匹配使用。底漆和中间漆应在工厂涂覆，面漆应在现场涂覆。
16.5 应根据不同的环境，涂料的性质，合理地选择涂层厚度。
16.6 使用期间不能重新涂漆的结构部位应采取特殊的防锈措施。
16.7 对环境条件差、防护要求高及用户有特殊要求的锅炉钢结构应专门进行涂装设计。
