钢结构在窑炉中的应用
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【摘要】玻璃熔窑为大型高温建筑物，主要由大量的耐火材料砌筑而成。
钢结构作为现代建筑的主要形式，在常温下具有质量轻、强度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工业化程度高，空间利用率大等优点，为企业节省投资而被投资者大量应用。
为使玻璃熔窑有足够的结构强度和便于操作维修，必须在熔窑的四周以一定的钢结构予以加固和支承。
熔窑钢结构的作用是承受各个砖结构部分和玻璃液共同作用的推力和压力。
【关键词】钢结构熔窑保护
钢结构作为现代建筑的主要形式，有着许多得天独厚的优点：重量轻，便于运输；钢结构制造、安装机械化程度高；钢结构安装施工简便；钢结构在平面布局上的灵活性材质均匀，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的，实际受力情况与建筑力学计算的结果比较符合。
而玻璃熔窑作为大型高温建筑物，主要由大量的耐火材料砌筑而成，为使玻璃熔窑有足够的结构强度和便于操作维修，必须在熔窑的四周以一定的钢结构予以加固和支承。
熔窑钢结构的作用是承受各个砖结构部分和玻璃液共同作用的推力和压力。
窑炉上有一些钢结构工程出现了这样或那样的问题，譬如钢结构工程出现裂纹，构件表面涂料脱落等类似的质量问题，虽然中间极少部份涉及到原材料的问题，因为一旦原材料出现问题，直接影响到窑炉的安全使用。
绝大部分是由于制作加工和施工安装的问题而导致的工程质量问题。
要消除钢结构工程的质量通病是一个巨大的系统工程，需要在建设过程的各阶段、参与建设的各方、设计施工的各个流程和环节要引起足够的重视。
一、钢结构预应力加固法
（1）预应力水平拉杆固法
预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件，由于预应力和新增外部荷载的共同作用，拉杆内产生轴向拉力，该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上（当拉杆与梁板底面紧密贴合时，拉杆会与构件共同找曲，此时尚有一部分压力直接传递给构件底面），在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，从而提高了构件的抗弯能力。
同时，由于拉杆传给构件的压力作用，构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。
由于水平提杆的作用，原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压，因此，加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。
（2）预应力下撑拉杆加固法
钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后，形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系，在外荷载和预应力共同作用下，拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点（下撑点和杆端锚固点）传递给被加固构件，抵消了部分外荷载，改变了原构件截面内力特征，从而提高了构件的承载能力。
该法能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响；适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固，但在无防护的情况下，不能用于温度在600C以上环境中，也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
二、钢结构作玻璃窑池架梁
玻璃窑池建筑在由窑底砖柱(窑墩)支承的架梁上，整个窑池的质量由窑底砖柱承担。
窑底
砖柱上面架设工字钢或钢筋混凝土主梁，主梁上面排放工字钢次梁，次梁上面排放扁钢。
次梁和扁钢以点焊固接。
窑池的池底砖就铺在这些扁钢上。
窑池上部空间胸墙和大碹的质量通过池窑两侧的立柱传递到次梁上。
对于熔化温度较高或生产周期较长的大中型池窑，由于各个部位侵蚀情况及热修时间各不相同，为了分别热修损坏最严重的部分，将胸墙和大碹采用分别支承的形式，如图12—1(a)所示。
在熔化温度较低或生产周期较短的小型池窑内，一般碹碴砖直接砌在胸墙上，胸墙用胸墙托板托住支承在立柱上，以便池壁砖热修。
但某些小炉由于条件所限，不放置下间隙砖，把胸墙部分地砌在池壁上，此时胸墙下面仍有托板和支架，如图12-1(b)所示。
双碹窑的胸墙部分支承如图12-1(c)所示。
下面以马蹄焰池窑熔化部的钢结构为例(见图12-2)加以说明。
马蹄焰池窑熔化部(包括窑池和火焰空间)两侧用立柱(工字钢或槽钢)夹住，立柱的顶端用拉条拉紧，可根据大碹胀缩情况用人工调节拉条松紧。
立柱底脚通过支承角钢用螺栓固定在次梁上。
大碹由碹脚钢托住。
大碹的水平椎力作用于立柱，向下压力由上巴掌铁承受。
胸墙由胸墙托板托住，其质量由下巴掌铁承受。
玻璃液的横向压力由池壁顶铁顶住。
托住碹脚钢的亡巴掌铁、托住胸墙托板的下巴掌铁和顶住池壁的顶丝都固定在立柱上，它们所承受的质量也都转嫁到立柱上。
整个作业室砌体和玻璃液的质量通过金属梁(包括扁钢、次梁和主梁)传给窑柱。
为了便于池底大砖在温度变动时的移动，在每块池底大砖下面安装两条扁钢(扁钢截面一般为8mm×40mm或20mm×20mm)，扁钢多半作纵向配置，每块池底砖下一般放置两根扁钢，主要考虑受力均匀，排砖安全可靠，如果池底不保温，应避开砖缝。
扁钢下面设次梁(常用工字钢)，扁钢与次梁垂直，每块大砖下面放两道或三道次梁，放置数量按池底大砖尺寸和次梁本身的断面而定。
次粱下面设主梁(常用工字钢)，次梁与主梁垂直，主梁间距根据窑宽决定(主梁与窑炉纵向中心线平行)，一般用三根或两根，主梁架在窑底砖柱上熔窑其他结构部位，如冷却部、小炉、蓄热
室的四周，也有类似的钢结构。
不同窑型的钢结构情况基本相似，仅个别结构略有不同，如有的马蹄焰池窑没有亡巴掌铁，有的双碹窑没有上巴掌铁、下巴掌铁，碹碴钢处的垂直荷重和胸墙自重，都通过池壁传给砖柱。
根据所起的作用，所用的钢构件可以分为承推构件(如拉条、柱脚支承角、池壁顶铁)和承重构件(如胸墙托板、次梁和主梁)两类。
某些构件(如立柱、碹碴钢)同时起这两种作用。
按外力作用于钢构件的形式，又可归纳为拉伸、压缩、剪切和弯曲四种基本变形。
有的钢构件只承受一种基本变形，有的钢构件同时承受两种以上的基本变形。
为了节省钢材，目前池底一些承重构件(如次梁、主粱)和蓄热室立柱等，已改用钢筋混凝土柱或砖柱。
准确地确定钢结构的尺寸，对于确保池窑安全生产，降低钢材耗量，节省建窑费用关系很大，以往多数是凭经验估计的，为了确保安全，往往采用偏大的尺寸，因而多用钢材，加大了熔窑的总重和成本，也有在个别情况下尺寸偏小，以致发生拉条绷断以及立柱胀弯等事故，为了取得较好的经济效果，应当进行理论计算。
目前，钢结构的理论计算方法虽还不够成熟，有时计算结果偏大，但总的来说还可以作为一定的参考，以便结合经验来确定钢结构的尺寸。
下面分别对钢结构的经验和理论计算加以说明。
经验计算公式：
三、钢结构的防火
虽然有这么多优点，但却有一个致命的缺点：不耐火。
钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550℃左右时，降低幅度更为明显，一般在15分钟左右就会丧失承重能力而垮塌。
国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明，发生火灾后20分钟以内就把建筑物烧垮，最后形成一片废墟。
但钢结构建筑抗火性能差的特点也非常明显，因为钢材虽是一种不燃烧的材料，却是热的良导体，极易传导热量。
钢材在温度超过300度以后，屈服点和极限强度显著下降，达到600度时强度几乎等于零。
科学试验和实例都表明，未加保护的钢结构在火灾情况下，只需15分钟，自身温度就会上升到540度以上，致使构件本身扭曲变形，导致建筑物坍塌毁坏，变形后的钢结构也无法修复使用。
因此，对钢结构必须采取防火保护措施。
要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。
防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。
对钢结构建筑进行科学的防火保护
目前，我们通常使用的方法有：钢结构表面喷涂防火涂料；用现浇混凝土作外包层；钢构件内充水等，其中应用最为广泛的是钢结构表面喷涂防火涂料.要加强对防火涂料市场的规范管理，严把审核关，正确选用防火涂料品种，及时进行施工现场检查，严格验收标准。
在工程竣工验收前，消防部门应让建设、施工、监理单位出具质量检测报告，掌握工程施工情况。
在工程验收时，不仅要重视消防设施的验收，还应把钢结构防火涂料的验收放在重要位置。
消防监督人员不仅要眼看、手摸，还应配置测厚仪等必要的检测设备。
对于施工质量达不到要求的，该返工的要返工，该处罚的处罚，确保钢
结构消防工程的质量，从根本上消除钢结构工程存在的火灾隐患。
四、结束语
虽因窑型、窑的大小和窑的不同要求对钢结构的要求有所区别，但基本结构还是相同的。
由于钢结构防火涂料是如今乃至未来社会很有发展前途的一类产品，只有准确完善地解决了钢结构在窑炉中的应用难题，才能是钢结构在窑炉的应用更广泛，使窑炉的砌筑更方便，窑炉的寿命更长。
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