GB/T 22395-2008 锅炉钢结构设计规范

中华人民共和国国家标准

锅炉钢结构设计规范

Specificationfordesignofboilersteelstructures

GB/T22395-2008

发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

中国国家标准化管理委员会

发布日期：2008年09月26日

实施日期：2009年03月01日

前言

本标准是在JB/T6736-1993《锅炉钢构架设计导则》和JB5339-1991《锅炉构架抗震设计标准》基础上重新制订而成。

本标准与JB/T6736-1993和JB5339-1991相比，主要变化如下：

——在《锅炉钢构架设计导则》(JB/T6736-1993)和《锅炉构架抗震设计标准》(JB5339-1991)的基础上，以现行的国家有关标准为依据，并考虑了锅炉

钢结构的特殊性；

——明确了锅炉钢结构的基本自振周期计算公式和阻尼比的取值；

——根据当前锅炉钢结构基本采用计算机进行静力分析的实际，采用平面和空间静力分析替代原来的以手工进行静力分析的内容；

——增加了叠梁的设计内容；

——按承载能力极限状态设计，修订了铰接柱底板的计算公式；

——明确了支撑系统的作用及布置原则；

——增加了栓焊混合连接的内容；

——增加了高强度螺栓典型连接计算一节；

——增加了连接节点处连接件的计算方法；

——增加了锅炉钢结构抗震构造措施及有关要求、刚性梁设计、锅炉平台和楼梯的设计以及锅炉钢结构的防锈、防腐蚀处理四章。

本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。

本标准起草单位：中国钢结构协会锅炉钢结构分会、上海发电设备成套设计研究院。

本标准主要起草人：李大生、贾天新、孙洪鹏、马炜言、王国鸿、王毅、叶国平、代庆生、李立人、孟宪国、程祯霖。

本标准为首次发布。

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

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标

准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T700碳素结构钢(GB/T700-2006,IS0630：1995,Structuralsteels-Plates,wideflats,bars,sectionsandprofiles,NEQ)

GB/T1228钢结构用高强度大六角头螺栓[GB/T1228-2006,IS07412:1984,Hexagonboltsforhighstructuralboltingwithlargewidthacross

flats(shortthreadlength)-ProductgradeC-Propertyclasses8.8and10.9,NEQ]

GB/T1229钢结构用高强度大六角螺母(GB/T1229-2006,IS04775：1984,Hexagonnutsforhighstrengthstructuralboltingwithlargewidth

acrossflats-ProductgradeB-Propertyclasses8and10,NEQ)

GB/T1230钢结构用高强度垫圈(GB/T1230-2006,IS07416：1984,Plainwashers,chamfered,hardenedandtemperedforhighstrengthstructural

bolting,NEQ)

GB/T1231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/T1591低合金高强度结构钢

GB/T3632钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副

GB/T5117碳钢焊条

GB/T5118低合金钢焊条

GB/T5313厚度方向性能钢板

GB50009建筑结构荷载规范

GB50011建筑抗震设计规范

GB50017-2003钢结构设计规范

GB50205钢结构工程施工质量验收规范

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；

G——计算地震作用时，结构的等效总重力荷载代表值；

eq

M——弯矩；

N——轴心力；

P——高强度螺栓的预拉力；安全阀反冲力；

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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；

σ——局部压应力；

ｃ

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；

ƒ——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；

ƒ——钢材的抗剪强度设计值；

v

ƒ——钢材的端面承压强度设计值；

ce

ƒ——钢材的屈服强度（或屈服点）；

y

——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；

ƒ——混凝土轴心抗压强度设计值。

c

3．3几何参数

A——毛截面面积；

A——净截面面积；

n

I——毛截面惯性矩；

I——净截面惯性矩；

n

S——毛截面面积矩；

W——毛截面模量；

W——净截面模量；

n

d——直径；

d0——孔径；

h——高度；

h——角焊缝的计算厚度；

e

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；

β——高度z处的阵风系数；

gz

β、β——压弯构件稳定的等效弯矩系数；

mt

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；

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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/T700和GB/T1591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/T5313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/T1228、GB/T1229、GB/T1230、GB/T1231或GB/T3632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

性能等力学性能

类别级推荐材料屈服强度/(N/mm22洛氏硬度/HRC

)抗拉强度/(N/mm)

大8.8S45，35≥660830～103024～31

六螺

角栓10.9S20MnTiB，≥9401040～124033～39

头40B，35VB

高

强8H35≤22

度螺

螺母10H45，35，≤28

栓15MnVB

连

接垫35～45，3535～45

副圈45HRC

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螺

10.9S20MnTiB≥9401040～124033～39

栓

扭剪型高强

螺45，35，

度螺栓连接10H≤28

母15MnVB

副

垫35～

45，3535～45

圈45HRC

5．8手工焊接采用的焊条应符合GB/T5117或GB/T5118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

钢材抗剪

牌号厚度或直径/mm抗拉、抗压和抗弯ƒƒv端面承压(刨平顶紧)ƒce

≤16215125325

＞16～40205120325

Q235钢

＞40～60200115325

＞60～100190110325

≤16310180400

＞16～35295170400

Q345钢

＞35～50265155400

＞50～100250145400

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

抗剪

钢号抗拉、抗压和抗弯ƒƒ端面承压(刨平顶紧)ƒce

v

ZG200-40015590260

ZG230-450180105290

ZG270-500210120325

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

构件钢材对接焊缝角焊缝

焊缝质量为下列等级时，抗

焊接方法和焊条型号厚度或直抗压抗剪抗拉、抗压和抗

牌号径/mm拉剪

一级/二级三级

≤16215215185125160

自动焊、半自动焊和E43型焊条Q235＞16～40205205175120160

的手工焊钢＞40～60200200170115160

＞60～100190190160110160

≤16310310265180200

自动焊、半自动焊和E50型焊条Q345＞16～35295295250170200

的手工焊钢＞35～50265265225155200

＞50～100250250210145200

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GB50205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

普通螺栓承压型连接高强度螺

锚栓

螺栓的钢材牌号（或性能等级）和构件C级螺栓A级、B级螺栓栓

的钢材牌号抗拉抗剪承压抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压

4.6级

170140－－－－－－－－

4.8级

普通螺栓

5.6级－－－210190－－－－－

8.8级－－－400320－－－－－

Q235钢－－－－－－140－－－

锚栓

Q345钢－－－－－－180－－－

8.8级－－－－－－－400250－

承压型连接高强度螺栓

10.9级－－－－－－－500310－

Q235钢－－305－－405－－－470

构件

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。

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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GB50205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

按轴心受力计算强度和连接0.85

单面连接的单角钢等边角钢0.6＋0.0015λ且≤1.0

按轴心受压计算稳定性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

22线膨胀系数α（以每℃计）3

弹性模量E/(N/mm)剪切模量G/(N/mm)质量密度ρ/(kg/m)

206×10379×10312×10－67850

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/500h/400

风荷载H/500h/400

地震作用H/400h/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

6．1锅炉钢结构的分类

6．1．1锅炉钢结构按锅炉本体部件的固定方式，可分为支承式和悬吊式；按锅炉钢结构本身的结构特点，可分为框架式和桁架式；按锅炉钢结构与锅炉房的

关系，可分为独立式和联合式。

6．1．2支承式锅炉钢结构常用于设有重型炉墙或轻型炉墙的中小容量锅炉。其特点是锅炉本体部件的绝大部分的荷载都支承在锅炉钢结构上。

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6．1．3悬吊式锅炉钢结构常用于具有敷管炉墙的大中容量锅炉。其特点是锅炉本体主要部件通过吊杆悬吊在炉顶梁格上，但其尾部受热面具有支承部分。

6．1．4框架式锅炉钢结构是由柱和梁刚性连接组成的空间结构。此种结构抵抗水平作用的能力较差，水平位移大。但对于轻型炉墙锅炉，都设有金属框架护

板，柱和梁与护板一起组成一个刚性盘体，因此整个结构刚度大，具有较好的抵抗水平作用的能力。

6．1．5桁架式锅炉钢结构由多片平面桁架组成。这种结构金属耗量低，整体刚度大，水平位移小，有利于抵抗水平作用。

6．1．6独立式锅炉钢结构与锅炉厂房结构之间没有任何联系，是一个完全独立的受力体系。通常宜采用此种形式。

6．1．7联合式锅炉钢结构与锅炉厂房结构之间有一定的联系，如炉顶梁格直接放置在锅炉厂房结构上，或锅炉钢结构与锅炉厂房结构之间有若干联接，当一

个结构受载时，将影响另一个结构。联合式锅炉钢结构一般情况下不宜采用。

6．2锅炉钢结构的布置原则

6．2．1锅炉钢结构应根据锅炉的特点和外界条件，选择承载性能好又经济合理的结构体系。平面和立面布置应规则、对称，并应具有良好的整体性，尽量避

免结构的刚度突变。

6．2．2为保证结构的空间工作，提高结构的整体刚度，承受和传递水平力，避免压杆的侧向失稳，以及保证结构安装时的稳定，应根据结构的不同情况，设

置可靠的支撑系统。

6．2．3锅炉钢结构的布置应考虑以下各项：

a)满足锅炉本体及附属设备的支吊、安装、运行和维护所需的空间和通道。

b)当有抗震和抗风要求时，宜选用桁架式锅炉钢结构。

c)结构应考虑经济性要求：

1)锅炉钢结构及其组成构件应结构简单、制造方便；

2)设置必要的构件：锅炉钢结构应设置为保持其强度、刚度和稳定性所必需的构件；

3)直接传递荷载：构件应传力明确，使荷载以最短的途径通过梁、柱和支撑传至基础；

4)柱和梁的布置应力求柱的数量为最少，梁的长度不宜过长，应对柱、梁的布置进行分析和比较，采用最经济的方案；

5)尽量使构件具有兼用性，充分利用构件的特性，使构件承担多项作用。

d)易于运输和安装：构件应尽量避免运输超重、超限，易于安装就位。

6．2．4柱距的确定应兼顾场地、设备和锅炉钢结构本身的受力要求，选取合理的柱距。

6．2．5柱宜布置在同一轴线，以便在此轴线上组成有一定刚度的垂直平面钢结构。

6．2．6锅炉钢结构宜采用双排柱布置，合理确定内外柱的距离，同时协调前后部分的关系（图1）。有时也可采用单排柱布置（图2），这时要求柱沿两个主

轴方向都能构成必要的结构，以保证柱横纵方向的稳定。

图1双排柱布置

图2单排柱布置

6．2．7梁的布置应满足锅炉本体和附属设备的要求，同时考虑平台的支撑，同一层梁的标高应尽可能一致，梁的布置不宜过密，且距离尽量均匀。

6．2．8炉顶梁格的主梁宜横向布置，有时也可采用纵向布置。纵向布置可以把主梁做成一端或两端悬臂，以满足设备的支吊要求，并减小主梁跨内弯矩和挠

度。

6．2．9炉顶梁格的次梁与主梁可采用平接或低接两种连接方式（图3）。

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图3炉顶梁格的连接

6．2．10平台标高与各种门、孔标高的距离宜在800mm～1200mm左右，以便于操作。但在综合考虑各种因素和不能满足同时兼顾多个孔门时，可根据实际情况

确定平台的标高。

7作用及其效应组合

7．1竖向荷载

7．1．1永久荷载包括：

a)锅炉本体各部件和有关设备的结构自重；保温绝热材料，管内介质及积灰、积渣等自重。

b)电站设计部门作用在锅炉钢结构上并经同意的永久荷载，这些荷载主要包括下述内容：

1)电厂工艺专业：

——煤粉管道和油系统管路；

——烟风道；

——汽水管道；

——电缆桥架；

——检修安装用单轨吊车；

——工艺专业作用到锅炉钢结构上的其他永久荷载。

2)电厂土建专业：

——锅炉房屋盖及锅筒小室；

——汽机房、除氧间、煤仓间作用到锅炉钢结构的荷载；

——运转层平台、给煤机平台和其他防雨大平台；

——锅炉房紧身封闭；

——电梯井；

——土建专业作用到锅炉钢结构上的其他永久荷载。

7．1．2可变荷载包括所有作用在锅炉钢结构上和锅炉平台、运转层、炉顶上的活荷载以及雪荷载。

7．1．3锅炉钢结构荷载的取值原则：

a)锅炉钢结构自重标准值：应按结构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。

b)平台荷载：

22

1)作用在锅炉钢结构上的运转层混凝土平台的荷载应由电站设计部门提供。一般可取自重标准值4kN/m，活荷载标准值8kN/m。对于正常使用极限

状态作用效应的标准组合，运转层活荷载标准值可乘以折减系数0.6。

2)检修平台活荷载标准值4kN/m222

，通行平台活荷载标准值2kN/m，梯间平台活荷载标准值3.5kN/m。

22

c)屋面荷载：锅炉屋盖宜采用轻型结构，自重标准值宜按0.5kN/m计算，活荷载标准值应按0.5kN/m计算。对支承轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、

22

框架等），当仅有一个可变荷载，且受荷水平投影面积超过60m时，屋面均布活荷载标准值应取0.3kN/m。雪荷载按当地气象资料采用。屋面活荷载不与雪荷

载同时组合。

7．2风荷载

7．2．1垂直于锅炉钢结构表面上的风荷载标准值，应按式(1)～式(2)计算：

a)当计算主要承重结构时：

ω＝βμμω………………(1)

kzsz0

式中：

2

ωk——风荷载标准值，单位为千牛每平方米(kN/m)；

βz——高度z处的风振系数；

μs——风荷载体型系数；

μz——风压高度变化系数；

2

ω——基本风压，单位为千牛每平方米(kN/m)。

0

b)当计算围护结构时：

ω＝βμμω………………(2)

kgzsz0

式中：

β——高度z处的阵风系数。

gz

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7．2．2基本风压ω一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速ν(m/s)，再考虑相应的空

00

气密度，按式(3)确定的风压：

式中：

ρ——空气密度，单位为千克每立方米(kg/m3)。

2

锅炉钢结构的基本风压应由用户提供，也可按GB50009给出的该地区50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m。

7．2．3对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数μ应根据地面粗糙度类别按表10确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

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