产品结构设计注意事项

导语：在产品结构设计注意事项的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。

第1篇

首先,从发展钢结构的主要物质基础来看,自1996 年开始,我国钢的总产量就已超过1 亿t ,居世界首位,而且随着钢材产量和质量持续提高,其价格正逐步下降,钢结构的造价也相应有较大幅度的降低。与之相应的是,钢结构配套的新型建材也得到了迅速发展。

其次,从国家政策来看,建设部颁布的《中国建筑技术政策》中,明确提出发展建筑钢材、建筑钢结构和建筑钢结构施工工艺的具体要求,使我国长期以来实行的“节约钢材”政策已转变为“合理用钢”的政策。这将进一步促进我国建筑产品结构的调整,使多年来由混凝土和砖石结构一统天下的局面发生了向多种材料结构合理使用的变化。

第三,从发展钢结构的技术基础来看,普通钢结构、薄壁轻钢结构、高层民用建筑钢结构、门式刚架轻型房屋钢结构、网架结构、压型钢板结构、钢结构焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土组合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨(型钢) 混凝土结构等方面的设计、施工、验收规范规程及行业标准已陆续颁布。有关钢结构的规范规程的不断完善为钢结构体系的应用奠定了必要的技术基础,为设计提供了依据。

2 轻型建筑钢结构体系及应用范围

2.1 承重结构体系

2.1.1 门式刚架结构体系

门式钢架结构体系是我国轻钢结构工业建筑中最主要的结构形式。它可以分为单跨、双跨、多跨的单层门式刚架以及带挑担或带毗邻的单层门式刚架等形式。门式主刚架与檩条、墙梁和各类支撑体系、围护体系构成空间三维受力体系而共同工作。根据跨度和高度及荷载不同,门式刚架的梁、柱可采用等截面或变截面实腹焊接工字型截面或轧制H型截面。设有桥式吊车时,柱宜采用等截面形式。

门式刚架结构体系适宜建造单层工业厂房(30t 吊车以内) 、超市、仓库、农贸市场、饮食娱乐、体育设施、码头建筑以及各种临时建筑。

2.1.2 多层多跨框架结构体系

多层多跨框架结构体系的主要组成部分是梁和柱，及与之相连的楼面屋面结构、支撑、墙板或墙架结构。其房屋高宽比不宜大于6 ,柱网设置宜为6～12m ,常设计成强柱弱梁形式。梁、柱均为等截面,材料主要选用高频焊接和热轧H型钢、普通或轻型热轧型钢、冷弯型钢。

多层框架轻钢建筑自重轻、自振周期长,对地震作用不敏感。但框架体系的侧向刚度较小,需设置各种侧向支撑,或者结合电梯井的位置,采用框架- 抗剪桁架结构,框架-抗剪钢板剪力墙、框架- 钢混剪力墙等新体系,以确保结构水平位移控制在规范允许的范围内。

这种承重结构的发展适宜于多层轻钢建筑这一类很有发展前途的金属建筑形式。如总高度小于24m 的商业购物中心、办公大楼等公共建筑;总高度在20m 以下,楼面荷载小于8kNPm2 的电子、机械等行业的工业厂房;10 层以下的多层民用住宅。

2.2 支撑体系

为了加强轻钢结构的侧向刚度,抵抗水平荷载和地震作用,通常用槽钢或角钢在柱间布置垂直支撑体系。根据要求可以沿纵、横单向布置或双向布置。支撑与框架铰接,按拉杆或压杆设计。考虑到门窗的位置,可以采用X 型、单斜杆型、人字型、倒人字型、W型、倒W型、门式等形式,还可采用偏心支撑。在不影响建筑功能的前提下,平面上的支撑应均匀布置。对后五种支撑应验算梁上支撑轴力引起的附加弯矩。偏心支撑的优点是在较小或中等的水平荷载作用下有足够的刚度,而在严重超载(如大地震) 时具有良好的延性,是一种较好的抗剪支撑。

2.3 楼盖体系

楼面结构由钢梁和楼面板组合而成。楼面主次梁应采取结构措施和楼面板紧密联系,确保钢梁的整体稳定性。楼面板必须具有足够的强度、刚度和整体性。当前主要采取的楼板形式为: ①现浇钢筋混凝土楼板; ②预制轻质混凝土板;③压型钢板- 现浇钢筋混凝土组合楼板,压型钢板可作为永久性底模并参与共同工作,省去了支模的不便。第三种楼板形式兼具了两种不同材料的优点:一方面钢筋混凝土提供了对钢结构的保护,使其具有较好的抵抗火灾和腐蚀的能力;另一方面又提供了对钢构件壁板的约束作用,防止其过早地发生局部屈曲,大大地提高了钢结构的承载力,具有很好的发展前景。

2.4 围护结构

为了减轻多层房屋钢结构的自重,围护结构多采用轻质材料。外墙墙体多采用轻质填充材料,如空心砌块、加气混凝土等,有时可采用压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体,也有很多房屋外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构。内隔墙可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板,也可采用铝合金框玻璃隔断。轻型钢结构的屋面一般采用色彩鲜艳、外形美观的彩色压型钢板。同时组成屋面和墙面围护系统的构件材料还有冷弯薄壁型钢檩条和墙梁、轻质保温材料、采光材料、天沟及泛水等。

2.5 节点构造

轻钢结构柱多采用H 形或箱形截面。由于腹板比较薄,故在此弱轴方向与梁的连接多采用铰接,而强轴方向采用刚接。有的还可采用半刚性连接,但其受力特性较复杂,往往需通过试验来取得较准确的设计数据。同时轻钢结构的构件相对较薄,应尽量避免工地现场焊接连接。为了加强结构的整体刚度,可以把次梁做成连续梁的形式。

2.6 基础形式

轻钢房屋基础常用柱下独立基础、条形基础、十字形基础。采用柱下独立基础时,应注意各基础相对不均匀沉降对上部结构的影响。基础梁常用现浇或预制钢筋混凝土结构,有时根据要求也可以采用钢基础梁,但通常将埋置在地面以下的柱脚和钢梁外包混凝土,以解决防腐问题。

3 轻型建筑钢结构的设计方法

轻钢结构设计依据的规范有《钢结构设计规范》GBJ17 -88、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。目前国内自主开发并经注册的钢结构设计软件有上海同济大学土木工程学院开发的空间钢结构杆系系统CAD 软件3D3S;中国建筑科学研究院开发的钢结构设计软件STS。设计人员可以根据情况选择适合自己的设计软件。

3.1 单层门式刚架轻型房屋的设计

门式刚架设计的主要工作是计算出一榀刚架的构件断面,其余檩条、墙梁及屋面、柱间支撑的布置均要符合相应的规范条文。

1) 确定刚架跨度、柱距及柱高。这一点主要根据工艺要求以及吊车参数决定。跨度60m 以内一般以3m 为模数递增,柱距6～9m ,柱高在满足各项要求的情况下尽量低。屋面坡度一般取1∕5～1∕20。

2) 确定刚架柱及横梁截面。柱截面高取柱高的1∕15～1∕25 左右,横梁截面高取跨度的1∕30～1∕50 左右,梁宽取梁高的1∕3～1∕5 ,并应符合相应的规范要求。

3) 输入计算简图。这一步主要在计算机上进行,有吊车柱脚设为刚接,无吊车柱脚设为铰链,多跨中柱设为摇摆柱。

4) 输入恒载、活载、风载及吊车荷载。

5) 进行结构计算。检查刚架截面的强度、整体性是否符合规范要求以及柱顶位移、横梁挠度是否在规范允许的范围内。如果不满足要求或有较大富裕应进行截面优化,以求出既经济又合理的截面尺寸。

6) 节点设计。连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致,这必须避免。按传力特性不同,节点分刚接、铰接和半刚接。一般宜选择可以简单定量分析的前两者。连接的不同对结构影响甚大,比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动,不符合结构分析中的假定,会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法,初学者可偏安全选用前者。设计手册中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便。也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成。

3.2 多层多跨轻钢框架结构房屋的设计

此类房屋的设计类似于钢筋混凝土框架结构,应遵循强柱弱梁、强节点弱杆件的基本原则。所不同的是轻钢房屋由于侧向刚度小,需要设置足够的柱间支撑,以确保房屋的侧向位移满足要求。考虑到混凝土楼板对钢梁的有利作用,一般把梁设计成组合梁,并在钢梁上设置栓钉,以加强混凝土楼板与钢梁的整体连接。同时注意局部稳定及节点设计。

3.3 轻型建筑钢结构设计应注意事项

1) 设计光靠软件不行,还必须进行判断。设计者应该知道软件是怎么计算的,要考虑到软件未考虑的一些问题。

2) 荷载取值要准确。输入荷载计算简图时,要考虑当地的雪荷载标准值是否大于屋顶活荷载标准值0.3kNPm2 ,如果大于,应该在输入活荷载的时候按雪荷载输入。考虑风吸力的影响时端部和中部体型系数不同。

3) 钢结构设计中的重点是节点的设计,节点的设计一定要与计算简图相符,该铰接的一定要设计成铰接,该刚接的一定要使该节点能传递和承受节点的内力。

4) 钢结构设计中防腐、防火、防雷也是关键,关系到结构的安全使用,应引起设计人员的足够重视,在不同的工程项目中采取相应的措施。

参考文献：

第2篇

关键词：环氧树脂； 电子变压器； 绝缘设计； 局部放电

中图分类号：TN91134文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)06015203

Insulation design of epoxy cast electronic transformer

DENG Li

（Sichuan Information Technology College, Guangyuan 628017, China）

Abstract： In order to improve the insulating property of highvoltage electronic transformer, core type, singleinline package structure and epoxy poured highvoltage transformer is adopted. In practical application, the pouring thickness is 1/3 to 1/4 of the theoretical value. The external insulation distance is designed generally as 400 V/mm in good indoor environment to avoid the phenomenon of creepage or flashover. The splitting resistance of transformer winding is improved and PD is reduced to make the insulating property of the transformer to meet the requirement through improving the pouring technology level and adjusting solidification methods. The transformer made with the technology can work securely, reliably and stably.

Keywords： epoxy; electronic transformer; insulation design; PD

收稿日期：201110260引言

电子变压器应用十分广泛，是各种电子产品中极其重要的部件，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。而变压器的绝缘水平又是保证变压器安全、稳定、可靠运行的关键所在，所以变压器的绝缘设计显得尤为重要。在进行绝缘设计时必须结合变压器的应用技术标准、环境、性能指标和工作状态，对不同参数的变压器采用不同的绝缘结构及工艺方法，以求达到所需的绝缘性能。如何保证变压器的绝缘性能达到要求，现做如下分析。

1环氧浇注高压电子变压器绝缘设计需考虑的因素

1.1绝缘电阻

绝缘电阻主要检查变压器绝缘系统的局部缺陷和普遍缺陷缺陷，是验证变压器绝缘在常态、热态、高温和潮湿等环境条件下绝缘可靠性程度的一个重要技术指标，也是决定变压器抗电强度试验的主要参考依据。

1.2抗电强度

抗电强度是考验变压器绝缘系统承受暂态过电压冲击能力和绝缘系统是否存在潜在缺陷的关键技术指标。为了证明变压器的设计、选材和制造工艺的可靠性，必须要进行的主绝缘可靠性试验。

1.3局部放电

局部放电是变压器线圈、绝缘内部或表面两电极间空气在强电场作用下，发生的局部、非贯穿性的放电。局放可使变压器绝缘材料的电气性能和机械性能下降，是导致绝缘材料老化的主要原因，将直接影响着变压器的安全运行和寿命。因此在设计时，应从绝缘结构设计上采取相应措施，不允许绝缘结构内发生较强烈的局部放电。

1.4热老化和热寿命

热老化和热寿命是考核变压器绝缘材料在变压器工作温度特性作用下，其绝缘、防潮、机械等性能下降直到失效这一过程的重要性能指标。为了减缓绝缘材料的热老化进程，使变压器绝缘有足够的热寿命，必须按变压器工作温度来选择绝缘材料的耐热等级。

2环氧浇注高压电子变压器的绝缘设计

2.1高压绕组的绝缘结构

（1） 绕制绝缘。由于变压器的高电压或高电位的要求，绕组宜采用心式、单线包结构形式。绕制时，采用分段（正、反）绕制，首尾相连的方法，以达到降低层间和组间的电压，合理减少绝缘（如厚度）以达到减小变压器体积的目的。

（2） 出头与绝缘。绕组出头的绝缘距离，应根据绕组工作电压、邻近出头之间的电位差及变压器的工作环境确定。如果出头按常规排列状态不能满足绝缘要求时，可采用加强绝缘、翻头、焊片打弯、高压电缆、沉孔灌注（螺母）和加隔墙（板）等方式改变出头位置，增强出头的绝缘性能，加大电距离，达到有效防止爬电或飞弧的目的。

2.2采用环氧树脂的绝缘设计

由于变压器次级对初级与铁心间抗电试验往往高达几千伏、几十千伏，而其漏电流却要求非常小，如果按照常规进行绝缘设计和选用一般的绝缘材料是很难满足要求的。而环氧树脂不仅具有良好的电气性能、机械性能和工艺性能，还是一种难燃、阻燃，对环境条件的适应性很强的材料。资料表明，环氧树脂的固化产物具有优异的电气绝缘性能，击穿电压一般为35～50 kV／mm，体积电阻率为1013~1016 Ω・cm。环氧树脂产品粘合力强、机械强度高、收缩率小、尺寸稳定。在常温下或稍微加温后，便可以成为流动的液体，容易与各种试剂互相混合，保证各种加工工艺的顺利进行，因此被广泛应用于变压器，特别是高压或高电位变压器的灌注。

（1） 绝缘厚度设计。在实际应用中，环氧树脂的抗电强度与厚度关系是非线性的，取决于工艺水平，比较成熟的经验数据是理论值的1/3~1/4。由于变压器初、次级绕组的工作电位不同，其环氧浇注的厚薄差异很大，可对初、次级绕组分别进行浸渍、浇注，而且高压绕组在浇注前应进行真空绝缘浸渍，以达到提高机械性能、电性能的目的。但如果在初级绕组外采用同工艺制作的条形环氧树脂垫块定位后，再绕制次级高压绕组，也可进行一次性环氧浇注，能达到省时、省料的目的。

（2） 外绝缘距离设计。实践证明，变压器高电位引出端至初级引出端、铁芯及其紧固件之间，在沿着环氧树脂固体表面或在极间空气中会出现爬电或飞弧现象，这与外绝缘距离的设计及使用环境条件有关，在一般良好室内环境条件下，其安全绝缘距离通常为400 V/mm。另外，如果使电介质表面电场均匀，可大大缩小飞弧的绝缘间距。如在环氧树脂浇注线圈表面建立导电镀层或半导电镀层，盖住锐边的边缘，使绝缘电极和非绝缘电极的不均匀电场重新分配（布），以达到使介质（环氧树脂）表面电场均匀的目的。还可采用同种工艺环氧树脂填堵绕组与铁心之间全部空气间隙，可解决其结合部位局部电场不均匀造成的电晕。

变压器的高压绕组采用环氧树脂作为其基本密封绝缘后，具有良好的电气性能、绝缘性能和机械强度，产品均具有难燃、自熄、防潮，抗震、防火，防尘，安全可靠等特点。

3提高绕组抗开裂性和降低局放

由于铜的膨胀系数为16×10-6/K，铝的膨胀系数为24×10-6/K，它们与环氧树脂的膨胀系数相差甚大，这样纯环氧树脂与铜或铝固化成一体后，在热胀冷缩的作用下很容易发生开裂现象，使树脂绝缘损伤，机械性能下降，危及电气性能，造成局部放电上升，使树脂固化物老化、寿命减少。因此，防止树脂浇注体开裂，控制浇注体内残留气泡的产生，使局放降低到最小限度是树脂绝缘变压器的关键技术问题。

当环氧树脂与一定的填料物质混合在一起固化后，不仅能减小固化体系收缩率和线性热膨胀系数，而且还能有效地降低成本，增加固化体系热传导性能、提高树脂固化体的耐开裂和减小微局放。

3.1采用带填料的环氧树脂浇注

加入不同的填料对环氧树脂固化物性能的改变各不相同，应根据产品的要求选择不同的填料。

（1） 以活性硅微粉为填料，不仅能降低固化收缩率与线膨胀系数，有效地防止固化物开裂，增加固化产物的机械强度，更重要的是能大大降低高压绕组的局部游离放电现象的发生。而且活性硅微粉能与树脂反应交联，不会影响浇注工艺。因此被广泛用于高压变压器的浇注中。

（2） 以短玻璃丝毡为填料，固化物的膨胀系数可降低到（10～15）×10-6／K左右，这就与铜的膨胀系数较为接近，因此该类型的浇注产品通常采用铜导体。同时，由于玻璃丝毡的机械强度远大于环氧树脂，因而使抗拉强度、弯曲强度提高。以短玻璃丝毡为填料的真空浇注线圈，其外包封厚度较薄，通常只有2 mm左右，散热性能较好。但是整个线圈在制造过程中工艺要求严格，不得出现气孔和浸透不匀现象。但是，对于各类树脂绝缘变压器的线圈，膨胀系数这个因素并不是决定浇注体是否发生开裂的惟一条件，同时要有高真空的设备和正确的浇注工艺来保证。

3.2调整固化方法

浇注线圈在固化过程中，因固化收缩而产生的内应力是不可避免的，但是选择适当的固化条件，可以在一定程度上减少固化内应力。可采用缓慢升温、分布固化的方法，使固化物在缓慢的固化过程中能自行调节内应力的分布，达到防止开裂的目的，还可避免表面产生缩孔、凹陷现象。

此外，可对环氧树脂填堵部位进行硅橡胶复盖浇注或在浇注体固化后再降温开模，都可以达到防止开裂的目的。

3.3降低局部放电

局部放电指标是用户关心的一项性能指标，也是变压器生产厂家检测设计制造水平的一项指标，与产品结构设计、绝缘材料互配、环氧树脂浇注料和浇注工艺有关。绕组内部导线及焊接的尖角、毛刺，浇注过程中存在气泡，导线及绝缘的裂纹和孔隙等是影响局部放电的关键因素。在生产过程中应注意浇注真空度要符合技术规范要求，而且绝缘树脂应严格按工艺文件规定配比；严格检查导线质量，尽量采用耐压高的漆包线，这样树脂的渗透性更好，避免气泡产生。

4结语

变压器的绝缘设计是保证变压器安全、稳定、可靠运行的关键所在，为保证变压器绝缘设计的科学、先进、合理并达到最佳效果，采用环氧树脂进行浇注，从绝缘结构、绝缘厚度、外绝缘距离等方面着手，使变压器的绝缘性能达到要求。当然，若能改善工艺方法和提高浇注工艺水平，则起到事半功倍的效果。

参考文献

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