火力发电厂主厂房建筑结构选型安全性

摘 要：热电厂在充分满足工艺专业布置的前提下,主厂房采用单跨框排架结构,采用三维空间分析法及纵、横2个方向的平面分析验证,满足了结构强度、稳定、变形及抗震等的计算要求,并采取了提高结构安全度的可靠措施.

关 键 词：抗震设防烈度及标准；单跨框排架；三维空间分析法

1．概况

1.1工程概况

为实现工程项目“安全经济、技术进步、控制工程造价、提高经济效益”的目标,本工程土建结构设计中,落实贯彻《2000年燃煤示范电站》设计思路即主厂房结构选型最优、最大限度地降低工程造价.

火力发电厂结构设计随着电力建设事业的发展而不断发展,经历了各种结构型式的交替发展.主厂房结构选型不仅要贯彻执行电力建设的基本方针和政策,控制工程造价,而且要充分结合2000年示范电厂的设计思路,做到安全适用、技术先进、经济合理；并且应充分考虑各个方面的因素,并积极推广高新技术,使业主以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益.

因此,在满足工艺布置和充分配合的基础上,对主厂房结构选型及结构体系进行优选、论证,结合已完成的关于主厂房结构选型模式,在综合技术经济比较的基础上,提出结构选型最佳方案.

1.2主要设计技术数据

a）基本风压：0.52kN/m2；b）地面粗糙度：B类；c）场地土类别：Ⅰ类（主厂房区域）；d）抗震基本设防烈度：根据GB18306-2001　中国地震动参数区划图,地震动峰值加速度为0.05　g,对应的抗震设防烈度为6度,地震分组第3组,特征周期为0.45s.

1.3主厂房区域工程地质条件

主厂房区自然地面标高794.5m～799.0m,按照总平面设计方案,主厂房区的建筑地面标高为792.0m,该地段为挖方区.据本次勘测结果,该场地地基土的上部为2层粉质粘土,厚度不等1.0m～10.0　m,层底标高一般大于788.0　m,仅局部地段为784.5m～786.0m,下伏3层砂岩、页岩,岩层的强风化厚度1m～2m,以下为中等～微风化.基础底面埋深-6.0m（标高786.0m）,则主厂房可采用天然地基,持力层以3层砂岩、页岩为主.

2．主厂房抗震设防标准

单机容量为300　MW及以上的重要电厂中的主要生产建（构）筑物,相当于　GB50011建筑抗震设计规范　中的乙类建筑.根据DL5022-93　火力发电厂土建结构设计技术规程　报批稿中第13.1条的要求,对于主厂房、集中控制楼、烟囱、烟道、碎煤机室、转运站、运煤栈桥等建筑的抗震措施设防烈度应提高一度,而建筑场地为Ⅰ类时,乙类建（构）筑应允许按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施.本工程采用钢筋混凝土结构型式,根据　GB5011-2010建筑抗震设计规范6.1.2条,框架抗震等级应为.

3主厂房结构选型

3.1主厂房结构型式现状分析

DL5022-93火力发电厂土建结构设计技术规程　要求：主厂房结构形式应根据材料供应、自然条件、施工条件、维护便利和建设进度等因素做必要的综合技术经济比较后确定；主厂房框排架应采用钢筋混凝土结构,有条件时也可采用组合结构；300MW及以上的机组,主厂房的主要承重结构必要时可采用钢结构.

某热电厂一期（2X300　MW）工程近日召开了初步设计预审查会,会议认可了工艺专业布置的主厂房采用汽机房与煤仓间构成的现浇钢筋混凝土多层单跨框排架结构形式.土建专业作为怎么写作性专业,积极配合工艺专业的要求,基于对以往工程的借鉴,考虑到大多数的（2x300　MW）机组所采用的现浇钢筋混凝土多层单跨框排架结构形式已趋于成熟,本工程借鉴付诸实施.

3.2主厂房单跨框架结构问题所在

汶川大地震后,国家GB5011-2010建筑抗震设计规范补充了控制单跨框架结构适用范围的要求.要求“甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑,不应采用单跨框架结构；高度大于24m的丙类建筑不宜采用单跨框架结构.”本条款补充修订的出处,来自2008年汶川大地震震害调查总结的经验,其主要是针对震区学校、医院等房屋采用单跨框架钢筋砼结构体系在强震下破坏较多,单跨框架房屋的整体性作用很差.但对工业厂房中单跨钢筋砼框架破坏并不突出,可能与下列因素有关,工业建筑在地震发生时生产运行并没有处于设计荷载工况,从工艺设计荷载方面存有的抗震储备比较民用房屋大,同时工业建（构）物在支撑,楼面等空间刚度的实施方面考虑也充足一些.

单框架或双框架结构体系在抗震能力设计中,承载能力的设防和储备都是一个标准.两种结构体系的差异体现在强震情况下结构整体的抗震能力,结构由于不对称,个别构件首先出现塑性铰后,其它相关构件能否更多的相互帮忙.多跨框架结构可以在不均匀性,不同时性方面提高结构体系的抗强震的能力,单跨框架较差,而多层框排架体系介于它们之间.

DL5022-93火力发电厂土建结构设计技术规程规定　“发电厂多层建（构）物不宜采用单框架结构.当采用单框架结构时,应采取提高结构安全度的可靠措施.”这说明有条件时,特别是地处高烈度地震区时,尽量不要采用单跨框架的多、高层结构.但并未完全限制单跨框-排架的使用,同时也不应该限制.因为工艺等布置特征,决定了建筑的形式,单跨框排架不得不出现,使用时应遵循概念设计,相应提高措施.

3.3单跨框架结构计算分析及构造措施

本工程地震动峰值加速度为0.05g,对应的抗震设防烈度为6度,主厂房区域场地土类别为Ⅰ类,主厂房采用汽机房与煤仓间构成的现浇钢筋混凝土多层单跨框排架结构形式.依据抗震规范要求,主厂房抗震构造措施可不提高仍为6度.考虑到单框架结构应采取相应可靠措施提高结构的安全度,设计阶段在满足强度、稳定、变形及抗震等要求的前提下,抗震构造措施按提高一度采用即为7度设计,将6度框架改为7度二级框架,同时还采取了如加大柱截面,避免“强梁弱柱”问题的出现,降低混凝土柱轴压比,增加构件延性等抗震构造措施,使结构具有足够的刚度、延性和耗能能力.

本工程在优化梁柱断面后,适当增大框架梁柱断面,降低轴压比以提高结构的安全度,弥补单框架在强震情况下结构整体的抗震能力差的不足.本工程主厂房B列柱截面适当增大为700x1800（800x1800）,C列柱截面为700x1600（800x1600）,全截面配筋率小于3.0%,轴压比控制在0.79以下.GB50011-2010　建筑抗震设计规范　表6.1.2现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级规定高度大于24　m的框架结构建筑物的抗震等级为,本工程设计时采用提高一级即抗震等级为二级来提高安全储备.

4．结语

综上,本工程在充分满足工艺专业布置的前提下,通过对主厂房空间结构计算及纵、横两个方向的平面结构体系进行内力分析,满足结构强度、稳定、变形及抗震等的计算要求.利用提高抗震构造措施、增大柱截面、降低轴压比等途径来保证结构安全度.故建议本工程主厂房采用汽机房与煤仓间构成的现浇钢筋混凝土多层单跨框排架结构形式.