小型火力发电厂单跨混凝土框架的合理性

摘 要：在《建筑抗震设计规范》中,曾经提出了严格的限制条件来约束单跨框架结构所产生的作用,本论文主要的目的是通过分析条文规范,阐述小型火力发电厂单跨混凝土框架的合理性.本文将会成为一个有用的参考样本,专门针对小型火力发电厂的厂房结构以及工业厂房的结构的方案的制定.

关 键 词：小型火力发电厂；单跨框架；抗震规范

一、概述

在2008版的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）在修订的过程中,对其中的第6.1.5条进行了补充,提出了限制单跨框架结构的适用范围的要求,要求是这样说的：“等高层框架结构不应采用单跨框架结构；多层的框架结构不宜采用单跨框架结构.”而在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中的第6.1.5条,则提出了比原来更为严格且更为细致的新要求,规范中是这样说的：“等甲类和乙类建筑以及高度大于24米的丙类建筑,不应采用单跨框架结构,高度不大于24米的丙类建筑不宜采用单跨框架结构.”

2012年1月4日,国家能源局公布了最新一版的《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL5022-2012）,其中的11.1.8条明确作出了规定：“发电厂多层建（构）筑物不宜采用单跨框架结构,当采用单跨框架结构时,应采取提高结构安全度的可靠措施.”

在国内,小型的火力发电厂按照传统的设计方案,大多数都是使用的单跨框架的结构.如引风机房、110KV配电室,除此之外,转运站、烟道和栈桥等大部分常见的火力发电厂的建（构）筑物也大多数都采取的单跨框架的设计.仔细探究《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）当中的第6.1.5条,该条条文说明一、二层的连廊（输煤栈桥、烟道）采用单跨框架结构,但是需要强调的是这些采用单跨框架结构必须注意加强.单跨框排架式主厂房和前面我们所讲到的其它的结构,我们得出结论,检测如我们严格地按照《建筑抗震设计规范》中的第6.1.5条规范来执行的话,会有很多的传统的设计方案不得不做出大范围的修改.

当下,很多专家提出的宝贵意见：在如今的小型火力发电厂中,甲类和乙类的建筑不能采用单跨框架的结构.这篇论文在依据建筑抗震设计规范的条件下,并结合小型火力发电厂的相关规范及建（构）筑物特点,提出了不同的观点.

二、在小型火力发电厂中使用单跨框架的可靠性

自建国以后,通过很多强震的检测,使用单跨混凝土框架的医院、学校和房屋等受到了强震较大的破坏,但是工业厂房却并非如此,工业厂房的单跨混凝土框架同其他结构相比,其遭受到的破坏程度显然要弱得多.

分析这种现象的原因,我们可以发现：在民用的建筑工程中,使用单跨框架结构的时候,往往会因为控制投资、房屋设计的功能过于明确以及缺失监管等方方面面原因,造成了单跨框架结构的安全系数不大.然而在工业厂房的建造过程中,由于工程的设计复杂程度以及该结构在使用过程时的不确定等各种因素,往往使用经验设计,并且选择行业规范当中要求的厂房设计活荷载；这个活荷载是包络荷载,当工业厂房在正常的使用过程中时,通常是不能达到这个包络负载的,所以,该单跨框架结构是具有抗震富裕度的.

综上所述,小型的火力发电厂建（构）筑物检测如采取恰当的抗震措施,那么使用单跨框架并非不可靠,而且能够经受住实践的检验.

三、在小型火力发电系统中使用单跨框架的合理性

根据电力行业所具有的特点,并结合建筑物抗震规范和与电力行业相关的规范,接下来我们将证明小型火力发电厂单跨混凝土框架结构使用的合理性.

首先,小型火力发电厂从工艺布置特点来讲大多数建（构）筑物采用单跨式布置,布局紧凑、占地面积少,整体造价低,经济效果好.若采用多跨式布置,占地面积将大幅度增加；整体造价高,经济效果差.

其次,从建筑物抗震规范所适用的范围方面来着手,《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的第6.1.5规定：甲类和乙类建筑以及高度大于24米的丙类建筑,不应采用单跨框架结构,高度不大于24米的丙类建筑不宜采用单跨框架结构.

小型火力发电厂建（构）筑物如引风机房、110KV配电室、空压机房等多为单层、二层厂房,丙类建筑,房屋高度远小于24米；建筑抗震设计规范也没有对单跨框架发布限制措施,故采用单跨框架结构合理可行.

再者,我们从原理方面进行分析单跨框架限制.建筑抗震设计规范是以增加地震发生时候的抗震防线为基础的.在广义的对抗震防线的认识中,我们会认为在结构设计的过程中,结构弯曲的破坏要先于剪切破坏也是一种抗震防线.我们换一种新的思路：以现行抗震规范作为基础,恰当地增加框架柱端弯矩增大系数和柱剪力增大系数.这样一来,即便是结构遭到了破坏,首当其冲的也将会是梁,它会首先出现塑性铰以耗能.在同一个楼层之内,最起码能够做到当主要的耗能构件产生了屈服后,其余的抗侧力构件还能是弹性阶段.让这种“有约束的屈服”能够保持较长的一段时间,使得结构的抗倒塌能力得到保障.

火力发电厂单跨混凝土框架结构在设计的过程中,柱截面较大,轴压比较小,在传统的设计当中,结构满足强柱弱梁.为了保证在强震作用下柱端不出现塑性铰,我们可以利用增强抗震构造措施来提高单跨框架结构的抗震性能.框架结构震害的严重部位多发生在框架梁柱节点和填充墙处,一般是柱的震害重于梁,柱顶的震害重于柱底、角柱的震害重于内柱、短柱的震害重于一般柱.通过对各个因素的考虑和综合分析,主要抗震构造措施如下：（一）提高框架的抗震等级.（二）调整单框架结构的布置方案.（三）加强角柱、避免短柱.（四）设置柱间支撑.

把框架设计成延性框架,遵守强柱、强节点、强锚固,框架沿高度不宜突变,避免出现薄弱层,控制最小配筋率,限制配筋最小直径.构造上采取受力筋锚固适当加长,节点处箍筋适当加密等措施.

增强抗震构造措施、提高抗震等级,单跨框架抗震性能便可以大大提升.

在此我们做一个补充说明,我们这片论文主要针对的是小型火力发电厂,而对大型的火力发电厂,工艺布置十分复杂,产生类似于短柱和异形节点等的机会要比小型火电厂大得多,因此我们建议大型火力发电厂尽量不要使用单跨框架结构.

总结：通过大量的实践,证明在小型火力发电厂中使用单跨框架结构的可靠性,同时,根据电力行业所具有的特点,我们也证明了在小型火力发电厂中使用单跨框架结构的合理性.综上所述,小型火力发电厂是可以使用单跨框架结构的,前提是必须采取充分的抗震构造措施.