摘要：本文分析了主廠房鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)抗震性能的不足之處，在總結(jié)過去工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了提高鋼筋混凝土單跨框架結(jié)構(gòu)安全度的可靠措施。

　　關(guān)鍵詞：建筑工程師論文發(fā)表,期刊發(fā)表,火電廠主廠房,框排架結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計(jì)

　　火力發(fā)電廠主廠房是火電工程的核心部分,各種重要的設(shè)備、管道、電纜和儀表控制系統(tǒng)布置十分復(fù)雜密集,樓層多、柱距大,是技術(shù)難度較高的工業(yè)廠房。多年來,主廠房的布置方式已形成較為固定的框排架結(jié)構(gòu),主廠房橫向是以汽機(jī)房排架、除氧間和煤倉(cāng)間雙框架結(jié)構(gòu)組成,鍋爐房自成獨(dú)立體系。

　　電力系統(tǒng)的安全性直接影響國(guó)家的生產(chǎn)建設(shè)和人民的生活秩序，歷次大震,造成極大損失的一個(gè)主要原因是火電廠供電系統(tǒng)破壞嚴(yán)重,影響了救災(zāi)工作的順利進(jìn)行，對(duì)火電廠主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)分析,具有重要的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)意義。

　　1、 火電廠主廠房布置特點(diǎn)

　　火力發(fā)電廠主廠房工藝布置要求盡量緊湊，廠房結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)體系首先要根據(jù)工程工藝布置特點(diǎn)，結(jié)合工程地質(zhì)和抗震設(shè)防等要求綜合考慮，以保證實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目“安全經(jīng)濟(jì)、技術(shù)進(jìn)步、控制工程造價(jià)、提高經(jīng)濟(jì)效益”的最終目標(biāo)。

　　火電廠主廠房主要采用四列式前煤倉(cāng)方案，該方案汽機(jī)房、除氧間、煤倉(cāng)間、鍋爐房順列布置，汽機(jī)房、除氧間、煤倉(cāng)間形成所謂的“四列式”主廠房聯(lián)合結(jié)構(gòu)體系。近幾年主廠房布置出現(xiàn)三列式前煤倉(cāng)方案和側(cè)煤倉(cāng)方案。三列式前煤倉(cāng)方案：汽機(jī)房、煤倉(cāng)間、鍋爐房順列布置，汽機(jī)房、單跨煤倉(cāng)間形成所謂的“三列式”主廠房單跨框-排架結(jié)構(gòu)體系，取消除氧間的三列式主廠房布置方式，主廠房體積明顯減小，設(shè)備布置緊湊，初期建設(shè)投資效益是顯著的，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機(jī)組的廠房更有必要性，但三列式前煤倉(cāng)運(yùn)行檢修通道及場(chǎng)地相對(duì)較小。側(cè)煤倉(cāng)方案：煤倉(cāng)間采用集中側(cè)煤倉(cāng)，布置在2臺(tái)鍋爐之間，與前面的汽機(jī)房及除氧間脫開布置，各自形成獨(dú)立結(jié)構(gòu)，汽機(jī)房和除氧間順列布置，也形成所謂的“三列式”主廠房單跨框排架結(jié)構(gòu)體系。

　　2、 主廠房的框排架結(jié)構(gòu)形式鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)的確定

　　在實(shí)際工程中，600MW機(jī)組主廠房結(jié)構(gòu)體系，在7°區(qū)、I～I(xiàn)I類場(chǎng)地，多采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，7°、III～I(xiàn)V類場(chǎng)地，多采用端部集中布置剪力墻的鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，8°區(qū)采用鋼結(jié)構(gòu)。1000MW 機(jī)組主廠房結(jié)構(gòu)體系，在7°區(qū)、I ～I(xiàn)I類場(chǎng)地及以下，多采用端部集中布置剪力墻的鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，7°區(qū)、III～I(xiàn)V類場(chǎng)地及以上采用鋼結(jié)構(gòu)。但考慮鋼結(jié)構(gòu)主廠房工程造價(jià)高、穩(wěn)定性較差，且為提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度、減小結(jié)構(gòu)側(cè)移而需要設(shè)置較多的支撐，支撐在一定程度上限制了工藝設(shè)備的布置，其防腐蝕、防火等后期維護(hù)費(fèi)用較大，所以業(yè)主會(huì)力求采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，力圖降低工程造價(jià)，但鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在抗震性能上也有很多薄弱環(huán)節(jié)。

　　2.1主廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的不足之處

　　1)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)存在“強(qiáng)梁弱拄”、“短柱”、“異形節(jié)點(diǎn)”的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震時(shí)不能實(shí)現(xiàn)“大震不倒”，是嚴(yán)重違背結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則的。煤斗大梁截面往往比柱大得多，結(jié)構(gòu)體系中必然出現(xiàn)“強(qiáng)梁弱柱”，“強(qiáng)梁弱拄”結(jié)構(gòu)體系在強(qiáng)震時(shí)柱上先出現(xiàn)塑性鉸，不能實(shí)現(xiàn)“大震不倒”，樓面標(biāo)高錯(cuò)層造成框架柱出現(xiàn)“短柱”，“短柱”在強(qiáng)震時(shí)會(huì)出現(xiàn)脆性破壞，引起結(jié)構(gòu)體系倒塌，樓面上工藝設(shè)備的嚴(yán)重不均勻，造成框架同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的柱和梁斷面差異大，節(jié)點(diǎn)的剛域很難準(zhǔn)確量化，在強(qiáng)震時(shí)會(huì)首先出現(xiàn)破壞。

　　2)主廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高度超限

　　對(duì)于600MW/1000MW機(jī)組主廠房的煤倉(cāng)間框架結(jié)構(gòu)高度一般為50～55m，主廠房鋼筋混凝土框架屬乙類建筑，按抗震規(guī)范的規(guī)定，

　　可能出現(xiàn)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高度超限,但規(guī)范的條文說明指出：超過表列高度的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取有效的加強(qiáng)措施。在工程設(shè)計(jì)中，只要說明采取的有效加強(qiáng)措施即可。

　　3)平面布置不規(guī)則對(duì)結(jié)構(gòu)抗震特別不利

　　供熱機(jī)組的主廠房，A列外有披屋時(shí)，工程設(shè)計(jì)中往往單從管道布置經(jīng)濟(jì)一些而采用披屋和汽機(jī)房連在一起，每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的平面嚴(yán)重不規(guī)則，在高烈度地震區(qū)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震非常不利,采用主廠房每臺(tái)機(jī)一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，披屋單獨(dú)一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震肯定好一些.

　　4)主廠房鋼筋混凝土單跨框-排架結(jié)構(gòu)體系

　　GB5011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2008年版)在汶川大地震后，針對(duì)震區(qū)采用單跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)破壞較多，特別補(bǔ)充了“高層的框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，多層框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。”在GB5011-2010第6.1.5條更加嚴(yán)格控制鋼筋混凝土單跨框架結(jié)構(gòu)適用范圍的要求。甲、乙類建筑以及高度大于24m的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，高度不大于24m的丙類建筑不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)，上述規(guī)定在主廠房鋼筋混凝土單跨框-排架結(jié)構(gòu)體系中是否能用，控制結(jié)構(gòu)的安全度及確定抗震構(gòu)造措施需要認(rèn)真思考。

　　2.3 可以采取的提高結(jié)構(gòu)安全度的可靠措施

　　1)主廠房橫向采用汽機(jī)房與煤倉(cāng)間構(gòu)成鋼筋混凝土單跨框-排架結(jié)構(gòu)形式，縱向A列采用框架加鋼支撐結(jié)構(gòu)，BC列采用框架結(jié)構(gòu)，橫向采用汽機(jī)大平臺(tái)結(jié)構(gòu)與主廠房A、B排柱鉸接或剛性連接。主廠房縱向采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻位于縱向框架的中部，柱間采用雙縱梁形式;汽機(jī)房屋面采用壓型鋼板底模-現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的結(jié)構(gòu)形式，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能，提高了結(jié)構(gòu)的整體

　　抗扭能力。主要構(gòu)件斷面設(shè)計(jì)承載能力提高5%～10%。

　　2)主廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)采用對(duì)不均勻沉降有利的型式，適當(dāng)加大基礎(chǔ)剛度，有效地提高地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。

　　3)對(duì)多遇及罕遇地震進(jìn)行分析計(jì)算，多遇地震作用下結(jié)構(gòu)橫向的最大層間位移角應(yīng)滿足規(guī)范限值1/550;罕遇地震作用下，按實(shí)際配筋復(fù)核驗(yàn)算橫向框排架薄弱層，彈塑性層間位移角滿足規(guī)范規(guī)定限值1/50。

　　4)梁、柱截面確定合理，框架柱軸壓比應(yīng)控制在不大于0.7,使框架結(jié)構(gòu)柱軸壓比滿足規(guī)范并留有余度。設(shè)計(jì)過程中做到結(jié)構(gòu)豎向連續(xù)布置，力求減少各層間剛度的差異，以防形成薄弱層;合理確定梁柱截面。

　　5)通過與工藝配合對(duì)主廠房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案所可能出現(xiàn)的對(duì)抗震不利的因素如短柱、錯(cuò)層、薄弱層、異型節(jié)點(diǎn)等，進(jìn)行計(jì)算分析，在“短柱”范圍內(nèi)箍筋通長(zhǎng)加密，并采用配置對(duì)角斜筋來提高其延性，實(shí)際配置對(duì)角斜筋比規(guī)范建議值有富裕，同時(shí)柱截面體積配箍率比計(jì)算所需值高出30%左右，增強(qiáng)了框架結(jié)構(gòu)的延性和抗剪能力。

　　6)框架柱實(shí)際配筋比計(jì)算配筋值提高5%～10%，增加了框架柱的承載能力。

　　7)汽機(jī)房屋架與柱牛腿的連接以及汽機(jī)大平臺(tái)梁與A、B列框架柱的連接，采取加強(qiáng)措施，必要時(shí)采用剛接，在高烈度地震地區(qū)，汽機(jī)房屋架與柱牛腿的連接應(yīng)加強(qiáng)，可在柱中埋設(shè)型鋼，然后與屋架焊接，形成剛性連接。

　　3、總結(jié)

　　主廠房是火力發(fā)電廠的核心建筑,一旦在地震中遭受破壞,會(huì)導(dǎo)致電廠無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)對(duì)外供電,所造成的損失無(wú)法估量。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定要高度重視主廠房的抗震設(shè)計(jì),盡可能選擇對(duì)抗震有利的結(jié)構(gòu)形式和布置，構(gòu)筑主廠房抗震的多道防線,保證人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全

　　參考資料：

　　[1]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

　　[2]DL5022-2012火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，02