白俄罗斯燃机电站结构设计要点总结

白俄罗斯燃机电站结构设计要点总结

凌涛

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院工程有限公司湖北武汉430071）

摘要：通过对白俄罗斯某已建燃机电站项目在施工图阶段的工程总结，浅析白俄罗斯严寒天气条件下的钢结构厂房的地基处理方式、钢材材质选择及结构设计注意事项等，为给电力行业同仁日后在白俄罗斯及其他独联体国家的火力发电厂结构设计提供参考和借鉴。

关键词：预制桩；可靠度；冲击韧性；特征值

引言

随着中国与白俄罗斯两国全面战略伙伴关系建立和中国“一带一路”战略实施以来，两国在能源和电力等大型基础设施的建设合作日趋增多，建设市场需求巨大。国内诸多能源企业和设计院所都已经相继加入，有些项目已经开花结果，因此，深入了解白俄罗斯的设计理念和当地独特的设计条件已成为实际工程的迫切需要。

1工程概况

白俄罗斯某燃机电站厂址位于白俄罗斯布列斯特州BELAAZYORSK镇以南2.27km的别列佐夫电厂，电站建设一套9F级，容量约为427MW（ISO）的燃气轮机联合循环发电机组。设计要求采用白俄罗斯标准，建筑主材中的混凝土和钢筋采用当地采购，钢材采用国内采购的方式。

2桩型选用及两国桩基设计原理差异

2.1桩型选用

白俄罗斯地处俄罗斯平原，建设场地地势多数较为平坦，持力层多为密实、饱和的粉细砂层，厚度大，加之冬季时间跨度较大，因此重要的建（构）筑物常采用预制桩的地基处理方式。

白俄罗斯预制桩以钢筋混凝土方形桩为主，常用桩形截面为300x300mm、350x350mm、400x400mm三种，预制桩单根长度为3m~16m；混凝土等级为C16/20、C20/25、C25/30（白俄罗斯混凝土标准等级，分别相当于GB标准的C20、C25、C30）三个等级，详见白俄罗斯《打入式混凝土桩》（Б1.011.1-2.08）图集。白俄罗斯预制桩大样如图2.1

图2.1白俄罗斯预制桩大样

2.2单桩承载力取值

白俄罗斯建筑设计院提供的桩基计算书中，单桩极限承载力取值是根据每个柱下地层土（该位置不一定有钻孔）的力学特性理论计算得到，然后根据理论计算的数值除以一个安全系数（安全系数取为1.25~1.4），得到单桩承载力特征值。而我国的单桩极限承载力是根据地质报告，在电厂选取一定比例的钻孔进行试桩，然后根据试桩结果得到的单桩极限承载力除以一个安全系数（安全系数取为2），就得到单桩承载力特征值，即：

白俄罗斯的设计标准：单竖向承载力特征值=

中国的设计标准：单竖向承载力特征值=

由于中国桩基础设计规范，在前苏联的设计体系基础上借鉴了欧美规范，引入了可靠度的设计概念，并根据我国多年来的工程经验总结、修订而来；而白俄罗斯的设计思路仍然沿用前苏联的设计体系，可靠性能偏低。

2.3工程桩的采购

根据已完工的白俄罗斯电站项目经验，工程桩可采用当地采购、国内采购和当地加工制作三种采购模式。采用当地采购模式的工程桩，抗压强度低、配筋小、数量少，不满足电厂主要建（构）筑物技术和进度要求；采用国内采购模式的工程桩，价格高、审查时间长；采用当地加工制作模式的工程桩，价格适中、工期短。所谓当地加工制作模式，即让当地预制厂利用当地的混凝土和钢筋，按照中方提供的工程桩大样图纸进行加工制作，并提供相关产品技术参数和证明材料，协助通过白俄罗斯建筑委员会的审查。实践证明，当地加工制作模式是上述三种模式中最快捷、最有效的方法。另外为了避免桩基审查的麻烦，建议选用当地的桩基检测单位进行桩基检测。

3寒冷地区钢结构材料的选取

根据国标《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）中3.3条建筑气候分区，当最冷月平均气温-10℃~0℃地区为Ⅱ类寒冷地区；白俄罗斯《建筑气象标准》（СНБ2.04.02–2000）3.37条也明确指出白俄罗斯共和国地属ⅡB寒冷地区，多地最冷日平均气温在-20℃以下。

对于地处寒冷地区钢结构厂房，在低温工作环境下，容易发生脆性破坏，国际上常以抗冲击韧性作为抗脆能力的主要指标，《钢结构设计标准》（GB50017-2017）4.3.2、4.3.3和4.3.4条规定如下：

4.3.2对直接承受动力荷载或需要验算疲劳的构件所用钢材尚应具有冲击韧性的合格保证。

4.3.3需验算疲劳的焊接结构用钢材应符合下列规定：

1）当工作温度高于0℃时其质量等级不应低于B级；

2）当工作温度不高于0℃但高于-20℃时，Q235、Q345钢材不应低于C级，Q390、Q420及Q460钢不应低于D级；

3）当工作温度不高于-20℃时，Q235、Q345钢材不应低于D级，Q390、Q420及Q460钢不应低于E级；

4.3.4工作温度不高于-20℃的受拉构件及承重构件的受拉板材应符合下列规定：

1所用钢材厚度或直径不宜大于40mm，质量等级不宜低于C级；

2当钢材厚度或直径不小于40mm时，其质量等级不宜低于D级。

对于工作温度，《钢结构设计标准》（GB50017-2017）4.3.2的条文说明里：严格来说，结构工作温度的取值与可靠度相关。为了便于使用，在室外工作的构件，本标准的结构工作温度可按国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87（2001年版）的最低日平均气温采用。对于室内工作的构件，如能确保始终在某一温度以上，可将其作为工作温度，如采暖房间的工作温度可视为0℃以上；否则可按最低日气温增加5℃采用。因此，对于白俄罗斯严寒地区，有围护的封闭厂房钢结构厂房，其工作温度应按最低日气温增加5℃采用，室外构件的工作温度应按实际的环境温度选取材料。

4屋面积雪对电厂设计和使用影响

寒冷地区积雪对电站的安全运行和正常使用会造成一定程度的影响，如屋架、屋面板和檩条设计、屋面暖通设备基础的高度、天窗的高度，屋面管道阀门的高度等，这些情况往往在设计过程中容易忽视，从而增加运行维护难度。

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中7.2.2，设计建筑结构及屋面的承重构件时，应按下列规定采用：

1）屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用；

2）屋架应分别按全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布按最不利情况采用；

3）框架和柱可按全跨积雪的均匀分布情况采用屋面暖通设备基础的高度、天窗的高度，屋面管道阀门的高度在设计时均应考虑积雪厚度影响，为了不影响设备运行和维护、窗户开启、管道检修的条件下，其设计高度均应高出常年平均最大积雪厚度。

5寒冷地区独特的室外电缆沟设计方式

白俄罗斯地处寒冷地区，最低气温达到-40℃左右，冻土深度为-1.5m左右且冻融交替天数达到两个月左右，为了防止融冻期间电缆因热胀冷缩而断裂，室外电缆沟采用分段预制钢筋混凝土电缆沟槽盒地面铺设的做法，保证了电缆沟在冬季冻融期间能快速排水，此方法不仅得到白俄罗斯业主的认可，同时又大量节约了工程造价，该方法给严寒地区电缆沟的设计提供了独特的思路，值得类似工程设计借鉴。

6结语

本文通过白俄罗斯已建电站从设计、审查和施工阶段的工程实践，结合工程的特点，总结了白俄罗斯燃机电站在桩基选型、工程桩采购、寒冷地区钢材材质的选取以及部分注意事项，得出以下结论：

1）通过对两国桩基竖向承载力特征值计算公式的对比，了解白俄罗斯桩基设计的原理，从可靠性角度分析，GB规范要优于白俄罗斯规范；

2）通过对《钢结构设计标准》（GB50017-2017）中钢材的抗冲击韧性要求，给出了寒冷地区钢材材质的选取的建议。

参考文献：

[1]GB50017-2017钢结构设计标准[S]中国建筑工业出版社2017

[2]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S]中国建筑工业出版社2012

[3]СНБ2.04.02-2000СТРОИТЕЛЬНАЯКЛИМАТОЛОГИЯМiнiстэрстваархiтэктурыiбудаўнiцтваРэспублiкiБеларусь2001