框排架结构在电厂建筑中的应用

框排架结构在电厂建筑中的应用

郭崇舒

郭崇舒

（哈尔滨电站设备成套设计研究所有限公司150046）

摘要：火力发电厂是一个十分关键的工业建筑，而在发电厂当中，起到决定性作用的就是主厂房，在结构设计的过程中，其质量是非常关键的一个环节，而在火力电厂建设中也逐渐开始应用很多新的技术，这与其自身的特点都有着十分密切的联系，本文主要分析了框排架结构设计在电厂建筑中的应用，以供参考和借鉴。

关键词：结构选型；结构布置原则；平面框排架；空间结构计算分析最近几年，我国的经济有了十分显著的增长，同时我国的电力产业结构业在这一过程中出现了一定的变化。火力发电厂的变化是尤为明显的，小型火力发电厂是一些化工企业实现生产的一个非常重要的因素，主厂房在火力发电厂中是一个关键性的建筑，结构的选型和结构设计的可靠性和其自身的质量也极大的影响到了电厂运行的安全性和经济性，所以电厂建筑结构的设计就成了不容忽视的一个环节。

1、工程概况

某火力发电厂的主厂房包括汽机间、除氧间煤仓间、锅炉间。该县抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组。该场地土类型为中硬场地土，场地类别为II类。抗震设防类别为丙类。厂房结构设计为框排架结构设计方式。

2、结构布置与选型

2.1结构布置的原则

首先是主厂房在设置的过程中一定要体现出简洁性和规律性，在设置的过程中要体现出整齐合理的特点，在对其进行受力分析的时候，一定要更加的清晰和明确，在结构自身的质量和刚度上要保证其均匀的程度，如果跨间的质量非常的大，就不能将其布置在结构的边缘位置，而那些自重较大的设备应该设置在刚度中心附近。

其次是主厂房竖向设置的过程中一定要充分的考虑到施工工艺，二者应该形成紧密的配合，同时还应该减轻工艺使用过程中结构自身的重量，从而也有效的降低了厂房自身的高度和中心。汽机间物件下弦的位置一定要和除氧煤仓间对应的楼层形成平行的位置关系，这样也就可以保证二者可以处在同一个高度上，如果汽机间和除氧煤仓间的连接点设置在层的中间位置，也就会形成短柱，在这个时候，为了可以有效的保证结构的安全性和稳定性，就必须要在设计和建设的过程中采取有效的抗震措施。

再次是防震缝的设置。防震缝应保证相邻建筑物之间的双向自由变位，主厂房结构布置中，为避免结构类型，体型或体系截然不同的结构对主厂房的不利影响，主厂房主体结构与下列建筑物间应设防震缝。(1)汽机基础、锅炉基础;(2）加热器平台;(3)结构型式不同的毗邻建筑物防震缝的宽度按《构筑物抗震设计规范》第6.1.10.4条确定。沉降缝和温度伸缩缝应符合防震缝要求。

最后是锅炉钢结构宜采用独立式的结构体系，与主厂房之间应设防震缝。锅炉刚架与主厂房属不同类型的结构，若将他们联系在一起，将形成体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构。因此，设置防震缝能避免锅炉钢结构和贴建厂房的地震作用下的相互影响和破坏。

2.2平面与竖向布置

在主厂房的设计和建设中，一定要严格的按照工艺流程的相关标准和要求来完成平面的布置和竖向的设置。这样才能充分的保证设计的质量。

2.2.1平面布置

主厂房在设计的过程中采用的是汽机间、除氧煤仓间和锅炉间三列分布的设置方式，主厂房在运行的过程中采用的是三炉两机的运行模式，而为了生产可以持续顺利的进行，还要提前预留出一炉和一机。设备的总体长度达到了138.4米，而汽轮发电机单机的容量就已经达到了25MW，锅炉的容量是一小时300吨，在横向的跨度上也比较大，汽机间的横向跨度是24米，除氧煤仓的横向跨度是13.5米，而锅炉间的横向跨度则达到了36米。

2.2.2竖向布置

在竖向的布置上，其主要的几个参考数据为汽机间八米层的位置是汽机运转的位置，它主要包括了汽机的基座、加热平台和检修平台等等，汽机间的内部还有一个重量为五十吨的桥式吊车，这个吊车通常被使用在汽轮机的安装和检修工作中，桥吊轨顶的标准高度应该控制在17.500米之内，同时汽机间的屋架下弦的标高也应该予以严格的控制，通常情况下要将其控制在20.800米。这样才能保证整体设备的正常运转。

2.2.3.锅炉间的设置

锅炉间实际上并不是一个封闭式的建筑结构形式，这一建筑当中通常包含了以下几个主要的结构，一个是锅炉钢架，一个是运转层，在这一过程中一定要注意的是运转层的标高应该控制在8米左右。

2.3结构选型

依据以上结构布置原则，本工程主厂房采用钢筋混凝土框排架结构。汽机间采用钢筋混凝土排架结构，除氧煤仓间采用框架体系。采取汽机间排架跨屋面钢梁支撑在除氧间框架柱的牛腿上的方式，形成联合结构。这种布置方式，其横向抗侧力体系是框排架结构，由汽机间外侧柱、汽机间屋盖、除氧煤仓间框架组成，纵向抗侧力体系可来用纯框架结构、框架—钢支撑结构或框架—抗震墙结构。

3、框排架结构防震害设计建议

由于主厂房结构体系复杂、质量和刚度极不规则,空间整体性能差,从而导致其抗震性能较差。为了保证厂房的结构安全，应该加强对其防震害的设计。

3.1支撑煤仓间的RC柱改为SRC柱(型钢混凝土柱)

煤仓间的煤斗大梁，由于设备工艺的特殊要求,梁的跨高比为4.2<5.0,属于深梁构件。煤仓间因煤斗梁的刚度过大,而分担了大部分的地震作用,且造成严重的强梁弱柱(强梁弱柱是钢筋混凝土主厂房结构的一个特点)。在低烈度区,强梁弱柱的结构震害不是很明显,而在高烈度区,建议支撑煤斗大梁的柱子改为SRC柱,SRC柱既能有效改善梁柱节点的受力性能,又能更好抵御强震作用。

3.2设计中应考虑填充墙和围护结构参与工作

主厂房结构设计时,在考虑填充墙或围护结构对框架结构体系的刚度和自振周期影响时,对框架的自振周期进行折减是目前普遍采用的计算方法,这种折减计算的方法过去简单、笼统应该是造成填充墙或围护结构震害较普遍的原因之一。事实上作为非结构构件存在的填充墙对框架结构的承载力、刚度及其变形性能都有着很大的影响。所以针对所设计的具体主厂房结构,应根据填充墙、围护结构的不同材性、布置方式及数量,分析对结构抗侧移刚度、自振周期、变形等的相应影响。

3.3提高框架柱和排架柱的柱端抗剪能力

地震作用下,框架柱和排架柱柱端震害是一普遍现象。设计中要使结构在非弹性变形阶段具有足够的延性,使之能吸收较多的地震能量而不发生构件的剪切破坏,RC框排架主厂房结构的框架柱或排架柱的柱端无论是柱端箍筋加密区范围、箍筋直径均应大于单一框架或排架结构的规范要求,建议箍筋加密区范围是规范规定框架结构加密区高度的1.5倍,且采用焊接封闭箍。

3.4主厂房结构应加入震害预测机制

主厂房作为电力设备的承载结构,单一构件的破坏所造成设备不能正常运转而将导致正常的电力供应,所以,对这一类特殊结构,应在设计时进行结构的震害预测,由楼层最大延伸率的平均值,结合结构本身特点预测建筑物的震害程度,给出结构在不同地震烈度下的震害结果。

4、结语

我国的建筑行业在不断的发展，所以很多电厂建筑中也开始使用多层框架结构形式，这种结构在设计和应用的过程中能够体现出比较明显的优势，其具有非常强的灵活性和整体性，同时它还具有非常强的抗震性能，所以这项技术也被充分的应用在了现代建筑的设计和建设当中，这种技术在设计上还是需要仔细认真，因为只有这样，才能保证电厂建筑结构自身的质量。

参考文献：

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[2]杨亮.对火力发电厂厂房双向地震力反应的若干分析[J].黑龙江科技信息.2009(30)

[3]白晓红,白国良.钢筋混凝土框排架结构空间地震反应分析[A].中国钢协钢-混凝土组合结构分会第十一次年会论文集[C].2007