火力发电厂百万机组侧煤仓间结构设计研究

火力发电厂百万机组侧煤仓间结构设计研究

韩慧敏,李岩磊,时玲云,王艳强,李九艳

山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013

摘要：较为详细的介绍了火力发电厂百万机组侧煤仓间的结构设计并对其计算结果进行分析，论证了其安全可靠性，结构分析采用PKPM系列设计软件，设计方法可供类似工程参考。

关键词：侧煤仓；框架结构；薄弱层；刚度

中图分类号：文献标识码：文章编号：

近年来，火力发电厂常用的侧煤仓间方案，把煤仓间作为一个独立建筑物放在两台锅炉之间，相对于前煤仓间方案，节省用地，工程造价降低，施工进度加快，广受推广。本文以某火力发电厂百万机组钢筋混凝土侧煤仓-钢煤斗结构为例，对其结构设计进行研究。

本工程抗震设防烈度为7度（0.15g），地震动反应谱特征周期0.45s，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组第三组，重点设防类（简称乙类），基本风压0.50kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度类别为A类。采用四柱变三柱钢筋混凝土无柱间支撑框架结构，平面尺寸为21mx73.3m，跨度为6.5m、8m、6.5m，柱距为10.5mx6、10.3m，共设置12台磨煤机。原煤斗上段为矩形，下段为方圆过渡形。煤斗层及端部个别区域设置现浇钢筋混凝土楼板，加强楼层的水平刚度, 其余楼板均采用钢梁-混凝土组合楼板结构。混凝土框架主结构高度45.43m,局部突出高度60.70m，皮带层往上做7m高门型刚架。1层为中间层，2层为运转层，4层为煤斗层，6层为皮带层，7层为老虎头层。

现浇钢筋混凝土结构体系，纵横向均采用现浇钢筋混凝土框架结构。结构体系有多道防线，具有合理的刚度，尽可能避免采用错层导致的短柱结构。主要计算利用中国建研院编制的PKPM 系列计算程序对结构进行计算分析。

厂房结构模型

计算分析结果如下：

1. 自振周期及振型

结构一阶振型表现为沿结构纵向（长向）的整体平动，结构二阶振型表现为沿结构横向（短向）的整体平动，结构三阶振型为整体的扭转。扭转振型靠后，提高了结构抗扭刚度。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比约为0.7，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第3.4.5条。

2. 结构位移

在《建筑抗震设计规范》5.5.1条中规定对于钢筋混凝土框架结构一般弹性层间位移角限值为1/550。

在《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条中规定：在考虑偶然偏心影响的规定水平力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍；A、B级高度相关规定详见《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3章。

本结构属于A级高度建筑，应根据其高度类别确定其位移比满足规范要求。

计算时在STAWE软件中勾选（对所有楼层强制采用刚性楼板假定）项，通过位移计算，我们可以对结构的刚度有一个大概的了解。

X方向地震作用下楼层最大层间位移角：1/891 < [1/550] (2层)；

Y方向地震作用下楼层最大层间位移角：1/687 < [1/550] (2层)。

X方向地震作用下楼层最大位移比：1.34 < [1.50] (5层)；

Y方向地震作用下楼层最大位移比：1.01 < [1.50] (8层)。

X方向地震作用下楼层最大层间位移比：1.49 < [1.50] (4层)；

Y方向地震作用下楼层最大层间位移比：1.08 < [1.50] (8层)。

均满足《高规》、《抗规》相关条文规定。

3. 各楼层受剪承载力

《高规》3.5.3条规定:A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%,不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%;

满足《高规》相关条文规定。

4. 侧向刚度比

《抗规》3.4.3-2条对于侧向刚度不规则的定义为：该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；

《抗规》3.4节条文说明表1序3规定本层侧向刚度小于相邻上层的50% 为一个特别不规则项。

Ratx1，Raty1(刚度比1):X、Y 方向本层侧移刚度与上一层相应侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小值，

本结构个别层虽然超过《抗规》3.4.3-2条要求，但是本层侧向刚度大于相邻上层的50%，为竖向一般不规则结构，按要求进行地震作用和内力调整，并对薄弱层采取有效的抗震构造措施，刚度小的楼层地震剪力乘以不小于1.15的增大系数。

5. 楼层薄弱层调整系数

用户指定的薄弱层:在参数及多塔定义中指定的薄弱层

软弱层:          刚度比不满足规范要求的楼层

                 (刚度比判断方式: 按抗规判断)

           (软弱层判断原则:“楼层剪力/层间位移”刚度的刚度比1)

薄弱层:          受剪承载力不满足规范要求的楼层

C_def:           默认的薄弱层调整系数(综合以上三项判断得到)

C_user:          用户定义的薄弱层调整系数

C_final:         程序综合判断最终采用的薄弱层调整系数

6. 底层柱轴压比

底层柱最大轴压比为0.51，满足《抗规》6.3.6条一级抗震等级框架结构最大轴压比不大于0.65的要求。

7. 配筋计算

计算结果可以看出，全截面配筋率角柱最大为2.30%，其他柱最大为1.90%；框架梁纵向受拉钢筋的配筋率均小于1.50%。

均满足《混凝土结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》对梁柱纵向钢筋及箍筋的相关规定（含最小配筋率，箍筋加密区的构造要求，箍筋肢距等），并控制构件的配筋率在经济配筋率范围内。

主要结论：

以上对四柱变三柱钢筋混凝土无柱间支撑侧煤仓间框架结构的计算结果分析可以看出，该结构利用构件之间的整体协调作用，进行空间计算，满足框架的强度、位移及变形等要求，满足国家现行规程、规范要求，配合高强钢筋与高强度混凝土的使用，安全可靠，提高设计效率的同时增加结构的可靠度和经济性。构件断面选择经济合理，有效的加大厂房使用空间、给工艺设计提供更大的灵活性，降低工程造价，节约能源、减少资源的消耗。该结构型式是一种值得推广的火力发电厂主厂房煤仓间结构选用型式。

参考文献

[1]火力发电厂主厂房结构抗震设计研究*规范*实践 西北电力设计院有限公司组编 中国电力出版社

[2]火力发电厂土建结构设计技术规程 DL5022-2012.

[3] 建筑抗震设计规范 GB 50011-2010(2016年版).

[4] 混凝土结构设计规范 GB 50010-2015.

[5] 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010.