火力發(fā)電廠主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計討論

1、<p>　　火力發(fā)電廠主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計討論</p><p>　　摘要：本文介紹了新疆嘉潤資源控股有限公司年產(chǎn)80萬噸電解鋁含5×350MW動力站工程主廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)合具體工程對廠房結(jié)構(gòu)布置、荷載取值以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題進行了重點闡述，提出了一些個人看法和觀點。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：主廠房 鋼結(jié)構(gòu) 荷載取值 結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><

2、p>　　中圖分類號： TU391文獻標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　新疆某工程，擬建場地位于瑪納斯縣境內(nèi)，擬建場區(qū)西面200米為冬麥地主干道，南距312國道約10公里。由于電廠地處高地震烈度、高季節(jié)溫差和高風(fēng)速的地區(qū)，自然條件十分惡劣，因此設(shè)計難度相當(dāng)大。 </p><p><b

3、>　　主廠房結(jié)構(gòu)布置 </b></p><p>　　2.1 電廠主廠房結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　主廠房采用全鋼結(jié)構(gòu)。主廠房各個車間按下列順序布置：汽機間除氧間煤倉間鍋爐（鍋爐鋼架由鍋爐廠自行設(shè)計）。集中控制樓布置在兩臺鍋爐之間，與除氧間C排柱相距1.4米。 </p><p>　　汽機間、除氧間、煤倉間跨度分別為24米、6米和12.5米，汽機房

4、屋面未采用傳統(tǒng)的鋼屋架方式，而是采用與鋼柱剛接的焊接H型鋼梁。主廠房柱距為9米，共38檔，其中在9、16、24、32軸線設(shè)有雙柱，插入距為1.5米，廠房全長351米。鋼筋混凝土汽機機座采用島式布置，汽機運轉(zhuǎn)層標(biāo)高為12.600 米，設(shè)大平臺，中間層標(biāo)高為6.300米。汽機房設(shè)有兩臺80/20噸橋式吊車，行車軌頂標(biāo)高為24.500米，吊車梁為焊接工字鋼梁。 </p><p>　　廠房結(jié)構(gòu)由縱、橫架構(gòu)組成穩(wěn)定的空間結(jié)

5、構(gòu)。主廠房橫向為全剛性連接加支撐?？v向框架則采用全鉸接體系，其穩(wěn)定靠設(shè)在柱間的三道垂直支撐來保證，垂直支撐采用寬翼緣H型鋼，主要是考慮支撐平面外計算長度。 </p><p>　　主廠房各層板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓面，鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了兩種材料的受力特長，對于荷重和跨度大（L>7.5米）的鋼梁結(jié)構(gòu)，考慮其共同工作后可以節(jié)約鋼材17–25%左右，就整個廠房用鋼量來說，可以節(jié)約鋼材2–3%。同時，鋼

6、梁與混凝土結(jié)合成整體，使鋼梁避免了側(cè)向失穩(wěn)和翹曲。 </p><p>　　2.2關(guān)于主廠房結(jié)構(gòu)布置的幾點體會 </p><p>　　主廠房結(jié)構(gòu)的布置形式目前大致有如下幾種： </p><p>　?。?）橫向采用剛性連接加垂直支撐，縱向為鉸接加垂直支撐。 </p><p>　　橫向以汽機間、除氧間及煤倉間作為橫向主體受力結(jié)構(gòu)體系，形成獨立的穩(wěn)定

7、的受力結(jié)構(gòu)，且在合適的位置設(shè)置垂直支撐，以承受各種豎向和水平荷載。 </p><p>　　縱向為鉸接加垂直支撐，支撐的設(shè)置按計算確定。在高地震區(qū)，宜采用偏心支撐，偏心支撐的特點有：1）斜桿軸線與梁軸線的交點偏離中心一段距離；2）斜桿的軸向抗拉或抗壓強度，大于水平桿件的抗彎承載力。因此，偏心支撐在水平地震作用下，斜桿不論是受拉或受壓，始終會保持平直狀態(tài)，從而可以利用水平桿件的反復(fù)彎曲變形來吸收和消耗能量，實現(xiàn)桿件彎

8、曲耗能，這就極大地改善了垂直支撐的耐震能力。 </p><p>　?。?）橫向采用剛性連接，縱向根據(jù)計算要求設(shè)置若干跨剛性跨。此種方式避免了設(shè)置垂直支撐，便于工藝布置。這種結(jié)構(gòu)形式適宜于水平荷載較小的情況。 </p><p>　?。?）縱橫向均采用鉸接加垂直支撐。此種方式連接較簡單，有利于加工制造、安裝，可縮短建設(shè)周期。結(jié)構(gòu)分析簡單，能夠充分發(fā)揮材料的強度，鋼材用量少，是一種比較經(jīng)濟合理的

9、方案。 </p><p>　?。?）橫向剛鉸混合連接，縱向鉸接加垂直支撐，這種方式對于橫向來講，可根據(jù)工藝布置來設(shè)置一定數(shù)量的垂直支撐，不能設(shè)支撐處則做成剛性連接，可以較好地解決結(jié)構(gòu)和工藝布置之間的矛盾。 </p><p><b>　　3 主要設(shè)計原則 </b></p><p>　　3.1主廠房樓屋面活荷載 </p><p&

10、gt;　　活荷載取值按《土規(guī)》規(guī)定的“計算主框排架用樓（屋）面活荷載”確定。 </p><p>　　3.2 風(fēng)荷載取值 </p><p>　　由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的“全國風(fēng)壓分布圖”可以查出，瑪納斯地區(qū)的基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，風(fēng)壓系數(shù)為1/1600，可得50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)速為28.3m/s，與計算所得50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)速結(jié)果有一定差異。 </p>&

11、lt;p>　　結(jié)合瑪納斯電廠三期和附近天富熱電廠二期工程的設(shè)計資料，綜合分析本工程50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)速按30m/s考慮較為合理，對應(yīng)計算風(fēng)壓為0.56kN/m2。 </p><p><b>　　3.3地震作用 </b></p><p>　　根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），擬建場地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，

12、設(shè)計地震分組為第三組，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2010)4.1.1條判定為對建筑抗震一般地段。 </p><p>　　根據(jù)新建防御自然災(zāi)害研究所所作的《地震安全性評價初步結(jié)論》得出：設(shè)計基本地震加速度為0.179g,對應(yīng)的地震烈度為7度。我們采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PKPM計算時，對“多遇地震影響系數(shù)最大值”進行了微調(diào)，調(diào)整為0.1423，這樣是結(jié)構(gòu)計算既做到了安全又考慮到了經(jīng)濟。 </p>

13、<p>　　4鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題 </p><p>　　4.1 穩(wěn)定計算至關(guān)重要 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，一定要從強度、穩(wěn)定和剛度三方面進行計算。對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件來說，強度容易滿足，實際工程中往往是穩(wěn)定和變形起控制作用。 </p><p>　　保證結(jié)構(gòu)整體及其組成構(gòu)件的穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容。凡是有壓應(yīng)力的地方，就必須考慮其穩(wěn)

14、定性。要做好穩(wěn)定設(shè)計。在實際設(shè)計中處理穩(wěn)定問題時，應(yīng)注意以下幾個問題： </p><p>　　( 1）結(jié)構(gòu)計算簡圖一定要與實際計算方法所依據(jù)的簡圖相一致。單個構(gòu)件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定問題，因此，在分析穩(wěn)定問題時，應(yīng)該從整體結(jié)構(gòu)著眼。 </p><p>　　(2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算應(yīng)與結(jié)構(gòu)布置方案相吻合。在確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面外計算長度系數(shù)時，要注意結(jié)構(gòu)布置是否能夠提供平面外的約束。 &l

15、t;/p><p>　　(3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算還需要與構(gòu)造設(shè)計相吻合。所謂構(gòu)造設(shè)計，指的是處理結(jié)構(gòu)的細部問題。構(gòu)造與設(shè)計相符合一直是設(shè)計人員所關(guān)注的問題。當(dāng)遇到穩(wěn)定問題時，構(gòu)造上常有不同于強度的要求和特殊的考慮。如支承條件對簡支梁的穩(wěn)定影響就很大，從強度角度講，只要能夠阻止位移并允許梁端在平面內(nèi)有轉(zhuǎn)動就行，但是就梁的整體穩(wěn)定而言，還需阻止梁繞縱軸的轉(zhuǎn)動，以防止扭轉(zhuǎn)，否則，穩(wěn)定承載力將會有所降低，設(shè)計中要注意這個問題，并采取

16、相應(yīng)的構(gòu)造措施。 </p><p>　　4.2 無混凝土樓面處的縱向框架梁應(yīng)按梁-柱構(gòu)件（壓-彎構(gòu)件）進行設(shè)計 </p><p>　　梁是以彎曲為主要變形的構(gòu)件，而柱是指承受軸向荷載為主的構(gòu)件，梁-柱構(gòu)件（壓-彎構(gòu)件）是以承受軸向荷載和彎曲為主的構(gòu)件。 </p><p>　　在設(shè)計中，我們應(yīng)該根據(jù)這些定義來判定是梁還是柱構(gòu)件，而不能盲目地將水平桿看成梁，垂直桿或斜桿

17、看成柱構(gòu)件，否則就會出錯。作為垂直支撐桁架水平構(gòu)件，除了承受垂直荷載（受彎）外，還受有很大的軸向力。 </p><p>　　4.3注意壓桿的支撐設(shè)計，保證壓桿的穩(wěn)定 </p><p>　　縱向框架連系梁除了承受樓面?zhèn)鱽淼拇怪焙奢d外，還起到減小柱子計算長度的作用，或者僅作為減小柱計算長度用。這樣，就要求梁具有一定的軸向剛度，使之能夠起到剛性支座的作用。但有時在設(shè)計中，往往認為它承受的垂直荷載

18、很小或者不承受外荷載，截面就選得很小，而沒有驗算其剛度，結(jié)果造成不安全的后果。 </p><p>　　4.4 結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)盡量避免構(gòu)件受扭 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)布置時，應(yīng)盡量避免形成扭轉(zhuǎn)構(gòu)件。因扭轉(zhuǎn)對工字型截面構(gòu)件的強度有十分不利的影響。一般在工程設(shè)計中，主要是采取一些措施避免梁受扭，方法有： </p><p>　　（1）改變力的傳遞路徑，設(shè)置其它構(gòu)件來承受

19、對梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的荷載作用，如吊車梁制動桁架或梁，就是利用它們來承擔(dān)吊車水平力，避免吊車梁扭轉(zhuǎn)。 </p><p>　?。?）加設(shè)適用的支撐構(gòu)件，凡是能夠有效地阻止梁整體失穩(wěn)的支撐均能起到阻止梁扭轉(zhuǎn)的作用，但是最好能夠形成閉合箱形體系。 </p><p>　?。?）沿梁全跨范圍內(nèi)，設(shè)置幾道高度較大的撐桿，這也是防止扭轉(zhuǎn)的有效措施。應(yīng)注意撐桿要滿足剛度和強度的要求，確定方法類似柱的撐桿，只是把梁

20、的上翼緣看成軸心受壓構(gòu)件。 </p><p>　?。?）借助與梁相連的構(gòu)件來協(xié)助承擔(dān)扭轉(zhuǎn)作用。如次梁與主梁剛性連接，則次梁可以分擔(dān)很大一部分扭距，從而使得主梁截面減小很多。 </p><p><b>　　5結(jié)語 </b></p><p>　　針對以上所述，發(fā)電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房是一體型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)剛度和作用荷載分布不均的結(jié)構(gòu)體系。在設(shè)計計算中，應(yīng)全面

21、考慮各設(shè)計步驟及設(shè)計路徑，比如鋼結(jié)構(gòu)主廠房空間計算與平面計算的分析比較、鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點設(shè)計以及鋼結(jié)構(gòu)主廠房整體抗震設(shè)計，因此鋼結(jié)構(gòu)主廠房的設(shè)計研究工作任重而道遠。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB 50017-2003) </p><p>　　[2] STS鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件用