1、1钢结构在火力发电厂主厂房设计中的应用摘要：本文主要介绍了火力发电厂主厂房钢结构的设计原则和抗震设计和节点设计和主厂房空间整体分析，希望对同行具有参考价值。 关键词：主厂房；钢结构；结构设计 0 前言 火电厂钢结构主厂房有着庞大的体积，复杂的传力体系，布置有众多大吨位设备、明显的质量偏心等，使其结构设计特别是抗震设计，较其他类型工业厂房有着明显的差别，这就对结构设计人员有着较高的要求，从结构体系的选型、抗震、隔震消能等方面都要有所了解，并要有清晰的概念和对新技术的敏感性，才能做到设计合理，技术先进。 1、钢结构主厂房结构设计原则 1）主厂房结构体系。主厂房为钢结构，由纵横向梁、柱、支撑及楼屋面
2、结构组成空间承重结构体系。横向由汽机房外侧柱、汽机房屋盖系统、除氧煤仓间双框架及柱间支撑组成，纵向由纵梁、柱及支撑组成，两机之间设伸缩缝，缝宽 15m,以减小温度作用。 2）主厂房结构布置及节点。汽机房运行层平台及煤仓间 22m 层以下设置横向支撑，除氧煤仓间框架梁与柱刚接，其他部分均采用铰接；A、B、C、D 列每列设置四道柱间支撑。A 排柱及除氧煤仓间框架柱与基础刚接，汽机房运行层平台柱与基础铰接。 3）除氧煤仓间楼层结构。采用钢梁-现浇混凝土板组合结构，不考2虑压型钢板作底模。 4）汽机房运转层结构。汽机房运转层为大平台布置方式，横向由平台梁、柱、柱间支撑和主厂房主体承重结构联合，平台梁与
3、柱铰接；纵梁和柱刚接。楼层采用钢梁-现浇混凝土板组合结构。 5）汽机房屋盖结构。采用钢桁架结构体系。 6）吊车梁及煤斗。汽机房柱距主要为 9m，吊车梁采用等截面焊接工字型钢梁。 煤斗采用支承式圆筒仓钢结构，出口段为双曲线形钢漏斗。 7）汽机房山墙采用钢结构。山墙柱运转层以下与汽机房运转层结构组成框架结构，顶部与屋架下弦相连，水平力传至屋盖系统。 8）汽轮发电机基座及汽动给水泵基础为现浇钢筋混凝土框架结构，基础底板为平板式，框架式基础为独立布置，其顶板四周与其它结构间设变形缝。 9）锅炉部分。锅炉炉架钢结构（包括炉顶结构及司水小室结构）由锅炉厂提供。锅炉为露天岛式布置，锅炉与主厂房之间在运转层设
4、炉层通道，运转层以上，根据工艺要求设置炉前若干走道。主厂房钢构架、锅炉炉架各自独立布置，自成受力体系。钢结构电梯井设在炉前侧面，水平茶载传至锅炉炉架。 10）集中控制楼结构。集中控制楼设在 2 炉之间，采用钢结构，楼层采用钢梁-现浇组合结构，主控室屋盖为钢结构，压型钢板上铺保温防水屋面。集控制楼框架与主厂房钢构架、锅炉炉架各自独立布置，自成受力体系。 32、钢结构主厂房抗震设计 1）计算原则。主厂房钢构架按基本烈度 7 度考虑地震作用。 2）抗震布置。横向抗震体系：汽机房外侧柱与除氧煤仓间及支撑组成的带支撑钢框排架抗震体系承受横向水平地震作用。主厂房与炉架钢柱、集控楼之间的连系采用滑动支座处理
5、。地震计算时，不考虑其相互作用，各自为独立的抗震体系。 纵向抗震体系：纵向钢框架加支撑结构抗震体系承受纵向水平地震作用。 3）抗震构造措施。主厂房及集控楼建筑结构抗震措施设防烈度提高1 度，按 8 度设防。主厂房采用带支撑框架结构，楼层结构采用钢梁-现浇钢筋混凝土板结构，均有效地保证结构良好的整体性和抗震性能。 3、钢结构主厂房空间整体分析 1)建立三维模型。首先建立一个完整的、尽可能精确的 STAAD 三维空间模型。模型根据实际位置关系尺寸设立梁、柱、楼板、支撑等并赋予它们截面特性，即梁柱撑的断面尺寸、楼板厚度、材料特性等。然后根据计算简图给出梁与柱、梁与撑、柱与基础的连接形式。 2)荷载的
6、输入。由设计人员先根据荷载的最不利布置对其进行分组，得出基本工况，再按照基本组合原则，列出各种组合工况，然后逐一输入计算机中由程序完成组合计算。它可针对每一构件特性进行设计，在结构设计中有很大的优越性。 3)钢结构的设计优化。在 STAAD 程序中，整个结构的钢结构截面都可以由程序通过结构优化的方法进行选择，程序中装备最先进的优化算4法，可准确、快速地完成迭代计算。开始定义某一构件的截面类型为工字钢，当程序进行设计时，如果所指定的截面太小，不满足所要求的应力比，程序会自动加大同类型工字钢截面，直至选出一个满足要求的最小截面。 4、钢结构主厂房节点设计 1)确保强节点弱杆件、强柱弱梁的设计原则。
7、加腋可以提高全焊刚接节点的承载力，并明显提高节点的变形能力，保证在梁端形成塑性铰。2)适当的粱截面高度。梁截面越高，梁柱连接的延性越差。 3)适当的跨高比。梁的跨度改变对梁柱连接的延性没有明显的影响，但梁跨高比较小时可使梁柱连接的承载力显著降低。 4)控制板件宽厚比。增加梁翼缘的厚度可能增加柱翼缘表面的约束，从而影响梁柱连接的变形能力；柱翼缘的宽度和厚度增加时，梁翼缘可能由于三向拉应力状态比较严重而发生脆性破坏。框架构件各板件的宽厚比应符合规范的规定，但不宜太大，否则会因为约束的增加而影响梁柱连接的延性。 5)控制轴压力。轴压力对梁柱连接的强度、刚度、延性都有较大影响,当柱轴力较小时，这种影响
8、较小；当轴压力较大时，梁柱连接的强度、刚度和延性都急剧劣化。 6)合理的节点域厚度。从计算结果看，a 取 0.6-0.8 之间比较合理。 5、工程实例 某新建火电厂工程，主厂房采用钢结构方案，横向布置依次为汽机5房、除氧间、煤仓间、锅炉房。主厂房的柱距多为 12m，局部为 lOm；汽机间纵向共 45 个柱距，伸缩缝处设双柱，插人距 1.5m，6 台机总长526.5m。主厂房的横向跨度分别为：汽机房 30.6m，除氧间 lO.5m，煤仓间 15m。主厂房竖向布置的标高分别为：汽机房运转层 13.7m，汽机房中间层 6.9m，汽机房屋盖下弦 29.4m；除氧间低压加热器层 6.9m，除氧间高压加热
9、器层标高 13.7m，除氧间除氧器层标高 26.0m；煤仓间给煤机层标高 17.2m，煤斗支点标高 32.1m，煤仓间皮带层标高 42.6m；输煤皮带头部间标高 50.6m。主厂房采用框排架结构体系。 在各种类型的钢框架体系中，加设柱间支撑框架是最好的抵抗水平侧力的结构体系。本工程中，纵向 A、B、C、D 轴及汽机平台纵向结构上分别在两个柱距设置了垂直柱间支撑，使之形成了一个标准的常规支撑框架体系，有效地承担了纵向水平荷载。为保证空间体系的完整与刚度均匀分布，在局部缺少混凝土楼层处增加楼层水平钢支撑，以满足结构水平作用的合理传递。为方便施工、缩短工期，主厂房各层楼面及除氧煤仓问屋面采用 1.2mm 厚镀锌压型钢板做永久底模，底模上现浇 100mm厚钢筋混凝土板，连接件选用圆柱头焊钉。连接件的设计充分考虑了承担空间整体计算时刚性楼板协调各轴架构变形时产生的作用。 6、总结 火力发电厂的主厂房设计为钢结构时，应从实际的工程出发，合理选择合适的材料、结构设计方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度的要求，符合防火、防腐蚀的要求，优先选用标准构件以减少制作安装的工作量。 6参考文献： 1GB500172003，钢结构设计规范。 2GB50011-2001，建筑抗震设计规范。
