1、火电厂主厂房钢筋混凝土框排架结构抗震设计分析摘要：本文分析了主厂房钢筋混凝土框排架结构抗震性能的不足之处，在总结过去工程设计经验的基础上，提出了提高钢筋混凝土单跨框架结构安全度的可靠措施。 关键词：火电厂主厂房；框排架结构；抗震设计 Abstract: This paper analyzes the main building of reinforced concrete frame deficiencies bent frame structure seismic performance, based on summarizing the past experience in enginee
2、ring design, provides reliable measures of improving single span reinforced concrete frame structure safety degree. Key words: thermal power plant; frame structure; seismic design 中图分类号：TU2 0 前言 火力发电厂主厂房是火电工程的核心部分,各种重要的设备、管道、电缆和仪表控制系统布置十分复杂密集,楼层多、柱距大,是技术难度较高的工业厂房。多年来,主厂房的布置方式已形成较为固定的框排架结构,主厂房横向是以汽机房
3、排架、除氧间和煤仓间双框架结构组成,锅炉房自成独立体系。 电力系统的安全性直接影响国家的生产建设和人民的生活秩序，历次大震,造成极大损失的一个主要原因是火电厂供电系统破坏严重,影响了救灾工作的顺利进行，对火电厂主厂房结构进行抗震设计分析,具有重要的实用价值和社会意义。 火电厂主厂房布置特点 火力发电厂主厂房工艺布置要求尽量紧凑，厂房结构选型和结构体系首先要根据工程工艺布置特点，结合工程地质和抗震设防等要求综合考虑，以保证实现工程项目“安全经济、技术进步、控制工程造价、提高经济效益”的最终目标。 火电厂主厂房主要采用四列式前煤仓方案，该方案汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房顺列布置，汽机房、除氧间、
4、煤仓间形成所谓的“四列式”主厂房联合结构体系。近几年主厂房布置出现三列式前煤仓方案和侧煤仓方案。三列式前煤仓方案：汽机房、煤仓间、锅炉房顺列布置，汽机房、单跨煤仓间形成所谓的“三列式”主厂房单跨框排架结构体系，取消除氧间的三列式主厂房布置方式，主厂房体积明显减小，设备布置紧凑，初期建设投资效益是显著的，对于循环流化床锅炉发电机组的厂房更有必要性，但三列式前煤仓运行检修通道及场地相对较小。侧煤仓方案：煤仓间采用集中侧煤仓，布置在 2 台锅炉之间，与前面的汽机房及除氧间脱开布置，各自形成独立结构，汽机房和除氧间顺列布置，也形成所谓的“三列式”主厂房单跨框排架结构体系。 主厂房的框排架结构形式钢结构
5、或钢筋混凝土框排架结构的确定 在实际工程中，600MW 机组主厂房结构体系，在区、III 类场地，多采用钢筋混凝土框排架结构，、IIIIV 类场地，多采用端部集中布置剪力墙的钢筋混凝土框排架结构，区采用钢结构。1000MW 机组主厂房结构体系，在区、I II 类场地及以下，多采用端部集中布置剪力墙的钢筋混凝土框排架结构，区、IIIIV 类场地及以上采用钢结构。但考虑钢结构主厂房工程造价高、稳定性较差，且为提高结构的抗侧刚度、减小结构侧移而需要设置较多的支撑，支撑在一定程度上限制了工艺设备的布置，其防腐蚀、防火等后期维护费用较大，所以业主会力求采用钢筋混凝土框架结构，力图降低工程造价，但钢筋混凝
6、土框架结构在抗震性能上也有很多薄弱环节。 2.1 主厂房钢筋混凝土框架结构抗震性能的不足之处 1）钢筋混凝土框架结构存在“强梁弱拄” 、 “短柱” 、 “异形节点”的薄弱环节，结构在强震时不能实现“大震不倒” ，是严重违背结构抗震设计原则的。煤斗大梁截面往往比柱大得多，结构体系中必然出现“强梁弱柱” ， “强梁弱拄”结构体系在强震时柱上先出现塑性铰，不能实现“大震不倒” ，楼面标高错层造成框架柱出现“短柱” ， “短柱”在强震时会出现脆性破坏，引起结构体系倒塌，楼面上工艺设备的严重不均匀，造成框架同一个节点上的柱和梁断面差异大，节点的刚域很难准确量化，在强震时会首先出现破坏。 2）主厂房钢筋混
7、凝土框架结构高度超限 对于 600MW1000MW 机组主厂房的煤仓间框架结构高度一般为5055，主厂房钢筋混凝土框架属乙类建筑，按抗震规范的规定（见表） ， 表 1 现浇钢筋混凝土房屋（框架）适用的最大高度 m 可能出现钢筋混凝土框架结构高度超限,但规范的条文说明指出：超过表列高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。在工程设计中，只要说明采取的有效加强措施即可。 3）平面布置不规则对结构抗震特别不利 供热机组的主厂房，列外有披屋时，工程设计中往往单从管道布置经济一些而采用披屋和汽机房连在一起，每一个结构单元的平面严重不规则，在高烈度地震区对结构抗震非常不利,采用主厂房每台机一个
8、结构单元，披屋单独一个结构单元，对结构抗震肯定好一些 4）主厂房钢筋混凝土单跨框排架结构体系 GB5011-2001建筑抗震设计规范 （2008 年版）在汶川大地震后，针对震区采用单跨钢筋混凝土框架结构破坏较多，特别补充了“高层的框架结构不应采用单跨框架结构，多层框架结构不宜采用单跨框架结构。”在 GB5011-2010 第 6.1.5 条更加严格控制钢筋混凝土单跨框架结构适用范围的要求。甲、乙类建筑以及高度大于 24的丙类建筑，不应采用单跨框架结构，高度不大于 24的丙类建筑不宜采用单跨框架结构，上述规定在主厂房钢筋混凝土单跨框排架结构体系中是否能用，控制结构的安全度及确定抗震构造措施需要认
9、真思考。 2.3 可以采取的提高结构安全度的可靠措施 1）主厂房横向采用汽机房与煤仓间构成钢筋混凝土单跨框排架结构形式，纵向列采用框架加钢支撑结构，列采用框架结构，横向采用汽机大平台结构与主厂房、排柱铰接或刚性连接。主厂房纵向采用框架剪力墙结构，剪力墙位于纵向框架的中部，柱间采用双纵梁形式；汽机房屋面采用压型钢板底模现浇钢筋混凝土板的结构形式，增强了结构的抗侧力性能，提高了结构的整体 抗扭能力。主要构件断面设计承载能力提高 510。 2）主厂房基础设计时采用对不均匀沉降有利的型式，适当加大基础刚度，有效地提高地基基础与上部结构的协同作用。 3）对多遇及罕遇地震进行分析计算，多遇地震作用下结构横
10、向的最大层间位移角应满足规范限值 1550；罕遇地震作用下，按实际配筋复核验算横向框排架薄弱层，弹塑性层间位移角满足规范规定限值 150。 4）梁、柱截面确定合理，框架柱轴压比应控制在不大于 0.7,使框架结构柱轴压比满足规范并留有余度。设计过程中做到结构竖向连续布置，力求减少各层间刚度的差异，以防形成薄弱层；合理确定梁柱截面。 5）通过与工艺配合对主厂房采用钢筋混凝土结构方案所可能出现的对抗震不利的因素如短柱、错层、薄弱层、异型节点等，进行计算分析，在“短柱”范围内箍筋通长加密，并采用配置对角斜筋来提高其延性，实际配置对角斜筋比规范建议值有富裕，同时柱截面体积配箍率比计算所需值高出 30左右
11、，增强了框架结构的延性和抗剪能力。 6）框架柱实际配筋比计算配筋值提高 510，增加了框架柱的承载能力。 7）汽机房屋架与柱牛腿的连接以及汽机大平台梁与 A、B 列框架柱的连接，采取加强措施，必要时采用刚接，在高烈度地震地区，汽机房屋架与柱牛腿的连接应加强，可在柱中埋设型钢，然后与屋架焊接，形成刚性连接。 3、总结 主厂房是火力发电厂的核心建筑,一旦在地震中遭受破坏,会导致电厂无法在短时间内恢复生产对外供电,所造成的损失无法估量。结构设计人员一定要高度重视主厂房的抗震设计,尽可能选择对抗震有利的结构形式和布置，构筑主厂房抗震的多道防线,保证人民的生命和财产安全 参考资料： 1GB50011-2010，建筑抗震设计规范S 北京：中国建筑工业出版社，2010 2DL5022-2012 火力发电厂土建结构设计技术规定S.北京：中国计划出版社，02
