发电厂地下转运站的整体设计分析

【内容摘要】：地下转运站的规模和结构体系随工艺布置复杂程度不等，对于通常的简化计算的方式不能很准确的模拟实际结构受力。本文以某电厂中的5号转运站为例采用START空间有限元软件进行结构整体建模计算，并对其计算结果与简化计算结果进行对比，分析计算转运站结构设计的合理性，为转运站计算提供一些建议。

1 前言

一般情况下煤由储煤场进入主厂房都要经过比较长的距离，工艺专业会根据路线长度及高差，将输煤皮带栈桥分成几段，连接这些栈桥的构筑物就是转运站。根据转运站所连接的栈桥高度的不同，分为全地上、半地下和全地下三种形式。全地上转运站一般为钢筋混凝土框架结构，半地下的转运站零米以上为钢筋混凝土框架，零米以下为一层或者多层箱形结构。全地下转运站整个构筑物位于地面以下，上为覆土。本文所列转运站为印度某600MW超临界燃煤电站中的5号转运站，为全地下结构。本文主要分析转运站结构中的地下部分的计算。

2 通常的简化计算

通常转运站的计算地上和地下部分分步进行，地上部分在PKPM里面做为钢筋混凝土框架建模，在SATWE里面进行内力配筋的计算。对于地下墙体，分为两种简化形式：

1、单独将侧壁及底板分开计算，侧壁和底板分别做为一块独立的板单元，四边分别选择约束方式，来简化计算。可以采用辅助工具箱来计算，也可以同时将地下部分建于PKPM里面，做为地下室。SATWE模块里把地下室的墙体做为压弯的墙柱来计算，考虑上部柱传来的轴向力和侧土压力作用，但是SATWE的地下室计算里面不包括裂缝计算，所以在SATWE里面看到的地下室墙体配筋通常要小一些。

2、将两端侧壁、底板选取1m宽的板带分别展开做为连续梁来计算，两端节点一般设置为铰接约束。与第一种相比，这种方法多了侧壁板和底板相交处的弯矩重分配，但是没有考虑墙体上的上部框架传来的力。

以上这两种都是简化的较粗的计算方式，对于侧壁板转折处、侧壁与顶板、楼板、底板相交处等的受力分析并不准确，而且是在没有设置扶壁柱的前提下。当地下转运站的侧墙体采用扶壁柱来主要承受侧土压力时，上两种计算方法是无法做到按刚度分配扶壁柱和侧墙体承受的侧土压力的。本文以下部分中将采用上海交通大学的通用建筑结构软件START对5号转运站进行整体建模计算，将加扶壁柱与不加扶壁柱的计算结果进行比较，并与其它计算方法对比。

3整体建模计算实例

3.1工程概况

该转运站为地下二层结构，净平面尺寸为19.7mX12m,地下一层楼板标高为-16.19m,层高7m，地下二层楼面标高为-24m,层高7.81m,局部吊物孔区域伸至地面，其它为全地下结构。

该地区抗震设防烈度为7度；设计基本地震加速度值为0.16g；设计地震分组为第二组；建筑场地类别为Ⅱ类（但因本转运站主体结构位于地面8m以下，故本例不计算地震作用）。地下水位至地表；转运站地下一层及二层的活荷载标准值为10kN/m2，内部斜栈桥的楼面活荷载为4KN/m2。静止土压力系数K0取0.5。采用C30（M30）防水混凝土，抗渗等级P10，钢筋采用印度当地材料: 三级钢符号-Fe500,TMT,遵照 IS:1786，fy=360N/mm2。在STRAT与PKPM中输入同样的荷载、荷载组合与地质条件。

3.2计算模型

墙体侧壁及底板均定义为板（空间壳单元），选1m的厚度，并细分为边

长为1m的小板单元，同时如图2设定梁柱框架三榀，柱截面为1000mmx2000mm，

伸出侧墙体1m，上两层梁为楼层梁。为减小底板的厚度，在底板设置地梁，截

面为1200x2600,将底板划分为长12m，宽3~5m的四个区格。在底板上设竖向面

弹簧，水平向固定，根据地基土条件取KS=20000，计算结果结果显示的为局部

坐标系，局部坐标系中x、y轴位于板面以内方向，z轴与板面垂直。MY、Mx

分别为绕Y轴和X轴转动的弯矩。

3.3计算结果与分析

设置计算参数并运行分析后，根据各构件的弯矩图等高线可看出，采用有限元来计算，本结构的内力分布非常明确，应力集中处更容易确定，方便我们对于结构的薄弱部位进行辨别和加强。弯矩MY、Mx的分布规律和我们通常对墙体的简化计算基本是一致的。正弯矩出现在侧壁与顶板、底板、楼面板的交接处及侧壁转角处，负弯矩出现在侧壁区格板的跨中，侧壁与地下二层底板交接处正弯矩达最大，局部Mymax为1801KN.m。可分地下一层、地下二层、墙体内、外侧分别选出控制弯矩来给墙体配筋。根据这个弯矩值来配筋，配筋量为5920.73(mm2/m)，这是不考虑裂缝的，本工程为地下防水工程，采用防水混凝土表面涂防水涂料的双重防水措施，控制裂缝0.25mm,程序给出配筋8392(mm2/m)，选筋三级钢符号32@100，地下二层侧壁采用此配筋。

决定墙体水平向配筋的Mx分布情况：正弯矩出现在侧壁区格板的跨中处，负弯矩出现在侧壁与顶板、底板、楼面板的交接处及侧壁转角处，地下二层的跨中Mxmax为623KN.m，在通常的简化计算中是不再单计算水平向的弯矩的，一般简化为同竖向受力筋布置，配筋量偏于保守。

底板的弯矩：负弯矩出现在以地梁划分的区格板的距中，正弯矩出现在侧墙体与底板交接处，这与通常所用的倒梁法计算的底板弯矩分布是一致的。在PMPM中JCCAD模块里，可以把底板作为肋梁筏板进行有限元计算，对地基均采用弹性地基梁板模型，采用Ks=20000KN/m3的若干弹簧支撑底板，同样不考虑地震的作用，计算出来的底板内力的大小分布同STRAT软件是一致的。地梁负弯矩的极值均出现在中间地梁的跨中，STRAT中-Mmax=9213 KN.m，JCCAD中-Mmax=9981 KN.m，在两种程序中，同样计算底板及地梁采用的是有限元，但是STRAT是采用有限元计算整个结构，PKPM是采用简化杆单元，计算出来的上部结构传给底板的内力存在差别、刚度对底板的影响不同；两程序里对于底板的有限元划分略有不同；PKPM模型中未输入地下二层中的斜栈桥；综合这几处得出计算出来的内力存在差别。

同时程序给出扶壁柱及梁组成的框架、地梁的计算内力，扶壁柱柱底弯矩Mmax=2866KN.m，根据扶壁柱与侧墙体的刚度比，分配侧土压力产生的弯矩，因此减小了侧墙体的厚度。若不设扶壁柱，则同一板单元Mymax由1801KN.m增加为4658KN.m，需要配钢筋17200 mm2/m，很明显1m的板厚是远远不够的，但是如果再增加侧墙厚度，转运站的混凝土量增加较大，而且墙体单侧需要配置两排受力筋来抗弯，这明显是不经济的，设置扶壁柱比增加墙厚来抵抗土侧压的能力更经济更有效。从内力的等高线分布图中，可以看出与楼板相接处、设置洞口处及侧墙转折处墙元的内力较大，在这些地方分别设置暗梁、暗柱来加强侧墙体。

在PKPM的SATWE模块里面，做为地下室外墙时是这样计算的，以两楼板梁的轴线划分墙元，分别按两边固定单向板、一边固定、一边铰接单向板计算出跨中和支座弯矩，取两种方法计算弯矩的平均值，加上轴压力后，按偏心受压柱计算截面配筋。计算地下二层与底板连接处的侧壁最大弯矩:1909.33(KN.m), 单边竖向计算配筋5920.73(mm2/m),这是不考虑外墙裂缝的，可再单独计算裂缝后调整配筋。这仅是一种较粗的简化计算，而且弯矩是采用的平均值，无法和采用的STRAT软件的整体计算进行量化比较，而且在不同的侧壁位置，两种方法的计算结果差距会变化较大，本文不好做定量分析。在PKPM里将扶壁柱建入模型后，程序认为它是框架柱，不考虑侧墙土压力的传递。

对于地下一层的转运站，采用取1m的单元，将侧墙展开，与底板简化成连梁的计算方法是常用的，这种简化方法虽然端点的约束比较粗略，不考虑影响墙体水平配筋的Mx，一般将地下部分的顶板简化成与侧墙铰接，与简化成四边约束的板相比，连梁可以将底板与侧墙连接处的弯矩进行分配至节点平衡。对

于地下二层及以上的转运站，这种简化计算方法不适用，与侧墙相接的顶板、楼面板、底板的刚度分别是不同的，所以对于侧墙的约束无法简单的简化成刚度或者铰接。对于地下多层的转运站是无法简单的分解成连梁去计算的。程序需要根据侧墙体与其连接板的刚度比进行内力分配，采用有限元分析更精确。

4 结论

对于地下一层的转运站，可粗略的采用通常用的简化方法进行分析，最好结合整体建模进行结果比较。对于地下二层以上的转运站，采用简化的结构分析是不合适的，对于地下二层以上的转运站，应采用空间有限元计算软件STRAT、STAADPRO、SAP2000等进行分析，但必须对其计算结果进行判断，避免由于建模时不恰当的简化导致概念性的错误。