解析电厂主厂房设计

[摘要]电场主厂房是电厂生产的核心区域，因此在设计中应充分考虑各方面因素对厂房功能、质量的影响，确保设计出功能合理的厂房，为投入运行后实现安全生产打基础。

[关键词]问题；原则；取值

前言

随着科学技术突飞猛进的发展，火力发电厂的单机容量不断增大，主厂房的设计方案越来越多。主厂房作为发电厂中最重要的建筑，它的结构选型、设计方案直接关系到能否满足发电要求及工程是否经济。

1.关于主厂房具体设计之前应思考的问题

在做此项设计之前，首先应思考建筑本身的意义及自己对设计的追求，也就是说如何树立自己的建筑价值取向。这步至关重要，很多人拿了设计题目后就埋头苦干，集中精力在“做”上面，却没有在“想”上多花功夫。这样的设计只能说是没有错误的设计，但深度上会有所欠缺，所以先建立自己的建筑价值观，定位一个努力的方向是做设计前应该思考的，有了目标后，自身常常会陷入一种自问自答的状态，伴随着越来越丰富的履历与理论的影响，自己该走的那条路也渐渐明晰起来。建筑最终体现的是一种对人文的关怀，对用于发电生产的电厂主厂房也不例外，在设计之前也应做好充分的思考，使设计更科学、实用、经济、合理，这才是我们追求的目标。

2.电厂主厂房的设计

目前，国内外火力发电厂的主厂房主要采用了三种结构形式与体系：钢结构主厂房、装配式混凝土结构、现浇混凝土结构。钢结构主厂房的特点如下，结构布置灵活、多样；大部分构件可工厂化生产；自重轻，降低造价；抗震性能优异；但是防火性能差，且增加了防锈、防腐维护工作。装配式混凝土主厂房结构从50MW到300MW机组，装配率从50％提高到85％～95％，构件吊高从30m增至60m及以上，单件重从20t增加到100t，起吊设备从20t／600tm增至（100～120）t／3000tm，适用于100MW～125MW及以下机组。现浇混凝土结构的特点，缩短工期；结构整体性好，节约用地，降低综合造价，节约钢材。

3.电厂主厂房的设计原则

主厂房设计主要遵循如下原则：确定结构形式与体系。目前，国外的火力发电厂主厂房主要采用钢结构形式，国内常采用的钢筋混凝土结构；设计参数。主要考虑的参数有：基本风速、风压、雪压，抗震设防烈度，基本地震加速度，当地的土壤类别及大气中的成分；荷载分析。主要荷载有：雪荷载，风荷载，设备、管道活塞荷载，永久荷载，积灰荷载，地震荷载和偶然荷载。根据规定进行荷载效应组合后计算构造要求进行设计；计算分析方法。主厂房结构计算分析采用中国建筑科学研究院SATWE有限元整体空间分析程序进行联合空间结构计算，充分考虑各构建的相互作用，使计算模型最大限度的反映结构的实际受力状态，计算出较精确的内力值；一个典型的钢结构主厂房的设计，主厂房采用框排架结构体系。汽机房采用门式刚架体系，除氧煤仓间采用框架体系。框排架是厂房骨架的主要承重构件，各个框架之间由屋面结构、屋盖纵横向支撑、现浇混凝土楼盖结构、柱间支撑以及其他纵、横两向抗拉构件连接在一起，组成一个框排架传递竖向荷载、柱间支撑和屋盖支撑传递水平荷载的空间工作结构体系。

4.电厂主厂房设计中的荷载取值

在主厂房的设计中，必须针对框架的梁、柱、支撑、柱脚内力、连接节点等不同的构件，采用不同的荷载组合系数，选取最不利组合形式，设计出最优的截面。电厂主厂房的设计，主要应考虑以下基本荷载：永久荷载取值时需要考虑结构、煤斗、除氧器等设备的自重和栈桥传来的自重压力等。可变荷载的取值根据DL5022——93《火力发电厂土建结构设计技术规定》规定的各层楼面荷载，工艺要求的设备及管道运行荷载，煤斗中的煤、除氧器中的水，栈桥传来荷载，炉前吊质量等。此种荷载用于主框架承载计算。单机容量大于300MW的发电厂，其屋面、楼（地）面荷载的取值视实际情况而定。吊车荷载，汽机房、锅炉房、灰桨泵房、修配厂、检修间及引风机室等的吊车应按轻级工作制设计。燃煤及除灰建筑的桥式抓斗吊车应按重级工作制设计。吊车竖向荷载值为吊车质量及吊车自质量之和。吊车纵向刹车荷载值为作用在一侧轨道上最大轮压值之和的10％吊车横向刹车荷载值为横行小车质量和额定起重质量之和的8％。对于以风荷载为主的建筑物，如主厂房山墙等，设计风荷载与其他活荷载组合时，其荷载组合值系数取1.0。荷载效应组合主要依据《火力发电厂土建结构设计技术规定》中的有关规定进行取值。在验算柱框架强度时，可变荷载应该考虑进行折减；验算次梁强度时，可变荷载无需进行折减；验算主框架变形时，荷载使用折减后的标准值；验算次梁变形时，荷载使用未折减的标准值。

5.电厂主厂房设计中的抗震问题

火力发电厂的主厂房一般都是采用典型的框排架结构，根据研究已有的地震灾害发现火力发电厂的纵向震害小于横向震害。简化的地震反应计算方法，定义层间屈服强度系数为：ζ（i）=Qy（i）／Qe（i）其中Q（i）为第i层的屈服剪力，Qe（i）为第i层弹性地震剪力。以各断面ζ（i）为震害判据，根据ζ（i）与震害的统计关系，判断各层震害，再综合判断整体震害。预测流程主要为：将复杂结构简化成多自由度系统，用底部剪力法来计算水平方向上的地震力；采用结构力学中的方法，将连接框架与排架的细杆上的内力计算出来，并且解偶联框架与排架；分别参照预测排架、框架所受震害的方法，计算出关键断面的ζ（i），然后进行比较，根据结果判断各断面所受的震害大小；最后综合判断主厂房所受的震害情况。现有的一些试验和钢筋混凝土实测应变分析表明，剪力墙承受结构的大部分抗震作用，剪力墙的屈服强度在很大程度上影响结构的承载能力和变形，其对应的屈服荷载接近于结构的极限荷载。在剪力墙屈服以后，其刚度降低，承受的剪力减少，框架的水平荷载最多可增加到总荷载的25％，连梁、框架梁柱很快随之屈服，于是整个结构发生侧移。由于模型结构的弹塑性性能逐步发展，结构的变形特点发展到以剪力变形为主的剪切性，但是结构的位移明显增加，剪力墙屈服达到最大荷载值时，相应的结构位移增幅高达200％。在地震波的作用下，结构的屈服顺序为：剪力墙根部框架各层梁端框架各柱根部。

6.火力发电厂钢筋混凝土主厂房抗震设计时应注意的问题

火力发电厂钢筋混凝土主厂房抗震设计时应注意剪力墙混凝土的强度等级和框架柱混凝土的强度等级不应差别过大，而且剪力墙的配筋还有必要改进；剪力墙先屈服，框架柱再屈服的破坏模式是一种比较理想的抗震结构型式。因此，采取一定措施让剪力墙率先屈服后，框架不是随之破坏而是还可承担一定的地震作用，延长结构的破坏过程；框架顶层各构件的截面和配筋不宜过多地减少或削弱，在底层框架中，应特别注意加强柱脚的变形和耗能能力；在进行抗震设计时，要进行在极端地震作用下各参数的分析，以便综合评价结构的抗震性能。

7.结束语

主厂房是火电厂的核心，合理设计主厂房结构方式与体系，对保证工程质量、降低材料消耗和工程造价，加速施工进度和保证电厂安全运行等具有决定性作用。随着科学技术的进步与发展，主厂房结构型式应当不断改进，使之更科学、更经济、更合理，为我国电力工业的高速发展做贡献。