浅谈高烈度区火力发电厂主厂房结构设计选型

【摘要】本文对高烈度区火力发电厂主厂房结构体系的对比分析，从抗震性能、工程投资和施工多方面出发，以我院设计的新疆某高烈度区火力发电厂主厂房结构为实例，论述了各个方案的优缺点和推荐顺序，供同行参考。

【关键词】 钢筋砼结构 钢结构 地震反应分析 高烈度区

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1概述

1.1工程概况

新疆某发电公司位于新疆库车县城西北处，该电厂一期工程是南疆220kV主网架上的一座重要支撑电源。本期工程扩建端预留场地建设2×350MW超临界燃煤供热空冷机组。

1.2厂址地震安全性评价

根据本工程的地震安全性评价报告和批复，厂址场地在50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.198g，特征周期为0.40s，基本烈度为Ⅷ度(8度)，场地类别为II类。

2 主厂房结构选型原则

主厂房是火力发电厂的核心建筑，各种重要的设备、管道、电缆和控制系统密集的布置在主厂房内。主厂房工程量大，施工周期长，其结构形式的确定就显得尤为重要，合理的结构选型对保证工程质量、控制造价、加快施工进度有着重要作用。

按照《建筑抗震设计规范》的规定，Ⅷ度(8度) 0.198g地区。钢筋砼框架结构的最大高度为40m；框架结构的钢结构房屋最大高度为90m，框架—支撑结构的钢结构房屋最大高度为180m。可见汽机房和除氧煤仓间采用混凝土结构或钢结构都满足现行规范要求。

从施工建设周期，减轻上部荷重及基础费用，综合造价以及结构抗震性能等方面，钢筋混凝土结构与钢钢结构两种型式各有优缺点进行比选论述。

3结构方案技术分析

3.1 混凝土结构方案

根据工艺布置提出了以下三种主厂房布置方式：

方案一：为间冷方案，主厂房布置为倒置式布置，按汽机房、煤仓框架、炉前框架(布置除氧器)、锅炉房四列布置。汽机房设联络平台，横向形成由A列柱-联络平台- -煤仓间框架-炉前框架（布置除氧器）组成的框排架结构。

方案二：为间冷方案，主厂房布置为典型的顺列式布置，按汽机房、除氧框架、煤仓框架、锅炉房四列布置。汽机房设联络平台，横向形成由A列柱-联络平台-除氧间框架-煤仓间框架组成的框排架结构。

两种方案纵向为框架-抗震墙的结构模式。

以下是两种方案的构件截面尺寸和模型参数;

以下是两种方案的结构模型简图。

方案一的横向结构图

方案二的横向结构图

计算程序采用PKPM软件SATWE模块进行空间结构分析，计算过程从结构振型模态，层间位移，结构配筋，剪重比，刚重比，结构扭转性能和罕遇地震作用下的弹塑性位移进行核算，经验算各方面均可以满足规范要求，以下是计算结果：

3.2 钢结构主厂房方案

当主厂房采用钢结构时，其抗震性能优良，结合工艺专业的布置要求，采用最简洁的结构布置形式：汽机采用横向布置；除氧煤仓间采用单跨框架。除氧煤仓框架横向与A列连结为刚接框架-支撑体系，纵横向均为梁柱刚接+支撑体系。

通过计算选择框排架梁、柱断面尺寸如下(钢材材质Q345B)见下图，

钢结构方案的横向结构图

上述钢结构抗震位移计算结果：最大顶点位移45.6mm(1/704)，最大层间位移45.3(1/452)，满足抗震规范要求。风荷载最大柱顶位移65mm(1/494)，厂房柱在吊车梁的顶面横向位移为30.9mm(1/725)，厂房柱在吊车梁的顶面纵向位移为6.8mm(1/4721)，均满足钢结构规范要求。横向及纵向框架地震第一振动周期均与场地地震动反应谱特征周期相差较多，避免了共振现象。

4 混凝土结构与钢结构方案技术经济比较：

4.1两种混凝土结构方案内部的比选：

从上述两项指标的分析中可以得出，两种混凝土结构方案中本工程推荐方案1

4.2 钢筋砼结构和钢结构方案对比：

钢筋砼结构方案优点：投资低；没有柱间支撑，空间布置方便利于工艺的设备和管道布置；框架梁柱共同受力；节点构造简单易施工；就地取材施工方便；耐火、耐热和耐腐蚀性能好；易就近取材且后期维护费用低。

钢筋砼结构方案缺点：采用高强砼，质量控制要求较高；刚度大，地震作用大；相对钢结构而言，砼结构延性与韧性差短柱多，局部形成强梁弱柱，不利于结构抗震。

钢结构方案优点：刚度相对小，地震亦小；具有较好延性与韧性，有利于抗震；工期短（现场拼装，受气候条件影响小）。

钢结构方案缺点：造价高；支撑布置不利于工艺设备、管道布置；梁柱支撑节点复杂；新疆地区加工条件有限，须在内地加工；耐火、耐热、耐腐蚀性差，需要辅助其他措施，提高其耐火、耐热、耐腐蚀性; 后期维护费用高.

综上可见两种不同材料结构形式均能满足工艺和规范要求，均可行。但钢筋混凝土结构有很明显的经济优势。

5结论及推荐意见

综合上述各项分析，可以得出如下结论：

(1)从结构体系方面考虑，本工程基本抗震设防烈度为8度，II类场地土，主厂房采用钢筋混凝土结构和钢结构两种材料均可以满足相关规程规范及规定。

(2) 通过经济性对比可以看出，对上部结构而言，混凝土结构较钢结构节省工程费用,因此混凝土结构有很明显的经济优势.

(3)对于钢筋混凝土结构厂房的2种方案，由于方案1较其他方案有较明显的经济优势，且结构较为安全合理，对工艺影响较小，从综合造价考虑，推荐顺序为：方案1,方案2.

参 考 文 献

［1］《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL 5022-2012）

［2］《建筑抗震设计规范》（GB5001-2010）