火力发电厂主厂房的钢筋混凝土框排架结构设计分析

黄　胜

[摘要]火力发电厂是重要的生命线工程，钢筋混凝土框排架结构是我国火力发电厂主厂房中汽机房、除氧煤仓间的主要结构形式。文章以单机容量600MW某大型火力发电厂房为例，研究该类结构的设计及计算。

[关键词]主厂房；框排架；结构特点；计算模型

[作者简介]黄胜，广东省电力设计研究院助理工程师，研究方向：电力工程土建结构设计，广东广州，510663

[中图分类号]TU375

[文献标识码]A

[文章编号]1008-7723(2009)09-0097-0002

一、主厂房的布置形式

火力发电厂主厂房采用汽机房、锅炉房、侧煤仓间布置方式。汽机房采用大跨度36.00m，原除氧间取消，5、6号低压加热器及3号高压加热器、除氧器布置在汽机房运转层，布置形式较为独特、紧凑，可相应缩短施工周期。

(一)汽机房布置

汽轮发电机组的机头朝向扩建端，纵向顺列布置，两机中间设置检修场。中间6.90m层主要是管道层，布置有加热器及小汽机、凝汽器等设备，主要管道有主蒸汽管道、再热蒸汽管道、小汽机排汽管道，检修孔两侧为6kV工作段配电室。汽机运转层为大平台结构，布置有低压加热器、汽轮发电机组、汽动给水泵、除氧器，运转层的大平台为汽机的主要检修场地。

(二)炉前通道布置

炉前通道共分3层：0m、6.90m、13.70m。底层0m为磨煤机检修通道；6.90m层布置有辅助蒸汽联箱、大量的管道及电缆桥架；13.70m层布置有加热器、四大管道及其他管道。

(三)锅炉及煤仓间布置

锅炉采用风扇磨直吹式制粉系统，磨煤机围绕锅炉四边布置，锅炉皮带层56.50m以上为紧身封闭，皮带层56.50m以下为大厂房布置，在锅炉范围内，在13.70m运转层设混凝土大平台，28.00m给煤机层设岛式混凝土平台。采用一个集中控制室，布置在两炉中间。

二、汽机房结构特点及结构选型

(一)结构特点

1、汽机房采用大跨度36.00m，原除氧间取消，汽机房结构横向抗侧移刚度较小。抗侧力构件较弱，对结构计算不利。

2、机组的设备、管道及检修区等荷载较大，且汽机房内设备、管道及检修区紧凑，高低压加热器、除氧器等大型设备布置在汽机房平台上。

(二)结构选型

汽机房结构采用如下形式：13.70m以下由汽机房排架柱、平台梁及柱联合组成现浇钢筋混凝土框架结构体系，13.70m以上横向为现浇钢筋混凝土排架结构体系，纵向设现浇纵梁形成框架结构。汽机房纵向柱距一般为10.0m，伸缩缝处设双柱，2柱中心距1.20m，纵向总长度为172.20m。

汽机房跨度36.00m，采用梯形钢屋架，屋架下弦底标高29.20m，上铺金属复合保温屋面板。汽机房设2台80／20t轻级工作制桥式吊车，采用钢制吊车梁。6.90m、13.70m楼面采用大平台，与汽机基础脱开，局部采用格栅板通风，楼面采用钢梁浇制板，压型钢板做底模。

汽机房固定端山墙及扩建端山墙运转层以下采用现浇钢筋混凝土框架梁柱，运转层以上采用钢抗风柱，屋架下弦及13.70m运转层处作为抗风柱的支点，均不设置抗风桁架。

主厂房围护结构：1.20m以下为陶粒混凝土砌体，1.20m以上为复合金属保温板封闭。炉前通道跨度8.00m，每层平台及屋面主梁在汽机房侧连接采用滑动支座，在锅炉房侧连接采用固定支座。

三、施工及计算模型的建立

(一)施工问题

该工程为现浇钢筋混凝土框排架结构，楼面采用钢梁浇制板，压型钢板做底模。施工时，钢筋混凝土梁柱一同浇注，在框架梁上部板底的位置(板厚分别为114mm和124mm)留施工缝，待楼面钢梁与框架梁焊接安装完成后，上面铺设压型钢板并浇注混凝土。实践证明此方法安全、速度快、周期短，且与钢结构相比造价低。

(二)计算模型及结构计算分析

横向框架、纵向框架分析采用PK软件进行结构计算。梁支座弯距调幅系数0.9(梁端出现塑性铰是框架较合理的极限状态，故允许对梁端最大负弯矩进行调幅，现浇框架调幅系数0.8～0.9)；梁惯性矩增大系数：中框架取2，边框架取1.5；计算周期折减系数1；阻尼比0.05；抗震等级二级(地震力计算方式采用振型分解反应谱法)；计算振型个数5个；地震作用效应增大系数1。

典型结构计算模型是⑤轴和⑧轴，计算结果见表1。表中Fn为轴力，MX为x向弯矩，MY为Y向弯矩，VX为x向剪力，VY为Y向剪力。

四、结论

第一，在设计中采用汽机房框排架柱、平台梁及柱联合组成现浇钢筋混凝土框架结构体系，同时又考虑了另外一种结构模型，即汽机房平台采用钢筋混凝土柱、钢结构梁。若采用此种形式，则梁上不用埋埋件，管道安装改动也方便，故进行了分析比较。此种结构模型中，所有梁与柱之间铰接，结构刚度比设计所采用方案低。由于汽机房的设备及管道与后部的锅炉连接较多，而汽机房与后部结构为各自独立的结构体系，部分水平荷载不能按内力考虑。计算表明水平荷载作用下侧移较大，还需加横向、纵向支撑，但确定位置很困难。计算和分析对比表明工程采用的结构形式整体性和抗震性好，能提高薄弱部位的抗震能力，避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

第二，机组的设备、管道及检修区等荷载较大，日本工程汽机房内布置紧凑，除氧器等大型设备布置在汽机房平台上，以及除氧间取消，导致汽机房的抗侧力构件较弱。在这些不利情况下，虽然进行了优化设计，但与传统汽机房钢结构平台相比，由于混凝土梁截面高度大(除氧器下框架梁高1.50m)，造成13.70m及6.90m层布置热机管道空间减小。