某火力发电厂主厂房结构设计分析

孔祥宇

[内容摘要]：本文对某火力发电厂2×600MW机组主厂房结构做了设计分析，在此基础上提出了主厂房设计应注意的问题。

关键词：火力发电厂；主厂房；结构设计

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

一、主厂房布置

汽机房跨度为30.00m，共15个柱距，柱间距为10m，两台机组间设一道伸缩缝，双柱插入距为1.5m，纵向长度151.5m。汽机房共分三层(0.00m、6.90m、13.70m)，屋架梁底标高为28.00m，吊车轨顶标高为25.40m。

汽机房设置三层毗屋，横向跨度6.0m、柱间距10m、纵向长度为30m×2。

侧煤仓间横向跨度15m，纵向共8个柱距，磨煤机处柱间距为10.00m，磨煤机检修场地柱间距为8.80m，头部转运站柱间距为10.70m，纵向总长度为79.50m。

煤仓间共分三层，0.00m层布置磨煤机, 13.70m为给煤机层，36.20m为皮带层,屋面顶标高为41.00m(头部转运站屋面49.00m)。

汽机房和锅炉、煤仓间之间设置炉前平台，间距7m，主要布置电控、化学、暖通房间；锅炉煤仓间之间设置炉侧平台，间距9.25m ，其中30.7m露天布置除氧器，其余主要为管道支吊层。

集控楼单独布置于汽机房固定端；锅炉电子设备间布置在锅炉本体的运转层内；等离子点火装置室 、凝泵变频室布置在锅炉本体0米。

二、主厂房结构

1．主体结构型式

汽机房、煤仓间、锅炉均为独立的结构单元：汽机房横向为框、排架，纵向为框架结构；煤仓间纵、横向均为框架结构 ；炉架采用钢结构，由锅炉厂设计、供货 。

2．结构单元之间的连接

炉前、炉侧平台均采用滑动铰接。铰接固定端设在汽机房或煤仓间的柱牛腿上，滑动端设在锅炉炉架柱的牛腿上。

固、扩建端山墙柱顶与汽机房屋面钢梁铰接，柱脚与汽机加热器平台钢筋混凝土柱刚接，屋面相应位置处设通长钢次梁兼刚性系杆以传递水平力。

加热器平台与A、B列柱铰接连接，和汽机房成为同一结构单元。

汽机基座为独立的结构体系，汽动给水泵采用隔振基础支撑在加热器平台大梁上。

固、扩建端为横向加设柱间垂直支撑的钢结构，风荷载由山墙柱承受，并分别传至加热器平台及屋面的空间体系。

3．楼面结构型式

汽机房屋面封闭为复合压型钢板，结构采用实腹钢梁+系杆+支撑体系；

汽机房平台、煤仓间运转层等管道复杂、埋件多及施工交叉的区域采用钢梁、现浇钢筋混凝土楼板，设置抗剪件；

皮带层考虑到煤斗安装施工，同样采用钢梁、现浇钢筋混凝土楼板；

其它区域采用现浇钢筋混凝土梁板结构。

三、计算相关输入

1．地震参数

综合勘测报告和抗震规范，设计输入如下：

1）设防烈度：6度；场地类别：II类；框架抗震等级(提高1度设防)：二级。

2）特征周期：按概率计算原则，小震取0.28s，大震取0.33s，实际计算偏 安全取抗震规范表5.1.4-2的值：小震0.35s；大震0.40s。

3）多遇地震影响系数最大值：按规范，地表最大加速度0.05g时，αmax=0.04;地表最大加速度0.10g时，αmax=0.08；现安评报告提供值为0.088g，因此内插得计算用αmax=0.07。

4）罕遇地震影响系数最大值同样采用内插法，αmax=0.632

2．相关荷载参数

楼面活荷载取用《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》中计算主框架的值。

1）活荷载分项系数取1.3, 活载小于4kN/m2的楼、屋面荷载×(1.4/1.3)的系数；

2）活荷载组合值系数取1；

3）重力荷载代表值系数及活荷载质量折减系数均取0.85。

4）墙、柱设计活荷载；传给基础的活荷载均不再折减 。

3．其它

1）周期折减系数：汽机房纵向：0.8、横向：1；煤仓间纵向：0.95、横向：1；

2）层刚度比计算：地震剪力和地震层间位移的比值；

3）柱子计算长度的调整；

4）偶然偏心和双向地震 ；

四、汽机房计算结果简介

由于除氧器在炉侧，因此汽机房荷载较小，主要结果如下：

1．构件尺寸：A、B柱 600×1100；加热器平台柱600×800 ；横梁 350×900 、400×1200；纵梁 300×900；

2．结构纵、横向第一周期接近：1.92s；

3．层间位移角：横向 1/680，纵向1/776；

4．梁柱配筋率合理；

五、煤仓间计算分析

1．煤斗的结构选型及计算

煤斗是侧煤仓间的主要荷载，是煤仓间结构型式的主要决定因素 ，本工程最终采用了单位容量造价更高的方煤斗，主要基于以下原因：

1）有效降低主厂房高度 （比常规圆煤斗减少4m) 和荷载重心的高度，改善结构抗震性能。

2）框架纵梁兼做煤斗支撑梁，荷载分布更均匀，传力途径更简单，煤斗横梁截面减小，有利于强柱弱梁的实现。

3）工艺适应性强，方煤斗上口和皮带层框架梁可充分契合，能够不设顶盖。

4）输煤系统的高度相应降低。

2．刚度—自振周期

分析：

1）第一振型为Y向平动；第二振型基本为X向平动；第三振型为以扭转为主混合振型；

2）T3/T1=0.73<《高规》限值0.9，结构抗扭刚度满足要求。

3）T1>5Tg，地震作用小，但结构纵向刚度稍低；T2如考虑地坪刚化的影响则接近5Tg，横向刚度适中。

3．刚度-弹性层间位移角

CQC法和时程法相比：纵向基本吻合，横向5-8层有 所差别，但均满足最大值<1/550的要求。

4．刚度—竖向层刚度

1）单方向越层柱，程序计算时会自行增加节点，因此在越层方向上计算的层刚度是虚假的，应给予修正。

2）结构纵向刚度较均匀，竖向规则，而横向第1、2层（实际合并为一层）刚度较小、皮带机层刚度偏大，横向不规则，可适当加大底层柱并减小煤斗支撑层以上柱断面。

5．刚度—平面扭转规则性

1）纵、横向变形具有明显的框架特征，时程法的位移最大值和平均值均大于CQC法，

2）平均/最大位移满足<1.2的要求，结构水平抗扭规则。

3）Y向比值基本为1，和周期的平动系数分析结果一致。

6．刚度—楼层受剪承载力

1）纵向比值基本规则 。

2）横向底层比值不规则，但大于刚度突变的下限0.65。

7．刚度—剪重比

1）该项是对振型分解法长周期建筑物地震剪力的调整措施，当计算和限值相差较大时，实际反应的是结构刚度偏小，应调整结构方案而不是强行加大配筋来满足抗剪强度验算 。

2）规范对7度及以上基本烈度的剪重比作了要求，根据αmax线形反推其最小值应为1.4%，计算结果满足要求。

8．整体稳定性—刚重比

分析：各层刚重比K均满足>10的要求，但由于下部 楼层K<20，因此计算必须考虑P-Δ效应。

9．其它

1）柱最大轴压比：0.6 。

2）抗倾覆验算：未出现零应力区 。

3）主要构件配筋率：

4）框架含钢量：230kg/m3 。

六、煤仓间总结

1）相对于前煤仓间，侧煤仓间平面规则性更好，质心和刚心更加接近，但是其底层横向刚度相对薄弱。

2）无论是侧煤仓还是前煤仓，纯框架结构时：由于工艺布置的特点，横向难以做到规则结构；纵向的绝对刚度一般弱于横向，但规则性好于横向 。

3）计算层刚度、刚重比等指标需要考虑单方向越层柱的影响，对程序输出的结果应加以修正。

4）本工程侧煤仓间结构抗震验算的各项指标均满足规程、规范要求 ，建议参考工程适当增加框架柱在运转层以下截面，以进一步提高结构的抗震性能。

参考文献：

电力工业部西北电力设计院《火力发电厂土建结构设计技术规定》

北京 水利电力出版社 1993

吴德安 主编 《混凝土结构计算手册》 中国建筑工业出版社

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。