钢筋混凝土侧煤仓结构设计研究

孙晓红

摘 要：以某火力发电1 000 MW工程机组侧煤仓为依托，采用不同空间计算软件对不规则框架进行了整体结构弹性计算和抗震性能分析，并提出了相关建议。

关键词：侧煤仓；不规则框架；抗震性能；地震荷载

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.110

随着我国火力发电厂的快速发展，主厂房工艺布置除采用传统前煤仓四列式+塔式炉（或∏型炉）的布置方式外，三列式+侧煤仓+∏型炉的布置方式也得到了广泛采用。侧煤仓布置不仅可有效减少四大管道、电缆的长度，还可以缩短A列至烟囱的距离，从而充分利用锅炉间的场地。

某1 000 MW机组工程采用塔式炉+钢砼侧煤仓布置，这种布置方式在国内尚属首次。由于两炉间的空间较大，导致钢砼侧煤仓布置具有横向跨度小、框架层数多、刚性楼层少、荷载层多、大荷载点位置高等特点。对于土建结构设计而言，不规则结构产生的原因一般为地震荷载的控制作用。因此，结构抗震性能分析对保证建筑结构的安全性和可靠性起着关键性作用。

本工程煤仓间框架属于非常规布置，需采用空间计算程序，且本工程属于重要工程，煤仓间属于乙级建筑物，有必要采用两个不同的结构计算软件进行对比分析。因此，本文采用不同的模型抗震性能验证设计方案的合理性，从而为实际工程的结构设计提供可靠依据，为电厂的安全运行提供可靠的保证。

1 工程概述

某1 000 MW机组工程采用7度（0.1 g）设防，场地土为1类，Tg=0.3 s，风压为0.4 kN/m2。根据规范，该工程为重要电力设施，煤仓间属重点设防类（乙类），设计使用年限为50年。其磨煤机布置在±0.0 m处，中跨0～17 m作为检修通道空间，17 m处为给煤机层，44 m处为皮带层，钢煤斗支撑梁顶标高为30.4 m，送粉管道布置在10 m、24.5 m、30 m层，煤仓间两侧管道及其辅助房间均为对称布置。

其建筑主体采用现浇钢砼框架结构，横向为3主跨（6.5 m+

8 m+6.5 m），两侧设12 m的宽附跨，总尺寸为39 m；纵向为6跨（6×10 m），总尺寸为60 m。其中，17 m层、44 m层、附跨30.4 m层为钢梁+现浇钢砼板结构，其余层均无刚性楼板，皮带层以上采用轻钢封闭，总高度为44 m（不括轻钢结构）。煤仓间框架的抗震等级为一级。横向框架外形和煤斗支撑层平面的布置如图1和图2所示。

2 抗震分析和模型验证

2.1 计算软件

计算软件包括PKPM系列、SAP系列、TBSA系列、BSCW、MADIS、STAADPRO、ANSYS等，其均可用于结构计算和内力分析。其中，由中国建科院开发的PKPM系列软件不仅可适用于一般多层工业、民用建筑，也可用于100层以下的体型复杂的高层建筑，具有数据准备工作量小的特点，是国内结构设计中最常用的软件。但在工艺建筑领域内，存在荷载组合工况复杂、可变荷载种类多、加荷方式特殊、结构错层多等情况，而该软件是根据民用建筑的特点开发并不断完善的，因此，采用该软件具有一定的局限性，无法完全反映工程的实际情况。SAP系列软件是由美国CSI公司开发的，适用于桥梁、工业建筑、运动演出场所等特种结构，是国际通用的结构分析计算程序，具有集成化图形用户界面和各种实用的单元等，能根据结构的实际情况进行单元划分。其计算模型最接近实际结构，但相比于PKPM，其模型计算的复杂程度高、耗时长，且计算结果的直观程度低，需要设计者具备较高的分析能力，可选作验证计算软件。

2.2 采用PKPM的计算和分析

煤仓间框架PKPM计算模型如图3所示。

2.2.1 结构不规则分析及其解决措施

该煤仓间的附跨高度为30 m，主跨高度为50 m，平面凹进18 m，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于凹凸不规则；10 m、24.5 m、30.4 m处均无楼板，开洞面积大于相应楼层的30%，属于楼板不连续；高度为17 m、30.4 m、44 m楼层的质量高于相邻下部楼层的1.5倍，属于楼层质量竖向分布不规则。因此，该建筑结构存在多项不规则性，属于特别不规则建筑，但不属于严重不规则建筑，设计时可采取以下设计措施解决：采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，将转换层斜柱在水平地震作用下的计算内力乘以适当的增大系数，并考虑竖向地震的作用；在斜柱与直柱的转换点处，对框架梁按压弯和拉弯构件进行复核计算。

2.2.2 结构抗震性能分析

柱轴压比如表1所示。

表2中，结构前三振型均为整体振型，两个主轴方向的周期比值为1.08，动力特性相近；扭转为主的第一自振周期（1.660 9）与平动为主（2.094 1）的比值为0.793.由此可见，采用平面布置对减小该结构的扭转影响是有效的。

表4中，虽然结构周期稍长，但在地面运动速度、位移对结构影响的分析中不需考虑放大系数。

表5中，纵向略超出规范要求。规范规定，当楼层最大层间位移角不大于规范限值的40%时，该比值可适当降至1.6，虽然横向（1/945）大于限值的40%（1/1 375），但远小于规范要求（1/550），结构抗扭刚度较大，可允许较小的扭转不规则，基本满足规范要求。

由上述弹性计算结果可见，侧煤仓整体结构布置基本合理，其抗震性能可满足规范要求，具有良好的抗震性能。

2.3 采用Sap的模型验证

SAP2000计算模型如图4所示。

地下剪力墙与楼板采用同一模型面元，图4中为消隐墙元后的简化图形。

结构自振周期如图5所示。

层间位移角如表6所示。

上述结果与PKPM的计算结构基本一直，且满足规范限值要求。

3 结论

采用PKPM和SAP两种不同空间模型在结构动力特性、构件

内力等方面的计算结果是一致的。由此可见，利用PKPM模型对不规则工业建筑结构分析是合理的，不可避免的是特殊构件的建模简化性偏差，但结构整体的计算结果是可信的。虽然此结构具有多项不规则性，但不属于严重不规则结构，可采用适当的抗震构造措施，比如控制柱轴压比、适当提升柱截面配箍率、采用复合封闭箍筋等，从而有效提高结构的抗震性能。此外，建议采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，取三组加速度时程曲线输入，取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值，从而保证结构的安全性。

参考文献

[1]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南[M].上海：同济大学出版社，2008.

〔编辑：张思楠〕