火电厂主厂房活荷载折减系数取用分析

周 强

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100011)

火电厂主厂房活荷载折减系数取用分析

周 强

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100011)

针对火电厂中主厂房结构设计的活荷载，参考并对照各结构设计规范中有关荷载折减系数的设计条款，以应用较广的PKPM结构设计软件为例，对软件中墙、柱和基础的输入荷载参数，综合考虑后取用一定的折减系数，以供火电厂工程的主厂房结构设计时参考。

活荷载效应；重力荷载代表值；主厂房。

在结构楼面活荷载效应计算时，将活荷载考虑简化计算而近似看作为均布活荷载，而实际工程中的楼面面积越大，则平摊的楼面活荷载就会越小。故而，在计算结构或结构构件楼面活荷载效应时，如果引起荷载效应的楼面活荷载面积超过一定数值时，就应该对楼面的均布活荷载考虑进行折减，于是引入了活荷载折减系数。计算楼面梁、柱、墙及基础时，因楼面活荷载标准值不可能全部满布和各构件受载后的传递效果不同，考虑对其活载进行折减。

1 活荷载按楼层的折减系数取用分析

一般地，单机组容量200 MW以上的火力发电厂的主厂房(包括汽机房，除氧间，煤仓间)高度均在30 m以上，按《建筑设计防火规范》GB50016－2014有关规定应为高层建筑，故火电厂的主厂房应按照高层建筑的工业厂房考虑。

对于高层建筑，上、下楼层同时达到活荷载设计值的可能性，也就是活荷载同时出现的概率大小问题。一般情况下，楼层数量越多，各层活荷载同时出现的可能性就越小。因此，《建筑结构荷载规范》GB50009－2012(以下简称“《荷载规范》”)5.1.2－2规定了5.1.1中的第1(1)项的荷载，考虑楼层因素在设计墙、柱和基础时，按表1进行的折减。

表1 活荷载按楼层的折减系数

从表1可以看出，计算截面以上的楼层数越多，相应的折减系数的数值就越小。但是，《荷载规范》表5.1.1中的第1(1)项的荷载类别仅适用于民用建筑，并未列出用于高层工业厂房(比如：火电厂主厂房)等工业建筑在结构设计设计墙、柱和基础时的活荷载按楼层的折减系数。

《荷载规范》5.1.2 2 对设计墙、柱和基础时有第2)条规定：第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数。尽管该条的适用范围仅为民用建筑，并且《火力发电厂土建结构设计技术规程》DL5022－2012以下简称“《土规》”)也未提及活荷载按楼层的折减系数，但对高层工业厂房设计时，适当取用活荷载按楼层的折减，可以使结构材料性能得到最大限度的利用。

2 活荷载折减系数的规范值取用分析

本文从火电厂主厂房结构设计的角度，对规范中的活荷载折减系数的取用做了举例分析。这里，将活荷载折减系数可分为楼面均布活荷载折减系数和活荷载按楼层的折减系数两类分别进行考虑(后者仅用于多层及高层建筑及高层工业厂房，单层房屋不考虑此项折减)。

2.1 楼面均布活荷载折减系数取用分析

便于设计人员参考，本文对于楼面均布活荷载折减系数的取用，采用在国内应用较广的结构设计软件PKPM (以下简称“PKPM”软件)的SATWE中对应的“梁楼面活荷载折减设置”项进行分析，见图1。

图1 梁楼面活荷载折减系数设置(图中参数取用仅做参考)

图1的梁楼活荷载折减设置所列选项中0.9，0.6和0.8的折减系数仅用于民用建筑楼面活荷载(有关条款见《荷载规范》5.1.2－1)，工业厂房设计时不得随意选取，火电厂主厂房的梁楼活荷载折减可按《土规》中表3.2.2对应层各区域的计算次梁、预制板主肋折减系数进行取用。

为了方便荷载倒算，建议将《土规》中表3.2.2采用对应层各区域的计算次梁、预制板主肋折减系数直接乘以相应活荷载标准值进行活荷载折减。另外，根据《土规》表3.2.2注7：次梁(板主肋)折减系数不应与主梁(柱)折减系数同时考虑，所以模型输入的荷载时，已经过计算次梁、预制板主肋折减系数后的荷载不再按主梁进行折减。故而经计算次梁、预制板主肋折减后的活荷载标准值可直接输入模型计算框架梁、柱及基础。(参见例1)

例1：单机组容量200～300 MW火电厂主厂房加热器平台中间层－加热器平台管道层按《土规》有：活荷载标准值6 kN/m2；对应的计算次梁、预制板主肋折减系数为0.8。采用4.8 kN/m2(＝0.8×6 kN/m2)作为折减后的活荷载标准值模型计算框架梁、柱及基础。

注：因工艺专业提资一般不提供小管道部分，故不能按照《土规》3.2.1 1条提供的活荷载系数直接选用。

2.2 主厂房的活荷载按楼层的折减系数取用分析

对于主厂房活荷载按楼层的折减系数取用，仍采用PKPM 软件的SATWE中对应的图1中的“柱、墙设计时活荷载折减”和“传给基础的活荷载折减”项进行分析。

火电厂主厂房结构中的活荷载按楼层的折减系数可参考《荷载规范》5.1.2－2 中的2条，对设计墙、柱和基础时采用楼面梁(主梁或次梁)相同的折减系数，选用原则可考虑如下：

首先，采用《土规》中计算主梁(柱)时的折减系数参考取用(参见例2)。

例2：加热器平台中间层：加热器平台管道层和高、低加热器平台在《土规》表3.2.2的计算主梁(柱)时的折减系数均为0.8，则此中间层的活荷载按楼层折减系数取0.8即可。(SATWE输入处见图1的计算截面以上层数1层的折减系数)。

其次，当在《土规》中计算主梁(柱)时的折减系数无可取值时，可采用计算次梁、预制板主肋折减系数(SATWE输入处参见例3)。

例3：除氧间：除氧器层楼面在表3.2.2中的计算主梁(柱)时的折减系数无可选项，这里可采用计算次梁、预制板主肋折减系数0.7作为该层楼面活荷载按楼层折减系数(见图1的计算截面以上层数2～3层的折减系数)。

2.3 主厂房基础在PKPM软件中JCCAD模块的活荷载折减系数取用分析

在PKPM软件中，上述图1中的柱、墙及基础的活荷载折减只传到底层最大组合内力(此内力为组合设计值)中，并没有传给PKPM软件中的JCCAD计算模块项，在JCCAD模块中读取荷载项中读取的仍然是荷载标准值。对火电厂主厂房结构，则应对在JCCAD模块中的“荷载参数”项中按《土规》对应活荷载的折减系数参考取用(参见例4)。

例4：某火电厂混凝土结构主厂房，为一级框架，该主厂房包括汽机房，除氧间(无煤仓间)；且汽机房设有工作级别为A3、起重量为80/20t吊车2台；机务专业提资提供了设备荷载及四大管道荷载及荷载量相当的其他管道荷载。在PKPM软件中JCCAD模块中的“荷载参数”项输入系数的规范取用如下：

查《土规》表5.0.3－1：对于加热器平台中间层，汽机房运转层及除氧间的不同活荷载区域，活荷载组合值系数有0.8，0.7，0.9等多种取值，准永久值系数也有如下0.7，0.6和0.5多种取值。如果按规范要求设计，基础荷载基本组合的计算量将增大。考虑该主厂房无煤仓间，层高较低，机务专业提资只提供大荷载，高层的活荷载重力代表值对结构抗震计算有利，其系数宜取较小值。这里考虑简化计算，采用中间值系数：活荷载组合值系数取0.8，活荷载准永久值系数取0.6。

活荷载按楼层折减系数根据上文例2和例3的取值中，选用较大值0.8。

查《抗规》表6.4.1有：吊车荷载组合值系数ψc＝0.70和吊车荷载准永久值系数ψq＝0.50。

查《抗规》6.2.3条有：一级框架的柱的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应乘以放大系数为1.7。

其他荷载系数需按SATWE模块中的荷载系数取相同值。

有关参数输入见图2。

图2 活荷载组合值系数设置(图中参数取用仅做参考)

3 活荷载折减系数的存在问题

3.1重力荷载代表值效应的活荷载组合系数与活荷载组合值系数差异

《建筑抗震设计规范》GB50011－2010(下简称“《抗规》”)第5.1.3条规定： 计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和；并且《抗规》条文说明5.1.3解释：按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的原则规定，地震发生时恒荷载与其他重力荷载可能的遇合结果总称为“抗震设计的重力荷载代表值SGE”，即永久荷载标准值与有关可变荷载组合值之和。该组合值主要指的是可变荷载组合值系数，一般情况下，该值与活荷载组合值系数相同。对火电厂主厂房结构，各可变荷载的组合值系数应按《土规》中的表3.2.2取用。

但由于建筑各楼层的活荷载组合值系数并非一成不变，而是根据使用条件的不同而改变。从例4可以看出，PKPM软件JCCAD模块和SATWE模块中给出的活荷载组合值系数只能用于全楼，不能分段输入。由于规范中的此条规定为强制性条文，必须执行，所以结构设计时必要时需考虑多次验算。

3.2 活荷载折减系数取值大小建议

活荷载折减系数具体到每个工程当中，折减系数不一定取值越大结构越安全，举例来说，对于大偏心受压柱来说，在作用弯矩 M不变的情况下，各楼层活荷载按规范提供的活荷载折减系数进行折减，传给控制截面的轴力N变小了，柱截面承载力反而更为不利。所以在结构设计中，应根据每个工程的实际情况采用合理的活荷载折减系数。

4 结语

从上文对火电厂主厂房活荷载的折减系数的规范取用分析来看，活荷载的折减对高层工业厂房结构设计是非常必要的，这样对活荷载进行折减后，合理并有效降低了梁柱荷载的组合效应设计值，特别是抗震设计时，将使结构经济性指标更合理。必须注意的是，活荷载折减系数的取值应根据所做工程的具体情况(抗震等级，结构类型，活荷载作用位置等)对照规范有关条文进行，不能一概而论。

[1] GB50009－2012，建筑结构荷载规范[S]．

[2] GB50011－2010，建筑抗震设计规范[S]．

[3] JGJ3－2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]．

[4] DL 5022－2012，火力发电厂土建结构设计技术规程[S]．

[5] 朱炳寅．建筑结构设计问答及分析[M]．北京：中国建筑工业出版社出版，2013．

Analysis of Live Load Reduction Factor of Main Building of Coal-fred Power Plant

ZHOU Qiang
(North China Power Engineering Co. Ltd., Beijing 100011, China)

About the live load in power plant main building structure design, by reference and contrast with the related rules about reduction factor in the structure design codes, by taking the widely used PKPM structure design software for example, for the input data of load parameters of wall, column and foundation in the software, load design considering reduction factor values is used, in order to reference for structure design of main building structure in power plant projects.

live load effect; representative values of gravity load; main building.

TM621

：B

：1671-9913(2017)01-0040-04

2014-04-11

周强(1980- )，男，山西长治人，从事结构设计工作。