新抗震规范在发电厂主厂房土建结构设计中的应用分析

2021-04-01胡学飞

工程建设与设计 2021年24期

胡学飞

（上海艾能电力工程有限公司，上海 200000）

1 主厂房的结构布置与结构形式

对发电厂厂房进行设计，不仅要减少厂房施工耗费的成本，还要增强厂房结构的稳定性。这就要求相关设计人员深入施工一线开展调查研究，全面了解和准确把握发电厂厂房所在地的实际情况，综合考虑各项因素，对发电厂厂房结构设计的具体方案进行优化改进。当前，人们在建设主厂房结构时，日益提高韧度性能标准，不仅要求主厂房具备较高的强度，还要求增强其稳固性能。因此，在对主厂房结构进行设计的过程中，要全面考虑和综合分析其承载力、韧度和坚固度[1]。相关设计人员要与时俱进，结合GB 50011—2019《建筑抗震设计规范》（以下简称“新抗震规范”），加强专业学习，提高设计水平，保障发电厂主厂房结构的安全稳定。

1.1 结构布置

主厂房结构不仅具有较强的复杂性，且具有较为庞大的规模。对主厂房结构进行设计，要充分考虑其可利用面积，增强结构设计的科学性，避免盲目布置结构，影响后期主厂房的安全性。设计人员在设计主厂房结构时，应对各要素之间存在的联系进行综合考虑，分析各要素的相互作用和综合影响，对抗震系数进行科学设计，增强结构的抗震性能，对抗裂缝进行合理设置[2]。另外，要对厂房支撑力进行充分考虑，最大化地提升主厂房具备的抗震性能。

1.2 结构形式

要根据发电厂主厂房的地基条件、建筑高度、结构材料、抗震设防类别、抗震设防烈度等因素，科学选择结构形式。对抗震结构构件进行选择，应遵循如下要求：（1）砌体结构应遵循相关规定，对钢筋混凝土圈梁、芯柱、构造柱进行合理设置，或选用配筋砌体、约束砌体对变形能力进行改善。（2）混凝土结构构件，应科学设置截面尺寸、箍筋和纵向受力钢筋，避免剪切破坏出现于弯曲破坏之前，避免混凝土压溃出现于钢筋屈服之前，避免钢筋锚固粘贴破坏出现于钢筋破坏之前。（3）预应力混凝土构件，要配置充足的非预应力钢筋。（4）要合理控制钢结构尺寸，防止局部失稳定导致构件整体失稳。要处理好非结构构件，避免地震发生时，建筑倒塌将设备砸坏和将人砸伤。在楼体和屋面结构上附着的非结构构件，要与主体结构保持可靠锚固或连接。

2 新抗震规范对发电厂主厂房的影响及要求

新抗震规范对结构概念设计做出了强制性要求，并对限制指标提出了具体要求，对严重不规则、特别不规则以及不规则程度进行了清晰明确的区分标准。所谓结构概念设计，是指在对结构进行设计的同时，首先考虑厂房结构相应的总地震反应，将结构破坏的具体过程作为依据，并结合相关破坏机制，灵活应用地震设计相关准则。以新抗震规范新增的衡量标准作为依据，应根据各类框排架结构在发电厂主厂房设计中存在的竖向和平面不规则、荷载不均匀分布等超标情况，提出有针对性的限制条件，对之进行限制。设计人员在设计过程中，应充分重视优化结构布置，尽量满足工业设计各项要求的同时，合理调整结构布局。为更好地满足结构布置的相关要求，增强其规则性，应对层高、结构断面进行优化，并均匀布置抗侧力构件，最大限度地减少薄弱层、短柱和错层等薄弱结构[3]。在实际中，应针对发电厂主厂房的特点，对导致结构不规则的主要源头进行查找分析，并在科学研究的基础上提出优化措施。例如，煤斗支撑层的刚度较低、在梁断面影响下，侧向刚度呈现出大幅度变化、层高缺乏均匀性，并且受楼面错层和开孔过多的影响，导致局部刚度不连续等问题。

另外，为避免出现违反结构概念设计要求的问题，新抗震规范做出了如下限制：（1）在工艺布置受限制时，使用错层结构，应严格执行相关抗震措施。需要注意的是，在抗震设防烈度为7~9度和Ⅲ、Ⅳ类场地时，不应在钢筋混凝土框架的相邻跨上应用错层结构。（2）适宜在与楼层接近的部位或楼层上对行车荷载作用点进行布置。（3）在对钢梁与混凝土楼板进行结构分析时，应对楼板的刚度进行考虑。楼板梁采用钢梁时，应具备可靠连接[4]。（4）在楼层处梁高范围内，适宜对框架与排架跨相应的连接结点进行布置。在抗震设防烈度为7~9度以及Ⅲ、Ⅳ类场中，则不应在同层架构之间对连接节点进行设置。（5）沿竖直方向对各层框架梁进行布置的过程中，应尽量减少各层间存在的刚度差异，避免形成薄弱层。（6）应考虑在相邻楼层对水平支撑进行设置，或尽量使煤仓、料斗的重心与支承点靠近楼层处，以有效传递地震作用，并确保相应楼层在水平方向上有足够的刚度。

在主厂房的实际运行过程中，出现超出厂房结构抗震能力的情况时，厂房结构的非弹性变形可抵消一定的外力，但会导致不可修复的结构损伤，而当非弹性变形超出主厂房结构的承受能力时，会导致主厂房建筑结构承载力失效，进而引发建筑整体倒塌。因此，研究厂房建筑的抗震设计，并探究降低结构损伤的抗震设计措施具有关键性意义。对发电厂主厂房进行抗震设计时，可在增强钢筋混凝土韧性的同时，加强结构的弹性限度[5]。另外，要遵循新抗震规范，对主厂房进行科学设计，增强土建结构的抗震性能、耐用度和坚固度，充分发挥新抗震规范对主厂房土建结构设计的指导作用。

3 新抗震规范在发电厂主厂房土建结构设计的应用

3.1 支撑布置形式

钢框架-中心支撑体系和混凝土框架-抗震墙支撑体系均具有良好的抗震效果。地震多发区域的发电厂应合理利用上述体系建设主厂房。部分发电厂在主厂房建设过程中，为减少施工量，对结构体系进行了简化，减少了支撑布置的数量，甚至限制布置于厂房两端的支撑。这就导致支撑点相对某几个支座而集中，若沿纵向对支撑点进行均匀布置，会降低支座的抗震能力。对此，要注重对支撑布置进行优化，提高发电厂厂房结构的承载力，并保障整体结构刚度分布均匀，能有效提高结构的抗震性，还能减少支撑截面面积，在不改变钢框架体系布置方式和实际数量的前提下，可以增强发电厂厂房的抗震能力。合理布置支撑，能使建筑结构从整体上形成更为均匀的承载能力，并使整体结构形成均匀的刚度分布[6]。在2个主轴方向对结构动力特性呈现出的差异进行减小，并加强厂房外侧柱列相应的纵向刚度，在具有较大荷载的柱间对支撑进行布置，实现上下贯通。整体结构出现增加后，结构自振周期随之减少，结构地震反应则随之增大。对钢框架一支撑体系保持原有的支撑布置形式和布置数量，可减少支撑截面的实际面积，进而减少结构刚度，有效减少地震反应。支撑截面并非越大越具有良好的抗震反应。要提高经济性，又保障结构安全，需展开精确计算，并做出合理选择。

3.2 抗震构造的优化

在发电厂厂房建设中，厂房是主体建筑，提高主厂房的施工质量和水平可以促进发电厂的良性发展。电厂主厂房结构相对复杂，结构跨度、荷载和开间尺寸较大，导致梁柱截面增加[7]，因此，主厂房结构的抗震设计难度较大。设计人员对主厂房结构进行抗震设计时，应总结相关设计经验，建立完善的结构设计体系。特别是要对薄弱设计环节进行改进，保证结构的抗震性能。抗震结构的优化可以从以下几个方面着手：

1）目前，新材料及相关技术越来越多地应用于主厂房的设计和施工中。在设计和建造主厂房时，可在钢筋混凝土中使用具有良好延性、焊接性和韧性的特种钢筋，从而有效增强主厂房的抗震性能。相关人员要实时关注新材料市场，认真筛选、合理使用新材料，切实提升建筑主体结构抗震性能。

2）要综合考虑布局工艺，优化主厂房的竖向布局，结合生产工艺对相关设备进行合理布局。考虑到主厂房的结构自重及其过程荷载，会不同程度地影响其抗震能力。设计者在优化主厂房的结构设计时，应控制结构自重和过程载荷[8]。

3）设计者在设计主厂房主体结构时，应科学地构建支撑体系。一方面，要设置综合支撑体系，增强支撑柱和天窗框架的抗震能力；另一方面，要保证主厂房面板良好的连续性和完整性，提高工厂整体的抗震性能。

4）在建造主厂房围护结构时，应采用轻质墙板，以有效减少结构受力，同时，提高厂房的抗震性能。

5）在屋面板设计中，应减少端柱之间存在的相对变形，整体加强端柱之间的刚度。同时，要优化屋面板所涉及的焊接工艺，提高其结构承载能力。

6）主厂房建筑尽量采用方形简洁的布局，防止不均匀和扭曲变化，尽量保证空间和平面刚度的均匀性，尽量保证刚度中心与房屋质量中心接近或重合在一定程度上居中。