從主廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型分析火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

　　關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠,土建結(jié)構(gòu),抗震,設(shè)計(jì),主廠房

　　一、火力發(fā)電廠鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的震害

　　鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)是火力發(fā)電廠主廠房采用的典型結(jié)構(gòu)形式，在歷次大地震中，這類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工存在不少薄弱環(huán)節(jié)，在地震作用下易產(chǎn)生以下幾種震害：

　　(一)結(jié)構(gòu)層間屈服強(qiáng)度有明顯降低的薄弱樓層

　　當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的剛度沿豎向或水平方向有突變時(shí)，極易造成破壞，剛度弱的樓層破壞在先。在強(qiáng)烈的地震作用下，結(jié)構(gòu)的薄弱樓層首先屈服，發(fā)生塑性變形，并形成塑性變形集中的現(xiàn)象，嚴(yán)重的導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部倒塌。

　　(二)柱和支撐的震害

　　柱頭與屋蓋相連，屋蓋的地震作用首先要通過柱頭向下傳遞，柱頭在反復(fù)水平地震作用下處于剪壓復(fù)合受力狀態(tài)，造成柱頭劈裂或掉落;上柱的根部或吊車梁面高度處出現(xiàn)水平裂縫，最常見的位于地坪以上窗臺(tái)以下;變截面柱的柱肩處豎向裂縫，這主要出現(xiàn)在不等高的排架廠房中;大柱網(wǎng)廠房的柱的下端發(fā)生對(duì)角破壞。不等高廠房的高低跨柱，支撐低跨屋架的牛腳普遍出現(xiàn)豎向裂縫或外泄裂縫，上柱根部出現(xiàn)水平裂縫，低跨有內(nèi)宗強(qiáng)時(shí)，破壞加重。

　　(三)圍護(hù)結(jié)構(gòu)

　　采用磚圍護(hù)墻由于剛度大承受力低，在地震作用下極易破壞。磚砌山墻外閃倒塌，尤其是山尖部位，由于位置高，動(dòng)力反應(yīng)大，在地震中破壞早、破壞重�？v向磚墻常發(fā)生水平裂縫、外傾甚至連同圈梁整片倒塌;高低跨處的高跨封墻外傾倒塌情況比較普遍。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土預(yù)制墻板時(shí)，墻體震害基本消除。

　　二、火力發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　(一)汽機(jī)房屋面結(jié)構(gòu)

　　汽機(jī)房屋面可以采用鋼屋架或者鋼網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)形式, 鋼屋架在水平、橫向、垂直支撐以及屋面檁條的聯(lián)合作用下,傳力體系簡單明確,整體性較好,鋼網(wǎng)架的整體性很強(qiáng), 有很強(qiáng)的平面內(nèi)剛度和傳遞水平荷載的能力, 作為汽機(jī)房屋面的結(jié)構(gòu), 理論上說是很合適的, 但是由于鋼網(wǎng)架在設(shè)計(jì)過程中多為委托鋼結(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工, 如果廠家對(duì)桿件采用滿應(yīng)力設(shè)計(jì)，沒有預(yù)留任何富余度，而且忽視主體結(jié)構(gòu)的變形對(duì)網(wǎng)架產(chǎn)生的影響，容易導(dǎo)致在地震過程中拉桿內(nèi)力反號(hào)失效，鋼網(wǎng)架的支座發(fā)生較大變形時(shí)，結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)垮塌。因此, 汽機(jī)房屋面如采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式時(shí), 則不應(yīng)采用滿應(yīng)力設(shè)計(jì), 預(yù)留足夠的富余度, 并在計(jì)算中應(yīng)考慮主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震下, 支座的變位對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響; 當(dāng)采用鋼屋架形式時(shí), 屋蓋應(yīng)采用有檁體系, 并嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置各種支撐, 且無論采用何種結(jié)構(gòu)形式, 設(shè)計(jì)人員都應(yīng)對(duì)其支座進(jìn)行連接點(diǎn)焊縫和螺栓的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。

　　(二)主廠房的抗震設(shè)計(jì)

　　主廠房布置應(yīng)根據(jù)總體規(guī)劃的要求,考慮擴(kuò)建條件。包括平面布置和堅(jiān)向布置。在主廠房平面布置中, 力求簡單、規(guī)則、平直、整齊合理、受力明確、質(zhì)量和剛度均勻?qū)ΨQ。質(zhì)量大的跨間不宜布置在結(jié)構(gòu)單元的邊緣, 質(zhì)量大的設(shè)備宜設(shè)置在距剛度中心較近的部位。如煤斗應(yīng)盡量布置在框架正中, 少做較長的懸結(jié)構(gòu), 并不宜在懸臂結(jié)構(gòu)上布置重設(shè)備。主廠房堅(jiān)向布置應(yīng)與工藝密切配合, 設(shè)備盡可能采用低位布置, 并減輕工藝荷載和結(jié)構(gòu)自重, 降低主廠房高度和重心。

　　火力發(fā)電廠鋼筋混凝土主廠房抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意: 剪力墻混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和框架柱混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)差別過大，而且剪力墻的配筋還有必要改進(jìn);剪力墻先屈服，框架柱再屈服的破壞模式是一種比較理想的抗震結(jié)構(gòu)型式。因此，采取一定措施讓剪力墻率先屈服后，框架不是隨之破壞而是還可承擔(dān)一定的地震作用，延長結(jié)構(gòu)的破壞過程;框架頂層各構(gòu)件的截面和配筋不宜過多地減少或削弱，在底層框架中，應(yīng)特別注意加強(qiáng)柱腳的變形和耗能能力;在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行在極端地震作用下各參數(shù)的分析，以便綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

　　(三)牛腿與汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)的連接

　　為了能夠讓主廠房主體結(jié)構(gòu)與支承在主體結(jié)構(gòu)上的汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)在日常結(jié)構(gòu)正常溫度變形和水平地震作用下能夠順暢滑動(dòng), 消除兩個(gè)結(jié)構(gòu)間的相互影響, 汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)與牛腿連接處, 應(yīng)設(shè)計(jì)成能夠讓兩個(gè)結(jié)構(gòu)相互自由水平移動(dòng)的形式, 并嚴(yán)格按照抗震規(guī)范設(shè)置防震縫, 避免結(jié)構(gòu)在相互錯(cuò)動(dòng)的過程中相互碰撞, 以及因?yàn)槟Σ亮Φ年P(guān)系, 將牛腿混凝土拉裂。

　　(四)主廠房樓梯

　　主廠房樓梯盡可能不要設(shè)置在結(jié)構(gòu)的端部, 且應(yīng)采用直板式樓梯, 梯板端部應(yīng)有梯梁, 如梯段轉(zhuǎn)折處在樓層中間時(shí), 應(yīng)在下層樓面設(shè)梯柱支承梯梁, 盡可能不要采用折板樓梯的結(jié)構(gòu)形式, 以避免在罕遇地震來臨時(shí)梯板折斷, 阻斷運(yùn)行維護(hù)人員的逃生路線。

　　(五)主廠房附屬設(shè)備基礎(chǔ)

　　主廠房地面及各樓層上放置的各種運(yùn)行設(shè)備, 尤其是對(duì)于自重較大、重心較高的設(shè)備, 應(yīng)根據(jù)其重力荷載代表值所產(chǎn)生的水平及豎向地震力, 驗(yàn)算其與基礎(chǔ)連接的地腳螺栓、焊縫等, 避免其在地震中被剪斷或從灌漿孔中拔出。

　　(六)主廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型

　　主廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括屋蓋體系, 屋架、天窗架和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。即主廠房汽機(jī)房宜采用無檁屋蓋體系。如果汽機(jī)房采用有檁屋蓋體系，與結(jié)構(gòu)的整體剛度不協(xié)調(diào)，會(huì)產(chǎn)生過大的位移和扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，而采用無檁屋蓋體系(大型屋面板) 能提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度, 保證縱向變形協(xié)調(diào)，使排架主列與框架柱列更好的共同工作。

　　屋架、天窗架宜采用鋼屋架和鋼天窗架。因?yàn)橹鲝S房汽機(jī)間(鍋爐間) 跨度比較大，采用鋼屋架和鋼天窗架，可減輕結(jié)構(gòu)自重，且對(duì)整體結(jié)構(gòu)抗震有利。突出屋面的天窗架越高，地震作用效應(yīng)越大，震害越嚴(yán)重，因此在滿足建筑功能的條件下，應(yīng)盡量降低天窗架的高度。

　　另外，在布置屋架和天窗架的同時(shí)，還應(yīng)按地震設(shè)防烈度設(shè)置屋架支撐和天窗兩側(cè)豎向支撐體系，并保證大型屋面板與屋架上弦牢固焊接，使屋蓋形成一個(gè)有足夠水平整體剛度的空間結(jié)構(gòu)體系。主廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)宜采用輕質(zhì)材料或墻板結(jié)構(gòu)，且宜對(duì)稱布置，砌體圍護(hù)墻宜采用外貼式。

　　三、火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

　　(一)采用偏心支撐框架

　　采用有利于抗震的偏心支撐框架，豎向支撐一定要落地布置，在水平力較大的框架，應(yīng)設(shè)置多道豎向落地支撐。設(shè)置多道抗震防線，對(duì)于位于高烈度地震區(qū)的大型結(jié)構(gòu)，也是非常必要的，有條件的時(shí)候，可設(shè)置抗震剪力墻，作為抗震第一道防線，吸引大部分的水平剪力，可在一定程度上保護(hù)主框架。

　　(二)高烈度地震區(qū)主廠房布置上應(yīng)提前優(yōu)化

　　對(duì)于高烈度地震區(qū)鋼結(jié)構(gòu)主廠房, 布置相對(duì)于常規(guī)設(shè)計(jì)有所不同, 應(yīng)圍繞著如何減小剛度的不均勻性, 提高結(jié)構(gòu)的延性, 改善動(dòng)力性能等。做好前期布置上的優(yōu)化。

　　(三)減少結(jié)構(gòu)外形的較大凸出或收進(jìn)

　　應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)外形的較大凸出或收進(jìn)。盡量減小樓層在柱邊的通長大開孔, 適當(dāng)設(shè)置水平支撐, 對(duì)于有效傳遞水平力和提供柱約束有較好的效果。

　　結(jié)語

　　綜上，由于火力發(fā)電廠本身的特殊性，其在抗震設(shè)計(jì)中有諸多不同于其他建筑的抗震設(shè)計(jì)要求，對(duì)其結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)也有許多需要研究和探討的地方�？傮w的思路就是盡可能減小整體結(jié)構(gòu)剛度分布的不均勻性, 提高結(jié)構(gòu)延性, 改善了主廠房在高烈度地震作用下的動(dòng)力性能，從而實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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　　本文選自《資源導(dǎo)刊》。  《資源導(dǎo)刊》以黨中央、國務(wù)院關(guān)于國土資源工作的方針、政策為指針，面向全國省國土資源系統(tǒng)、科研院所、礦山企業(yè)、房地產(chǎn)開發(fā)公司和關(guān)心國土資源事業(yè)的廣大社會(huì)公眾，是廣大讀者了解國土資源有關(guān)法律法規(guī)、信息動(dòng)態(tài)、工作經(jīng)驗(yàn)、科研成果、學(xué)術(shù)理論、市場走勢、難點(diǎn)熱點(diǎn)及國際動(dòng)態(tài)的傳媒載體。