火力發(fā)電廠主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)討論

1、<p>　　火力發(fā)電廠主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)討論</p><p>　　摘要：本文介紹了新疆嘉潤(rùn)資源控股有限公司年產(chǎn)80萬(wàn)噸電解鋁含5×350MW動(dòng)力站工程主廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)合具體工程對(duì)廠房結(jié)構(gòu)布置、荷載取值以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，提出了一些個(gè)人看法和觀點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：主廠房 鋼結(jié)構(gòu) 荷載取值 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><

2、p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　1工程概況 </b></p><p>　　新疆某工程，擬建場(chǎng)地位于瑪納斯縣境內(nèi)，擬建場(chǎng)區(qū)西面200米為冬麥地主干道，南距312國(guó)道約10公里。由于電廠地處高地震烈度、高季節(jié)溫差和高風(fēng)速的地區(qū)，自然條件十分惡劣，因此設(shè)計(jì)難度相當(dāng)大。 </p><p><b

3、>　　主廠房結(jié)構(gòu)布置 </b></p><p>　　2.1 電廠主廠房結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　主廠房采用全鋼結(jié)構(gòu)。主廠房各個(gè)車(chē)間按下列順序布置：汽機(jī)間除氧間煤倉(cāng)間鍋爐（鍋爐鋼架由鍋爐廠自行設(shè)計(jì)）。集中控制樓布置在兩臺(tái)鍋爐之間，與除氧間C排柱相距1.4米。 </p><p>　　汽機(jī)間、除氧間、煤倉(cāng)間跨度分別為24米、6米和12.5米，汽機(jī)房

4、屋面未采用傳統(tǒng)的鋼屋架方式，而是采用與鋼柱剛接的焊接H型鋼梁。主廠房柱距為9米，共38檔，其中在9、16、24、32軸線(xiàn)設(shè)有雙柱，插入距為1.5米，廠房全長(zhǎng)351米。鋼筋混凝土汽機(jī)機(jī)座采用島式布置，汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為12.600 米，設(shè)大平臺(tái)，中間層標(biāo)高為6.300米。汽機(jī)房設(shè)有兩臺(tái)80/20噸橋式吊車(chē)，行車(chē)軌頂標(biāo)高為24.500米，吊車(chē)梁為焊接工字鋼梁。 </p><p>　　廠房結(jié)構(gòu)由縱、橫架構(gòu)組成穩(wěn)定的空間結(jié)

5、構(gòu)。主廠房橫向?yàn)槿珓傂赃B接加支撐?？v向框架則采用全鉸接體系，其穩(wěn)定靠設(shè)在柱間的三道垂直支撐來(lái)保證，垂直支撐采用寬翼緣H型鋼，主要是考慮支撐平面外計(jì)算長(zhǎng)度。 </p><p>　　主廠房各層板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓面，鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了兩種材料的受力特長(zhǎng)，對(duì)于荷重和跨度大（L>7.5米）的鋼梁結(jié)構(gòu)，考慮其共同工作后可以節(jié)約鋼材17–25%左右，就整個(gè)廠房用鋼量來(lái)說(shuō)，可以節(jié)約鋼材2–3%。同時(shí)，鋼

6、梁與混凝土結(jié)合成整體，使鋼梁避免了側(cè)向失穩(wěn)和翹曲。 </p><p>　　2.2關(guān)于主廠房結(jié)構(gòu)布置的幾點(diǎn)體會(huì) </p><p>　　主廠房結(jié)構(gòu)的布置形式目前大致有如下幾種： </p><p>　?。?）橫向采用剛性連接加垂直支撐，縱向?yàn)殂q接加垂直支撐。 </p><p>　　橫向以汽機(jī)間、除氧間及煤倉(cāng)間作為橫向主體受力結(jié)構(gòu)體系，形成獨(dú)立的穩(wěn)定

7、的受力結(jié)構(gòu)，且在合適的位置設(shè)置垂直支撐，以承受各種豎向和水平荷載。 </p><p>　　縱向?yàn)殂q接加垂直支撐，支撐的設(shè)置按計(jì)算確定。在高地震區(qū)，宜采用偏心支撐，偏心支撐的特點(diǎn)有：1）斜桿軸線(xiàn)與梁軸線(xiàn)的交點(diǎn)偏離中心一段距離；2）斜桿的軸向抗拉或抗壓強(qiáng)度，大于水平桿件的抗彎承載力。因此，偏心支撐在水平地震作用下，斜桿不論是受拉或受壓，始終會(huì)保持平直狀態(tài)，從而可以利用水平桿件的反復(fù)彎曲變形來(lái)吸收和消耗能量，實(shí)現(xiàn)桿件彎

8、曲耗能，這就極大地改善了垂直支撐的耐震能力。 </p><p>　　（2）橫向采用剛性連接，縱向根據(jù)計(jì)算要求設(shè)置若干跨剛性跨。此種方式避免了設(shè)置垂直支撐，便于工藝布置。這種結(jié)構(gòu)形式適宜于水平荷載較小的情況。 </p><p>　?。?）縱橫向均采用鉸接加垂直支撐。此種方式連接較簡(jiǎn)單，有利于加工制造、安裝，可縮短建設(shè)周期。結(jié)構(gòu)分析簡(jiǎn)單，能夠充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，鋼材用量少，是一種比較經(jīng)濟(jì)合理的

9、方案。 </p><p>　?。?）橫向剛鉸混合連接，縱向鉸接加垂直支撐，這種方式對(duì)于橫向來(lái)講，可根據(jù)工藝布置來(lái)設(shè)置一定數(shù)量的垂直支撐，不能設(shè)支撐處則做成剛性連接，可以較好地解決結(jié)構(gòu)和工藝布置之間的矛盾。 </p><p><b>　　3 主要設(shè)計(jì)原則 </b></p><p>　　3.1主廠房樓屋面活荷載 </p><p&

10、gt;　　活荷載取值按《土規(guī)》規(guī)定的“計(jì)算主框排架用樓（屋）面活荷載”確定。 </p><p>　　3.2 風(fēng)荷載取值 </p><p>　　由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的“全國(guó)風(fēng)壓分布圖”可以查出，瑪納斯地區(qū)的基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，風(fēng)壓系數(shù)為1/1600，可得50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)速為28.3m/s，與計(jì)算所得50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)速結(jié)果有一定差異。 </p>&

11、lt;p>　　結(jié)合瑪納斯電廠三期和附近天富熱電廠二期工程的設(shè)計(jì)資料，綜合分析本工程50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)速按30m/s考慮較為合理，對(duì)應(yīng)計(jì)算風(fēng)壓為0.56kN/m2。 </p><p><b>　　3.3地震作用 </b></p><p>　　根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，

12、設(shè)計(jì)地震分組為第三組，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)4.1.1條判定為對(duì)建筑抗震一般地段。 </p><p>　　根據(jù)新建防御自然災(zāi)害研究所所作的《地震安全性評(píng)價(jià)初步結(jié)論》得出：設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.179g,對(duì)應(yīng)的地震烈度為7度。我們采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM計(jì)算時(shí)，對(duì)“多遇地震影響系數(shù)最大值”進(jìn)行了微調(diào)，調(diào)整為0.1423，這樣是結(jié)構(gòu)計(jì)算既做到了安全又考慮到了經(jīng)濟(jì)。 </p>

13、<p>　　4鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題 </p><p>　　4.1 穩(wěn)定計(jì)算至關(guān)重要 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，一定要從強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度三方面進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度容易滿(mǎn)足，實(shí)際工程中往往是穩(wěn)定和變形起控制作用。 </p><p>　　保證結(jié)構(gòu)整體及其組成構(gòu)件的穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。凡是有壓應(yīng)力的地方，就必須考慮其穩(wěn)

14、定性。要做好穩(wěn)定設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中處理穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： </p><p>　　( 1）結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖一定要與實(shí)際計(jì)算方法所依據(jù)的簡(jiǎn)圖相一致。單個(gè)構(gòu)件能否保持穩(wěn)定牽涉到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定問(wèn)題，因此，在分析穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該從整體結(jié)構(gòu)著眼。 </p><p>　　(2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)與結(jié)構(gòu)布置方案相吻合。在確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)布置是否能夠提供平面外的約束。 &l

15、t;/p><p>　　(3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算還需要與構(gòu)造設(shè)計(jì)相吻合。所謂構(gòu)造設(shè)計(jì)，指的是處理結(jié)構(gòu)的細(xì)部問(wèn)題。構(gòu)造與設(shè)計(jì)相符合一直是設(shè)計(jì)人員所關(guān)注的問(wèn)題。當(dāng)遇到穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，構(gòu)造上常有不同于強(qiáng)度的要求和特殊的考慮。如支承條件對(duì)簡(jiǎn)支梁的穩(wěn)定影響就很大，從強(qiáng)度角度講，只要能夠阻止位移并允許梁端在平面內(nèi)有轉(zhuǎn)動(dòng)就行，但是就梁的整體穩(wěn)定而言，還需阻止梁繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止扭轉(zhuǎn)，否則，穩(wěn)定承載力將會(huì)有所降低，設(shè)計(jì)中要注意這個(gè)問(wèn)題，并采取

16、相應(yīng)的構(gòu)造措施。 </p><p>　　4.2 無(wú)混凝土樓面處的縱向框架梁應(yīng)按梁-柱構(gòu)件（壓-彎構(gòu)件）進(jìn)行設(shè)計(jì) </p><p>　　梁是以彎曲為主要變形的構(gòu)件，而柱是指承受軸向荷載為主的構(gòu)件，梁-柱構(gòu)件（壓-彎構(gòu)件）是以承受軸向荷載和彎曲為主的構(gòu)件。 </p><p>　　在設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該根據(jù)這些定義來(lái)判定是梁還是柱構(gòu)件，而不能盲目地將水平桿看成梁，垂直桿或斜桿

17、看成柱構(gòu)件，否則就會(huì)出錯(cuò)。作為垂直支撐桁架水平構(gòu)件，除了承受垂直荷載（受彎）外，還受有很大的軸向力。 </p><p>　　4.3注意壓桿的支撐設(shè)計(jì)，保證壓桿的穩(wěn)定 </p><p>　　縱向框架連系梁除了承受樓面?zhèn)鱽?lái)的垂直荷載外，還起到減小柱子計(jì)算長(zhǎng)度的作用，或者僅作為減小柱計(jì)算長(zhǎng)度用。這樣，就要求梁具有一定的軸向剛度，使之能夠起到剛性支座的作用。但有時(shí)在設(shè)計(jì)中，往往認(rèn)為它承受的垂直荷載

18、很小或者不承受外荷載，截面就選得很小，而沒(méi)有驗(yàn)算其剛度，結(jié)果造成不安全的后果。 </p><p>　　4.4 結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)盡量避免構(gòu)件受扭 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)盡量避免形成扭轉(zhuǎn)構(gòu)件。因扭轉(zhuǎn)對(duì)工字型截面構(gòu)件的強(qiáng)度有十分不利的影響。一般在工程設(shè)計(jì)中，主要是采取一些措施避免梁受扭，方法有： </p><p>　　（1）改變力的傳遞路徑，設(shè)置其它構(gòu)件來(lái)承受

19、對(duì)梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的荷載作用，如吊車(chē)梁制動(dòng)桁架或梁，就是利用它們來(lái)承擔(dān)吊車(chē)水平力，避免吊車(chē)梁扭轉(zhuǎn)。 </p><p>　?。?）加設(shè)適用的支撐構(gòu)件，凡是能夠有效地阻止梁整體失穩(wěn)的支撐均能起到阻止梁扭轉(zhuǎn)的作用，但是最好能夠形成閉合箱形體系。 </p><p>　　（3）沿梁全跨范圍內(nèi)，設(shè)置幾道高度較大的撐桿，這也是防止扭轉(zhuǎn)的有效措施。應(yīng)注意撐桿要滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度的要求，確定方法類(lèi)似柱的撐桿，只是把梁

20、的上翼緣看成軸心受壓構(gòu)件。 </p><p>　?。?）借助與梁相連的構(gòu)件來(lái)協(xié)助承擔(dān)扭轉(zhuǎn)作用。如次梁與主梁剛性連接，則次梁可以分擔(dān)很大一部分扭距，從而使得主梁截面減小很多。 </p><p><b>　　5結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　針對(duì)以上所述，發(fā)電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房是一體型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)剛度和作用荷載分布不均的結(jié)構(gòu)體系。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)全面

21、考慮各設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)路徑，比如鋼結(jié)構(gòu)主廠房空間計(jì)算與平面計(jì)算的分析比較、鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及鋼結(jié)構(gòu)主廠房整體抗震設(shè)計(jì)，因此鋼結(jié)構(gòu)主廠房的設(shè)計(jì)研究工作任重而道遠(yuǎn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003) </p><p>　　[2] STS鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件用