發(fā)電廠主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用

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【摘要】當(dāng)前，發(fā)電廠建設(shè)水平得到了大幅度提升。對(duì)發(fā)電廠主廠房進(jìn)行建設(shè)，必須保障其土建結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)，才能增強(qiáng)主廠房的抗震能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循GB50011—2019《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。論文簡述了主廠房的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)形式，淺析了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)發(fā)電廠主廠房的影響及要求，探究了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》在發(fā)電廠主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，以期為發(fā)電廠主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】新抗震規(guī)范；發(fā)電廠；土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1主廠房的結(jié)構(gòu)布置與結(jié)構(gòu)形式

對(duì)發(fā)電廠廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅要減少廠房施工耗費(fèi)的成本，還要增強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這就要求相關(guān)設(shè)計(jì)人員深入施工一線開展調(diào)查研究，全面了解和準(zhǔn)確把握發(fā)電廠廠房所在地的實(shí)際情況，綜合考慮各項(xiàng)因素，對(duì)發(fā)電廠廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。當(dāng)前，人們?cè)诮ㄔO(shè)主廠房結(jié)構(gòu)時(shí)，日益提高韌度性能標(biāo)準(zhǔn)，不僅要求主廠房具備較高的強(qiáng)度，還要求增強(qiáng)其穩(wěn)固性能。因此，在對(duì)主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要全面考慮和綜合分析其承載力、韌度和堅(jiān)固度[1]。相關(guān)設(shè)計(jì)人員要與時(shí)俱進(jìn)，結(jié)合GB50011—2019《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱“新抗震規(guī)范”），加強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)，提高設(shè)計(jì)水平，保障發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

1.1結(jié)構(gòu)布置

主廠房結(jié)構(gòu)不僅具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，且具有較為龐大的規(guī)模。對(duì)主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要充分考慮其可利用面積，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免盲目布置結(jié)構(gòu)，影響后期主廠房的安全性。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)主廠房結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)對(duì)各要素之間存在的聯(lián)系進(jìn)行綜合考慮，分析各要素的相互作用和綜合影響，對(duì)抗震系數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，對(duì)抗裂縫進(jìn)行合理設(shè)置[2]。另外，要對(duì)廠房支撐力進(jìn)行充分考慮，最大化地提升主廠房具備的抗震性能。

1.2結(jié)構(gòu)形式

要根據(jù)發(fā)電廠主廠房的地基條件、建筑高度、結(jié)構(gòu)材料、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度等因素，科學(xué)選擇結(jié)構(gòu)形式。對(duì)抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行選擇，應(yīng)遵循如下要求：（1）砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)定，對(duì)鋼筋混凝土圈梁、芯柱、構(gòu)造柱進(jìn)行合理設(shè)置，或選用配筋砌體、約束砌體對(duì)變形能力進(jìn)行改善。（2）混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)科學(xué)設(shè)置截面尺寸、箍筋和縱向受力鋼筋，避免剪切破壞出現(xiàn)于彎曲破壞之前，避免混凝土壓潰出現(xiàn)于鋼筋屈服之前，避免鋼筋錨固粘貼破壞出現(xiàn)于鋼筋破壞之前。（3）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，要配置充足的非預(yù)應(yīng)力鋼筋。（4）要合理控制鋼結(jié)構(gòu)尺寸，防止局部失穩(wěn)定導(dǎo)致構(gòu)件整體失穩(wěn)。要處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，避免地震發(fā)生時(shí)，建筑倒塌將設(shè)備砸壞和將人砸傷。在樓體和屋面結(jié)構(gòu)上附著的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，要與主體結(jié)構(gòu)保持可靠錨固或連接。

2新抗震規(guī)范對(duì)發(fā)電廠主廠房的影響及要求

新抗震規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)做出了強(qiáng)制性要求，并對(duì)限制指標(biāo)提出了具體要求，對(duì)嚴(yán)重不規(guī)則、特別不規(guī)則以及不規(guī)則程度進(jìn)行了清晰明確的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)。所謂結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，是指在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，首先考慮廠房結(jié)構(gòu)相應(yīng)的總地震反應(yīng)，將結(jié)構(gòu)破壞的具體過程作為依據(jù)，并結(jié)合相關(guān)破壞機(jī)制，靈活應(yīng)用地震設(shè)計(jì)相關(guān)準(zhǔn)則。以新抗震規(guī)范新增的衡量標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，應(yīng)根據(jù)各類框排架結(jié)構(gòu)在發(fā)電廠主廠房設(shè)計(jì)中存在的豎向和平面不規(guī)則、荷載不均勻分布等超標(biāo)情況，提出有針對(duì)性的限制條件，對(duì)之進(jìn)行限制。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分重視優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，盡量滿足工業(yè)設(shè)計(jì)各項(xiàng)要求的同時(shí)，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)布局。為更好地滿足結(jié)構(gòu)布置的相關(guān)要求，增強(qiáng)其規(guī)則性，應(yīng)對(duì)層高、結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行優(yōu)化，并均勻布置抗側(cè)力構(gòu)件，最大限度地減少薄弱層、短柱和錯(cuò)層等薄弱結(jié)構(gòu)[3]。在實(shí)際中，應(yīng)針對(duì)發(fā)電廠主廠房的特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不規(guī)則的主要源頭進(jìn)行查找分析，并在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上提出優(yōu)化措施。例如，煤斗支撐層的剛度較低、在梁斷面影響下，側(cè)向剛度呈現(xiàn)出大幅度變化、層高缺乏均勻性，并且受樓面錯(cuò)層和開孔過多的影響，導(dǎo)致局部剛度不連續(xù)等問題。另外，為避免出現(xiàn)違反結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)要求的問題，新抗震規(guī)范做出了如下限制：（1）在工藝布置受限制時(shí)，使用錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)抗震措施。需要注意的是，在抗震設(shè)防烈度為7~9度和Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地時(shí)，不應(yīng)在鋼筋混凝土框架的相鄰跨上應(yīng)用錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。（2）適宜在與樓層接近的部位或樓層上對(duì)行車荷載作用點(diǎn)進(jìn)行布置。（3）在對(duì)鋼梁與混凝土樓板進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)對(duì)樓板的剛度進(jìn)行考慮。樓板梁采用鋼梁時(shí)，應(yīng)具備可靠連接[4]。（4）在樓層處梁高范圍內(nèi)，適宜對(duì)框架與排架跨相應(yīng)的連接結(jié)點(diǎn)進(jìn)行布置。在抗震設(shè)防烈度為7~9度以及Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)中，則不應(yīng)在同層架構(gòu)之間對(duì)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。（5）沿豎直方向?qū)Ω鲗涌蚣芰哼M(jìn)行布置的過程中，應(yīng)盡量減少各層間存在的剛度差異，避免形成薄弱層。（6）應(yīng)考慮在相鄰樓層對(duì)水平支撐進(jìn)行設(shè)置，或盡量使煤倉、料斗的重心與支承點(diǎn)靠近樓層處，以有效傳遞地震作用，并確保相應(yīng)樓層在水平方向上有足夠的剛度。在主廠房的實(shí)際運(yùn)行過程中，出現(xiàn)超出廠房結(jié)構(gòu)抗震能力的情況時(shí)，廠房結(jié)構(gòu)的非彈性變形可抵消一定的外力，但會(huì)導(dǎo)致不可修復(fù)的結(jié)構(gòu)損傷，而當(dāng)非彈性變形超出主廠房結(jié)構(gòu)的承受能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主廠房建筑結(jié)構(gòu)承載力失效，進(jìn)而引發(fā)建筑整體倒塌。因此，研究廠房建筑的抗震設(shè)計(jì)，并探究降低結(jié)構(gòu)損傷的抗震設(shè)計(jì)措施具有關(guān)鍵性意義。對(duì)發(fā)電廠主廠房進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可在增強(qiáng)鋼筋混凝土韌性的同時(shí)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的彈性限度[5]。另外，要遵循新抗震規(guī)范，對(duì)主廠房進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)土建結(jié)構(gòu)的抗震性能、耐用度和堅(jiān)固度，充分發(fā)揮新抗震規(guī)范對(duì)主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用。

3新抗震規(guī)范在發(fā)電廠主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1支撐布置形式

鋼框架-中心支撐體系和混凝土框架-抗震墻支撐體系均具有良好的抗震效果。地震多發(fā)區(qū)域的發(fā)電廠應(yīng)合理利用上述體系建設(shè)主廠房。部分發(fā)電廠在主廠房建設(shè)過程中，為減少施工量，對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了簡化，減少了支撐布置的數(shù)量，甚至限制布置于廠房兩端的支撐。這就導(dǎo)致支撐點(diǎn)相對(duì)某幾個(gè)支座而集中，若沿縱向?qū)χ吸c(diǎn)進(jìn)行均勻布置，會(huì)降低支座的抗震能力。對(duì)此，要注重對(duì)支撐布置進(jìn)行優(yōu)化，提高發(fā)電廠廠房結(jié)構(gòu)的承載力，并保障整體結(jié)構(gòu)剛度分布均勻，能有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性，還能減少支撐截面面積，在不改變鋼框架體系布置方式和實(shí)際數(shù)量的前提下，可以增強(qiáng)發(fā)電廠廠房的抗震能力。合理布置支撐，能使建筑結(jié)構(gòu)從整體上形成更為均勻的承載能力，并使整體結(jié)構(gòu)形成均勻的剛度分布[6]。在2個(gè)主軸方向?qū)Y(jié)構(gòu)動(dòng)力特性呈現(xiàn)出的差異進(jìn)行減小，并加強(qiáng)廠房外側(cè)柱列相應(yīng)的縱向剛度，在具有較大荷載的柱間對(duì)支撐進(jìn)行布置，實(shí)現(xiàn)上下貫通。整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)增加后，結(jié)構(gòu)自振周期隨之減少，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)則隨之增大。對(duì)鋼框架一支撐體系保持原有的支撐布置形式和布置數(shù)量，可減少支撐截面的實(shí)際面積，進(jìn)而減少結(jié)構(gòu)剛度，有效減少地震反應(yīng)。支撐截面并非越大越具有良好的抗震反應(yīng)。要提高經(jīng)濟(jì)性，又保障結(jié)構(gòu)安全，需展開精確計(jì)算，并做出合理選擇。

3.2抗震構(gòu)造的優(yōu)化

在發(fā)電廠廠房建設(shè)中，廠房是主體建筑，提高主廠房的施工質(zhì)量和水平可以促進(jìn)發(fā)電廠的良性發(fā)展。電廠主廠房結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)跨度、荷載和開間尺寸較大，導(dǎo)致梁柱截面增加[7]，因此，主廠房結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)難度較大。設(shè)計(jì)人員對(duì)主廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)總結(jié)相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建立完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系。特別是要對(duì)薄弱設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，保證結(jié)構(gòu)的抗震性能?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以從以下幾個(gè)方面著手：1）目前，新材料及相關(guān)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于主廠房的設(shè)計(jì)和施工中。在設(shè)計(jì)和建造主廠房時(shí)，可在鋼筋混凝土中使用具有良好延性、焊接性和韌性的特種鋼筋，從而有效增強(qiáng)主廠房的抗震性能。相關(guān)人員要實(shí)時(shí)關(guān)注新材料市場(chǎng)，認(rèn)真篩選、合理使用新材料，切實(shí)提升建筑主體結(jié)構(gòu)抗震性能。2）要綜合考慮布局工藝，優(yōu)化主廠房的豎向布局，結(jié)合生產(chǎn)工藝對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合理布局。考慮到主廠房的結(jié)構(gòu)自重及其過程荷載，會(huì)不同程度地影響其抗震能力。設(shè)計(jì)者在優(yōu)化主廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)控制結(jié)構(gòu)自重和過程載荷[8]。3）設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)主廠房主體結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)科學(xué)地構(gòu)建支撐體系。一方面，要設(shè)置綜合支撐體系，增強(qiáng)支撐柱和天窗框架的抗震能力；另一方面，要保證主廠房面板良好的連續(xù)性和完整性，提高工廠整體的抗震性能。4）在建造主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用輕質(zhì)墻板，以有效減少結(jié)構(gòu)受力，同時(shí)，提高廠房的抗震性能。5）在屋面板設(shè)計(jì)中，應(yīng)減少端柱之間存在的相對(duì)變形，整體加強(qiáng)端柱之間的剛度。同時(shí)，要優(yōu)化屋面板所涉及的焊接工藝，提高其結(jié)構(gòu)承載能力。6）主廠房建筑盡量采用方形簡潔的布局，防止不均勻和扭曲變化，盡量保證空間和平面剛度的均勻性，盡量保證剛度中心與房屋質(zhì)量中心接近或重合在一定程度上居中。

4結(jié)語

綜上所述，為有效保障發(fā)電廠主廠房的建設(shè)質(zhì)量，必須對(duì)主廠房土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并嚴(yán)格遵循新抗震規(guī)范的指導(dǎo)，對(duì)主廠房土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以有效保障發(fā)電廠主廠房的使用安全。

作者:胡學(xué)飛 單位:上海艾能電力工程有限公司