框架式余熱鍋爐基礎抗震設計探討

劉啟強，劉書霞

（1.浙江鉑瑞電力設計有限公司，杭州310030；2.武漢匯電能源環保工程有限公司，武漢430061）

框架式余熱鍋爐基礎抗震設計探討

劉啟強1，劉書霞2

（1.浙江鉑瑞電力設計有限公司，杭州310030；2.武漢匯電能源環保工程有限公司，武漢430061）

提出了框架式余熱鍋爐基礎的計算方法。分析了框架式余熱鍋爐基礎不同計算模式情況下的結果對比。結果表明，框架式鍋爐基礎計算可以根據鍋爐專業的相關資料將其荷載直接作用于混凝土框架式基礎上計算。最后提出了框架式余熱鍋爐基礎的抗震措施。

余熱發電；框架式鍋爐基礎；抗震措施

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.012

1 引言

水泥窯余熱發電工程中的窯尾鍋爐具有設備高、體量大、自重大的特點。在大部分情況下，由于生產工藝的要求，常將鍋爐跨越在窯尾生產線的高溫風機上方，設備基礎采用框架式基礎。這就要求在進行框架式基礎設計時，應針對性地遵循其自身特有的規律。以往在進行這種框架式基礎設計時，往往只考慮滿足結構承重的要求，水平地震作用常將上部鍋爐荷載簡化輸入到框架式基礎柱頂,以節點荷載形式考慮。

2 實例分析

2.1 水平地震作用計算

鍋爐柱腳與下部基礎之間通常采用高強螺栓、焊接或者埋入式柱腳，可視為固定連接。

該工程場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第二組，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，在多遇地震情況下，水平地震影響系數α1取值0.08。其中鍋爐框架、受熱面等重130t，懸吊爐體重400t。由于爐體是懸吊于鍋爐頂部的大板梁上，因此地震作用計算時應將爐體荷載集中于鍋爐頂部。爐體重量集中于鍋爐頂部，Geq3=4000kN；鍋爐框架、受熱板及柱高一半的重量集中在樓板頂面標高處，Geq1=1875kN。由《鍋爐鋼結構設計規范》（GB/T22395—2008）[1]可得鍋爐結構總水平地震作用標準值FEK=α1Geq，同《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）[2]中的計算方法。在計算混凝土框架水平地震作用時采用底部剪力法，由于該框架式基礎與上部鍋爐框架形成“上剛下柔”的結構形式，在手工估算時水平地震影響系數α1建議取最大值。水平地震作用計算簡圖見圖1。

圖1 地震作用計算簡圖

鍋爐、混凝土框架重量：GeqG=Geq3+Geq2+Geq1=7 175kN

則：FEK=α1Geq=0.08×（5300+1875）=574kN

同理可以得出:F1=50.95kN，F2=434.75kN。其中,FEK為結構總水平地震作用標準值。

2.2 地震作用計算比較

采用目前國內通用的PKPM計算軟件進行計算比較。方法1按照鍋爐荷載簡化到框架式基礎柱頂以點荷載的方式輸入；方法2將鍋爐框架與框架式基礎整體建模計算，爐體重量以梁間荷載方式輸入到鍋爐頂部大梁上。其計算模式如圖2所示。

圖2 不同荷載輸入模式示意圖

根據《火力發電廠土建結構設計技術規程》（DL5022—2012）[3]，計算地震作用時，重力荷載代表值應取結構、設備、構配件重力荷載標準值和可變荷載組合值之和，其中設備荷載的可變荷載組合值系數應取值1.0。在不考慮風荷載等一切條件相同的情況下，計算結果如表1所示。

表1 計算結果對比表

由表1可以看出，鍋爐框架與混凝土框架整體建模由于周期增大反而地震作用小于混凝土框架單獨建模，但柱腳最大彎矩基本相當。同時兩種計算方式的地震作用均小于水平地震影響系數按最大取值所得的計算結果。鍋爐框架與混凝土框架整體建模由于高度和剛度的變化，其頂部最大位移大于鍋爐鋼框架的單獨計算結果。因此，在鍋爐煙風管設計時，應充分考慮其位移偏差。

3 提高基礎框架抗震能力的措施

由于鍋爐體系的復雜性，再加上框架式的鍋爐基礎形式，因此，需要采取合理的抗震措施以提高框架基礎的抗震性能。

1）框架式基礎在設計時，建議根據鍋爐規模大小、場地類別、框架跨度和高度適時地提高抗震構造措施的抗震等級，在軟件計算過程中重視角柱的定義。按計算結果配筋，但由于框架式基礎的特殊性，柱子、框架梁截面往往會比較大，因此在設計過程中要合理地采取措施，避免建造成本的增加。

2）由于鍋爐柱腳一般較大，也就導致框架式基礎的柱子偏大，因此在已有的設計方案中，配合其配筋形式合理地設置芯柱在不增加施工難度的情況下對提高結構的延性作用較為明顯，可提高結構的抗震性能。

3）合理設計框架配筋，并加強現場施工質量管理。框架柱由于截面較大，配筋率一般都能符合規范規定的各項要求。但在這個過程中應重視框架柱箍筋的設計，在肢距合理、直徑大小與施工方便的前提下，盡量選擇小直徑鋼筋并方便芯柱的設置。由于一般情況都是在抗震構造措施的抗震等級提高的前提下，因此框架梁的配筋盡量不要再人為地放大，以避免超筋或鋼筋過密影響施工質量。

4 結論

1）在框架式鍋爐基礎的設計中，水平地震作用對結構影響較大，應特別重視。為減少土建與工藝專業的配合及設計工作量，可以根據鍋爐專業的相關資料將其荷載直接作用于混凝土框架式基礎上計算，但應注意設備荷載的可變荷載組合值系數應取值1.0。若荷載形式比較難以區分時，建議采用包絡設計。

2）應認識到鍋爐安放在框架式基礎上，在地震作用下的結構位移大于鍋爐單獨計算的結構位置，煙風管道設計時應考慮其余量。

3）框架式鍋爐基礎結構設計時，建議在框架柱內設置芯柱。

4）由于鍋爐的高度較高，一般情況下框架式基礎抗震構造措施的抗震等級會提高一級，配筋、構造措施等均按相應要求執行。

5）由于框架式鍋爐基礎底部有高溫風機設備，因此基礎間很難設置拉梁，整個基礎與鍋爐屬于高聳式構筑物，基礎設計時要注重抗傾覆計算。

【1】GB/T22395—2008鍋爐鋼結構設計規范[S].

【2】GB 500112—2010建筑抗震設計規范[S].

【3】DL5022—2012火力發電廠土建結構設計技術規程[S].

Seismic Design for Framing Foundationof WasteHeatBoiler

LIU Qi-qiang1,LIU Shu-xia2
（1.ZheJiangBoruiElectricPowerDesignCo.Ltd.,Hangzhou 310030,China; 2.WuhanHDEnergyEnvironmentalProtectionEngineeringCo.Ltd.,Wuhan 430061,China）

Thecalculationmethodofframetype wasteheat boilerisput forward.The comparison ofdifferent calculation modesofframe type boiler is analyzed.The results show that the load can be calculated directlyon the frame ofconcrete according to the data ofthe boiler. Finally,theseismicmeasuresofframetypewasteheatboilerareputforward.

wasteheatpowergeneration;frametypeboilerfoundation；seismicmeasures

TU352.1；TU475+.1

A

1007-9467（2016）06-0062-02

2016-03-07

劉啟強（1981～），男，浙江杭州人，工程師、國家一級注冊結構工程師，從事結構設計與研究，（電子信箱）