火電廠主廠房結構設計優化措施

羅紅青

摘要：在項目完成投資決策后，土建工程控制造價的關鍵就是設計階段。在施工圖設計階段，設計過程十分具體和詳細，因此，如何有效地通過設計的投資控制顯得尤為重要。在滿足工藝布置要求的基礎上，對火電廠主廠房結構設計中的多個環節進行分析研究，著重針對設計中的具體過程，制定設計標準和優化措施，以達到節省工程量、控制工程造價的目的，保證投資獲得最佳的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：造價控制 施工圖設計 過程控制系統 優化

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0031-02

設計階段造價控制充分體現了事前控制的思想。為了避免施工階段不必要的修改，減少設計變更造成的工程造價的增加和工期的延長，在沒有開工之前，把好設計關尤為重要，一旦設計階段造價失控，就必將給施工階段的造價控制帶來很大的負面影響。設計階段的造價控制對提高設計質量、促進施工質量以及降低工程成本是大有裨益的。不注重設計階段的造價控制，無法保證以合理的投資獲得最佳的經濟效益和社會效益。

1.設計優化目的

主廠房結構設計在滿足工藝布置要求的基礎上，對主廠房結構進行多方案比較、論證，并充分考慮設計、施工、投資等各環節的具體情況，以達到節省工程量、縮短施工周期、控制工程造價的目的，力求在同行業中指標最好、成本最低，保證投資方以合理的投資獲得最佳的經濟效益和社會效益。

2.結構抗震設防標準

按《建筑工程抗震設防分類標準》（GB500223-2008）、《電力設施抗震設計規范》（GB50260-2013）和《火力發電廠土建結構設計技術規定》（DL5022-2012）中的有關規定，單機容量為300MW及以上或規劃容量為800MW及以上的火力發電廠主廠房確定為重要電力設施。電廠中的主廠房等主要生產建筑物的抗震設計按《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）中的乙類建筑的要求執行，乙類建構筑物應提高一度采取抗震措施。

3.鋼筋混凝土主廠房的計算優化

3.1結構形式的選擇

分析主廠房結構在各工藝布置方案中的受力性能，保證結構在各種不利工況下滿足強度、剛度、變形、延性和耗能性能等各項要求的同時，綜合考慮設計計算分析結果、技術要求、工程造價等因素，最終選擇主廠房結構型式的較優方案。

常規布置的主廠房結構選型可按以下原則確定。

（1）主廠房采用鋼筋混凝土結構時，6度及7度Ⅰ-Ⅱ類場地時，宜采用鋼筋混凝土框架結構；7度Ⅲ～Ⅳ類場地時，鋼筋混凝土結構宜選擇框架一抗震墻或框架一支撐體系，也可采用鋼結構。

（2）8度Ⅱ～Ⅳ類場地時，主廠房宜采用鋼結構，結構體系宜選擇框架一支撐體系。

（3）單機容量1000MW及1000MW以上時，主廠房宜采用鋼結構。當采用鋼筋混凝土結構時應進行專門論證。

3.2結構布置的調整

廠房結構應與工藝專業統一規劃，平面和豎向布置應控制局部凹凸變化，按需要增設防震縫，使結構布置規則、均勻，宜合理布置結構抗側力體系和結構構件，提高結構體系的抗震性能。

對工藝布置中可能出現的對抗震不利的因素，如短柱、錯層、薄弱層、異型節點等，進行分析、計算和論證。通過優化層高、梁柱斷面等手段，盡可能避免或減少產生短柱、錯層提高結構的抗震性能。對不可避免的短柱，通過采用合理的構造措施來提高其延性和抗剪能力。

通過合理的工藝布置方案來避免異型框架節點，做到結構豎向布置連續，力求各層間剛度的差異較小，以防形成薄弱層。

通過結構支撐布置及構件截面的調整，使兩個主軸方向動力特性盡可能相近，剛度中心與質量中心盡可能接近，減小結構出現扭轉的程度和幅度，使整個結構體系更利于抗震。

3.3計算軟件的輸入條件控制

目前在主廠房結構計算中通常采用的是國家建筑科學研究院研究開發的PKPM設計計算軟件。在設計過程中的一些特殊情況下，如有必要，可以采用多種軟件進行空間結構計算和地震分析，相互驗算復核。

3.3.1控制荷載輸入

和工藝專業配合，了解各種荷載工況的適用條件，細化荷載取值。

工藝專業提供了全部設備荷載后，正常運行工況下，樓面活荷載可分別取4.0 kN/m²（設備管道密集區域）和2 kN/m²（空閑場地），組合系數取0.7。

3.3.2優化荷載組合

地震工況下，樓面活荷載取正常運行工況下的活荷載，優化參震質量。

計算主廠房框排架結構荷載效應組合時，不考慮施工安裝時大件設備的運輸、起吊等臨時荷載，這類荷載一般采取臨時加固措施解決，必要時可對個別構件進行驗算，其安全等級可降低一級采用。

主廠房內設備和管道非正常運行工況時的活荷載，不參與框排架整體分析時的荷載效應組合，但在結構構件及其連接設計時，此類活荷載應參與荷載效應組合，且結構構件的安全等級不應降低。

3.4高強材料的使用

配合高強鋼筋與高強混凝土的使用，如采用高強度混凝土（C50）、高強度鋼筋（HRB400），可以減小梁柱截面尺寸，減少混凝土用量，從而減輕結構自重，增大有效利用空間，減少基礎工程量，方便工藝專業布置。

隨著生產工藝的進步，高強鋼筋和高強混凝土的使用成為可能，目前國家新《混凝土結構設計規范》將列出的最高混凝土強度等級已經提高到至C80，鋼筋級別中列出了HRB400級鋼筋，使鋼筋混凝土結構有更為廣闊的使用空間。首先，材料性能優越，可以解決較為復雜特殊的結構問題。而且，采用高強混凝土和高強鋼筋，可以減少混凝土及鋼材用量，可以減小梁柱截面，增加使用空間，可以節約能源，減少資源消耗，社會效益明顯。第三，可以緩解混凝土軸壓比超限問題，改善異型節點的受力狀況。第四，高強混凝土的密實度要優于低強度等級混凝土，耐久性更好，減小混凝土的碳化，對阻礙鋼筋的銹蝕有良好的作用。

4.主廠房的樓板設計優化

該工程詳細分析了主廠房各部分工藝專業布置的具體情況，最大程度地考慮工程的施工便利性和經濟性，提出了以下優化措施。

（1）主要樓板均采用鋼梁現澆鋼筋混凝土板組合結構，混凝土板下方的鋼梁可以方便工藝專業管道的支吊，減少預埋鐵件的工程量，便于現場土建專業施工和工藝專業安裝。

（2）鋼梁現澆鋼筋混凝土板組合結構通常在樓板下設置壓型鋼板底模，可以有效地方便施工，加快施工進度。如果施工條件允許，該層壓型鋼板底模也可以省略不設。根據以往的工程經驗，不設底模不但可以節約壓型鋼板的造價，而且可以減少樓板總厚度，有效地減少樓板自重，同時也可以使主廠房框架梁柱尺寸更小，配筋更經濟。所以，在施工條件和施工工期允許的條件下，推薦不設壓型鋼板底模的方案，從減少工程造價方面效果還是很明顯的。

（3）樓板下的鋼梁按照鋼梁鋼筋混凝土板組合結構進行整體計算，該方法把鋼梁和混凝土板作為一個整體進行計算，考慮混凝土板和鋼梁的共同作用，充分利用了混凝土受壓性能和鋼梁的受壓性能，與梁板單獨計算相比，可以明顯減少板底鋼梁的高度，主廠房的鋼材用量可以減少15%左右。

5.汽機房屋面結構優化

（1）屋面板選型優化。

屋面板通常選用的有：單層壓型鋼板做底模的現澆輕質混凝土屋面板加保溫防水（較重）、雙層壓型鋼板自防水帶保溫屋面板、單層壓型鋼板做底模的硬泡聚氨脂保溫防水一體化屋面板。

屋面板在造價允許的情況下，建議盡量選擇自重較輕的屋面形式，屋面荷載減輕后可以有效的減少屋面承重結構的用鋼量，其綜合造價的經濟性較好，并具有外形美觀等優點。

（2）屋面承重結構選型優化。

汽機房屋面承重結構通常有鋼屋架、實腹鋼梁、網架等傳統的結構形式，目前也有工程采用管桁架的結構，各方案從技術上說各有利弊。各方案的特點見表2。

網架和管桁架適用于荷載較小的輕型屋面，對于鋼筋混凝土現澆屋面就不適用。鋼屋架和實腹鋼梁應用廣泛，對制作加工和現場施工無特殊要求，抗變形等能力較強，適應性較好，具有施工簡便，可靠度高的特點，經濟性最優。

通過對汽機房屋面承重結構的比較可知，汽機房屋面承重結構的選用應根據工程實際需要，選用性價比最優的方案。

6.結語

綜上所述，該工程主廠房結構設計在滿足工藝布置要求的基礎上，為做到指標先進、成本最低、經濟適用的原則，可以從結構選型、結構布置、計算輸入控制等方案著手，同時對樓板設計和汽機房屋面進行設計優化，可以有效的節約工程量，達到節省投資、縮短施工周期、控制工程造價的目的，保證業主以合理的投資獲得最佳的經濟效益和社會效益。