關于電廠建設中廠房結構設計的應用探討

中國電建集團江西省電力設計院有限公司 江西 南昌 330000

一、電廠主廠房建筑結構特點

現階段，在電廠主廠房中主要布置鍋爐、汽輪機和發電機三大重要的機組設備，為保障電廠安全運行，需保證廠房結構設計符合相關工藝需求，并且加強功能分區，對于各種設備保障其能合理安全的運行，并保證結構協調。當前，我國電廠主廠房的布局逐漸形成固定的框架結構，主廠房中的布置結構建筑體積比較大，空間的利用率相對比較小，而且結構設計需要根據實際情況進行分布，進行科學合理的結構布置。(1)主廠房結構，通常在一些大型電廠中主要采用鋼框架加支撐結構，在地震作用下，鋼框架與支承結構協調性好，抗震性能好，抗側剛度大，既能起到保護廠房的作用，又能滿足抗震設計的要求。(2)廠房截面結構，當廠房結構過于復雜時，也會增加廠房結構的地震反應。因此，在廠房結構設計需要考慮廠房支撐面積，以保證整個廠房的穩定。因此，在電廠主廠房建筑結構設計要滿足相關技術要求，也要考慮到建筑結構的設計和造價，以保證結構設計的滿意度。

二、電廠主廠房建筑結構設計的要點

1.主廠房建筑地基的基礎設計。主廠房作為電廠建筑結構中最重要的部分，其起到關鍵作用，尤其是主廠房地基設計，需結合多種因素綜合考慮。主廠房地基設計中，可選擇獨立基礎的形式，并通過地基設計情況選擇相鄰結構單元地基的處理，通過不同單元的地質條件與沉降特點作為設計依據，同時以地基變形情況進行建筑物設計。

2.主廠房建筑屋面結構的設計。通常，主廠房屋蓋的采用無檁屋蓋和有檁屋蓋的兩種類型，其中，使用最多的是有檁屋蓋，在設計中往往采用施工便捷、重量較輕的壓型鋼板。同時，屋面梁的設計也有多種形式，如：空間網架、梯形屋架與下承式屋架等。無論選擇何種屋面結構設計類型，都需結合現場環境與需求進行綜合設計。以鋼屋架為主要的設計類型能在整體設計中節省原材料的使用，并有利于提高抗震性能，給主廠房整體抗震性提供保障。

3.加強廠房結構協調設計。在建筑結構分區上，要加強結構協調設計。在電廠鍋爐房設計中，需確定給煤機等設備的傳載朝向，并結合鍋爐保護罩設計需求確定運轉層結構空間大小，實現室內地面標高的合理設計。同時，為混凝土施工、管道施工等輔助專業施工提供便利，需要保證結構的安全性和穩定性。除了保證各個分區內部結構相互協調，還要使各功能間相互協調。

4.加強結構荷載分析。為保證建筑結構的安全性，需加強結構荷載分析，完成設備承載平臺的詳細區分，保證受力明確，以便對結構荷載進行準確計算。由于包含除氧器等設備自重能夠達到數十噸，結構計算時需要加強荷載布置分析，根據設備安裝通道口等排布情況確定安裝部位，然后對結構局部荷載進行分析，以加強結構受力不均衡問題的考量，保證結構設計的合理性。

三、工程實例探討

某地區一電廠項目，電廠場地面積約為500×370m2，電廠采用燃煤直接空冷機組，其裝機容量為2×300MW，主要設計技術參數是：地面粗糙度：B類；基本風壓：0.52k N/m2，場地土類別：主廠房區域，抗震基本設防烈度：地震動峰值加速度為0.05g，對應的抗震設防烈度為6度。

1.主廠房抗震設防標準。根據《電廠土建結構設計技術規程》的相關要求，在進行主廠房、控制樓、煙囪、煙道、轉運站、碎煤室等建筑物實施抗震設計時，設防烈度應提高1度，而建筑場地為Ⅰ類時，乙類建(構)筑應允許按本地區抗震設防烈度的要求采取抗震構造措施。本工程采用鋼筋混凝土結構型式，框架抗震等級應為三級。

2.主廠房結構設計

1)主廠房結構型式。根據以往的實踐經驗，本項目主廠房采用汽機房與煤倉間構成的現澆鋼筋混凝土多層單跨框排架結構形式。

2)主廠房單跨框架結構。根據《電廠土建結構設計技術規程》：“發電廠多層建(構)物不宜采用單框架結構。當采用單框架結構時，應采取提高結構安全度的可靠措施。”因此，盡量不要采用單跨框架的多、高層結構，尤其是地處高烈度地震區時，如果需要采用單跨框排架時，一定要遵循概念設計，采取相應的安全措施。

3)采用單跨框架結構計算分析及構造措施。本工程主廠房區域場地土類別為Ⅰ類，地震動峰值加速度為0.05 g，對應抗震設防烈度為6度，主廠房采用汽機房與煤倉間構成的現澆鋼筋混凝土多層單跨框排架結構形式。考慮到單框架結構應提高結構的安全度，設計階段在滿足強度、穩定、變形及抗震等的前提下，抗震構造措施按7度設計，將6度三級框架改為7度二級框架，同時還采取了如加大柱截面，避免“強梁弱柱”問題的出現，降低混凝土柱軸壓比，增加構件延性等抗震構造措施，使結構具有足夠的剛度、延性和耗能能力。

在本項目設計過程中，分析工藝布置方案下主廠房的力學性能，確保結構在各種不利工況下均能滿足強度、剛度和變形要求。該程序用于空間結構計算、抗震分析和驗算。本文對采用鋼筋混凝土結構方案的主廠房可能產生的抗震不利因素進行了計算分析。通過優化層高和截面，盡量避免或減少短柱，采用合理的配箍形式和設置斜拉筋，可提高不可避免的短柱的延性和抗剪性能；通過合理的工藝布置，可避免異形框架節點；結構可在垂直方向連續布置，以減小層間剛度差，防止軟弱層的形成；同時滿足工程要求，結構應盡可能有規律地布置，使整個結構體系更具抗震能力。

四、結語

總之，電廠主廠房建筑結構復雜，技術含量相對比較高，設計中要融合各種專業技術，是一項系統性的工程。因此，在實踐工作中，要從電廠系統主要工藝流程及設備特點出發，把握電廠主廠房結構設計中的技術條件，根據建筑內部設備排布完成結構協調設計，并加強結構荷載分析，保證結構承載力的同時，引進先進技術加強結構節能環保設計，繼而推動建筑的可持續發展。