淺談火電廠土建結構抗震設計

王善棟

（山西正和熱電工程有限公司，山西 太原 030002）

火力發電廠的受力條件復雜、建設規模較大，內部配置豐富的機械設備，易在地震作用下而出現運行異常的情況，因此做好抗震設計工作的重要性不言而喻。但不同廠房的建設條件、抗震要求均具有差異性，因此必須立足于工程實際條件，遵循因地制宜的原則，經綜合分析后得到科學可行的抗震設計方案。

1 火電廠土建結構中框架、排架的震害分析

火電廠土建結構形式豐富，較為普遍的是鋼筋混凝土框架以及排架。在傳統的設計理念以及設計方法下，難以全面保證框架和排架的質量，其在使用中容易出現問題，且在地震條件下體現得更為明顯，有更大范圍的受損或是其他問題，震中、震后所受到的影響均較大，嚴重干擾火電廠的正常運行。

1.1 結構薄弱部位出現大幅度的塑性變形

火電廠土建結構存在塑性變形現象時，將嚴重破壞建筑結構的整體穩定性，局部因失穩而坍塌。通常，火電廠土建結構的剛度偏低，且存在局部薄弱之處，此特性導致其難以有效抵御外部作用，遇水平地震作用時，將誘發各式各樣的質量問題，而在地震等級較高、結構自身性能明顯不足等條件中，還將加大土建結構坍塌的發生概率。

1.2 柱結構的危害

火電廠土建結構組成中，柱體為關鍵的部分，若要保證建筑荷載可順利傳遞（形成一條通暢的傳力路徑），通常會對柱頭和屋蓋采取連接措施。但需注意的是，該結構設置方式存在一定的局限性，即難以有效抵御地震作用，原因在于柱頭在荷載傳遞路徑中受力條件復雜，為復合受力的狀態，受各類作用力的影響，難以有效保證柱頭的穩定性以及結構的完整性，存在破裂損壞的問題。

1.3 圍護結構受損甚至坍塌

在火電廠土建結構施工中，圍護結構常采用的是磚墻的形式，其具有施工便捷的特點，但承載能力偏弱，缺乏足夠的穩定性，遇較強烈的水平荷載作用時，將由于強度缺失而引發倒塌以及其他各類較嚴重的問題。因此，需要高度注重對圍護結構的優化，摒棄傳統的磚墻圍護形式，取而代之的是鋼筋混凝土預制板墻，其在強度、結構完整性等方面均更為良好，對作用力的抵御水平較高。

2 火電廠主廠房結構性能水平與性能目標

2.1 結構性能水平及劃分

設備類型豐富，綜合考慮位移、速度和加速度敏感型三類，做針對性的分析。其中，以位移敏感型和加速度敏感型設備較為關鍵，其在廠房設備中占據較大的比重。在此條件下組織抗震設計工作時，需要考慮到地震作用下結構以及各類設備各自所具備的抗震性，從構件等細部切入，做針對性的優化，具體可考慮內部結構構件和非結構構件兩類，以合理的方式處理，切實提高各類構件的綜合性能。

2.2 結構性能指標

建筑結構性能受多項因素的影響，其中結構破壞形態和破壞程度較為關鍵。在強烈地震條件下，其破壞作用較強，例如存在剪切力作用，導致火電廠土建結構受損，缺乏足夠的穩定性；若受損結構的層間位移角在1/3300～1/1100，此時將嚴重破壞剪力墻，使該結構受損，隨著層間位移角的變化，若該值超出前述所提的范圍，將導致剪力墻性能急劇衰減，剛度較正常狀態而言異常下降，因此需有效控制層間位移角，將其穩定在合理的區間內。需考慮的是，剪力墻存在的輕微破壞所帶來的不良影響范圍較小、程度較輕，并不會給結構的正常使用造成影響，因此可在設計中適當放寬該指標的極限值，通常可以將層間位移角設定為1/1000，此時能夠降低工作難度，兼顧剪力墻結構穩定性和施工便捷性的要求。

3 火電廠土建結構的抗震設計要點

3.1 汽機房屋面的抗震設計

鋼屋架、鋼網架均是應用較為廣泛的汽機房屋面結構形式，其特點在于抗震性能較高，屋面對地震作用的抵御效果較好。在鋼屋架結構設計中，可在水平、垂直方向與屋面聯合設計，此方式能夠精簡屋面結構，有效保證屋面的完整性。此外，還需踐行彈性設計理念，考慮到汽機屋面方位的富余設計要求，由此提高主體結構的抗變形水平，以免在強烈地震作用條件下而出現結構變形甚至坍塌等質量問題。

3.2 主廠房框架的抗震設計

設計工作中所涵蓋的要素較多，包含結構位移比、周期比等，需詳細分析，經計算后確定合適的取值。在結構布置方面，不宜選用短柱或超短柱，同時控制好除氧器的位置，不宜布設在結構的頂層；煤斗的結構形式應具有合理性，以支承式較為合適，其特點在于可減輕結構所受的地震作用，實現對結構的有效防護。對于樓梯間的設計，需注重結構協調性的要求，精細調整其布設位置，不宜在結構的端部和角部，否則易受到地震的影響，例如結構出現大幅度的扭轉變形現象。縱向框架梁設計方面，結構布置方式需具有合理性，較為可行的是雙梁布置的方案，注重結構布置的均衡性與對稱性，使結構均衡受力，不可出現偏心的情況。

3.3 填充墻與非結構構件的抗震設計

火電廠土建結構組成中含豐富的填充墻和非結構件，其對結構整體使用效果具有明顯的影響，因此需作為抗震設計的重點對待。在實際設計時，可以采用砌體填充墻，同時緊密結合抗震設計以及各項規范，針對墻體、框架梁柱做詳細的設計，形成可行的設計方案，保證建成后的結構具有穩定、可靠的特點。在填充墻設計工作中，應當切實提高體系的抗震性能，在此前提下有效防護周邊構件，共同發揮出承載作用，避免填充墻在使用期間出現質量問題。對于主廠房結構的抗震設計，還需要考慮到各類細分的非結構構件，例如雨蓬、玻璃幕墻則較為關鍵，在設計此類結構時應當考慮到其與主體的連接狀態，以合理的方式連接，使其具有穩定性，具體可以采取焊接、設置螺栓等方法，確保各部分構件均具有足夠的穩定性。

3.4 廠房樓梯的抗震設計

在主廠房結構的設計中，考慮到抗震方面的要求，可以選擇直板式的樓梯，在確定合適的結構形式后，還需注重對布設位置的控制，樓梯不宜布設在主廠房結構的端部，且需對梯板做適當的完善處理，例如在其端部配置梯梁。此外，若樓梯的轉彎處位于樓層的中間，此時需將下層樓面的設計作為重要的著力點，增設支撐梯梁，其作用在于可以大幅度提高主體結構的抗震性能。需強調的是，拆板式的樓梯結構缺乏可行性，原因在于其對地震的抵御水平不足，容易在地震作用下而折斷或是出現其他質量問題，此時影響正常逃生和救援工作的順利開展，因此不可選擇該類結構形式的樓梯。

樓梯的抗震設計需要具有精細化的特性，以抗震設計要求和規范為工作的導向，進一步考慮廠房的結構特點、使用條件等內容，做可行性設計，保證樓梯的設計方案能夠滿足要求。

3.5 運轉平臺及連接處的抗震設計

在正常溫度變形、水平地震的條件下，應當確保運轉平臺可以順暢滑動，在此過程中各結構需具有足夠的獨立性與穩定性，例如主體結構與支承柱兩部分不可產生干擾。此外，需考慮到防震縫的設計工作，作為結構抗震的關鍵部分，其在地震作用下需維持穩定，不可出現結構錯動碰撞的問題。此外，運轉平臺連接也應得到工作人員的高度關注，在對該部分做抗震設計時，需要加強結構保護，有效保證主廠房結構的穩定性，使其在面對地震作用時始終可以維持穩定的狀態，盡可能減小不良影響。

4 火電廠土建結構抗震設計的優化策略

4.1 設置偏心支撐框架及偏心支撐框

豎向支撐需進行落地處理；局部的水平力較大，因此宜在該處增設多道豎向支撐，起到加強的作用。若火電廠項目的建設現場為高烈度防震地區，在此時的抗震設計中，需對大型結構設多道防線，共同構筑安全防護“屏障”；必要時可設置剪力墻，其作用在于明顯降低地震水平剪力，減小外力對結構的不良影響，實現對主框架的有效防護，使其在地震條件中依然具有穩定性。

4.2 高烈度地震區土建結構的抗震設計優化

若火電廠建設現場為高烈度地區，在此時的抗震設計中則不宜采用常規的方法。作為設計人員，需做到統籌兼顧，充分考慮到各類結構自身的穩定性以及彼此共同連接的穩定性雙重要求，切實提高結構的動力性能，立足于實際條件做靈活的優化。在前期做好優化工作后，可有效消除實際建設中的阻力因素，為建成高品質的土建結構夯實基礎。

4.3 優化土建結構的外形

火電廠土建結構設計中還需注重對結構外形的控制，不可存在明顯的凸出或收進的情況，換言之，結構應具有規整性，此時結構的受力條件較為合理，穩定性得到保證。作為設計人員，需考慮到支撐結構的優化，合理選擇支撐結構并將其布設到位，發揮出其在安全防護方面的輔助作用，使土建結構的抗震能力提升至更高的層次，抵御地震作用的干擾。此外，在消除大幅度凸出或收進后，可以簡化結構的外形，結構施工中的細部處理工作較少，降低了施工難度。

5 結語

綜上所述，抗震設計是火電廠土建結構設計中的重要工作方向，在設計中需考慮現場地質條件、廠房使用需求等多重因素，將抗震設計細分至汽機房屋面、主廠房框架、填充墻、非結構構件、樓梯、運轉平臺等各個部分，有效提高各部分的抗震水平，進而保證整體的抗震效果。