某600MW機組火力發電廠主廠房結構設計

王曉宇

摘要：對于600MW機組火力發電廠而言，需要主廠房結構具備較強的科學合理性與安全可靠性。為此，本文結合某火力發電廠（2×600MW機組）主廠房土建結構設計實例，探討了相關設計思路與設計要點，希望能夠為其他600MW機組火力發電廠主廠房結構設計提供有價值的參考，推動我國火力發電領域的健康發展。

關鍵詞：600MW機組;火力發電廠;主廠房;結構設計

引言：600MW火力發電廠主廠房屬于專業密集型區域，在針對其進行結構設計時，雖然存在較大的技術難度和諸多考慮因素，但對于設計方案科學合理性顯然具有較高要求，因為主廠房結構設計方案不僅關系到后續施工質量，還與廠房的使用性能以及安全生產密切相關。因此，有必要針對600MW機組火力發電廠主廠房結構設計中的關鍵環節與設計要點進行全方位的研究，為主廠房的正常使用提供必要保障。

1.工程概況

某2×600MW機組火力發電機組主廠房是一個由汽機房、除氧間和煤倉間共同組成的雙跨框排架結構，該廠房外墻采用的是壓型鋼板外加輕型封閉。其縱向總長度為201m，依次為1-9a軸為1#汽機房，9b-13a軸為集控樓，13b-22軸為2#汽機房;橫向總長度為53.8m，其中汽機房為30.4m，除氧間為10m，煤倉間為13.4m。汽機房由于中間層、運轉層和雙坡屋面共同構成。在其內部，島式布置了汽輪發電機，外加一臺80t/20t橋式起重機;在除氧間內部，布置了給水泵、低壓加熱器、高壓加熱器和除氧器;煤倉間布置了14臺磨煤機。主廠房鋼結構與鍋爐鋼架分別采用17m層和46m層的爐前平臺實現相互連接，在鍋爐鋼架上，爐前平臺采用的是滑動支座作為支撐。由于主廠房結構與鍋爐鋼架之間相互獨立，所以可以獨立進行設計計算。在設定主廠房各樓層活荷載時，設計人員嚴格落實并且執行了《火力發電廠主廠房荷載設計技術規程》的相關設計標準[1]。

2.主廠房結構體系布置

根據600MW機組火力發電廠主廠房的實際使用需求，其樓面通常存在平面不規則性設計需求，而且經常出現大開孔設計。在這種情況下，導致樓面活荷載大，而且荷載分布不均勻，不僅難以保證樓板連續性，還需要設計人員采取有效措施防止樓面在地震作用下出現扭轉，更要針對煤斗、粉斗、高低加熱器、除氧器等重型設備的安裝位置進行合理設定[2]。如果將這些設備設置于較高樓層，極易受到工藝設備和管道布置的限制，尤其對于支撐構件而言，在設置過程中將會受到更大的制約。在設計方案當中，一旦在水平和垂直方向上存在剛度、質量分布不均勻現象，必然會給抗震設計帶來負面影響。鑒于存在上述設計難點問題，需要設計人員在滿足工藝要求的前提下，選用抗震性能好、經濟合理、堅固耐用的結構體系。在本工程案例中，汽機房A列柱需要與屋面大跨度實腹式鋼梁以及下部2層汽機平臺鋼梁需要與除氧間、煤倉間框架相連接[3]。這樣一來，汽機房便與除氧間、煤倉間雙列框架及其支撐結構共同組成一個橫向抗側力體系。在橫向框架方面，主要采用剛接加支撐的方式進行設計。具體的說，就是汽機房屋面鋼梁、除氧間、煤倉間各層框架橫梁與框架之間均采用剛接方式進行連接。同時，由于煤倉間需要承擔較大的設備荷載，故在皮帶層以下設置支撐。另外，在汽輪機2層平臺內，還設置了1組垂直支撐。由于橫向框架結構本身具有較好的側向剛度，所以符合多道設防原則。在主廠房縱向框架方面，設計人員提出了框架梁與柱鉸接加支撐的設計方案。汽機房、除氧間、煤倉間各樓層及汽機房、煤倉間屋面均采用壓型鋼板底模，在底模上澆筑厚度100mm的鋼筋混凝土板，使各結構之間形成一個組合樓板。在選用連接件時，采用的是圓柱頭焊釘，通過該焊釘穿透壓型鋼板，將其焊接在鋼梁上翼緣。該組合樓板不僅使主廠房框架形成一個空間整體結構，并且使其具備較好的平面內剛度，在整個結構體系當中，還發揮出非常重要的協調作用。另外，針對樓面大開孔削弱了樓板剛度這一問題，可在設計中在開孔周圍柱網區格內設置一些水平支撐，以此來增強樓板整個強度，使其對柱的橫向約束及傳遞水平地震力獲得顯著提升[4]。

3.整體計算分析

由于600MW火力發電機組主廠房鋼結構存在體積大、傳力體系復雜、結構剛度及質量要求高等特點，所以在對其進行結構設計時，必須借助具有空間分析計算功能的空間模型，使空間結構設計得到精準分析。在這個過程中，結構建模、結構桿件內力計算均在STAADPRO模塊當中完成。其中，結構建模主要包括桿件截面、荷載輸入、荷載組合等環節;柱與基礎的連接方式采用簡支方式進行設置，縱向梁與柱之間采用鉸接方式進行連接，支撐按拉壓桿方式進行設計。由于主廠房結構屬于多層、高層鋼結構，所以在抗風能力、抗震性能、抗側力設計方面均具有較高要求。外加基本荷載種類較多，需要設計人員結合實際設計需求針對荷載效應進行科學化組合，確保其內力值用于桿件截面規范檢驗。在SSDD模塊中，很多鋼結構設計參數存在默認值，還有一些是自動判斷值或者自動計算值。而究竟采用默認值還是自動判斷值，需要設計人員根據項目實際情況進行合理調整，確保設計方案的先進性與科學性[5]。

結語：在針對600MW機組火力發電廠進行主廠房結構設計時，除了嚴格執行相關設計標準與規范條款以外，還要認真落實因地制宜原則，從根本上提高各結構構件的堅固性與耐久性，最大限度減少不利因素對結構構件正常工作所造成的不利影響。

參考文獻

[1]顧志強，陳飛.后澆帶對600MW機組混凝土主廠房溫度應力影響淺析[J].武漢大學學報（工學版），2009，42（S1）：207-209.

[2]劉衛忠.火力發電廠600MW機組主廠房鋼結構安裝技術與管理[J].江西電力職業技術學院學報，2005（03）：25-27.

[3]朱建成，童建國.600MW機組大型火力發電廠主廠房結構分析及設計[J].工程設計CAD與智能建筑，2002（04）：35-37.

[4]任麗芳.火力發電廠土建結構設計的實踐研究[J].現代制造技術與裝備，2019（11）：55-56.

[5]王琦.火力發電廠土建結構設計[J].建材與裝飾，2017（49）：108.