發電廠主廠房土建結構設計中應用

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【摘要】當前，發電廠建設水平得到了大幅度提升。對發電廠主廠房進行建設，必須保障其土建結構的科學設計，才能增強主廠房的抗震能力和結構穩定性。對此，設計人員應遵循GB50011—2019《建筑抗震設計規范》。論文簡述了主廠房的結構布置和結構形式，淺析了《建筑抗震設計規范》對發電廠主廠房的影響及要求，探究了《建筑抗震設計規范》在發電廠主廠房土建結構設計的應用，以期為發電廠主廠房土建結構設計提供借鑒。

【關鍵詞】新抗震規范；發電廠；土建結構設計

1主廠房的結構布置與結構形式

對發電廠廠房進行設計，不僅要減少廠房施工耗費的成本，還要增強廠房結構的穩定性。這就要求相關設計人員深入施工一線開展調查研究，全面了解和準確把握發電廠廠房所在地的實際情況，綜合考慮各項因素，對發電廠廠房結構設計的具體方案進行優化改進。當前，人們在建設主廠房結構時，日益提高韌度性能標準，不僅要求主廠房具備較高的強度，還要求增強其穩固性能。因此，在對主廠房結構進行設計的過程中，要全面考慮和綜合分析其承載力、韌度和堅固度[1]。相關設計人員要與時俱進，結合GB50011—2019《建筑抗震設計規范》（以下簡稱“新抗震規范”），加強專業學習，提高設計水平，保障發電廠主廠房結構的安全穩定。

1.1結構布置

主廠房結構不僅具有較強的復雜性，且具有較為龐大的規模。對主廠房結構進行設計，要充分考慮其可利用面積，增強結構設計的科學性，避免盲目布置結構，影響后期主廠房的安全性。設計人員在設計主廠房結構時，應對各要素之間存在的聯系進行綜合考慮，分析各要素的相互作用和綜合影響，對抗震系數進行科學設計，增強結構的抗震性能，對抗裂縫進行合理設置[2]。另外，要對廠房支撐力進行充分考慮，最大化地提升主廠房具備的抗震性能。

1.2結構形式

要根據發電廠主廠房的地基條件、建筑高度、結構材料、抗震設防類別、抗震設防烈度等因素，科學選擇結構形式。對抗震結構構件進行選擇，應遵循如下要求：（1）砌體結構應遵循相關規定，對鋼筋混凝土圈梁、芯柱、構造柱進行合理設置，或選用配筋砌體、約束砌體對變形能力進行改善。（2）混凝土結構構件，應科學設置截面尺寸、箍筋和縱向受力鋼筋，避免剪切破壞出現于彎曲破壞之前，避免混凝土壓潰出現于鋼筋屈服之前，避免鋼筋錨固粘貼破壞出現于鋼筋破壞之前。（3）預應力混凝土構件，要配置充足的非預應力鋼筋。（4）要合理控制鋼結構尺寸，防止局部失穩定導致構件整體失穩。要處理好非結構構件，避免地震發生時，建筑倒塌將設備砸壞和將人砸傷。在樓體和屋面結構上附著的非結構構件，要與主體結構保持可靠錨固或連接。

2新抗震規范對發電廠主廠房的影響及要求

新抗震規范對結構概念設計做出了強制性要求，并對限制指標提出了具體要求，對嚴重不規則、特別不規則以及不規則程度進行了清晰明確的區分標準。所謂結構概念設計，是指在對結構進行設計的同時，首先考慮廠房結構相應的總地震反應，將結構破壞的具體過程作為依據，并結合相關破壞機制，靈活應用地震設計相關準則。以新抗震規范新增的衡量標準作為依據，應根據各類框排架結構在發電廠主廠房設計中存在的豎向和平面不規則、荷載不均勻分布等超標情況，提出有針對性的限制條件，對之進行限制。設計人員在設計過程中，應充分重視優化結構布置，盡量滿足工業設計各項要求的同時，合理調整結構布局。為更好地滿足結構布置的相關要求，增強其規則性，應對層高、結構斷面進行優化，并均勻布置抗側力構件，最大限度地減少薄弱層、短柱和錯層等薄弱結構[3]。在實際中，應針對發電廠主廠房的特點，對導致結構不規則的主要源頭進行查找分析，并在科學研究的基礎上提出優化措施。例如，煤斗支撐層的剛度較低、在梁斷面影響下，側向剛度呈現出大幅度變化、層高缺乏均勻性，并且受樓面錯層和開孔過多的影響，導致局部剛度不連續等問題。另外，為避免出現違反結構概念設計要求的問題，新抗震規范做出了如下限制：（1）在工藝布置受限制時，使用錯層結構，應嚴格執行相關抗震措施。需要注意的是，在抗震設防烈度為7~9度和Ⅲ、Ⅳ類場地時，不應在鋼筋混凝土框架的相鄰跨上應用錯層結構。（2）適宜在與樓層接近的部位或樓層上對行車荷載作用點進行布置。（3）在對鋼梁與混凝土樓板進行結構分析時，應對樓板的剛度進行考慮。樓板梁采用鋼梁時，應具備可靠連接[4]。（4）在樓層處梁高范圍內，適宜對框架與排架跨相應的連接結點進行布置。在抗震設防烈度為7~9度以及Ⅲ、Ⅳ類場中，則不應在同層架構之間對連接節點進行設置。（5）沿豎直方向對各層框架梁進行布置的過程中，應盡量減少各層間存在的剛度差異，避免形成薄弱層。（6）應考慮在相鄰樓層對水平支撐進行設置，或盡量使煤倉、料斗的重心與支承點靠近樓層處，以有效傳遞地震作用，并確保相應樓層在水平方向上有足夠的剛度。在主廠房的實際運行過程中，出現超出廠房結構抗震能力的情況時，廠房結構的非彈性變形可抵消一定的外力，但會導致不可修復的結構損傷，而當非彈性變形超出主廠房結構的承受能力時，會導致主廠房建筑結構承載力失效，進而引發建筑整體倒塌。因此，研究廠房建筑的抗震設計，并探究降低結構損傷的抗震設計措施具有關鍵性意義。對發電廠主廠房進行抗震設計時，可在增強鋼筋混凝土韌性的同時，加強結構的彈性限度[5]。另外，要遵循新抗震規范，對主廠房進行科學設計，增強土建結構的抗震性能、耐用度和堅固度，充分發揮新抗震規范對主廠房土建結構設計的指導作用。

3新抗震規范在發電廠主廠房土建結構設計的應用

3.1支撐布置形式

鋼框架-中心支撐體系和混凝土框架-抗震墻支撐體系均具有良好的抗震效果。地震多發區域的發電廠應合理利用上述體系建設主廠房。部分發電廠在主廠房建設過程中，為減少施工量，對結構體系進行了簡化，減少了支撐布置的數量，甚至限制布置于廠房兩端的支撐。這就導致支撐點相對某幾個支座而集中，若沿縱向對支撐點進行均勻布置，會降低支座的抗震能力。對此，要注重對支撐布置進行優化，提高發電廠廠房結構的承載力，并保障整體結構剛度分布均勻，能有效提高結構的抗震性，還能減少支撐截面面積，在不改變鋼框架體系布置方式和實際數量的前提下，可以增強發電廠廠房的抗震能力。合理布置支撐，能使建筑結構從整體上形成更為均勻的承載能力，并使整體結構形成均勻的剛度分布[6]。在2個主軸方向對結構動力特性呈現出的差異進行減小，并加強廠房外側柱列相應的縱向剛度，在具有較大荷載的柱間對支撐進行布置，實現上下貫通。整體結構出現增加后，結構自振周期隨之減少，結構地震反應則隨之增大。對鋼框架一支撐體系保持原有的支撐布置形式和布置數量，可減少支撐截面的實際面積，進而減少結構剛度，有效減少地震反應。支撐截面并非越大越具有良好的抗震反應。要提高經濟性，又保障結構安全，需展開精確計算，并做出合理選擇。

3.2抗震構造的優化

在發電廠廠房建設中，廠房是主體建筑，提高主廠房的施工質量和水平可以促進發電廠的良性發展。電廠主廠房結構相對復雜，結構跨度、荷載和開間尺寸較大，導致梁柱截面增加[7]，因此，主廠房結構的抗震設計難度較大。設計人員對主廠房結構進行抗震設計時，應總結相關設計經驗，建立完善的結構設計體系。特別是要對薄弱設計環節進行改進，保證結構的抗震性能。抗震結構的優化可以從以下幾個方面著手：1）目前，新材料及相關技術越來越多地應用于主廠房的設計和施工中。在設計和建造主廠房時，可在鋼筋混凝土中使用具有良好延性、焊接性和韌性的特種鋼筋，從而有效增強主廠房的抗震性能。相關人員要實時關注新材料市場，認真篩選、合理使用新材料，切實提升建筑主體結構抗震性能。2）要綜合考慮布局工藝，優化主廠房的豎向布局，結合生產工藝對相關設備進行合理布局。考慮到主廠房的結構自重及其過程荷載，會不同程度地影響其抗震能力。設計者在優化主廠房的結構設計時，應控制結構自重和過程載荷[8]。3）設計者在設計主廠房主體結構時，應科學地構建支撐體系。一方面，要設置綜合支撐體系，增強支撐柱和天窗框架的抗震能力；另一方面，要保證主廠房面板良好的連續性和完整性，提高工廠整體的抗震性能。4）在建造主廠房圍護結構時，應采用輕質墻板，以有效減少結構受力，同時，提高廠房的抗震性能。5）在屋面板設計中，應減少端柱之間存在的相對變形，整體加強端柱之間的剛度。同時，要優化屋面板所涉及的焊接工藝，提高其結構承載能力。6）主廠房建筑盡量采用方形簡潔的布局，防止不均勻和扭曲變化，盡量保證空間和平面剛度的均勻性，盡量保證剛度中心與房屋質量中心接近或重合在一定程度上居中。

4結語

綜上所述，為有效保障發電廠主廠房的建設質量，必須對主廠房土建結構進行抗震設計。設計人員應對抗震設計的相關經驗進行總結，并嚴格遵循新抗震規范的指導，對主廠房土建結構進行科學設計，以有效保障發電廠主廠房的使用安全。

作者:胡學飛 單位:上海艾能電力工程有限公司