王善棟

（山西正和熱電工程有限公司，山西 太原 030002）

火力發(fā)電廠的受力條件復(fù)雜、建設(shè)規(guī)模較大，內(nèi)部配置豐富的機械設(shè)備，易在地震作用下而出現(xiàn)運行異常的情況，因此做好抗震設(shè)計工作的重要性不言而喻。但不同廠房的建設(shè)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(jīng)綜合分析后得到科學(xué)可行的抗震設(shè)計方案。

1 火電廠土建結(jié)構(gòu)中框架、排架的震害分析

火電廠土建結(jié)構(gòu)形式豐富，較為普遍的是鋼筋混凝土框架以及排架。在傳統(tǒng)的設(shè)計理念以及設(shè)計方法下，難以全面保證框架和排架的質(zhì)量，其在使用中容易出現(xiàn)問題，且在地震條件下體現(xiàn)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(yán)重干擾火電廠的正常運行。

1.1 結(jié)構(gòu)薄弱部位出現(xiàn)大幅度的塑性變形

火電廠土建結(jié)構(gòu)存在塑性變形現(xiàn)象時，將嚴(yán)重破壞建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，局部因失穩(wěn)而坍塌。通常，火電廠土建結(jié)構(gòu)的剛度偏低，且存在局部薄弱之處，此特性導(dǎo)致其難以有效抵御外部作用，遇水平地震作用時，將誘發(fā)各式各樣的質(zhì)量問題，而在地震等級較高、結(jié)構(gòu)自身性能明顯不足等條件中，還將加大土建結(jié)構(gòu)坍塌的發(fā)生概率。

1.2 柱結(jié)構(gòu)的危害

火電廠土建結(jié)構(gòu)組成中，柱體為關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)雜，為復(fù)合受力的狀態(tài)，受各類作用力的影響，難以有效保證柱頭的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)的完整性，存在破裂損壞的問題。

1.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)受損甚至坍塌

在火電廠土建結(jié)構(gòu)施工中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(wěn)定性，遇較強烈的水平荷載作用時，將由于強度缺失而引發(fā)倒塌以及其他各類較嚴(yán)重的問題。因此，需要高度注重對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，摒棄傳統(tǒng)的磚墻圍護(hù)形式，取而代之的是鋼筋混凝土預(yù)制板墻，其在強度、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能水平與性能目標(biāo)

2.1 結(jié)構(gòu)性能水平及劃分

設(shè)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(shè)備較為關(guān)鍵，其在廠房設(shè)備中占據(jù)較大的比重。在此條件下組織抗震設(shè)計工作時，需要考慮到地震作用下結(jié)構(gòu)以及各類設(shè)備各自所具備的抗震性，從構(gòu)件等細(xì)部切入，做針對性的優(yōu)化，具體可考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件兩類，以合理的方式處理，切實提高各類構(gòu)件的綜合性能。

2.2 結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)

建筑結(jié)構(gòu)性能受多項因素的影響，其中結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)和破壞程度較為關(guān)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(dǎo)致火電廠土建結(jié)構(gòu)受損，缺乏足夠的穩(wěn)定性；若受損結(jié)構(gòu)的層間位移角在1/3300～1/1100，此時將嚴(yán)重破壞剪力墻，使該結(jié)構(gòu)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(dǎo)致剪力墻性能急劇衰減，剛度較正常狀態(tài)而言異常下降，因此需有效控制層間位移角，將其穩(wěn)定在合理的區(qū)間內(nèi)。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(jié)構(gòu)的正常使用造成影響，因此可在設(shè)計中適當(dāng)放寬該指標(biāo)的極限值，通常可以將層間位移角設(shè)定為1/1000，此時能夠降低工作難度，兼顧剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和施工便捷性的要求。

3 火電廠土建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要點

3.1 汽機房屋面的抗震設(shè)計

鋼屋架、鋼網(wǎng)架均是應(yīng)用較為廣泛的汽機房屋面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計中，可在水平、垂直方向與屋面聯(lián)合設(shè)計，此方式能夠精簡屋面結(jié)構(gòu)，有效保證屋面的完整性。此外，還需踐行彈性設(shè)計理念，考慮到汽機屋面方位的富余設(shè)計要求，由此提高主體結(jié)構(gòu)的抗變形水平，以免在強烈地震作用條件下而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形甚至坍塌等質(zhì)量問題。

3.2 主廠房框架的抗震設(shè)計

設(shè)計工作中所涵蓋的要素較多，包含結(jié)構(gòu)位移比、周期比等，需詳細(xì)分析，經(jīng)計算后確定合適的取值。在結(jié)構(gòu)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(shè)在結(jié)構(gòu)的頂層；煤斗的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)具有合理性，以支承式較為合適，其特點在于可減輕結(jié)構(gòu)所受的地震作用，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的有效防護(hù)。對于樓梯間的設(shè)計，需注重結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性的要求，精細(xì)調(diào)整其布設(shè)位置，不宜在結(jié)構(gòu)的端部和角部，否則易受到地震的影響，例如結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大幅度的扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象?？v向框架梁設(shè)計方面，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)布置的均衡性與對稱性，使結(jié)構(gòu)均衡受力，不可出現(xiàn)偏心的情況。

3.3 填充墻與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計

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

3.4 廠房樓梯的抗震設(shè)計

在主廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)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(jié)構(gòu)形式后，還需注重對布設(shè)位置的控制，樓梯不宜布設(shè)在主廠房結(jié)構(gòu)的端部，且需對梯板做適當(dāng)?shù)耐晟铺幚?，例如在其端部配置梯梁。此外，若樓梯的轉(zhuǎn)彎處位于樓層的中間，此時需將下層樓面的設(shè)計作為重要的著力點，增設(shè)支撐梯梁，其作用在于可以大幅度提高主體結(jié)構(gòu)的抗震性能。需強調(diào)的是，拆板式的樓梯結(jié)構(gòu)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(xiàn)其他質(zhì)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(jié)構(gòu)形式的樓梯。

樓梯的抗震設(shè)計需要具有精細(xì)化的特性，以抗震設(shè)計要求和規(guī)范為工作的導(dǎo)向，進(jìn)一步考慮廠房的結(jié)構(gòu)特點、使用條件等內(nèi)容，做可行性設(shè)計，保證樓梯的設(shè)計方案能夠滿足要求。

3.5 運轉(zhuǎn)平臺及連接處的抗震設(shè)計

在正常溫度變形、水平地震的條件下，應(yīng)當(dāng)確保運轉(zhuǎn)平臺可以順暢滑動，在此過程中各結(jié)構(gòu)需具有足夠的獨立性與穩(wěn)定性，例如主體結(jié)構(gòu)與支承柱兩部分不可產(chǎn)生干擾。此外，需考慮到防震縫的設(shè)計工作，作為結(jié)構(gòu)抗震的關(guān)鍵部分，其在地震作用下需維持穩(wěn)定，不可出現(xiàn)結(jié)構(gòu)錯動碰撞的問題。此外，運轉(zhuǎn)平臺連接也應(yīng)得到工作人員的高度關(guān)注，在對該部分做抗震設(shè)計時，需要加強結(jié)構(gòu)保護(hù)，有效保證主廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其在面對地震作用時始終可以維持穩(wěn)定的狀態(tài)，盡可能減小不良影響。

4 火電廠土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的優(yōu)化策略

4.1 設(shè)置偏心支撐框架及偏心支撐框

豎向支撐需進(jìn)行落地處理；局部的水平力較大，因此宜在該處增設(shè)多道豎向支撐，起到加強的作用。若火電廠項目的建設(shè)現(xiàn)場為高烈度防震地區(qū)，在此時的抗震設(shè)計中，需對大型結(jié)構(gòu)設(shè)多道防線，共同構(gòu)筑安全防護(hù)“屏障”；必要時可設(shè)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(jié)構(gòu)的不良影響，實現(xiàn)對主框架的有效防護(hù)，使其在地震條件中依然具有穩(wěn)定性。

4.2 高烈度地震區(qū)土建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計優(yōu)化

若火電廠建設(shè)現(xiàn)場為高烈度地區(qū)，在此時的抗震設(shè)計中則不宜采用常規(guī)的方法。作為設(shè)計人員，需做到統(tǒng)籌兼顧，充分考慮到各類結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性以及彼此共同連接的穩(wěn)定性雙重要求，切實提高結(jié)構(gòu)的動力性能，立足于實際條件做靈活的優(yōu)化。在前期做好優(yōu)化工作后，可有效消除實際建設(shè)中的阻力因素，為建成高品質(zhì)的土建結(jié)構(gòu)夯實基礎(chǔ)。

4.3 優(yōu)化土建結(jié)構(gòu)的外形

火電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中還需注重對結(jié)構(gòu)外形的控制，不可存在明顯的凸出或收進(jìn)的情況，換言之，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有規(guī)整性，此時結(jié)構(gòu)的受力條件較為合理，穩(wěn)定性得到保證。作為設(shè)計人員，需考慮到支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理選擇支撐結(jié)構(gòu)并將其布設(shè)到位，發(fā)揮出其在安全防護(hù)方面的輔助作用，使土建結(jié)構(gòu)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(jìn)后，可以簡化結(jié)構(gòu)的外形，結(jié)構(gòu)施工中的細(xì)部處理工作較少，降低了施工難度。

5 結(jié)語

綜上所述，抗震設(shè)計是火電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要工作方向，在設(shè)計中需考慮現(xiàn)場地質(zhì)條件、廠房使用需求等多重因素，將抗震設(shè)計細(xì)分至汽機房屋面、主廠房框架、填充墻、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、樓梯、運轉(zhuǎn)平臺等各個部分，有效提高各部分的抗震水平，進(jìn)而保證整體的抗震效果。