王曉宇

摘要：對(duì)于600MW機(jī)組火力發(fā)電廠而言，需要主廠房結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的科學(xué)合理性與安全可靠性。為此，本文結(jié)合某火力發(fā)電廠（2×600MW機(jī)組）主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，探討了相關(guān)設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠?yàn)槠渌?00MW機(jī)組火力發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考，推動(dòng)我國(guó)火力發(fā)電領(lǐng)域的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：600MW機(jī)組;火力發(fā)電廠;主廠房;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言：600MW火力發(fā)電廠主廠房屬于專(zhuān)業(yè)密集型區(qū)域，在針對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，雖然存在較大的技術(shù)難度和諸多考慮因素，但對(duì)于設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理性顯然具有較高要求，因?yàn)橹鲝S房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不僅關(guān)系到后續(xù)施工質(zhì)量，還與廠房的使用性能以及安全生產(chǎn)密切相關(guān)。因此，有必要針對(duì)600MW機(jī)組火力發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)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(jī)組火力發(fā)電機(jī)組主廠房是一個(gè)由汽機(jī)房、除氧間和煤倉(cāng)間共同組成的雙跨框排架結(jié)構(gòu)，該廠房外墻采用的是壓型鋼板外加輕型封閉。其縱向總長(zhǎng)度為201m，依次為1-9a軸為1#汽機(jī)房，9b-13a軸為集控樓，13b-22軸為2#汽機(jī)房;橫向總長(zhǎng)度為53.8m，其中汽機(jī)房為30.4m，除氧間為10m，煤倉(cāng)間為13.4m。汽機(jī)房由于中間層、運(yùn)轉(zhuǎn)層和雙坡屋面共同構(gòu)成。在其內(nèi)部，島式布置了汽輪發(fā)電機(jī)，外加一臺(tái)80t/20t橋式起重機(jī);在除氧間內(nèi)部，布置了給水泵、低壓加熱器、高壓加熱器和除氧器;煤倉(cāng)間布置了14臺(tái)磨煤機(jī)。主廠房鋼結(jié)構(gòu)與鍋爐鋼架分別采用17m層和46m層的爐前平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相互連接，在鍋爐鋼架上，爐前平臺(tái)采用的是滑動(dòng)支座作為支撐。由于主廠房結(jié)構(gòu)與鍋爐鋼架之間相互獨(dú)立，所以可以獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在設(shè)定主廠房各樓層活荷載時(shí)，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格落實(shí)并且執(zhí)行了《火力發(fā)電廠主廠房荷載設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.主廠房結(jié)構(gòu)體系布置

根據(jù)600MW機(jī)組火力發(fā)電廠主廠房的實(shí)際使用需求，其樓面通常存在平面不規(guī)則性設(shè)計(jì)需求，而且經(jīng)常出現(xiàn)大開(kāi)孔設(shè)計(jì)。在這種情況下，導(dǎo)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(xù)性，還需要設(shè)計(jì)人員采取有效措施防止樓面在地震作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，更要針對(duì)煤斗、粉斗、高低加熱器、除氧器等重型設(shè)備的安裝位置進(jìn)行合理設(shè)定[2]。如果將這些設(shè)備設(shè)置于較高樓層，極易受到工藝設(shè)備和管道布置的限制，尤其對(duì)于支撐構(gòu)件而言，在設(shè)置過(guò)程中將會(huì)受到更大的制約。在設(shè)計(jì)方案當(dāng)中，一旦在水平和垂直方向上存在剛度、質(zhì)量分布不均勻現(xiàn)象，必然會(huì)給抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)負(fù)面影響。鑒于存在上述設(shè)計(jì)難點(diǎn)問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)人員在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，選用抗震性能好、經(jīng)濟(jì)合理、堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)體系。在本工程案例中，汽機(jī)房A列柱需要與屋面大跨度實(shí)腹式鋼梁以及下部2層汽機(jī)平臺(tái)鋼梁需要與除氧間、煤倉(cāng)間框架相連接[3]。這樣一來(lái)，汽機(jī)房便與除氧間、煤倉(cāng)間雙列框架及其支撐結(jié)構(gòu)共同組成一個(gè)橫向抗側(cè)力體系。在橫向框架方面，主要采用剛接加支撐的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體的說(shuō)，就是汽機(jī)房屋面鋼梁、除氧間、煤倉(cāng)間各層框架橫梁與框架之間均采用剛接方式進(jìn)行連接。同時(shí)，由于煤倉(cāng)間需要承擔(dān)較大的設(shè)備荷載，故在皮帶層以下設(shè)置支撐。另外，在汽輪機(jī)2層平臺(tái)內(nèi)，還設(shè)置了1組垂直支撐。由于橫向框架結(jié)構(gòu)本身具有較好的側(cè)向剛度，所以符合多道設(shè)防原則。在主廠房縱向框架方面，設(shè)計(jì)人員提出了框架梁與柱鉸接加支撐的設(shè)計(jì)方案。汽機(jī)房、除氧間、煤倉(cāng)間各樓層及汽機(jī)房、煤倉(cāng)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(jié)構(gòu)之間形成一個(gè)組合樓板。在選用連接件時(shí)，采用的是圓柱頭焊釘，通過(guò)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(gè)空間整體結(jié)構(gòu)，并且使其具備較好的平面內(nèi)剛度，在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，還發(fā)揮出非常重要的協(xié)調(diào)作用。另外，針對(duì)樓面大開(kāi)孔削弱了樓板剛度這一問(wèn)題，可在設(shè)計(jì)中在開(kāi)孔周?chē)W(wǎng)區(qū)格內(nèi)設(shè)置一些水平支撐，以此來(lái)增強(qiáng)樓板整個(gè)強(qiáng)度，使其對(duì)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(jì)算分析

由于600MW火力發(fā)電機(jī)組主廠房鋼結(jié)構(gòu)存在體積大、傳力體系復(fù)雜、結(jié)構(gòu)剛度及質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，所以在對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須借助具有空間分析計(jì)算功能的空間模型，使空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到精準(zhǔn)分析。在這個(gè)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力計(jì)算均在STAADPRO模塊當(dāng)中完成。其中，結(jié)構(gòu)建模主要包括桿件截面、荷載輸入、荷載組合等環(huán)節(jié);柱與基礎(chǔ)的連接方式采用簡(jiǎn)支方式進(jìn)行設(shè)置，縱向梁與柱之間采用鉸接方式進(jìn)行連接，支撐按拉壓桿方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于主廠房結(jié)構(gòu)屬于多層、高層鋼結(jié)構(gòu)，所以在抗風(fēng)能力、抗震性能、抗側(cè)力設(shè)計(jì)方面均具有較高要求。外加基本荷載種類(lèi)較多，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求針對(duì)荷載效應(yīng)進(jìn)行科學(xué)化組合，確保其內(nèi)力值用于桿件截面規(guī)范檢驗(yàn)。在SSDD模塊中，很多鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)存在默認(rèn)值，還有一些是自動(dòng)判斷值或者自動(dòng)計(jì)算值。而究竟采用默認(rèn)值還是自動(dòng)判斷值，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，確保設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性與科學(xué)性[5]。

結(jié)語(yǔ)：在針對(duì)600MW機(jī)組火力發(fā)電廠進(jìn)行主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范條款以外，還要認(rèn)真落實(shí)因地制宜原則，從根本上提高各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的堅(jiān)固性與耐久性，最大限度減少不利因素對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常工作所造成的不利影響。

參考文獻(xiàn)

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[5]王琦.火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建材與裝飾，2017（49）：108.