期刊发表网电话

全国热线
022-83699069

电厂部分土建结构设计的分析与探讨

作者: 发布时间:2020-01-22 12:01:53 阅读: 53 次

 

摘要:在电厂的土建设计中,主厂房作为发电厂最重要的建筑,关系到我国电厂土建设计的成败。本文根据作者的实际经验,以电厂的主厂房的结构选型及设计方案为主,联合电厂的与运煤系统工程的土建设计,探讨了电厂在土建部分的设计方法与注意事项。

关键词:电厂;土建;结构设计;主厂房,栈桥,廊道

 

1电厂土建结构设计概况

电厂的土建结构设计不仅要考虑到工艺设备、运行、安装、抗震等因素,还必须考虑到当地的气象、地质等环境条件。电厂土建部分结构图纸的设计是一种设计人员用结构语言向施工人员表达所要实现的东西的过程。其使用基础、墙、柱、梁、板等简明的结构元素来构成建筑物的结构体系,以及承重和抗力体系,把各种建筑物及其他影响因素产生的荷载效应简单明了的方式传递至基础。

电厂土建结构设计过程一般分为三个阶段。个阶段为结构选型阶段,该阶段所考虑的内容为:建筑的重要程度、地质情况、建筑场地的类别、建筑的层数和高度、建筑的工艺设备布置、运行要求等,并以此为依据来确定建筑的结构形式及基础形式。选定结构形式之后,再根据不同结构形式的特点和工艺要求,设置结构的承重体系和受力构件选型及布置。第二阶段为结构计算阶段,结构设计时拿到一个卷册及相关专业提资时,不要急于建模,需要先进行全面分析,并与各专业设计人主动沟通,充分了解工程的各种情况,并做好各类荷载、埋件、孔洞等的统计,确保无遗漏。并严格按照相关的荷载规范的要求,采取不同的组合值系数以及准值系数等进行组合计算。之后再根据提资情况进行结构建模计算。第三阶段为施工图设计阶段,根据计算出的结构内力以及规范规定的构造要求来确定结构构件的配筋,并绘制施工图。目前,为了简化图纸的数量,一般建筑物采用平法出图。

2主厂房的设计

2.1 主厂房的总体设计

在设计主厂房时,首先要确定主厂房的结构形式与体系。主厂房设计时常用的结构形式有钢结构、钢筋砼结构、钢-砼组合结构这三种结构。

钢结构是一种较为理想的结构体系,钢结构厂房的特点有:结构布置灵活,构件断面小,利于设备及管道布置。结构受力性能好,材质均匀,自重轻。延展性及抗震性能好。其大部分构件可工厂化生产,现场拼装,减少现场制作场地。不需要预埋铁件,易于连接,工期短。 钢结构存在的问题:用钢量高,造价高,且需增加防锈、防腐及日常维护工作,防火性能比钢筋砼差,结构布置时往往要布置一些斜撑,这样对工艺的布置有所影响,需要更多的和工艺专业配合。

钢筋砼结构又可以分为装配式砼结构和现浇砼结构。现浇砼结构较装配式砼结构的整体性和抗震性能更好。对于新型现浇砼结构,一般倾向于采用预制、现浇组合方案,框架现浇,纵梁及楼面预制;或框架现浇,纵梁预制,楼面现浇。新型的现浇钢筋砼结构的优点有:可以简化设计、施工,耗钢量小,造价低,刚度大,整体性好,易于成型,耐腐蚀性能好,耐火、耐久性好;但现浇结构却存在:构件断面大,备有较大砂、石料堆场,高空作业多,临时设施多,工种多、耗工多,施工周期长,寒冷地区冬季施工难度增加等缺点。

-砼组合结构是一种集合了钢结构和钢筋砼结构两者优点于一体的结构形式,如外包钢结构、型钢砼结构、钢管砼结构、组合梁结构等。该结构形式灵活,利于优化设计方案,简化施工,减轻自重,缩短工期。

主厂房的布置应符合热、电生产工艺流程,做到设备布局紧凑、合理,管线连接短捷、整齐,厂房布置简洁、明快。结构布置时主厂房框排架应合理设置抗侧力构件,使结构刚度均匀,减小两个主轴方向结构动力特性的差异,并加强汽机房外侧柱列纵向刚度。并应根据结构形式、体型、荷载、工程地质和抗震烈度等条件,设置伸缩缝、沉降缝或抗震缝。主厂房纵向伸缩缝的更大间距,对现浇砼结构,不宜超过75米,对装配式钢筋砼结构,不宜超过100米,对钢结构,不宜超过150米。主厂房温度伸缩缝宜布置在两机组单元之间,宜采用双柱双屋架,伸缩缝处梁板及维护结构宜采用悬挑结构。

2.2主厂房地基基础设计

设计基础首先要了解地质情况,熟悉地质资料,如有不良情况,必须进行地基处理。厂房基础的选型宜采用独立基础,也可依次采用桩基、条形、筏板、箱形基础。主厂房地基设计可根据工程地质条件和主厂房各单元的沉降特点,对相邻结构单元采用不同地基处理形式或不同的桩基持力层。设计等级为甲、乙级的建筑物,均应按地基变形设计。

基础平面布置应考虑相邻基础关系,除厂房自身基础相互关系外,尚应考虑与汽机基础、磨煤机基础、平台基础及其他设备基础的平面位置与埋置深度,避免碰撞。一般应尽可能脱开位置,对压在主厂房基础上的设备基础要考虑对主厂房基础影响。基础埋深应考虑适当深度,以保证地基的牢固,并应注意厂房内外侧的电缆沟、通风沟、灰沟、循环水沟、凝结水泵坑、循环水管等的标高,基础梁、墙梁标高应仔细查对并考虑沟道通过的可能性。

当条基、箱基长度在一般土上大于40米,特别是基础置于岩石地基上时,应在设计中考虑施工后浇缝,或砼中加膨胀剂。当地下水对砼有侵蚀性时,基础砼应采取防腐蚀措施,以保证建筑物的安全。

2.3主厂房屋面结构的设计

主厂房的屋面结构主要设计内容包括汽机房的屋面结构、屋面梁。汽机房的屋面结构可选用有檩或者无檩的屋盖体系。压型钢板有檁体系屋面目前在工程较为常用,此种屋面结构自重轻施工简捷,是一种具有优越性的屋面形式。屋面梁一般选用钢屋架、实腹钢梁或空间网架结构。屋架形式可选用梯形屋架、平行弦屋架或下承式屋架等。当屋盖的跨度在18m30m的范围内时,上述3种屋面梁都可以选用,但应当根据具体的情况选择。当屋盖的跨度大于30m时,只能选择钢屋架或钢网架结构。钢屋架形式的优点是技术成熟,质量有保证,缺点有:抗震性能较差,耗钢量较大,钢桁架平面外刚度差,需占用大量堆放材料、预制、拼装场地,施工周期长。实腹钢梁具有美观和设计制作简单的优点,但用钢量相对较大,特别跨度较大时更为突出。空间网架结构具有的优点有:抗震性能好,耗钢量小,能保证制作质量,占用场地少,建筑造型美观,柱距布置灵活,结构安全度高,施工工期短等。在选择时,应根据实际情况选择合适的结构形式进行施工。钢结构表面均应涂刷防火涂料,满足其耐火极限。

计算屋架弦杆、支撑杆件和网架结构时,应考虑厂房柱传递的水平力对屋架(网架)弦杆、支撑杆件产生的附加拉力或压力(对下承式屋架),其值宜由整体结构计算分析确定。

2.4主厂房的抗震设计

电厂结构一般按照反应谱进行常规计算,对安全性要求高的主厂房,还应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与反应谱法计算结果的较大值。由于电厂结构存在层高变化大、错层等实际情况,主厂房结构比较复杂,根据工程经验和试验研究,钢筋砼和钢结构主厂房都不同程度地存在薄弱层,因此高地震烈度区应进行罕遇地震下的地震薄弱层的弹塑性变形验算。

国内外大量震害调查表明,钢筋砼框架结构震害多发生在节点核心区及其邻近的柱端和梁端,即统称为节点区,因此,框架节点设计是关系到整个框架安全度的关键,应引起设计的足够重视。常用的结构形式节点分类及其特点:整浇装配式:结构简单,便于安装,其不足之处是二次浇灌砼不够密实等。现浇柱预制梁整体式:具有较好的抗震性能,但现浇工程量大,速度慢。现浇框架节点:整体性好,刚度大,强度高,适用于地震区框架,但现浇砼工程量大,模板耗费多。

3运煤栈桥土建设计

栈桥设计时,低矮且跨度不大的运煤栈桥,其桥身及支柱宜采用现浇钢筋砼结构。跨度超过18m时,桥身结构宜采用钢桁架结构,栈桥支柱可采用预制或现浇钢筋砼结构,也可以采用钢结构。运煤栈桥结构应保证具有足够的空间刚度,结构体系和形式应符合规范规定,并设置相应的支撑、系杆等。栈桥屋面结构宜采用轻型结构,桥面结构可采用现浇钢筋砼板或预制结构板。封闭栈桥宜采用轻型围护结构。

运煤栈桥应根据支柱类型及跨间承重结构与支架的连接形式,按照规范要求设置伸缩缝。栈桥伸缩缝的处理宜采用下列措施:1.栈桥与相邻建筑连接处可设置滚轴或滑动支座,倾斜栈桥宜设置在高端。2.当栈桥滚轴或滑动支座的允许侧移变形量不能满足设计要求时,可采用悬臂结构或设置双排支柱等措施,与相邻厂房或结构单元相互独立,也可采用悬吊支承结构。

与主厂房相连的栈桥,其一端由栈桥柱支承,另一端则简支在主厂房等建筑物上。由于栈桥两端的荷载差异较大,将使主厂房与栈桥支承柱产生沉降差。因而在对其进行设计时,应选取地质较好并且对地基进行处理过的地面,从而减小主厂房与栈桥柱间的沉降差。但在软土地基或者土质状况较差的情况下,需分开布置栈桥与主厂房,减小两者沉降差。

4 地下廊道伸缩缝的设计

一般的电厂输煤系统常布置较长地下廊道,因而在设计时,应按照规范要求,合理设置伸缩缝。地下运煤隧道宜每隔30m设置一道伸缩缝(抗震设计时设置抗震缝),在隧道转折、变截面以及地上栈桥或建(构)筑物相连处也应设置抗震缝。伸缩缝最小宽度可取30mm,抗震缝的宽度不宜小于50mm。在对伸缩缝、沉降缝、施工缝的处理时不仅要满足规范要求,还要考虑到相邻建筑物之间的关系。如果对其处理不当,很容易造成结构产生裂缝,从而渗水,当渗水现象严重时,会影响到电厂的正常运行。地下隧(沟)道采用钢筋砼,沟道的砼宜掺加膨胀剂,提高砼的防水能力。沟内纵横设坡,引水至集水坑,将排水点的位置,标高提交给上下水专业,排至下水井。

为了避免地下结构出现渗漏现象,可在设计时采用防水砼结构,在局部构造中增加温度应力筋,在结构外加防水层。在结构达到设计要求时,若输煤系统地下结构产生细微裂缝时,应采用等强度代换方法,选择直径适当小的钢筋间距进行加密。这一措施对提高结构抗渗能力及防止施工产生的裂缝有较好的作用。

 

结语:主厂房是火电厂的一个重要组成部分,在进行电厂的土建结构设计时,应合理选择主厂房的结构方式与体系,重视主厂房的抗震设计,从而才能够保证电厂的工程质量、降低工程造价。随着科技与经济的迅速发展,国内外对电厂土建结构的设计研究也越来越深入,相信有天一定能够提出更经济合理的电厂土建设计方案。

 

参考文献:

[1] 建筑结构荷载规范(GB50009-2012).中国建筑工业出版社.

[2] 火力发电厂主厂房荷载设计技术规程(DL/T 5095-2007) 中国电力出版社.

[3] 电力设施抗震设计规范 GB50260-1996中国计划出版社 1997.

[4] 火力发电厂土建结构设计技术规程(DL 5022-2012) 中国计划出版社..

[5] 阎兴华, 韩淼. 工程结构抗震设计[M] . 北京: 中国计量出版社, 2000.