火电厂主厂房结构抗震设计探究

火电厂主厂房结构抗震设计探究

李博

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司

摘要：作为人类赖以生存的保障性工程之一，电力系统若在地震灾害中遭到毁灭性破坏，则后果不堪设想，其所造成的各项损失难以估量。为使结构具有良好的抗震性能，研究火力发电厂主厂房框排架结构的抗震性能与其优化设计具有重要的现实意义。本文通过对主厂房抗震设计中可能出现的震害的分析，有针对性的提出抗震概念设计时应注意的问题和方法，为火电厂房建筑抗震设计工作提供了一定的借鉴和参考。

关键词：火电厂；主厂房；结构；抗震设计

一、火力发电厂主厂房结构特点

火力发电厂主厂房的结构特点主要有以下几点：一是主厂房的整体空间和水平刚度布置不均匀，排架结构的刚度比框架结构要小，使得结构质心与刚心产生较大的偏离，易发生变形，造成结构被破坏；二是由于主厂房每层的功能不相同，使得其荷载有较大差别，存在错层，竖向刚度分布不均匀；三是就平面来看，主厂房的结构存在大跨度大空间，导致梁的截面偏大，导致刚度变大，使得主厂房结构很难达到“强柱弱梁”的要求；四是主厂房的结构一般是由汽机房和除氧煤仓间这两部分组成的，而这两部分存在不同，且不相同的结构形式之间不设缝。由于这些特点导致主厂房的结构整体性较差，梁的刚度变大，使得易出现柱一般比梁先出现破坏的情况，在其承载地震作用时，结构抗震性能较差。

二、火电厂主厂房结构抗震设计的必要性

火电厂在社会发展的过程中扮演着重要的角色，对于人们的生活也具有重要的影响。而在火电厂的建设过程中，经常会考虑到抗震的问题，这是因为地震这类灾害具有不可预测性，一旦抗震性能较低，就很有可能造成无法挽回的损失，因此，人们不得不开始重视其抗震结构的设计。只有做好火电厂主厂房结构的抗震设计，才能尽量避免一些问题的发生，进而更好地满足人们的用电需求，促进社会经济的和谐发展。

三、抗震结构设计的基本原则

抗震结构设计是较为重要的设计工作，对于建筑的整体抗震性能以及后期效益具有很大的影响。因此，这就要求有关人员在进行火电厂主厂房结构设计时，能够在重视这部分设计的同时，也要按照基本的原则来进行设计，以保证设计的合理、科学以及可靠性。具体而言，抗震设计的原则有以下几点。首先，要求能够合理地进行厂房结构的优化布置，而且还要合理地布置一些构件，以尽量避免出现错层等问题。其次，还要结合实际情况以及要求进行设计，对于不同的厂房能够找到不同的结构特点，以避免出现不规则结构。

四、火电厂主厂房结构的抗震设计

1、汽机房屋面抗震设计。火电厂不同的机组，配有不同的主厂房结构，为了提高抗震的设计水平，推行钢屋架的设计方式，即使是不同的主厂房，也能保持着整体稳定性。例如地震时，汽机房屋面使用钢网架设计，虽然具有一定程度的抗震能力，但是钢网架很容易发生整体坍塌，不利于汽机房的安全。选用钢屋架的屋面形式，在地震作用下，屋面结构不会发生破坏，为屋面结构提供高效的水平承载力，满足汽机房屋面的抗震需求。汽机房屋面抗震设计上，还要考虑富余度设计，预防主厂房的主体结构变形，保护汽机房屋面的结构，避免屋面结构整体变形而失稳坍塌。

2、运转平台连接的设计。火电厂汽机房运转层的平台是采用滑动方式连接在主体结构牛腿上的。连接节点处需要在正常温度变形、水平地震的情况下，始终保持顺畅滑动，避免与主体结构间产生相互干扰。汽机房运转层平台与牛腿连接的位置，要保证两个结构能够保持滑动。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程》和《建筑抗震设计规范》的要求，既要合理设置防震缝，预防结构错动碰撞，也要避免运转平台摩擦力过大而形成牵拉时的裂缝。运转平台的连接设计，注重抗震时的结构保护，维护好主厂房的结构，降低地震的破坏性。

3、框排架结构的抗震设计。框排架结构的抗震设计中，针对罕遇地震条件，验算抗震设计的指标数据，确保框排架结构具备大震不倒的能力。主厂房框排架结构的布置，考虑到抗震的需求，不要采用短柱、超短柱的设计，结构的顶层，不设置除氧器，煤斗选择悬挂支承的方式，逐步降低主厂房框架结构的重力荷载，以此来减轻地震对框架结构的破坏性。框架结构在主厂房中，在楼梯间、楼层中，存有大面积的开洞设计，此类设计要与施工工艺相互协调，不能出现在角部、端部，以免降低主厂房楼板的刚度，防止增大结构的扭转变形状态。框架结构抗震方面，建议采取双梁布置的方法，以免框架结构偏心，严格按照抗震规范，规划角柱、单元构件等，积极提升框架结构的抗震水平。

4、填充墙与非结构构件。火电厂主厂房结构的填充墙、非结构构件，属于抗震设计时的要点。主厂房结构采用的是砌体填充墙，根据建筑的抗震规范，规划砌体填充墙，规范设计圈梁、构造柱，同时墙体与框架梁、柱之间要做到可靠、稳定的拉结。主厂房结构中，采用悬挑、外伸的方法，连接了非结构构件，如玻璃幕墙、雨篷等，此类构件在和主厂房结构主体连接时，要注意连接点位置的控制，尤其是焊缝、螺栓，采取抗震验算的方法，保护好非结构构件的使用，进而维护火电厂的主厂房结构，确保非结构构件在地震时的安全性。

5、厂房楼梯的抗震设计。（1）主厂房结构中，采用直板式的楼梯，在楼梯不要选在主厂房结构的端部位置，而且梯板的端部，要配置梯梁，假如楼梯的转弯处，恰好在楼层的中间位置，就要在下层楼面，设计支撑梯梁，提升厂房楼梯的稳定性，避免楼梯影响到主厂房结构的抗震性能，楼梯最好不要设计成折板式，防止地震时楼梯折断，阻碍逃生和救援；（2）采用整体建模，考虑楼梯对结构整体刚度的影响；（3）楼梯的设计和选择，要符合主厂房结构的抗震需求，依照主厂房的结构状态，规划楼梯的形式，促使楼梯能够达到抗震设计的指标，强调楼梯在主厂房中的规范性。

五、增强火力厂主厂房结构抗震性能的措施

1、采用偏心支撑框架。偏心支撑框架主要是利用支撑和梁之间形成的耗能段进行耗能的，以避免支撑过早屈曲。偏心支撑框架对于抗震显得尤为有利。偏心支撑框架具有较强的抗侧刚度以及极限承载力，在发生地震时，耗能梁段的剪切屈服先发生，从而保护了主厂房其他构件承载的地震作用，进而使得主厂房的整个结构有非常好的延性以及抗震性能。同时，竖向支撑须落地处理，且在水平力较大的地方采用多道落地设置。若条件许可，还应布置抗震剪力墙，以削弱地震的作用力，有效保护主框架。另外，如果在高烈度的地区的火力发电厂的主厂房，应根据实际情况全面综合考虑，并结合结构的动力性能、均匀性以及延性进行优化设计。

2、采用异型节点。由于主厂房跨度大，跨度不同，其承受的荷载也不相同，导致跨梁的截面不同，从而造成和节点连接的梁截面的形式以及尺寸发生改变，进而形成了异型节点。有关实验表明异型边节点和中节点的抗剪承载能力取决于节点的混凝土小核芯的尺寸以及混凝土强度等级和配筋情况。因此可通过在节点区域设置斜向交叉钢筋、浇注钢纤维混凝土等等方法，以改善异型节点的抗震性能。

结语：综综上所述，火力发电厂主厂房的内部具有多错层、大跨度大空间等特点，为提高主厂房结构抗震性能，强化薄弱部位的抗震能力，火力发电厂可根据自身实际情况，通过采用偏心支撑框架、采用异型节点、高强度材料和布置工艺以及合理选择主厂房结构构件等措施，来实现提高主厂房抗震能力的目标。

参考文献：

[1]肖元清.分析火力发电厂主厂房结构抗震性能[J].低碳世界，2016（13）

[2]邢国雷，王勇奉，薛涛.防屈曲支撑在大型火力发电厂结构中的应用研究[J].结构工程师，2016，32（2）

[3]高为志.火力发电厂主厂房结构抗震性能分析[D].山东建筑大学，2014.