火电厂主厂房抗震结构设计及措施

火电厂主厂房抗震结构设计及措施

刘佳

中南电力设计院有限公司湖北武汉430071

摘要：传统的火力发电厂建筑结构以钢筋混凝土为主，抗震能力很低，它不利于主厂房结构的稳定性，直接降低了火力发电厂的安全性。目前，对火电厂主要厂房结构提出了抗震设计要求，致力于为主厂房结构提供抗震条件，全面实施抗震设计，提高主厂房结构的抗震设计水平。

关键词：火电厂；主厂房；抗震结构设计

前言

近些年，伴随着我国改革开放和经济的大发展，各地火电厂建设数量可观，火电厂的装机容量巨大，因此火电厂主厂房设计尤其是主厂房中的抗震结构设计，越来越引起工程设计与建设者的重视，各种抗震方案推陈出新。而作为火电厂重要建筑基础设施的主厂房在设计、结构、选型等方案上的优劣，也直接关系到火电厂厂房使用的经济性与实用性。

1火电厂主厂房结构性能水平与性能目标

1.1火电厂主厂房结构性能水平及划分

按照工业建筑结构内部设备的使用特点以及设备震害调研可将关键设备分为位移敏感型、速度敏感型和加速度敏感型三类。位移敏感型和加速度敏感型设备是火电厂主厂房内大多数的设备。然而火电厂主厂房内部加速度敏感型设备基本上都放置在地面，并设有独立的基础，据此特点，结构在设计时可以用强震下位移敏感型设备与结构的抗震性能来考虑火电厂主厂房结构的内部构件、非结构构件的综合性能，火电厂主厂房结构的性能分为五个水平（使用功能完好、使用功能连续、保证人身安全、接近倒塌、倒塌）表现结构抗震性能等级及划分。

1.2火电厂主厂房结构的性能指标

研究结果表明，影响建筑结构性能水平的两大因素包括结构破坏形态和破坏程度，结构的破坏形态可用层间位移角量化不同强度地震作用的结构性能来表达。当强烈地震时，主厂房结构的破坏主要是由于剪切力导致，层间位移角在1/3300~1/1100范围时，剪力墙就会被破坏，并且层间位移角大于1/2000，剪力墙的作用衰减剧烈，刚度衰减严重。但剪力墙轻微破坏不影响结构使用，故层间位移角极限值可适当放宽，取为1/1000。层间位移角超过1/500时，结构状态为弹性状态，剪力墙则处于弹塑性阶段。通过国内外学者对型钢混凝土结构的抗震性能研究，SRC柱的弹性极限层间转角是1/250，屈服极限层间转角是1/120，极限状态层间位移角是1/30。因此，对于“使用功能连续”、“保证人身安全”和“倒塌”性能水平，火电厂主厂房结构的结构层间位移角极限值可取为1/250、1/120和1/50。

2基于性能设计方法的特点

设计者对结构抗震设防水平的理解、抗震设计方法的理解和抗震结构的选择是基于性能抗震设计的基础。性能化抗震设计的重要组成部分还包括概念设计和合理的施工措施。结构地震反应与预期性能水平的直接联系是基于性能的抗震设计的一个主要特征，需要对选定的性能水平和预期的性能目标进行结构比较和评价。社会经济水平、建筑物结构的重要性、结构的造价和震后损失是确定建筑结构的性能指标和性能水平的基本标准。能量设计、位移设计、综合设计是基于性能的常用设计方法。基于能量的设计方法是通过控制结构构件的耗能能力来控制整个结构的抗震能力，这是由地震能量输入和结构耗能能力决定的。基于整体侧向位移模型，将多自由度体系等效为单自由度体系，用侧向位移模型反求多自由度体系的地震位移。这是基于位移的设计方法的理论基础。

3火力发电厂结构抗震设计要点

3.1汽机房屋面结构

现阶段，钢屋架、钢网架被广泛运用到汽机房屋面；实践表明，钢屋架具有较为简单的传力体系，四周都有支撑，再加上屋面檩条的联合作用，具有较好的整体性。从理论角度上来讲，钢屋架比较适宜运用到汽机房屋面，因为其具有较强的平面刚度能力，能够对水平荷载有效传递。在具体设计实践中，设计杆件时，需要预留足够的富裕度，将网架结构受到主体结构变形的影响情况充分纳入考虑范围，避免在地震作用下，有结构失稳问题出现。

3.2厂房地基和基础设计

地基对建筑的影响是决定性的，地基的好坏直接决定了建筑的稳定性及可靠性。相同结构的建筑是不能设置在性质不同的地基土上的。当基础类型不同或基础埋差异比较大时，应当在厂房基础和上部结构的相关部位采取必要的措施。当地基为新近填土、液化土或不均匀土时，应该着重加强基础的刚性和可靠性，以防止在发生地震是引起结构的不均匀变形。

3.3主厂房的抗震设计

要充分依据整体规划设计开展主厂房设计，将平面布置、竖向布置要求纳入考虑范围。紧密遵循简单规则、受力明确等要求开展主厂房平面布置，若具有较大的跨间质量，则不能够采用结构单元的边缘布置；部分设备具有较大质量，一般需要在刚度中心的附近地带布置。如，通常会在框架的正中部位布置煤斗。同时，控制悬臂结构的长度，且避免将较重的设备布置于上面。要结合工程实际情况，有机协调配合主厂房的各项施工工艺和竖向布置，将低位配置法运用过来，且适当降低工艺荷载与结构自重，以便对主厂房的高度、重心等科学控制。

3.4主厂房楼梯

主厂房的楼梯的位置选择也很重要，尽量不要将其选择在结构的端部，最好采用直板式楼梯。楼梯的端部尽量设置梯梁，如果梯段的转折处恰好处于楼层中间的时候，应该在下面的楼层设置支撑结构对梯梁进行支撑。无特殊情况下不要采用折板楼梯结构形式。折板楼梯容易发生折断，在地震作用下一旦发生损坏，维护人员的逃生路线会被阻断。

3.5主厂房附属设备基础

主厂房地面以及各个楼层需要安置各种各样的设备，其中会出现一些自重大、重心高的设备，根据重力荷载代表值对竖向地震力进行计算，然后合理的设计地脚螺栓、焊缝等。确保其在地震作用下的安全可靠性。

3.6主厂房结构构件选型

主厂房结构构件包括：屋盖体系、屋架、天窗架以及围护结构。无檩屋盖体系对于主厂房汽机房来说是最好的选择，汽机房与结构的整体刚度如果不协调的话会产生较大的位移或者扭转，这对抗震来说都是极为不利的因素。无檩屋盖体系有效的提高了抗扭强度，保证协调变形，确保框架与排架协调工作。

4电厂主厂房的抗震措施

4.1“强柱弱梁”措施

由于受构建的塑性变形特性影响，我们在主厂房设计过程中采取增大柱端的抗弯能力，通过对框架梁的塑性变形措施来控制地震能量对火电厂主厂房的建筑主体影响，消耗掉地震过程中所产生的部分能量。

4.2“强剪弱弯”措施

用剪力增大系数增大组合剪力值，而且用增大后的剪力设计值来验算受剪截面控制条件和设计受剪承载力。混凝土自身所具有的抗剪能力、骨料咬合力等特性共同构成钢筋混凝土的抗剪能力，而在形成塑性后的混凝土的梁端抗剪能力会比非抗震时低。

4.3抗震构造措施

用构造措施来保证塑性铰的部位的延性，具体来说就是塑性转动能力和塑性耗能能力。对梁柱等构件来说，影响延性的根本因素是混凝土极限压应变和破坏时的受压区高度。

结束语

在一系列如512大地震、福岛核危机等天灾之后，火电厂主厂房抗震结构设计近年来已经引起了建设者们足够的重视，各种抗震方案推陈出新。作为火电厂重要建筑基础设施的主厂房在设计、结构、选型等方案上的优劣，直接关系到火电厂主厂房的经济实用性。对火电厂主厂房结构、体系等进行合理优化的设计，保证工程抗震要求达标，并同时节能减排降低工程的损耗、加快施工进度，保证火电厂厂房的安全使用等方面，值得我们不断探索。

参考文献：

[1]李晓明.装配式混凝土结构关键技术在国外的发展与应用[J].住宅产业,2015.09.

[2]王墩,吕西林.预制混凝土剪力墙结构抗震性能研究进展[J].结构工程师,2016.11.