發(fā)電廠主廠房鋼結(jié)構(gòu)分析

周洪波　馬新華

摘 要：中國電建工程公司在進行國外EPC項目建設(shè)過程中，如果設(shè)計方由于保守設(shè)計思路，將導(dǎo)致材料選型偏大，造成工程成本增加。本文以印度某A廠135MW機組主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，對設(shè)計參數(shù)進行了深入對比分析，為后續(xù)國外工程積累了寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：電廠；主廠房；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計對比

中圖分類號：TU319 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）09-0008-01

某A廠135MW機組主廠房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件外形過大，造成了明顯的設(shè)計浪費，以下進行了對比分析。

1 項目主廠房鋼結(jié)構(gòu)用鋼量與印度B廠135MW項目對比

1.1 機組類型差別

A項目為循環(huán)流化床鍋爐，要求煤倉間給煤層高度較高；汽輪機為橫向布置，主廠房為單框架框排結(jié)構(gòu)。B項目屬常規(guī)煤粉爐，給煤層高度較低，主廠房為雙框架框排結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性好些。

1.2 自然條件差別

A工程因地處沙漠地區(qū)，風(fēng)荷載大，基本風(fēng)壓0.62kN/m2，地面粗糙度類別為A類，B工程基本風(fēng)壓0.50kN/m2，地面粗糙度類別為B類。A工程相同建筑物的風(fēng)荷載平均為B工程的1.85倍；此項差別將導(dǎo)致整體用鋼量增加8%～10%。

1.3 鋼煤斗

A項目燃用煤為褐煤，其熱值較低，單位時間煤耗大，合同貯煤量為12h達2260m3，受鍋爐給煤器接口影響，布置方案為兩個煤斗，最后核算下來單個鋼煤斗自重加煤重達1200t，煤斗頂標(biāo)高為41.0m，框架柱底最大軸力達2723t；B工程每臺機布置4個煤斗，單斗加煤重為600t，煤斗頂標(biāo)高為33.0m，框架柱底最大軸力為1462t。

因此，煤斗的容積及布置方式是影響煤倉間BC排柱體斷面尺寸的主要因素，也是影響主廠房整體用鋼量的重要因素。從表觀上導(dǎo)致BC排的柱子斷面特別大。

1.4 其他

汽機房屋面采用了實腹梁，較B廠的鋼屋架用鋼量增加20%左右，當(dāng)時考慮到A項目為一臺機又是流化床機組，在實際操作過程中運輸和安裝的難度，經(jīng)跟項目部溝通后選擇了實腹梁形式，并經(jīng)公司內(nèi)部初設(shè)審查通過。

墻體材料的選用也造成A項目結(jié)構(gòu)用鋼量的增加。前期確定墻體砌筑材料時，現(xiàn)場反饋的信息是加氣混凝土砌塊在當(dāng)?shù)貨]有生產(chǎn)廠家（500km以外有），而且價格昂貴。設(shè)計時是按照磚容重12kN/m3計算的，B項目初設(shè)時反饋的信息是能夠采購到，則砌體材料是按照輕型砌塊7kN/m3計算的。

綜上所述，A項目與B項目不宜類比，就上述各項條件差異分析，A項目的單位用鋼梁理論上應(yīng)比B項目高。

2 項目主廠房鋼結(jié)構(gòu)用鋼量與與C2*135MW項目對比

C2*135MW項目是投標(biāo)兼初設(shè)，整體布置方式、煤質(zhì)類似，但C項目也是常規(guī)煤粉爐而不是流化床鍋爐。

2.1 基本情況

地震烈度A項目7（0.1g），C項目8（0.2g）地震烈度影響，理論用鋼量C比A應(yīng)大10%左右?；撅L(fēng)壓A項目0.62（kN/m2），C項目0.5（kN/m2），基本風(fēng)壓影響，理論用鋼量A比C應(yīng)大8%～10%。

2.2 主廠房布置

B/C間跨度：A項目15m，C項目12.5m，影響到梁、柱斷面增大。廠房總長：A項目54m（8*6+6*1），C項目90m（8*9+9*2）。

單臺體積：A項目7.22萬m3，C項目5.5萬m3，雙機比單機總體空間布置優(yōu)化余地大些，比如除氧器、汽機檢修場地等；涉及到各機務(wù)專業(yè)的綜合布置。另外，C設(shè)有單獨的集控樓，廠房總長、總體積的增大將直接導(dǎo)致總用鋼量的增加。

2.3 用鋼量比較

框架梁柱支撐（t）A1404，C1000（單臺平均）；屋面（t）A199（7榀），C130（11榀/2）；山墻（t）A102，C100；吊車梁（t）A40，C45（單臺平均）；次梁（t）A450，C約450；總用鋼量（t）A2205，C初設(shè)階段約3350；每臺機用鋼量（t）A2205，C1675；鋼材型號A項目600以下Q235，以上Q345，C項目600以下Q235，以上Q345。

2.4 綜合上述數(shù)據(jù)的對比分析

兩者的風(fēng)載和地震影響所造成的差異大約相抵；C的雙機組與A的單臺機組相比，在空間利用率上要高（比如檢修場地可以合用一個），其單位體積用鋼量應(yīng)略低，但現(xiàn)在的數(shù)據(jù)顯示兩者基本相同，是由于C屬于初設(shè)深度，在詳設(shè)階段大約還有10%的優(yōu)化空間。

綜合起來單位體積用鋼量相差不大，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計本身沒有明顯浪費；A機組鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量偏大（24%）是由于總體布置空間需求偏大造成的，總體空間偏大的一個重要因素就是C設(shè)計有單獨的集控樓而C項目沒有（相應(yīng)的房間布置在主廠房內(nèi)）。

3 A項目在設(shè)計階段于設(shè)計優(yōu)化方面的得失

吸取了B項目運作過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)：部分構(gòu)件提高了材料強度，大量采用Q345鋼材，減少了總體造價；優(yōu)化構(gòu)件斷面尺寸，減少40mm厚及以上Z向鋼板的用量，降低了成本；初設(shè)階段通過談判，減小合同規(guī)定的樓層、屋面荷載；減少了用鋼量。

兼顧構(gòu)件加工運輸、現(xiàn)場施工、現(xiàn)場采購和合同總工期方面的需求：為了運輸和吊裝方便，汽機房屋架改為實腹梁，增加了用鋼量。當(dāng)?shù)剌p型砌塊難于采購，而采用空心磚等，增加了荷載、用鋼量。

BC排柱沒有采用箱形柱，使得柱體本身的外形尺寸看起來過大，如果采用箱形柱形式，外形尺寸大約為1000*700等級，但箱形柱安裝較困難；剛性連接柱牛腿太多，吊裝運輸不便（如印度二部），從而選擇了橫向鉸接模式，增多了一些橫向垂直支撐。

4 原因分析及建議

4.1 原因分析

設(shè)備荷載過大；地震等級高、風(fēng)速大；結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化深度不夠。由于該項目已實施完畢，故只能作為后續(xù)的經(jīng)驗教訓(xùn)，在后續(xù)項目上避免該問題重復(fù)發(fā)生，后續(xù)項目應(yīng)在設(shè)備荷載提資審核、結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化方面進行加強和提高。

在該項目執(zhí)行后期對印度瑪魯喇項目的主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了類比性分析，形成了調(diào)研報告。分析結(jié)果顯示，印度A項目主廠房鋼結(jié)構(gòu)單位空間用鋼量無明顯增大，表觀結(jié)構(gòu)柱梁截面過大，是出于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要，結(jié)構(gòu)截面設(shè)計過程中也做了優(yōu)化。單位機組用鋼量較大，跟單臺機組有關(guān)，跟設(shè)備布置優(yōu)化有關(guān)，非結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。

4.2 總結(jié)和建議

設(shè)備荷載準(zhǔn)確化，避免因工期壓力大就進行荷載預(yù)估做法；爭取在鋼結(jié)構(gòu)總圖設(shè)計過程中，對主要柱梁進行多截面優(yōu)化對比，并充分利用設(shè)計經(jīng)驗，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)斷面型式。