新抗震規(guī)范在發(fā)電廠主廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用分析

摘 要：隨著我國經(jīng)濟科技水平的提高，以及各方面技術(shù)不斷與國際接軌，火電技術(shù)在我國正朝著現(xiàn)代化、國際化的方向發(fā)展。國家也結(jié)合各方面的高新技術(shù)，對設(shè)計土建結(jié)構(gòu)的規(guī)范做出了相應(yīng)的調(diào)整。本文以新修訂的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》為根據(jù)，并結(jié)合其在發(fā)電廠主廠房鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，對主廠房結(jié)構(gòu)地地震反應(yīng)受場地條件影響進行了闡述，對支撐布置的形式提出了合理的建議，提出從抗震相關(guān)措施、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面入手進行探究，以使結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠達到規(guī)范的所規(guī)定的安全標準。

關(guān)鍵詞：新抗震規(guī)范；發(fā)電廠主廠房；土建結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用分析

引 言

隨著我國對國外先進技術(shù)的不斷引進和國內(nèi)電力工業(yè)的發(fā)展以及高參數(shù)、大容量的火電機組的興起，國內(nèi)眾多先進技術(shù)的應(yīng)用和研究，加快了火電技術(shù)在我國向著現(xiàn)代化和國際化方向發(fā)展的步伐。并且由于建筑業(yè)在我國國內(nèi)的發(fā)展，帶動著電力設(shè)計領(lǐng)域越來越廣泛地使用高新技術(shù)。電子土建技術(shù)發(fā)展需要與民用建筑領(lǐng)域以及整個行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展保持同步，甚至處于領(lǐng)先地位。自2010年國家對新規(guī)范進行修改以來，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨著許多新的挑戰(zhàn)，眾多專家也迫切的需要對電力土建技術(shù)進行研究和開發(fā)。

通過對舊規(guī)范進行修訂，也標志著國內(nèi)的土建標準正在逐漸開始拉近與世界先進的規(guī)范標準之間的距離。施工技術(shù)和土建設(shè)計需要滿足大容量機組火電廠更加嚴格、更新、更高的需求。其修改過程對國際慣例以及國際的發(fā)展趨勢進行了參照，修改后涵蓋內(nèi)容更廣，安全水平更高。尤其是對執(zhí)行強制性條文的把握上十分明顯。新版行業(yè)標準的修訂會遵循新抗震規(guī)范允許對行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑按專門行業(yè)規(guī)定執(zhí)行這一原則，并根據(jù)一些在電廠使用的特殊設(shè)計工藝，對一些條文的修改會與國家的抗震規(guī)范條文有所區(qū)別，但是要嚴格執(zhí)行涉及到結(jié)構(gòu)安全的重要強制性標準，并且有針對性的制定相關(guān)的規(guī)定限制。新規(guī)范中新增了結(jié)構(gòu)抗震分析、抗震變形驗算、樓層地震剪力控制和不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計等的相關(guān)規(guī)定，并對抗震措施設(shè)計要求進行了改進。針對諸如大容量、高參數(shù)機組廠房此類的電廠主廠房排架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系在改進過程中新出現(xiàn)的問題，為確保結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠達到規(guī)定的安全標準，需要深入的對抗震設(shè)計理論進行研究。

1 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計原則

概念設(shè)計是在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，將廠房的結(jié)構(gòu)總體地震反應(yīng)放在考慮的第一位，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的破壞過程以及破壞機制對地震設(shè)計準則進行靈活地運用。

新抗震規(guī)范中新增對結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的強制性要求，并且對限制指標進行了具體要求，使嚴重不規(guī)則、特別不規(guī)則以及不規(guī)則程度的區(qū)分標準更加明確。根據(jù)這一衡量標準，應(yīng)根據(jù)豎向和平面不規(guī)則、荷載不均勻分布等框排架結(jié)構(gòu)在電廠主廠房實際應(yīng)用過程中存在的一些超標情況，提出與之相對應(yīng)的條件對其進行限值。設(shè)計人員在對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，需要對優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置有足夠的重視，在盡可能對工藝設(shè)計要求進行滿足的同時，要對布置進行調(diào)整，為滿足結(jié)構(gòu)布置比較規(guī)則的要求，要對斷面、層高進行優(yōu)化，并對結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及抗側(cè)力構(gòu)件進行均勻布置，最大程度地使結(jié)構(gòu)布置中存在錯層、短柱和薄弱層的現(xiàn)象得到減少或避免。針對各電廠主廠房特點的不同，查找造成結(jié)構(gòu)不規(guī)則的源頭并對其進行研究解決。如：煤斗的支撐層剛度較低的問題；側(cè)向剛度由于梁斷面大幅變化、層高不均勻而造成的不均勻；平面由于集中控制樓插入框架的布置導(dǎo)致凹凸不規(guī)則；局部剛度由于樓面錯層或者過多開孔導(dǎo)致的不連續(xù)等。同時在行業(yè)規(guī)定中對影響結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的突出問題加以限制，以克服在當下工程設(shè)計的過程中所出現(xiàn)的方向不明確現(xiàn)象。所以在規(guī)定中還需要限值下列幾個方面：

（1）若框架在由于工藝布置受到限值的情況下而使用錯層結(jié)構(gòu)，則對其采取的抗震措施需要嚴格進行。同時在8、9度區(qū)以及7度Ⅲ、Ⅳ類場地時，不應(yīng)將錯層結(jié)構(gòu)用在該鋼筋混凝土框架相鄰跨上。

（2）宜在樓層或接近樓層的地方布置行車荷載作用點。

（3）鋼梁與混凝土樓板之間應(yīng)在結(jié)構(gòu)分析需要考慮到樓板的剛度并且樓板梁采用鋼梁時有可靠的連接。

（4）宜在樓層處梁高范圍內(nèi)布置框架與排架跨的聯(lián)結(jié)點。在8、9度區(qū)以及7度Ⅲ、Ⅳ類場地時，不應(yīng)在層間設(shè)置。

（5）應(yīng)力求在沿豎直方向布置各層框架梁的過程中使各層間剛度的差異盡可能的減少，以防止薄弱層的形成。

（6）宜考慮將水平支撐設(shè)置在相鄰的樓層或盡可能地讓其他料斗或者煤倉的重心與支承點所在的樓層處靠近，以讓地震作用得到傳遞，并且應(yīng)使相應(yīng)的樓層在水平方向具有足夠的剛度。

2 發(fā)電廠合理的支撐布置形式

一般采用鋼框架一中心支撐體系或者混凝土框架一抗震強墻（支撐）體系搭建高烈度區(qū)大機組發(fā)電廠的主廠房，有支撐結(jié)構(gòu)承擔地震引起的水平荷載。由于為了配合工作量的減少以及工藝布置的要求，結(jié)構(gòu)往往被工藝專業(yè)要求將支撐布置減少甚至對布置于廠房兩端的支撐進行嚴格限制。這樣會造成地震作用因主廠房的支撐過于集中的布置而集中于某幾個支座上。從實際上來講，如果能夠均勻的沿著縱向?qū)χ芜M行布置，雖然主廠房的總地震反應(yīng)會增大、剛度會增大，但是支座反力在地震作用下卻會減小得十分明顯。對支撐進行合理的布置，能夠使整體承載能力以及整體結(jié)構(gòu)剛度分布得更加均勻，使剛度在各軸線側(cè)向之間相互接近。對結(jié)構(gòu)動力特性的差異在兩個主軸方向的差異進行減小，并對汽機廠房外側(cè)柱列的縱向剛度進行加強：宜在荷載較大的柱間布置支撐，對上下貫通。結(jié)構(gòu)自振周期會隨著整體結(jié)構(gòu)的剛度的增加而減少，同時也會增大結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。在不改變支撐在鋼框架一支體系中的布置方式以及數(shù)量的情況下，若要使地震反應(yīng)得到減小，可通過對支撐截面面積進行減小以讓結(jié)構(gòu)的剛度得到減少的方式來解決。所以并不是支撐的截面越大抗震反應(yīng)越好，如果要既具有一定的經(jīng)濟性又能夠滿足結(jié)構(gòu)安全，就需要通過精確的計算要求進行合理的選擇。

3 抗震構(gòu)造的改進

因為工藝對發(fā)電廠主廠房有很高的要求，同時各個廠房都具有其本身獨特的優(yōu)缺點導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體較為復(fù)雜，導(dǎo)致主廠房的開間尺寸、荷載以及結(jié)構(gòu)跨度較大，由此也就增大了與之相應(yīng)的梁柱的斷面。這就使電廠主廠房比民用建筑在抗震規(guī)范條文的執(zhí)行上要困難許多，并且有時在執(zhí)行過程中也不是十分適合實際情況。結(jié)合一系列的試驗分析以及震駭?shù)慕?jīng)驗，并采取措施對一些相對薄弱的環(huán)節(jié)進行了加強。平面布置在主廠房中要力求有規(guī)則、整齊合理、簡單、質(zhì)量和剛度均勻?qū)ΨQ、受力明確。應(yīng)在局剛度中心比較近的位置設(shè)置質(zhì)量大的設(shè)備，不適合在結(jié)構(gòu)單元的邊緣布置質(zhì)量大的跨間，較長的懸臂結(jié)構(gòu)要盡量減少使用，并且較重的設(shè)備不適合布置在懸臂結(jié)構(gòu)上。

（1）新型技術(shù)以及新型材料的使用，有相對充裕的資金投入到新建建筑當中，在重要的設(shè)備以及重要的結(jié)構(gòu)中，韌性、可焊性以及延性較好的專用鋼筋應(yīng)被優(yōu)先使用到鋼筋混凝土當中。

布置工藝應(yīng)與主廠房的豎向布置緊密結(jié)合起來，并盡可能低位布置相關(guān)的設(shè)備。并且為了就愛你各地主廠房的重心和高度，要對結(jié)構(gòu)的自重以及工藝荷載進行適當?shù)慕档?。要才采用減少廠區(qū)挖方的階梯式布置形式，并對地形進行充分的利用，對廠區(qū)進行豎向布置。

（2）只有廠房的整體性得到了保證才能夠讓結(jié)構(gòu)在經(jīng)過大震之后不倒不塌，這就需要對支撐體系進行加強。首先要保證有齊備的支撐系統(tǒng)，使天窗架以及支撐柱間的抗震能力同時得到加強。其次屋面板的連續(xù)整體性也需要得到保證。

（3）應(yīng)在設(shè)計中采用質(zhì)量較輕的輕質(zhì)墻板作為主廠房的圍護，若砌體維護必須使用，則要加強在原有規(guī)范基礎(chǔ)上的連接構(gòu)造措施。

（4）在對汽機房屋面板的設(shè)計過程中，三個點焊接也十分重要，要減小端柱間的相對變形，并對端柱間的整體剛度進行加強，同時對該類型面板的焊接構(gòu)造也要十分明確。

（5）建筑物的平面布置力求方正簡潔，一些曲折凹凸的變化要盡量避免，空間和平面剛度要盡可能的保證均勻，盡量讓剛度中心與房屋的質(zhì)量中心接近或留有一定的重合。

4 結(jié)束語

綜上，通過一對發(fā)電廠主廠房土建結(jié)構(gòu)進行一系列的抗震改造，相較于以前已經(jīng)有了相當?shù)倪M步，通過對一系列的理論的分析以及研究，大機組廠房面臨的新問題都得到了進一步的解決，抗震措施已經(jīng)變得經(jīng)濟有效。對設(shè)計標準的制定來講，對比新老規(guī)范，并開展具有代表性的實驗會讓其可行性得到顯著的提高。從行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀進行預(yù)測和判斷，未來主廠房設(shè)計的基本規(guī)定將是三維空間分析，鋼結(jié)構(gòu)在主廠房中的應(yīng)用將更加廣泛，在高地震區(qū)尤為顯著。土建行業(yè)規(guī)范的抗震條文修訂將以加強抗震措施設(shè)計以及研究并提出更嚴格的結(jié)構(gòu)分析要求、電力土建設(shè)計強化概念作為指導(dǎo)思想。這將使電廠建筑抗震技術(shù)得到進一步的發(fā)張和提高。

參考文獻

[1]康靈果.大型火力發(fā)電廠少墻型鋼混凝土框架主廠房抗震性能試驗與設(shè)計方法研究.西安建筑科技大學(xué).2009.

[2]中華人民共和國國家標準.《建筑抗震設(shè)計規(guī)范）GB50011-2010.

[3]吳濤，白國良，劉柏權(quán)，等.大型火力發(fā)電廠鋼筋混凝土框排榘結(jié)構(gòu)抗震性能擬動力試驗分析[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（04）.

[4]中華人民共和國電力行業(yè)標準.《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》DL5022-2012.

作者簡介：甘立勝（1969-），男，碩士研究生，高級工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作和安全質(zhì)量管理工作。