鋼筋混凝土側(cè)煤倉結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

孫曉紅

摘 要：以某火力發(fā)電1 000 MW工程機(jī)組側(cè)煤倉為依托，采用不同空間計算軟件對不規(guī)則框架進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)彈性計算和抗震性能分析，并提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：側(cè)煤倉；不規(guī)則框架；抗震性能；地震荷載

中圖分類號：TU352.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.110

隨著我國火力發(fā)電廠的快速發(fā)展，主廠房工藝布置除采用傳統(tǒng)前煤倉四列式+塔式爐（或∏型爐）的布置方式外，三列式+側(cè)煤倉+∏型爐的布置方式也得到了廣泛采用。側(cè)煤倉布置不僅可有效減少四大管道、電纜的長度，還可以縮短A列至煙囪的距離，從而充分利用鍋爐間的場地。

某1 000 MW機(jī)組工程采用塔式爐+鋼砼側(cè)煤倉布置，這種布置方式在國內(nèi)尚屬首次。由于兩爐間的空間較大，導(dǎo)致鋼砼側(cè)煤倉布置具有橫向跨度小、框架層數(shù)多、剛性樓層少、荷載層多、大荷載點(diǎn)位置高等特點(diǎn)。對于土建結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，不規(guī)則結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的原因一般為地震荷載的控制作用。因此，結(jié)構(gòu)抗震性能分析對保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性起著關(guān)鍵性作用。

本工程煤倉間框架屬于非常規(guī)布置，需采用空間計算程序，且本工程屬于重要工程，煤倉間屬于乙級建筑物，有必要采用兩個不同的結(jié)構(gòu)計算軟件進(jìn)行對比分析。因此，本文采用不同的模型抗震性能驗(yàn)證設(shè)計方案的合理性，從而為實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可靠依據(jù)，為電廠的安全運(yùn)行提供可靠的保證。

1 工程概述

某1 000 MW機(jī)組工程采用7度（0.1 g）設(shè)防，場地土為1類，Tg=0.3 s，風(fēng)壓為0.4 kN/m2。根據(jù)規(guī)范，該工程為重要電力設(shè)施，煤倉間屬重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），設(shè)計使用年限為50年。其磨煤機(jī)布置在±0.0 m處，中跨0～17 m作為檢修通道空間，17 m處為給煤機(jī)層，44 m處為皮帶層，鋼煤斗支撐梁頂標(biāo)高為30.4 m，送粉管道布置在10 m、24.5 m、30 m層，煤倉間兩側(cè)管道及其輔助房間均為對稱布置。

其建筑主體采用現(xiàn)澆鋼砼框架結(jié)構(gòu)，橫向?yàn)?主跨（6.5 m+

8 m+6.5 m），兩側(cè)設(shè)12 m的寬附跨，總尺寸為39 m；縱向?yàn)?跨（6×10 m），總尺寸為60 m。其中，17 m層、44 m層、附跨30.4 m層為鋼梁+現(xiàn)澆鋼砼板結(jié)構(gòu)，其余層均無剛性樓板，皮帶層以上采用輕鋼封閉，總高度為44 m（不括輕鋼結(jié)構(gòu)）。煤倉間框架的抗震等級為一級。橫向框架外形和煤斗支撐層平面的布置如圖1和圖2所示。

2 抗震分析和模型驗(yàn)證

2.1 計算軟件

計算軟件包括PKPM系列、SAP系列、TBSA系列、BSCW、MADIS、STAADPRO、ANSYS等，其均可用于結(jié)構(gòu)計算和內(nèi)力分析。其中，由中國建科院開發(fā)的PKPM系列軟件不僅可適用于一般多層工業(yè)、民用建筑，也可用于100層以下的體型復(fù)雜的高層建筑，具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量小的特點(diǎn)，是國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計中最常用的軟件。但在工藝建筑領(lǐng)域內(nèi)，存在荷載組合工況復(fù)雜、可變荷載種類多、加荷方式特殊、結(jié)構(gòu)錯層多等情況，而該軟件是根據(jù)民用建筑的特點(diǎn)開發(fā)并不斷完善的，因此，采用該軟件具有一定的局限性，無法完全反映工程的實(shí)際情況。SAP系列軟件是由美國CSI公司開發(fā)的，適用于橋梁、工業(yè)建筑、運(yùn)動演出場所等特種結(jié)構(gòu)，是國際通用的結(jié)構(gòu)分析計算程序，具有集成化圖形用戶界面和各種實(shí)用的單元等，能根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行單元劃分。其計算模型最接近實(shí)際結(jié)構(gòu)，但相比于PKPM，其模型計算的復(fù)雜程度高、耗時長，且計算結(jié)果的直觀程度低，需要設(shè)計者具備較高的分析能力，可選作驗(yàn)證計算軟件。

2.2 采用PKPM的計算和分析

煤倉間框架PKPM計算模型如圖3所示。

2.2.1 結(jié)構(gòu)不規(guī)則分析及其解決措施

該煤倉間的附跨高度為30 m，主跨高度為50 m，平面凹進(jìn)18 m，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%，屬于凹凸不規(guī)則；10 m、24.5 m、30.4 m處均無樓板，開洞面積大于相應(yīng)樓層的30%，屬于樓板不連續(xù)；高度為17 m、30.4 m、44 m樓層的質(zhì)量高于相鄰下部樓層的1.5倍，屬于樓層質(zhì)量豎向分布不規(guī)則。因此，該建筑結(jié)構(gòu)存在多項(xiàng)不規(guī)則性，屬于特別不規(guī)則建筑，但不屬于嚴(yán)重不規(guī)則建筑，設(shè)計時可采取以下設(shè)計措施解決：采用時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算，將轉(zhuǎn)換層斜柱在水平地震作用下的計算內(nèi)力乘以適當(dāng)?shù)脑龃笙禂?shù)，并考慮豎向地震的作用；在斜柱與直柱的轉(zhuǎn)換點(diǎn)處，對框架梁按壓彎和拉彎構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核計算。

2.2.2 結(jié)構(gòu)抗震性能分析

柱軸壓比如表1所示。

表2中，結(jié)構(gòu)前三振型均為整體振型，兩個主軸方向的周期比值為1.08，動力特性相近；扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期（1.660 9）與平動為主（2.094 1）的比值為0.793.由此可見，采用平面布置對減小該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響是有效的。

表4中，雖然結(jié)構(gòu)周期稍長，但在地面運(yùn)動速度、位移對結(jié)構(gòu)影響的分析中不需考慮放大系數(shù)。

表5中，縱向略超出規(guī)范要求。規(guī)范規(guī)定，當(dāng)樓層最大層間位移角不大于規(guī)范限值的40%時，該比值可適當(dāng)降至1.6，雖然橫向（1/945）大于限值的40%（1/1 375），但遠(yuǎn)小于規(guī)范要求（1/550），結(jié)構(gòu)抗扭剛度較大，可允許較小的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，基本滿足規(guī)范要求。

由上述彈性計算結(jié)果可見，側(cè)煤倉整體結(jié)構(gòu)布置基本合理，其抗震性能可滿足規(guī)范要求，具有良好的抗震性能。

2.3 采用Sap的模型驗(yàn)證

SAP2000計算模型如圖4所示。

地下剪力墻與樓板采用同一模型面元，圖4中為消隱墻元后的簡化圖形。

結(jié)構(gòu)自振周期如圖5所示。

層間位移角如表6所示。

上述結(jié)果與PKPM的計算結(jié)構(gòu)基本一直，且滿足規(guī)范限值要求。

3 結(jié)論

采用PKPM和SAP兩種不同空間模型在結(jié)構(gòu)動力特性、構(gòu)件

內(nèi)力等方面的計算結(jié)果是一致的。由此可見，利用PKPM模型對不規(guī)則工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)分析是合理的，不可避免的是特殊構(gòu)件的建模簡化性偏差，但結(jié)構(gòu)整體的計算結(jié)果是可信的。雖然此結(jié)構(gòu)具有多項(xiàng)不規(guī)則性，但不屬于嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)，可采用適當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施，比如控制柱軸壓比、適當(dāng)提升柱截面配箍率、采用復(fù)合封閉箍筋等，從而有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。此外，建議采用彈性時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算，取三組加速度時程曲線輸入，取時程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值，從而保證結(jié)構(gòu)的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]呂西林.超限高層建筑工程抗震設(shè)計指南[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008.

〔編輯：張思楠〕