甘肅某電廠輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化設(shè)計

陳化森

（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司湖北武漢430071）

甘肅某電廠輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化設(shè)計

陳化森

（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司湖北武漢430071）

本方案設(shè)計針對輸煤棧橋地震力作用及地震破壞特點(diǎn)的分析，推薦本工程輸煤棧橋采用鋼筋混凝土框架式支架柱（在必要的位置設(shè)置支撐），縱向采用鋼桁架，兩端均與相鄰建筑物設(shè)置滾軸支座，鋼桁架上、下弦均設(shè)置支撐系統(tǒng)，棧橋樓面采用壓型鋼板底模的現(xiàn)澆樓面板，不設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型；抗震；鋼筋混凝土框架式支架柱；鋼桁架

1 工程概況

該工程位于甘肅省中部涼州區(qū)，距蘭州市274km。

本工程2×350MW機(jī)組為超臨界參數(shù)一次中間再熱供熱機(jī)組（空冷），同步建設(shè)雙室雙列五電場靜電除塵器和石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置，同步安裝煙氣脫除氮氧化物裝置，鍋爐采取低氮燃燒技術(shù)。電廠以330kV電壓接入系統(tǒng)，出線2回接入就近的涼州變330kV變電所。

2 設(shè)計技術(shù)條件

2.1 地震烈度及場地土類別

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），擬建場地50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.281g，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度；反應(yīng)譜特征周期為0.40s。建筑場地類別為Ⅱ類。

2.2 設(shè)計參數(shù)

基本風(fēng)壓值（50年一遇）：0.55kN/m2

基本風(fēng)壓值為（100年一遇）：0.65kN/m2

基本雪壓值（50年一遇）：0.20kN/m2

基本雪壓值（100年一遇）：0.25kN/m2

2.3 設(shè)計荷載

（1）永久荷載：

結(jié)構(gòu)自重。

（2）活荷載：

設(shè)備、管道荷載均按照《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL5022-93）之規(guī)定選取。

走道荷載：2kN/m2

設(shè)備荷載：4kN/m2

（3）雪荷載（50年一遇）：0.20kN/m2

（4）風(fēng)荷載（50年一遇）：0.55kN/m2

（5）地震作用：地震烈度為Ⅷ度，設(shè)計地震第二組，地震基本加速度為0.281g，特征周期為0.40s。

（6）溫度作用

輸煤棧橋荷載效應(yīng)組合以上述荷載按照《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL5022-93）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2006）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001，2008年版）《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）等現(xiàn)行電力行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行組合，以各種組合值中的最不利情況并遵照相關(guān)規(guī)程規(guī)范的計算、構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計。

3 輸煤棧橋的地震作用分析

作為火電廠中的主要輔助生產(chǎn)構(gòu)筑物之一的輸煤棧橋，在電廠中屬于乙類建筑，需提高一度抗震設(shè)防，本工程地震基本設(shè)防烈度為Ⅷ度（0.281g），提高一度需按Ⅸ度采取抗震構(gòu)造措施。

地震可能來自任意方向，一般建筑物結(jié)構(gòu)單元具有兩個水平主軸方向，并沿主軸方向布置抗地震作用的構(gòu)件，故規(guī)定僅在建筑物結(jié)構(gòu)單元的兩個主軸方向考慮水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算。但對于長度超過24m的棧橋應(yīng)按水平和豎向地震作用同時作用于結(jié)構(gòu)上最不利情況考慮地震作用。

國內(nèi)位于地震低烈度區(qū)的輸煤棧橋的常規(guī)布置為，棧橋的低端一般都為不動鉸接，支承在轉(zhuǎn)運(yùn)站或其他建筑物上，只有與廠房分離時，才在主廠房或碎煤機(jī)室高端支座設(shè)計成滾軸支座，中間端均為不動鉸接。

常規(guī)電廠棧橋布置如圖1、2。

圖1 常規(guī)布置棧橋立面圖

圖2 常規(guī)布置棧橋計算簡圖

這種布置對于Ⅵ度或Ⅶ度區(qū)的電廠來說，縱向地震下的總水平力較小，可以傳至低端建筑物上，可是對于本工程來說，地震烈度為Ⅷ度（0.281g），縱向的總水平力要增加許多，如果還按照上述模型分配，大部分地震力傳至低端建筑物，低端建筑物很難承受，因此，必須采取措施讓棧橋支架柱自己承受縱向水平地震力，而不將水平地震力傳至相鄰建筑物?？紤]到過去的習(xí)慣作法，棧橋還是考慮擱置在相鄰建筑物上，但在兩端均采用滑動支座，并設(shè)置足夠的防震縫。

棧橋兩端與建筑物采用了滑動支座，縱向水平力由自己承受，以下是采用常規(guī)的單榀支架柱形式棧橋的縱向計算結(jié)果如圖3～6。

圖3 框架立面圖

圖4 剪力包絡(luò)圖

圖5 彎矩包絡(luò)圖

圖6 配筋包絡(luò)圖

由以上結(jié)果可以看出，由于棧橋面是一個斜面，低端的支架柱剛度大，周期較短，分配的地震力較大，低端柱承受大部分剪力和彎矩。柱單側(cè)配筋率為2.23%。因此，采用單榀柱顯然是不可行的。

如果將棧橋支撐柱改為框架式支架柱，可以調(diào)整縱向各支架柱之間的剛度，以共同承受縱向地震作用。在高端棧橋處增加支撐，以彌補(bǔ)高端棧橋地震作用偏小問題。

本工程擬采用的棧橋支架柱計算模型如圖7～10。

圖7 框架立面圖

圖8 剪力包絡(luò)圖

以上計算結(jié)果表明，采用框架式支架柱后，各榀框架之間地震力分配比采用單肢柱要合理，柱配筋率大大降低，計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

4 輸煤棧橋地震時的破壞特點(diǎn)及應(yīng)對措施

我們首先要了解輸煤棧橋在地震時的破壞特點(diǎn)才能采用合理的應(yīng)對措施，根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中描述，國內(nèi)十多年來發(fā)生的幾次強(qiáng)烈地震中，離震中最近的12座發(fā)電廠的棧橋結(jié)構(gòu)經(jīng)受了Ⅶ～Ⅹ度地震的考驗(yàn)，運(yùn)煤棧橋結(jié)構(gòu)震害部位可歸納為下列各點(diǎn)：

（1）相鄰建（構(gòu)）筑物間發(fā)生碰撞損壞；

（2）預(yù)制構(gòu)件破壞；

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞；

（4）棧橋框架支柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞。

針對以上四點(diǎn)，我們擬采取以下措施：

（1）因?yàn)闂蚪Y(jié)構(gòu)與相鄰建筑物的動力特性不一樣，因些，棧橋與相鄰建筑物之間均采用滾軸支座相連，并設(shè)置防震縫，防震縫的寬度需不小于120mm。

（2）預(yù)制構(gòu)件破壞，國內(nèi)的輸煤棧橋縱向桁架有三種型式：鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。棧橋橋面板有預(yù)制槽形板或預(yù)應(yīng)力槽形板和壓型鋼板底模現(xiàn)澆樓面板。

從受力分析，棧橋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支架柱會設(shè)置得很密，很不經(jīng)濟(jì)。而預(yù)制鋼筋混凝土桁架施工周期長，且地震時容易造成破壞，因而也不宜采用，本工程擬采用目前最常用的鋼結(jié)構(gòu)桁架形式，由于預(yù)制板在地震時容易破壞，故選用整體性好的壓型鋼板底?，F(xiàn)澆樓面板。

（3）棧橋框架支柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞

設(shè)計時擬采用空間程序進(jìn)行整體計算，節(jié)點(diǎn)區(qū)的設(shè)計嚴(yán)格按照建筑抗震設(shè)計規(guī)范的構(gòu)造要求，并按照鋼筋混凝土規(guī)范中的11.3.2和11.4.4要求對節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁、柱分別進(jìn)行抗剪驗(yàn)算，保護(hù)節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗震。

圖9 彎矩包絡(luò)圖

圖10 配筋包絡(luò)圖

5 結(jié)論

根據(jù)以上對輸煤棧橋地震力作用及地震破壞特點(diǎn)的分析，推薦本工程輸煤棧橋采用鋼筋混凝土框架式支架柱（在必要的位置設(shè)置支撐），縱向采用鋼桁架，兩端均與相鄰建筑物設(shè)置滾軸支座，鋼桁架上、下弦均設(shè)置支撐系統(tǒng)，棧橋樓面采用壓型鋼板底模的現(xiàn)澆樓面板。

[1]《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL 5022-93）.

[2]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2006）.

[3]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010）.

[4]《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 50018-2002）.

[5]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017-2003）.

[6]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010-2010）.

TM621

A

1004-7344（2016）28-0074-02

2016-9-23

陳化森（1982-），男，助理工程師，本科，主要從事電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。