大型火電廠主廠房結(jié)構(gòu)類型選擇及經(jīng)濟性分析

來海峰

摘要：我國是個能源消耗大國，各類電廠的興建是為滿足飛速發(fā)展的社會經(jīng)濟及人們?nèi)找嫣岣叩纳钏?。然而大型火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)有很多種不同的結(jié)構(gòu)類型，不同的類型對不同的地理和生產(chǎn)條件都有不同的利與弊。所以，在建設火電廠主廠房的時候要根據(jù)實際情況，選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。本文結(jié)合工程經(jīng)驗論述了對主廠房結(jié)構(gòu)類型的選擇和經(jīng)濟性比較，希望能提高主廠房設計水平，對推動主廠房結(jié)構(gòu)體系的建設提供有意義的依據(jù)。

Abstract： China is a big energy-consuming country. The construction of various types of power plants is to meet the rapid development of the social economy and people's living standards. However， the structure of the main building of a large thermal power plant has many different structural types， and different types have different advantages and disadvantages for different geographical and production conditions. Therefore， when constructing the main plant of a thermal power plant， it is necessary to select a reasonable type of structure according to the actual situation. This paper discusses the selection of the main plant structure type and economic comparison with the engineering experience. It is hoped that the design level of the main plant can be improved and a meaningful basis for the construction of the main plant structural system is provided.

關(guān)鍵詞：火電廠;主廠房;結(jié)構(gòu)類型;經(jīng)濟性

Key words： thermal power plant;main building;structural type;economic

中圖分類號：TU398+.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0187-03

0 ?引言

現(xiàn)階段我國和世界其他國家在設計時對于火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)類型選擇不同，其它國家火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)類型多為鋼結(jié)構(gòu)，我國是以鋼-混凝土結(jié)構(gòu)為主，但是目前我國火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)類型除了采用鋼-混凝土結(jié)構(gòu)外，也在一定程度上采用了鋼結(jié)構(gòu)。火電廠主廠房在火電廠中占有重要地位，對于火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)類型選擇要綜合多種因素（業(yè)主期望、資金條件、地理環(huán)境、施工技術(shù)等）來慎重考慮。以下就火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)類型選擇及經(jīng)濟性分析進行論述。

1 ?火電廠主廠房常用結(jié)構(gòu)類型

1.1 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國早期建設的火電廠主廠房采用較多的結(jié)構(gòu)類型，這種結(jié)構(gòu)主要的優(yōu)點是構(gòu)件可由工廠直接加工制作、受冬雨季影響很小、工程建設周期短;另外因為施工機械化程度高減少了高空作業(yè)，降低了工人的工作強度;結(jié)構(gòu)施工過程不需要投入大量的鋼管、模板等施工料具而降低建設成本等。近年來，由于火電廠機組容量的增加，裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也暴露出了其中的缺點：第一、機組容量增加，主廠房的跨度、體積增加導致構(gòu)件自身的長度、重量有所增加，在運輸過程中難度增加較大，在進行施工吊裝的過程中，要用大型起吊設備，同時加工預制構(gòu)件過程中需要的場地范圍也要相應擴大，這在一定程度上會加大工程的成本及綜合難度;第二、由于預制框架的匯聚節(jié)點部位，是先把預留打剖口的鋼筋焊接后再用高等級混凝土進行二次澆筑，但是鋼筋焊接的質(zhì)量要求高、現(xiàn)場施工過程中不容易保證質(zhì)量，屬于薄弱部位，那么在地震荷載作用下，節(jié)點部位的鋼筋被拉斷、變形過大的可能性隨之加大，很容易破壞二次澆筑部分。

1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

隨著施工要求的不斷提高，以及施工技術(shù)的不斷推陳出新，現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能較高，抗震效果好、有較高的防水性、構(gòu)造簡單，而且在施工中不需要大型起吊設備采用現(xiàn)場支模綁扎鋼筋澆筑砼的施工工藝，在后期的使用中維護簡單等，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)點體現(xiàn)了其自身的經(jīng)濟適用性的特點，所以在業(yè)主單位中比較受關(guān)注。同時，由于在我國地理范圍內(nèi)除最北方少數(shù)地方冬季施工溫度不合適外，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國絕大多數(shù)地方的施工不受時間和溫度的影響，施工較為便捷，所以在南方的潮濕地區(qū)更受歡迎。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點：第一、多個部位的單體工程可以同時進行施工縮短了工期;第二、鋼筋混凝土的整體性較好，抗震效果好;第三、新建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主廠房時，能夠結(jié)合周邊的環(huán)境，因地制宜。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于現(xiàn)澆的特點在結(jié)構(gòu)施工過程中耗費大量的人力物力、鋼（木）模板，腳手架的用量巨大，尤其是在寒冷的地區(qū)，冬季砼施工的難度很大，這種情況下，難免會提高施工的成本。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)

一般采用國外設備的電廠或者是國外火電工程建設項目多用鋼結(jié)構(gòu)的主廠房，采用國產(chǎn)設備的部分電廠也選擇了鋼結(jié)構(gòu)設計，火電廠如果采用鋼結(jié)構(gòu)設計，在與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的比較中，由于鋼結(jié)構(gòu)主廠房自身的重量較小，地震的作用也相對降低。與此同時，就施工進度而言，由于鋼結(jié)構(gòu)的施工工期相比較短，鋼結(jié)構(gòu)主廠房比鋼筋砼結(jié)構(gòu)主廠房可提前約3個月完成，所以目前我國在新建電廠時，鋼結(jié)構(gòu)占有一定的優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)有著自身的優(yōu)勢，但同時鋼結(jié)構(gòu)也存在著以下的缺點：第一、鋼結(jié)構(gòu)的耗鋼量較高，鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量大約比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)增加60%～200%左右，工程造價大約增加20%～90%左右。所以相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其投入的成本也隨之增加。如果在主廠房結(jié)構(gòu)中大量采用鋼結(jié)構(gòu)，投資成本較高，所以現(xiàn)實環(huán)境下使用的較少;第二、鋼結(jié)構(gòu)的主廠房，其防火性能差，易生銹、腐蝕，防腐會加大使用成本，且會在一定程度上影響正常使用。

1.4 鋼-混凝土結(jié)構(gòu)

鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式是總體結(jié)合吸收鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)點：在豎向結(jié)構(gòu)中用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)中用鋼結(jié)構(gòu)，將他們?nèi)跒橐惑w，是性價比較高的新的結(jié)構(gòu)類型。目前在大中型的主廠房結(jié)構(gòu)中，鋼-混凝土結(jié)構(gòu)使用率越來越高。鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：第一、A排、BC框架為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，整體性好、受力性能好、抗震效果好、易于施工;第二、大跨度的屋面、平臺板、梁采用鋼結(jié)構(gòu)不但減輕了自重，綜合用鋼量顯著減少、降低了成本具有較好的技術(shù)經(jīng)濟指標，而且大大加快了施工進度降低了施工難度;第三、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。

2 ?火電廠主廠房設計應該遵守的原則

2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)筆者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在火電廠主廠房的結(jié)構(gòu)類型主要以鋼-混凝土結(jié)構(gòu)為主，但是，發(fā)達國家由于工藝技術(shù)、冶煉技術(shù)比較先進，大多采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的主廠房較鋼-混凝土結(jié)構(gòu)有較小的自重，對于地震的抵抗能力也是較強的。所以，在我國火電廠以后的建設中，鋼結(jié)構(gòu)具有較大的優(yōu)勢，隨著我國經(jīng)濟水平的提高，不久的將來，我國的火電廠主廠房可能會在這方面有較大的發(fā)展。

2.2 設計參數(shù)

在設計火電廠主廠房時要考慮的參數(shù)很多，如果對必要的參數(shù)有所遺漏而在設計中未充分考慮，那么主廠房在以后的生產(chǎn)建設中，就存在一定的安全隱患，萬一對相關(guān)工作人員造成生命財產(chǎn)的損失，也會給供電區(qū)域工廠生產(chǎn)和人們的日常生活帶來不便。主廠房設計考慮的主要基本參數(shù)有：當?shù)匾话闱闆r、極端情況下的風速、風的壓力，基本抗震加速度、外加荷載等，還要分析當?shù)氐牡刭|(zhì)、空氣資料等。設計參數(shù)所占的重要地位不容人們所忽視，人們必須要慎重對待。

2.3 荷載分析

荷載分析是對主廠房進行一定的模擬運行期荷載分析，就是在某種情況下主廠房所能夠承受的負重。比如雪荷載、永久荷載等，在設計中必須依據(jù)不同的部位、構(gòu)件，參考不同的取值系數(shù)，計算出最合適的截面，使主廠房的建設更具有一定的安全性。根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設計技術(shù)規(guī)定》可以查閱各樓層的荷載、工藝要求必需材料的荷載等。在驗算主廠房框排架不同的部位的時候，載荷應當相應的折減或按照原標準來進行相應的驗算。

2.4 計算分析方法

我們現(xiàn)在主要運用的計算分析軟件是盈建科或PKPM，如果是國外項目就用SPA200軟件。這些計算分析軟件，考慮的比較全面，經(jīng)實踐檢驗也比較準確，可以分析計算出各桿件、板、墻的內(nèi)力和最大應力。

3 ?對火電廠主廠房結(jié)構(gòu)選型的改進建議

①對主廠房采用不同的結(jié)構(gòu)類型建設，可以滿足不同地域、不同環(huán)境、不同條件下火電廠的建設的不同需求，可以降低單一結(jié)構(gòu)類型在我國南北、東西跨度幾千公里差距十分巨大的自然環(huán)境中的不適應性，可以減少相同規(guī)?；痣姀S在不同地域的造價差距。

②對主廠房采用不同的結(jié)構(gòu)類型相結(jié)合的鋼-混凝土結(jié)構(gòu)有很多非常明顯的優(yōu)點，適用于我國現(xiàn)階段的大部分情況可以重點選擇。

③目前正值國家大力推廣裝配式結(jié)構(gòu)的應用，應該重新審視原來的裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對預制方案進行提升改進完善，如采用大部分現(xiàn)澆和局部預制情況相結(jié)合，充分發(fā)揮各地新建現(xiàn)代化裝配式結(jié)構(gòu)加工廠的優(yōu)勢以求達到最好的方案，在當?shù)鼗痣姀S主廠房的建設中起到一定的模板效果，積極發(fā)展裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4 ?不同規(guī)模不同結(jié)構(gòu)主廠房經(jīng)濟性比較分析

通常主廠房是四列式布置，依次為汽機房、除氧間、煤倉間、鍋爐房（見圖1）。也有汽機房、除氧間、鍋爐房（煤倉間與除氧間合并或與鍋爐房合并等形式）的三列式布置。

在實際設計中鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的主廠房，屋架也是鋼屋架、煤倉間鋼梁澆制混凝土屋面板、汽機壓型鋼板屋面板，大跨度板也是鋼梁澆制混凝土樓板，與鋼結(jié)構(gòu)的主廠房的基本一致，基礎(chǔ)形式也一樣。但是由于相同規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)的主廠房的重量減小很多，上部結(jié)構(gòu)傳給地基的壓力也減小，那么鋼結(jié)構(gòu)的主廠房的地基處理的費用就比鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的主廠房的費用低很多。不同規(guī)模不同結(jié)構(gòu)主廠房造價比較如表1所示。

5 ?結(jié)束語

大型火電廠的主廠房是火電廠核心的組成部分，在設計時選擇因地制宜的主廠房結(jié)構(gòu)類型，在結(jié)構(gòu)類型選擇上既要符合國家電力建設的經(jīng)濟政策，同時要對業(yè)主期望、工程性質(zhì)、施工工藝、抗震程度等有詳細的分析、判斷和考慮，結(jié)合科技進步的新成果，選擇科學、經(jīng)濟的設計方案，使其發(fā)揮巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，從根本上推動我國電力事業(yè)的發(fā)展。

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