淺析電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析

熊小淥 中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司

1 前言

電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否科學(xué)，直接影響著日后電廠的運(yùn)行生產(chǎn)質(zhì)量，當(dāng)前我國(guó)電力行業(yè)正朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，所以為電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了更高的要求。在進(jìn)行電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要在滿足電廠日常運(yùn)行生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，符合各項(xiàng)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)出與電廠發(fā)展戰(zhàn)略相契合、滿足電廠特點(diǎn)的土建項(xiàng)目。本文將針對(duì)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要意義

在電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中涵蓋了諸多內(nèi)容，需要結(jié)合電廠生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際需求，對(duì)生產(chǎn)需求、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、設(shè)備安裝等諸多內(nèi)容進(jìn)行考慮，實(shí)現(xiàn)土建工程設(shè)計(jì)與各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)調(diào)配合，確保電力生產(chǎn)工作順利實(shí)施。此外，電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是工程建設(shè)關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)保障，設(shè)計(jì)人員借助專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)劃出土建結(jié)構(gòu)語(yǔ)言，為施工人員提供詳盡的施工信息。在開(kāi)展工程施工時(shí)，一般都是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求開(kāi)展各項(xiàng)施工內(nèi)容，完善的電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，可以為工程建設(shè)順利實(shí)施做出基礎(chǔ)保障。利用簡(jiǎn)單明確的結(jié)構(gòu)語(yǔ)言，對(duì)墻體、基礎(chǔ)、板梁柱等關(guān)系進(jìn)行明確，在計(jì)算好抗力體系和承載力的基礎(chǔ)上，合理的結(jié)合電廠生產(chǎn)需求構(gòu)建出建筑各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，協(xié)調(diào)好各類體系，切實(shí)為電廠日后安全運(yùn)行、安全生產(chǎn)、科學(xué)改進(jìn)提供強(qiáng)大基礎(chǔ)保障。

3 電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 選取結(jié)構(gòu)方案

在實(shí)施電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，第一步便是選取科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)方案，選取一個(gè)較為可行性的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系，滿足電廠日常生產(chǎn)和運(yùn)行需求。選取結(jié)構(gòu)方案時(shí)，盡可能選擇簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)方案，并且確定受力情況，需要滿足工藝設(shè)備布置和擴(kuò)建需求，確保結(jié)構(gòu)單元、機(jī)組分布趨勢(shì)一致。還應(yīng)該考慮多個(gè)層面的因素，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、電廠機(jī)械、施工原料供給等諸多情況進(jìn)行分析。結(jié)合電廠電力生產(chǎn)需求情況，明確各個(gè)功能性區(qū)域布置，明確各個(gè)系統(tǒng)之間相互連接情況，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，保障各個(gè)空間可以高效利用。

3.2 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算直接影響著整個(gè)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，牽動(dòng)著日后施工建設(shè)執(zhí)行。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須要確保各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算精準(zhǔn)性，結(jié)合電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型與電廠現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)各項(xiàng)情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。引入BIM系統(tǒng)，在計(jì)算軟件的支撐下，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集、計(jì)算。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合軟件計(jì)算出的結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)各個(gè)土建結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性與合理性，詳細(xì)分析電廠各個(gè)土建結(jié)構(gòu)是否協(xié)調(diào)合理。因?yàn)殡姀S生產(chǎn)工藝相對(duì)較為特殊，電廠主廠房生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，會(huì)造成框排架結(jié)構(gòu)的表面規(guī)則性較低，甚至?xí)霈F(xiàn)扭曲情況。為此，應(yīng)該有效控制主廠房不規(guī)則問(wèn)題，結(jié)合軟件計(jì)算數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，適當(dāng)?shù)亻_(kāi)展人為干涉，做好各項(xiàng)結(jié)構(gòu)計(jì)算調(diào)整。

3.3 制定設(shè)計(jì)圖紙

設(shè)計(jì)圖紙制定可以為后續(xù)電廠土建工程建設(shè)提供指導(dǎo)策略，所以電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙構(gòu)建的意義重大，也是整個(gè)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果。在實(shí)施設(shè)計(jì)圖紙制定時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須到電廠施工場(chǎng)地進(jìn)行勘察，為設(shè)計(jì)圖紙制定進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集。土建結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該與電力專業(yè)工程師進(jìn)行深入溝通，電力專業(yè)工程師應(yīng)該結(jié)合本電廠實(shí)際情況，對(duì)電力生產(chǎn)流程、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明，并給出一套電廠生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖。協(xié)調(diào)暖通、電氣、供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)師進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師結(jié)合電廠場(chǎng)地實(shí)際情況和電廠生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)構(gòu)與其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，明確電廠土建結(jié)構(gòu)內(nèi)容。結(jié)合工藝專業(yè)提供的荷載進(jìn)行計(jì)算調(diào)整土建工程主梁，對(duì)預(yù)留孔、預(yù)埋件等各個(gè)條件進(jìn)行明確，合理布置次梁。在多方審核之下，測(cè)算電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，動(dòng)態(tài)化地對(duì)設(shè)計(jì)圖紙不科學(xué)的環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，確保設(shè)計(jì)圖紙科學(xué)性與精準(zhǔn)性。

4 電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

4.1 總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)是對(duì)電廠土建結(jié)構(gòu)的總體把控，需要結(jié)合電廠生產(chǎn)需求，對(duì)電廠土建結(jié)構(gòu)開(kāi)展總體把控。在實(shí)施總體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，第一要?jiǎng)?wù)便是規(guī)定施工范圍，在合理的范圍內(nèi)明確電廠主廠房的占地面積、廠房體系、形式大小等，確保廠房符合土建施工設(shè)計(jì)需求。從客觀層次上來(lái)看，我國(guó)電廠廠房的總體設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)有三類，分別是鋼結(jié)構(gòu)、鋼管結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)各自存在優(yōu)勢(shì)，需要結(jié)合電廠生產(chǎn)運(yùn)用的實(shí)際需求、電廠建設(shè)資金情況科學(xué)合理的選擇不同類型。鋼結(jié)構(gòu)是電廠建設(shè)最常見(jiàn)的類型之一，其優(yōu)勢(shì)為具備良好的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、耐火性。在開(kāi)展總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要明確主廠房體系與形式，做好各項(xiàng)結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)，確保各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠相互匹配。針對(duì)電廠土建結(jié)構(gòu)所運(yùn)用的施工建材進(jìn)行明確，結(jié)合設(shè)計(jì)需求明確材料的類型、型號(hào)、數(shù)量，做好各項(xiàng)設(shè)計(jì)用量匹配。

4.2 混凝土梁設(shè)計(jì)

混凝土梁設(shè)計(jì)是電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響著整個(gè)電廠土建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（如圖1所示）。因?yàn)榱号浣盥瘦^高，并且施工難度也相對(duì)較高，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中存在諸多困難。為了有效控制梁截面，可以將縱筋配置接近極限配筋率，適當(dāng)?shù)脑黾恿航孛娣e，有效控制配筋率。將配筋率把控在1.5%，確保后續(xù)梁的順利成型，滿足其抗震性特點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)行的規(guī)程要求，明確抗震設(shè)計(jì)框架梁端面混凝土受壓高度和有效高度之間的比值，計(jì)算出縱筋最大配筋率。當(dāng)縱筋最大配筋率超過(guò)1.6%時(shí)，便可以使用封閉箍筋模式，采用普通箍筋，杜絕出現(xiàn)彎鉤占位問(wèn)題，避免擠壓上方鋼筋位置情況出現(xiàn)。嚴(yán)格結(jié)合我國(guó)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，明確梁端面、底面、縱向配筋量之間的比值。

圖1 混凝土梁結(jié)構(gòu)

4.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

電廠土建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展時(shí)，應(yīng)該結(jié)合工程地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)資料，結(jié)合整個(gè)電廠建筑物的功能需求，對(duì)電廠土建結(jié)構(gòu)形式、材料、經(jīng)濟(jì)、安全等諸多因素進(jìn)行詳細(xì)分析。針對(duì)電廠房柱基礎(chǔ)形式以及地基承載力、單樁承載力之間的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)合理劃分。若市場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件優(yōu)越，并且單樁的承載力相對(duì)較強(qiáng)，需要在滿足形變條件的基礎(chǔ)上，保障電廠土建結(jié)構(gòu)的平衡，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。針對(duì)筏板配筋，不僅需要滿足計(jì)算的要求之外，還應(yīng)該確?？v橫兩個(gè)方向支座位置上鋼筋連通的要求，筏板厚度需要結(jié)合抗剪切要求進(jìn)行確定。針對(duì)箱形基礎(chǔ)，可以結(jié)合局部彎曲程度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程中必須考慮實(shí)際施工過(guò)程當(dāng)中結(jié)構(gòu)尚未成型之下產(chǎn)生的整體彎曲度作用。

4.4 主廠房設(shè)計(jì)

主廠房是電廠生產(chǎn)作業(yè)的主要區(qū)域，在進(jìn)行主廠房設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從主廠房地基、屋面結(jié)構(gòu)兩個(gè)層次上開(kāi)展設(shè)計(jì)。針對(duì)主廠房地基設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須要親自到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，明確地基是否需要調(diào)整。在對(duì)電廠主廠房地基基礎(chǔ)選擇時(shí)，樁基、獨(dú)立條形樁基都可以應(yīng)用，對(duì)相鄰結(jié)構(gòu)單元處理時(shí)，應(yīng)該與主廠房的地基設(shè)計(jì)進(jìn)行契合，明確各個(gè)單元的沉降情況、地質(zhì)條件，結(jié)合地基實(shí)際變化狀況對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)基礎(chǔ)平面開(kāi)展科學(xué)合理不知，地基埋置深度進(jìn)行明確，確保主廠房的土建穩(wěn)定性。

4.5 屋面設(shè)計(jì)

電廠廠房屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直接影響著電廠廠房應(yīng)用質(zhì)量，必須科學(xué)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。做好屋面材料選擇，結(jié)合屋面承重情況，選擇自重相對(duì)較輕的材料，充分將屋面的優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)出來(lái)，注重屋面、屋梁之間的關(guān)系。一般情況下，電廠廠房屋面設(shè)計(jì)主要有兩種形式，分別是有檁、無(wú)檁，相比之下，有檁結(jié)構(gòu)更加具備安全性，在電廠廠房中應(yīng)用較為頻繁。主廠房的屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是保障電廠高效運(yùn)行的關(guān)鍵，無(wú)論是無(wú)檁屋蓋還是有檁屋蓋，必須要結(jié)合電廠主廠房的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)前我國(guó)電廠主廠房當(dāng)中應(yīng)用最多的類型便是有檁屋蓋，在有檁屋蓋當(dāng)中應(yīng)用最多的便是壓型鋼板，其質(zhì)量輕、建設(shè)便捷。結(jié)合電廠實(shí)際生產(chǎn)需求來(lái)選擇主廠房空間構(gòu)建，一般針對(duì)主廠房跨度在18m~30m的廠房，可以選擇下承式屋架、梯形屋架；主廠房鋼架和鋼網(wǎng)架模式主要使用在30m以上的廠房，可以結(jié)合主廠房的大小，對(duì)電廠主廠房?jī)?nèi)部空間鋼架結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行選擇。鋼屋架在實(shí)際開(kāi)展應(yīng)用過(guò)程中具備一定優(yōu)勢(shì)，且具備強(qiáng)大抗震性。此外，還應(yīng)該對(duì)主廠房的抗震性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地震加速度數(shù)據(jù)信息，對(duì)應(yīng)時(shí)程曲線，計(jì)算出截面抗震承載力。明確電廠實(shí)際的抗震結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量主廠房設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，電廠土建是電廠拓展、電廠建設(shè)的關(guān)鍵，土建工程更是電廠的基礎(chǔ)工程。電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，應(yīng)該考慮電廠的生產(chǎn)需求、機(jī)械設(shè)備、給排水、結(jié)構(gòu)、暖通、熱控、水化等諸多專業(yè)領(lǐng)域的需求，在土建工程結(jié)構(gòu)框架之下，為電廠各個(gè)環(huán)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行打下良好空間基礎(chǔ)保障。尤其是針對(duì)電廠主廠房建設(shè)，必須要滿足合理性、規(guī)范性需求，切實(shí)保障電廠順利生產(chǎn)運(yùn)行。