大型电厂钢结构框排架主厂房抗震性能研究

发表时间：2020-09-03T14:22:29.300Z 来源：《基层建设》2020年第11期 作者： 岳银龙

[导读] 摘要：核电厂与火电厂主厂房结构形式差别较大，目前国内机组容量600MW以上火电厂也通常采用三列式主厂房，依次为汽机房、除氧间和煤仓间，三者的高度依次增大，呈阶梯状，并且煤仓间顶层有大幅收进，形成突出层，导致结构形式严重不规则。 天津格林凯恩化工科技有限公司 天津 300400

摘要：核电厂与火电厂主厂房结构形式差别较大，目前国内机组容量600MW以上火电厂也通常采用三列式主厂房，依次为汽机房、除氧间和煤仓间，三者的高度依次增大，呈阶梯状，并且煤仓间顶层有大幅收进，形成突出层，导致结构形式严重不规则。由于煤仓间的存在，通常要设置煤斗大梁;煤斗梁的截面尺寸要远大于柱，容易形成“强梁弱柱”。同时煤仓间承担荷载较大，并且结构内部常常形成错层和楼板开洞，必然造成结构质量和刚度严重不均匀，导致不同构件在不同部位受力差别较大。 关键词：钢结构框排架;主厂房;动力特性;抗震性能 引言

随着我国经济快速发展，在进行电厂厂房钢结构设计时既要凸显出整个造型的关键之处，也要考虑到全面发挥整体的功能；特别是工业建筑中的钢结构设计艺术，是全面提升技术的过程，要全面考虑各类因素，从全面考虑电厂厂房结构设计方面着手，探索钢结构设计的实用模式会有很好的实际效用。

1分析电厂厂房钢结构安装的运用现状 1.1多层钢结构设计框架结构应用

在设计多层钢结构框架结构时，应对设计要点进行全面把握，分析梁柱刚接或铰接形成的承重体系。依据建筑结构实际的要求通过分析柱、梁、支撑与楼盖的钢结构特点强化建筑结构的性能，从而增强建筑的抗震性能。施工期间应根据设计图纸与相关文件，对设计图纸进行全面的把握，还应对施工加强管理，做到全面理解设计意图并选择合理的施工方案。 1.2结构设计的整体优势

在进行电厂厂房的钢结构设计时，特别是钢结构的布置不合理时要充分考虑到地震等自然灾害。在地震等因素下应先计算空间的整体需求，不断完善资源的优化组合，还要进行针对地震结构分析，根据楼板刚度与框架连接的使用状况考虑钢结构的实际效用。 2工程概况

主厂房结构总长125m，由11个开间组成;宽70m，共3跨(其中汽机房宽42.5m，除氧间宽13m，辅助跨宽14.5m)。汽机房顶部布置钢屋架，下弦标高为36.300m，上弦两端标高为38.800m，中间标高为39.900m，吊车梁底标高为28.600m。除氧间共有三层，标高分别为10.210，19.240，34.030m，其中19.240m高处布置除氧器，其他层布置高低压加热器。 3模型建立及计算 3.1构件材料及截面

钢材均采用Q345B钢和Q235B级钢。 3.2模型的简化

采用SAP2000进行建模。框排架主厂房结构形式不规则，由于除氧器和高低架的布置位置分散，必然引起质量和刚度沿竖向分布不均匀，结构受力不连续;所以有限元模型的建立应进行适当的简化，简化内容如下:1)汽机房中汽机平台与主厂房结构相互独立，建立模型时可以不考虑汽机平台的影响。2)由于钢材材料性能稳定单一，采用杆系简化能够得到较好的计算结构，所以将实际结构的梁和柱简化成杆单元，将楼板和屋面板简化成壳单元。3)梁柱截面尺寸种类繁多，差别较大，结构的动力特性以及地震作用下构件的受力性能容易受节点刚域的影响，为了确保结构安全，本文不考虑节点刚域的影响。4)对杆壳单元进行离散化，框架部分采用刚接，排架和支撑部分采用铰接。铰接通过释放约束完成。 3.3地震波选取及阻尼

对核电厂主厂房结构进行弹性时程分析时，选用的地震波分别为ElCentro波(共30s，时间间隔0.02s)、Taft波(共30s，时间间隔0.02s)和LWD波(35.44s，时间间隔0.02s)，阻尼比取为0.02。 4计算结果与分析 4.1结构动力特性

通过对主厂房结构进行模态分析，在计算结果中提取结构自振周期和振型，结构第1阶振型为纵向平动，第2阶振型为横向平动，第3阶振型为扭转，说明主厂房结构纵、横向刚度有较大差别;结构第1阶周期为1.04s，说明由于支撑的设置，主厂房结构具有较大的刚度;扭转第1阶振型与平动第1阶振型的周期之比为0.62，小于GB50011—2010《建筑抗震设计规范》中0.9的规定，同时也说明扭转对结构受力仍有影响，第4阶振型为钢屋架竖向震动，计算分析时应采用考虑平扭耦联和竖向震动的空间模型。 4.2振型分解反应谱分析

根据单向地震作用下和双向地震作用下结构的底部剪力以及后者与前者的比值。可以得出:双向地震作用下结构纵、横向底部剪力分别是单向地震作用下的1.049、1.048倍，所以进行结构计算分析时应考虑双向地震作用。 4.3弹性时程分析

由振型分解反应谱分析结果可知双向地震作用下结构纵、横向的底部剪力较大，所以应该考虑双向地震作用进行弹性时程分析，其中双向地震作用取为纵向(横向)地震作用与0.85的横向(纵向)地震作用之和。 5主厂房基础抗震设计 5.1抗震性能

工程主厂房的地震计算按8度，主厂房抗震构造措施按9度，基础形式为独立基础和条形基础。每个独立基础间考虑2个方向的联系梁连接。在有柱间支撑的基础间设剪力墙以解决柱间剪力和抗震问题。GB50011-2010（2016年版）钢结构的“刚接柱脚宜采用埋入式；6、7度且高度不超过50m时也可采用外露式”要求，由于外包式柱脚抗震性能欠佳，本工程不采用。本工程主厂房高31m；抗震构造措施按9度的特点，采用半埋入式加外露刚性螺栓节点，这样既便于施工又很好地起到刚性柱脚的作用，抗震性能好。

5.2结构设计

主厂房采用钢结构，结构分析采用STAADPRO2004软件进行受力分析，采用空间计算，使构件计算应力和实际应力更加吻合。结构体系为柱与基础刚接、横向钢框架为刚接和纵向框架为铰接加支撑的结构体系。厂房钢结构的框架柱、梁主材采用焊接及热轧宽翼缘H型钢，钢材等级均为Q345B。柱间支撑采用热轧宽翼缘H型钢，钢材等级Q235B。各层楼面、屋面活荷载取值各楼层的活荷载取值非常重要，目前没有相应的活荷载取值规范，参考《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》（DL/T5095-2007）300MW等级，平接焊缝应采用自动或半自动焊，坡口制作应符合国家标准GB996-88。H型钢的焊接应采用自动焊。柱拼接接头采用全熔透焊接接头时，拼接接头上下各100mm范围内，工字形截面柱翼缘与腹板间的连接焊缝采用全熔透焊缝。柱与横梁刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内（包括节点区域），柱翼缘与柱腹板间的连接焊缝采用T形坡口全熔透焊缝。 结语

核电厂主厂房由于采用核动力，无需设置煤仓间，从而避免了“强梁弱柱”和超大荷载的不利影响，所以结构质量和刚度的不均匀程度较火电厂有所减弱。为了满足工艺要求，核电厂主厂房通常设置辅助跨，而汽机房和除氧间的高度则远大于辅助跨，并且排架结构的汽机房高度大于框架结构的除氧间，这与火电厂恰好相反，导致结构受力分布和结构薄弱环节与火电厂仍有较大的差别。所以本文在对火电厂钢结构主厂房抗震性能研究的基础上，对高烈度地区大容量机组核电厂钢结构主厂房进行抗震性能研究，为我国核电厂主厂房建设提供参考。

参考文献

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[3]薛建阳，梁炯丰，彭修宁，等．大型火电厂钢结构主厂房弹性地震反应分析［J］．工业建筑，2012，42(6):137－141．