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摘要：本文应用我公司开发的光热电站吸热塔计算软件和SAP2000分别对钢筋砼吸热塔和钢结构吸热塔进行计算分析，通过多次建模计算实现两种结构均满足设计和运行要求，完成两种结构的工程量统计和顶部位移分析。根据对比结果，对于不同高度不同风压的吸热塔选用的结构型式给出合理化建议。
关键词：清洁能源；光热电站；吸热塔；钢筋混凝土；钢结构；顶部位移
1 前言
《在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告》（十九大报告）中明确提出了坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。同时还号召全世界共同推动人类命运共同体建设，共同创造人类的美好未来！那么全球清洁能源的发展和应用会越来越多，占比会越来越高，而光热发电是最为稳定理想的清洁能源。
国家能源局在2015年下发《关于进一步做好可再生能源“十三五”规划编制规划工作的指导意见》中，已经把光热发电技术编入发展规划，国内光热发电市场前景已经日益明朗。
太阳能热发电系统主要可以分为塔式和槽式两大类，其主要由太阳能聚光镜阵列（塔式有吸热塔）、蒸汽发生装置、汽轮机以及发电机组组成。所以只要是在阳光充裕的地方，就能将太阳能源源不断的转变成电能。最重要的优点是：①生产过程无污染、无耗能；②可提供稳定的电源。
而作为光热电站的核心装置—吸热塔，由于其结构较高，设备荷载较大，且结构形式特殊，其结构设计和外观设计在我公司甚至整个国内行业来说，尚属于刚刚开始的地步，目前尚没有一套完备的设计规范和规程。
开展光热电站的设计，必须针对吸热塔的设计提前做好设计选型，依据建设方的需求选择优美的外观和经济适用的结构型式，在行业内常用结构主要为钢筋混凝土结构和钢结构，下面主要从这两种结构形式进行计算分析，对比两种结构的优缺点和合理性，为今后设计提供一定参考，提高前期工作效率。
2计算分析研究的工程参数
为便于两种结构型式的选择对比，我们依据我公司近期完成的两个光热发电工程设计参数作为计算输入。
工程A吸热塔设计基本条件：吸热塔结构顶标高180米，聚光器尺寸20米×10米（直径），运行时充满熔盐后重量为12000kN，各层平台恒活载取值600kN，顶部标靶尺寸15米×15米×15米，基本风压0.7kPa，地震设防基本烈度7度0.15g，地基承载力300 kPa，不考虑地下水的影响。
工程B吸热塔设计基本条件：吸热塔结构顶标高200米，聚光器尺寸20米× 16米（直径），运行时充满熔盐后重量为20000kN，各层平台恒活载取值600kN，顶部标靶尺寸15米×15米×15米，位于酒泉市金塔县，基本风压0.95kPa，地震设防烈度7度0.1g，地基承载力均按300 kPa取值，不考虑地下水的影响。
为便于两种结构分析研究对比，吸热塔内部布置均考虑一台电梯和一部楼梯间，中间布置3道公用平台和2道连接平台，各层平台均采用钢结构桁架形式。
3钢筋混凝土吸热塔结构计算分析研究
钢筋混凝土吸热塔结构计算采用《光热电站吸热塔结构计算软件》计算分析和工程量统计，该软件是我公司自行开发的一款针对光热电站吸热塔的结构计算软件，能够正确精确地为设计人员提供类似吸热塔的塔筒结构的计算结果、配筋结果及工程量统计等，大大提高设计人员的工作效率和正确率，具有较好的经济效益和推广应用前景。
3.1工程A钢筋混凝土吸热塔
依据前述的工程A设计参数，采用《光热电站吸热塔结构计算软件》计算分析后，在满足工程应用和《高耸结构设计规范》的相关规定下，该工程吸热塔外形参数为底部直径20米壁厚0.5米，顶部直径16米壁厚0.35米，结构高度180米。在正常工作风速下，顶部最大位移228毫米，在最大风速下位移为370毫米，位移比为1/455满足规程规范和正常工作要求。
依据前述的工程B设计参数，采用SAP2000计算分析后，在满足工程应用和《高耸结构设计规范》的相关规定下，该工程吸热塔外形参数为底部直径29米，顶部直径20米，格构式支柱最大杆件应力0.85，最大杆件为圆钢1020毫米壁厚14毫米，结构高度200米。在正常工作风速下，顶部最大位移379毫米，在最大风速下位移为620毫米，位移比为1/320满足规程规范和正常工作要求。而采用单个型钢支柱的支架形式，其计算结果是已无法选择到合适的型钢，同时下部根开接近40米左右，上部位移也较大，因此不适用采用普通型钢支柱结构。
在上述工程B条件下吸热塔采用格构式钢结构，聚光器上部钢结构工程用钢量3500吨，每吨钢材按1万元取费，工程B钢结构吸热塔综合费为3500×1=3500万元。
5结论及建议
综上可知对于吸热塔结构高度不小于200米时，且基本风压大于0.7 kPa时，建议采用钢筋混凝土结构吸热塔，此时无论采用普通单个型钢支柱钢结构吸热塔还是采用格构式钢结构吸热塔都非常不适用，不仅投资高（钢结构的综合费用是钢筋混凝土的3.5倍左右），而且结构顶部位移较大（钢结构的顶部位移是钢筋混凝土的1.2倍左右）。
当吸热塔结构高度小于200米且基本风压不大于0.7 kPa，建议优先采用钢筋混凝土结构吸热塔，当建设方能接受较高投资时可采用普通单型钢支柱钢结构。普通单型钢支柱钢结构吸热塔上部的综合费用是钢筋混凝土吸热塔的1.33倍左右，同时结构顶部位移较大，普通单型钢支柱钢结的顶部位移是钢筋混凝土的1.2倍左右。
由于不同国家地区人工及材料的差异，可能略有出入，仅希望本文结论起到抛砖引玉作用。
参考文献
[1] GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] GB 50135-2006 高耸结构设计规范[S]，北京：中国计划出版社，2007.
[3] GB 50051-2013 烟囱设计规范[S]，北京：中国计划出版社，2013.
论文作者:张国飞,唐雯静
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/24
标签：结构论文; 光热论文; 位移论文; 钢结构论文; 钢筋混凝土论文; 型钢论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;