摘要：目前规范定义的高层建筑多指民用建筑，对高层工业建筑的界定较为模糊。本文就火力发电厂主厂房的结构特点，对主厂房中央框架不规则布置和单框架体系进行了阐述，提出了按照高层工业建筑提高结构安全度的措施。
关键词：主厂房；高层工业建筑；不规则结构布置；单框架
火力发电厂主厂房是由汽机房、锅炉房、除氧煤仓间、集中控制室等部分组成的综合工业厂房。目前很多主厂房的布置方式为三列式前煤仓方案，即汽机房和单跨除氧煤仓间形成主厂房框排架结构体系。
现行规范对于高层工业建筑的定义较为模糊：《高层建筑混凝土结构技术规程》中：“10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度超过24m的其他高层民用建筑”；《建筑设计防火规范》中：“对于除住宅外的其他民用建筑（包括宿舍、公寓、公共建筑）以及厂房、仓库等工业建筑，高层与单、多层建筑的划分标准是24米。”
由此可见从建筑专业角度考虑，高度超过24米的两层及两层以上厂房和库房应划分为高层工业建筑。主厂房中央框架一般布置有5~6层，建筑高度一般在30米以上，应属于高层工业建筑。从结构专业角度虽没有相应的结构设计规范明确要求，但原则上应基本满足高层建筑结构计算要求和构造要求。下面我们从不规则的结构布置以及单框架结构体系方面介绍一下主厂房结构独特之处。
（一）结构布置严重的平面不规则与竖向不规则
规范对高层建筑平面、立面有明确规定：平面形状宜规则、对称；立面形状宜简单、均匀，结构的侧向刚度和水平承载力沿高度宜逐层减小变化，避免出现突变。
然而火力发电厂主厂房钢筋砼单跨框-排架结构布置和构件截面尺寸选择，主要取决于工艺系统和设备布置，经常出现楼面标高错层、平面布置不规则、纵向不等跨、高度方向布置不规则，与高层结构的抗震概念设计有较大差距，存在一些抗震设计方面的先天性的薄弱环节。
以某工程主厂房为例，除氧煤仓间采用单框架布置，横向跨度11m，纵向柱距6米总长54米。自下而上各楼层分别为配电层（层高4m）、电缆夹层（层高3m）运转层（层高4.25m）管道夹层（层高2.75m）除氧层（层高11m）输煤层（层高4m）皮带机头层（局部）（层高5m）。除了电缆夹层和管道夹层布置有各种主给水、主蒸汽管道以及电缆外其他各层在不同的平面位置均有荷载较大的设备存在。所有设备荷载均按照工艺要求布置，难于兼顾结构专业。由此可见满足规范的“规则性”要求难度较大，从而导致主厂房钢筋砼框架结构结构布置出现“强梁弱柱”、“短柱”、“异形节点”等薄弱环节，结构在强震时不能实现“大震不倒”，是违背结构抗震设计原则的，在结构抗震概念中是不允许的。
（二）除氧煤仓间采用单框架结构体系
规范规定：“发电厂多层建（构）筑物不宜采用单跨框架结构，当采用单跨框架结构时，应采取提高结构安全度的可靠措施。”几乎每次图纸审查“单框架”都会成为讨论的热点。
单跨框架边支座的约束相比中间支座是较差的，在地震作用下，对弯矩的传递、力的传导都不利，容易造成梁柱节点的破坏从而导致梁退出工作，这相当于边柱在一跨平面内的约束丢失，极易发生柱的失稳，使结构整体发生破坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从自由度角度来看，单跨框架是个静定结构，一个约束的破坏就导致结构整体的破坏，若是双跨或多跨，即约束的增加，结构为超静定，个别约束的失效并不决定结构整体的破坏，所以从这个角度看单跨框架也是不利的。
汶川地震等多次强震证明，民用建筑单框架结构在强震下破坏较多，然而对于工业厂房，单跨钢筋混凝土框架的破坏并不突出。主要原因在于：民用建筑中采用单跨框架时，由于控制造价、过度追求用钢量等各方面的原因，使得建筑结构的安全裕量较小；然而由于工艺提资的限制，工业建筑结构的安全裕量相对较大，工业建筑构件截面考虑也相对保守。民用建筑物由于使用功能的要求，框架柱截面在两个主轴方向尺寸相差不大，多采用正方形或圆形 断面，由于单框架结构体系沿建筑物纵向跨数较多，造成建筑物纵横向刚度相差很大，导致两个方向抗震特性差异较大，地震时建筑物单跨方向破坏容易发生。而火力发电厂主厂房框架柱一般采用长方形，单跨方向（厂房横向）柱的截面尺寸较厂房纵向大的多，使中央框架两个方向的动力特性相近，减小了扭转效应，把这种抗震不利因素降到了最低。
由于工业建筑功能要求的特殊限制给主厂房结构设计带来较大难度，我们可以采取以下措施提高主厂房结构的安全度。
1、主厂房横向采用汽机房与除氧煤仓间构成钢筋混凝土单跨框－排架结构形式；主要构件断面设计承载能力提高5-10%加大构件的承载力裕量。
2、多遇地震作用下结构横向的最大层间位移角应满足规范限值1/550；罕遇地震作用下，按实际配筋复核验算横向框排架薄弱层，弹塑性层间位移角满足规范规定限值1/50。
3、梁、柱截面确定合理，框架柱轴压比应控制在≤0.7的要求。使框架结构柱轴压比满足规范要求，并留有裕度。
4、尽量避免短柱的出现，出现短柱时其上除了箍筋全长加密还可以增加对角斜筋来提高延性。
5、汽机房屋架与柱牛腿的连接以及汽机大平台梁与A、B列框架柱的连接采取加强措施，必要时采用刚接，使框排架结构模型更为合理。
6、主厂房基础设计时采用对不均匀沉降有利的型式，如采用十字交叉条形基础或筏板基础，并适当加大基础刚度，有效的提高地基基础与上部结构的协同作用。
【结束语】：本文简要介绍了钢筋混凝土结构主厂房的结构特点。多年来由于业主方追求降低工程建设成本加之多年来建设经验较为丰富，大部分电厂主厂房多采用钢筋混凝土结构；然而虽然可以采用构造措施和经验做法满足规范的硬性要求，但在高烈度区和高度较大的大机组电厂仍采用刚度很大的钢筋混凝土结构已经不合理了，目前来看在经济指标允许的前提下采用延性较好的钢结构主厂房也是类似高层工业厂房的一个不错选择。
参考文献：
【1】 DL5022-2012，《火力发电厂土建结构设计技术规程》[S].北京：中国计划出版社.2012
【2】 GB 50011-2010，《建筑抗震设计规范》[S].北京：中国建筑工业出版社.2016
【3】 GB50191-2012，《构筑物抗震设计规范》[S].北京：中国计划出版社.2012
【4】 DL/T5095-2007，《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》[S].北京：中国电力出版社.2007
作者信息：陈 亮 身份证号：37010519821020XXXX
论文作者:陈亮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/28
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