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摘要：钢结构厂房在火力发电厂建设中比较常见，为满足社会生产生活对电力能源的需求，火力发电厂建设规模不断增大。结合钢结构厂房的特点，对钢结构厂房的结构选型、材料选择和计算方法进行了优化分析，以提高火力发电厂建设在满足基本功能要求的前提下的合理性和经济性。本文以某钢结构厂房为例，简要分析了设计要点
关键词：火力发电厂；钢结构；厂房设计
1 火力发电厂钢结构厂房特点
常见火力发电厂厂房钢结构形式为梁柱纵横向均为铰接的钢支撑－框架体系，或者梁柱纵向铰接、横向刚接的钢支撑－框架体系，二者均具有以下特点：
（1）钢结构厂房、规模大、结构复杂程度高，为了满足生产要求，内部空间设计灵活，既存在可以供桥式吊车行走的大空间，也存在几米小空间，形体设计不规则特点使得结构整体抗震性能降低；（2）结构的纵横向均匀性较低，各钢框架的结构设计是任意的。即使是同一钢框架中的主支撑结构也分布不均匀，甚至有一些不连续的设计结构。同时，结构布置不均匀，各层布置结构不同，基本上没有标准层，且楼板平面有开孔、凹凸角问题；（3）承重钢结构类型的多样化，以及负荷分布复杂，如结构自重、均布荷载、设备管道荷载，楼面均布活负载，设备维修、荷载、活荷载，荷载分布板，高复杂性，不同设备的负荷差异，加上沿结构高度不均匀，造成结构质量分布不均匀。
2 火力发电厂钢结构厂房设计要点
2.1厂房布置要求
在选择钢结构厂房形式时，需要结合厂房布置特点进行综合分析，保证钢结构设计结果可以满足实际应用需求。一般厂房结构包括外墙围护、各层楼面、梁柱、屋架、框架等部分，设计时需要对各类生产活动进行分析，结合实际情况对各层平面布置和空间组合进行科学设计，最后基于厂区所处自然环境，确定外观造型。厂房布置方法与生产运行、结构设计以及建设费用各方面有着密切联系，要对火力发电厂生产流程、运行、维护以及检修等作业特点和维护要求进行综合分析，结合钢结构形式来确定。对生产管线、通道进行合理规划，同时还要兼顾采暖通风、采光照明要求，为不同生产环节预留出足够空间的同时，保证内部所有设备安排规划的合理性，提高生产运行安全性与经济性。
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2.2厂房结构形式
（1）横向刚接，纵向铰接。横向将汽机房门式钢架作为横向主体受力结构体系，提高结构受力稳定性，确保结构可以有效承受各种竖向与水平荷载，保证结构抗侧刚度达到实际应用需求，减少侧向变位。另外，也可以将整个横向结构确定为刚接、纵向铰接且加垂直支撑形式，如果厂区处于地震区，应选择用偏交支撑，代替普通轴交支撑，来提高垂直支撑耗能能力，保证结构具有较高抗震性能。
（2）横向刚接，纵向跨刚性跨。即对结构横向应用刚接形式，而纵向则根据计算结果来确定跨刚性跨数量，可以避免垂直支撑的设置，在实际应用中工艺更为简单，适用于水平荷载较小的钢结构厂房。
（3）纵横均铰接且设置垂直支撑。此种结构连接方式复杂性低，在加工制造、安装方面具有很大优势，能够大幅度缩短施工工期，且结构受力特点明确，可以充分发挥钢结构材料强度，所需钢材数量少，与其他结构形式相比经济性更高。但是此种连接方法需要设置较多的垂直支撑，安装作业要求严格，且对厂房内部布置有着较高要求，会对内部设备管道设置产生一定限制，需要提前与工艺联合进行综合分析，保证结构设计的安全性与合理性。
2.3厂房结构计算
（1）计算原则。火力发电厂钢结构厂房空间结构主要由纵横承重体系组成，梁柱多为 H 型钢，可以按照平面计算，平面外进行校核，并根据生产工艺特点，遵循静力结构和动力结构相互分开原则计算。为避免因纵横受力体系不完整，造成的平面计算结果与实际情况差异较大，应选择应用空间计算方法，空间计算模型中设置水平钢支撑来分析。
（2）分析模型：①平面结构空间协同分析模型。将厂房结构划分成多个正交或斜交平面抗侧力结构，但是能够对任意方向水平荷载与水平地震作用，即所有正交或斜交抗侧力结构均参与工作，且按照空间位移协调条件来对水平力进行分配。假设楼板自身平面刚度无限大，则此种结构分析模型适用于框架结构、排架结构、框排架结构、剪力墙结构等计算分析；②三维空间有限元分析模型。将厂房结构看作为空间体系，梁、柱、支撑结构均应用空间杆单元，其中剪力墙单元模型现在已经应用的有空间膜元模型、薄壁杆件模型等。另外，可以假定楼板结构弹性，或者其自身平面内刚度无限大，甚至可以假定楼板无限制分块进行分析。将节点位移作为未知量，利用矩阵位移法来形成线性方程组完成计算求解。
3 火力发电厂钢结构厂房设计实例
3.1工程概述
以某火力发电厂为例，其厂房主要包括汽机房和煤仓间两部分，受工艺限制未设置除氧间。纵横长度分别为80m与45m，纵向柱间距为13m和8m，汽机房横向长度 32m，煤仓间横向长度为13m。另外，厂房外墙结构选择压型钢板进行密封处理，并且就汽机房与煤仓间连接部位设置填充墙。为满足实际生产作业要求，厂房内设置一台跨度为 28.5m，轨顶标高为25.6m 的桥式起重机。厂房钢结构炉前平台和锅炉钢架进行有效连接，且炉前平台选择应用滑动支座支撑在锅炉钢架上，避免两者间相互影响，两部分可以分开计算。除此之外，还需要根据实际情况，对各项专业参数进行适当调整，按照8度抗震要求设防。
3.2 厂房结构设计
（1）柱间垂直支撑。基于结构整体受力特点，在针对柱间垂直支撑进行设计时，需要结合管道布设、机械设备安装运行进行综合分析，保证设计方案的合理性。最终确定将垂直支撑设置在设备荷载承受较大位置，但是会受到工艺影响，最终仅能作用于 34.5m皮带层，无法实现屋面全面贯通。利用专业模型对各项参数进行计算分析，确定该方案可以提高厂房结构性能，最后在横向框架煤仓间皮带层下贯通设计成十字交叉支撑形式，可以减少预留通道的所需空间，为大十字交叉支撑设计打好基础。同时，在煤仓间设置横向与纵向框架柱间支撑，在承受设备荷载较大位置形成一个封闭支撑体系。
（2）支撑截面设计。为提高结构抗震性能，最终选择应用竖向支撑形式，在受到地震作用力影响时，还可以做为应力屈服杆件。基于厂房纵向铰接特点，支撑便成为纵向主要抗侧力构件，假如支撑稳定性不足，必将会对厂房结构抗震性产生影响，最终在设计时增加了纵向柱间支撑截面。另外，对于支撑构件来说，并不是截面越大越稳定，因此设计时假如支撑不变，必须要对各参数进行调整，避免局部刚度减小。抗侧力敏感度低部位支撑，需要提高截面利用率，不仅可以提高结构稳定性，还可以提高工程建设经济性。
结语：综上所述，钢结构厂房在火力发电厂的建设，在设计中，结合生产实际需要，对工艺布局进行综合分析，操作和维护要求，结构类型的合理选择，并根据实际情况来确定结构的设计要点，适合设计分析模型，保证结构设计结果合理性与经济性。
参考文献
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[3]刘 伟.火力发电厂结构设计要点分析[J].山西建筑，2015
[4]康迎杰.大型火力发电厂主厂房单跨框—排架结构抗震及减震控制研究[D].北京工业大学，2015
论文作者:柳叙聪,张荣耀
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2018/1/6
标签：结构论文; 火力发电厂论文; 厂房论文; 荷载论文; 纵向论文; 横向论文; 梁柱论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;