2014年度土建结构专业 主设人培训 2014.07.25

目 录 地基方案 主厂房结构 汽轮发电机基础 抗震设计 专业新技术及发展方向

一.地基方案 1.1 天然地基 建（构）筑物地基基础方案取决于拟建厂址地基土的物理力学性质（承载力、可压缩性）以及岩土特殊性质（液化、湿陷、岩溶、冻胀、土岩结合）等。 火力发电厂建（构）筑物基础持力层满足上部结构需要的以下两种限值条件时，且地基土无液化、湿陷、岩溶等不良地质条件外，优先采用天然地基。 1）地基承载能力满足上部结构荷载要求； 2）地基土压缩变形满足上部结构总体沉降和差异沉降的要求。

一.地基方案 1.1 天然地基 机组容量 天然地基持力层特征值（fak） 3000MW机组 fak≥250KPa 600MW机组 控制持力层地基土总体变形； 控制不均匀地基土以及上部载荷分布不均匀导致沉降差异； 地下水的埋深及深度修正问题。

一.地基方案 1.2 地基处理 当地基土存在软土、填土、液化、湿陷、膨胀、岩溶、采空区、土岩结合不均匀地基等特殊地质条件时，一般需要进行相应的地基处理或采用桩基础，处理的范围/深度或桩型/桩长将根据建筑结构的重要性、上部荷载情况等有所区部分。 * 举例： 特殊地基土特征及处理方法

一.地基方案 1.2 地基处理 地基处理的目的是提高地基承载能力力，改善其变形性能或渗透性能而采取的技术措施，属于岩土改良的范畴。无论哪种地基处理方案，需要事先选择有代表性的场地进行原体试验和检测，以验证地基处理方案和施工的适用性。 复合地基现场原体试验可以根据确定的总平面布置，在典型场地结合建构筑物的地基处理进行。 根据试验数量、处理深度等不同条件，复合原体试验费一般在50万-100万。 试验周期：施工准备-施工期-休止期/养护期-检测-报告（60天-80天） * 举例：地基处理类型

一.地基方案 1.3 桩基 当上部结构荷载大、对地基变形敏感性高，复合地基承不能满足设计需要时，或需要处理的地基土深度较深时，一般采用桩基。 无论哪种桩基方案，需要事先选择有代表性的场地进行原体试验和检测，以验证地基处理方案和施工的适用性。 根据试验数量、桩型/桩长等不同条件，原体试验费一般在100万-200万。 施工准备-施工期-休止期/养护期-检测（60天-90天） * 举例：桩基类型

一.地基方案 1.3 桩基 一般地质条件下地基处理费用 机组容量 地基处理费用（一般情况） 2×150MW机组等级 2000～2500万元 2500～3500万元 2×600MW机组等级 3500～6000万元 2×1000MW机组等级 5000～8000万元 以上预估地基处理基于一般需要进行地基处理的地质条件，主要建构物采用PHC桩，主要辅助生产建筑采用复合地基，其他辅助、附属生产可采用天然地基。 填海或极软地基，需要考虑厂区地基预处理费用； 厂区大面积回填需要考虑回填处理费用； 严重液化或湿陷需要考虑另行考虑； 岩溶发育强烈的需要另行考虑。

二.主厂房结构 2.1 主厂房结构方案的选择 主厂房结构方案与地震设计参数、场地土条件、地域条件（气象温度、空气湿度、腐蚀性、劳动力市场、建筑材料采购等）等密切相关。国外工程多采用钢结构，国内多采用混凝土结构。 目前国内人工成本增加，钢筋混凝土结构的成本也不断上涨，北方严寒地区冬季施工受限，钢结构厂房已经是不错的选择。南方潮湿和沿海地区注意防腐费用的调整。 300MW及以上机组主厂房楼板一般采用钢梁-钢筋混凝土组合结构，钢结构和混凝土结构的区别主要是框架部分。 以300MW传统的四列式布置的主厂房为例，差价约548万元（直接费）。

二.主厂房结构 2.1 主厂房结构方案的选择 主厂房结构方案选择 项 目 混凝土框架 钢屋架 钢支撑 钢框架 总价 (万元) 框架体积(m3) 单价(元) 钢屋架(t) 钢支撑(t) 钢框架(t) 和丰 6226 1300 260 6630 180 5700 1188 Balco 3100 5600 1736 差价比较：取费前548万，取费后740万元。 主厂房结构方案选择 1 基本地震烈度8度，建筑场地类别Ⅱ及以上时。 钢结构 2 基本地震烈度9度 3 基本地震烈度7度，场地土类别Ⅲ，根据机组容量确定。 大容量建议采用钢结构。 钢结构/混凝土 4 国外工程 5 其它 混凝土

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 主厂房受工艺系统布置限制，表现为平面和竖向不规则结构，结构受力非常不合理，不利于抵御强烈地震作用。主要表现在： 大跨汽机房排架结构与除氧（煤仓间）框架结构组成的框排架结构，平面刚 度和质量分布不均匀； 楼板大开孔造成楼层水平刚度减弱，水平地震力的传递不均匀（检修跨、基座、汽动给水泵、高低加散热通风栅）； 重型设备如煤斗、除氧器等一般采用高位布置，大质量高质点造成地震作用明显增大； 煤仓间转运站、集控楼、热网首站布置不合理造成主厂房外凸内凹，结构动力特性出现扭转等。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 《土规》规定： 地震区主厂房框架平面布置，应控制局部的凹凸变化，不宜采用集中控制楼插入框架的平面布置，不应采用局部单排架布置。需要采用局部单排架布置时宜按实际需要增设防震缝。 主厂房不宜采用错层结构，尽可能避免形成结构的薄弱层。 汽机房采用大平台布置时，检修场地不宜布置在结构单元的端部。 主厂房煤仓间平面局部凸出较多的头部转运站，宜增设防震缝形成独立结构。 高烈度设防区，应通过工艺协调布置，尽量使重型设备降低布置。 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式，应采取提高结构安全度的措施。（混凝土和钢筋用量的增加等） 不宜采用较长的悬臂构件，不应在悬臂结构、锅炉与主厂房之间的可滑动平台上布置重型设备（除氧器、高低加等）。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 2.3.1主厂房工艺荷载分类 正常运行工况荷载——设备和管道自重以及正常运行状态设备和容器内的充填物、正常运行时运煤皮带机水平拉力、导线拉力（如有）、真空压力（如有）、设备额定扭矩（如有）等； 非正常运行工况荷载——设备和管道非正常运行状态产生的荷载，如设备管道的事故积粉、积灰荷载，水压试验荷载、蒸汽管道的液体介质清洗、排气产生的荷载、设备故障充水荷载、一般电气设备的短路电流荷载、输煤皮带启动荷载等； 偶然工况荷载——煤粉仓事故爆炸荷载、设备或管道泄爆门的泄爆荷载、管内流体动量突变（汽锤、水锤）引起的瞬态作用、汽轮发电机短路电流荷载、运煤皮带断裂等均属于偶然工况荷载。 检修工况荷载——设备及管道检修产生的荷载，如检修起吊装置的起吊荷载、设备更换或检修时堆放荷载及其分布区域、设备更换或检修时拖动的移动荷载及其分布区域等。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 2.3.2 主厂房个设计阶段荷载提资要求 主厂房结构设计计算分析三阶段：初步设计、施工图总图、施工图。 根据我国火力发电厂工程建设特点以及不同设计阶段的设计深度特点，工艺提供荷载资料分阶段提供并逐步完善。 主厂房框架结构设计时，非正常运行工况、偶然工况、检修工况的活荷载不参与框架结构的整体分析，仅用于荷载作用结构构件的强度和变形计算及连接设计。 一般情况下，大型设备的安装荷载（如除氧器安装托运轨道荷载、汽机房行车起吊定子等）由施工单为采取临时措施解决，必要时按照临时工况荷载核算单个构件（重要性系数按照0.9考虑），但初步设计阶段就应明确。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 2.3.2 主厂房个设计阶段荷载提资要求—初步设计阶段 本阶段工艺提供的荷载资料是作为主厂房框排架结构选型、初步确定梁柱截 面尺寸、确定主厂房基础尺寸的依据。 工艺专业荷载提资要求—提供布置在框架范围内以及框架范围外但荷载能传 递到主厂房框架的大设备荷载及大管道的估算荷载。 设备荷载—系指除氧器，粗、细粉分离器，工业水箱，高、低压加热器，原 粉仓（煤粉仓），给煤机，桥式起重机等设备荷载或与上述设备荷载相当的其它 设备荷载，如主汽阀门荷载（当主汽阀门布置在基座范围以外时）。 大管道估算荷载——系指主蒸汽、高温与低温再热蒸汽、主给水、旁路、一次 风、煤粉系统管道荷载或与上述荷载相当的其他大管道荷载，如辅汽联箱荷载等。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 2.3.2 主厂房个设计阶段荷载提资要求—初步设计阶段 运煤传动装置拉力—进入主厂房的运煤栈桥正常运行工况时，输煤传动装置 对煤仓间转运站的水平拉力。 热电联产供热首站荷载—热电联产供热机组当热网首站布置在主厂房内部时， 应包括热网首站内部的大设备、大管道正常运行工况荷载。 楼面均布荷载—土建结构专业按照《火电厂和核电厂常规岛主厂房荷载设计 技术规程》DL/T5095-2013有关规定执行。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 2.3.2 主厂房个设计阶段荷载提资要求—施工图总图阶段 本阶段工艺专业提供的主厂房荷载资料，目的是供土建专业进行主厂房框排 架结构复核主框架截面，确定框架柱、框架横梁、框架纵梁的配筋，完成主厂房 柱基础设计及主厂房框排架的配筋图复核。主厂房框排架施工图计算工作在此阶 段完成。 工艺专业提供荷载资料的内容在初步设计阶段资料的基础上，根据较为准确的辅机订货资料，进一步复核、补充、完善上阶段所提荷载内容，同时应补充完善以下内容： 正常运行工况条件下作用在结构单元内的设备、管道的不平衡水平推力（应注明冷缩/热涨状态下水平力的方向）。 直接作用框架横梁和纵梁上非正常运行工况及偶然工况较大的荷载；主要用于核算荷载直接作用构件的强度、刚度和稳定性是否满足使用要求。

二.主厂房结构 2.2 主厂房结构布置方案 2.3.2 主厂房个设计阶段荷载提资要求—施工图阶段(详细设计) 工艺专业提供作用于主厂房结构上全部设备、管道等工艺荷载资料， 供土建专业完成主厂房各层梁板（结构构件及连接）计算，完成施工详图设 计。 正常运行工况荷载; 非正常运行工况荷载; 偶然工况荷载; 检修工况荷载; 安装工况荷载 .

三.汽轮发电机基础 设计控制标准：频率控制、变形控制和振幅控制。 三本代表性的规范、三种不同的设计方法： 1） [德]：DIN4024 (Ⅰ)(Ⅱ)基本上采用频率控制。以欧洲西门子机型为代 表的柔性基础，采用柔性结构（含弹簧隔震),使结构自振周期远离避开设备 自振周期即可。但启动阶段可能出现周期比较接近的情况，但只要满足设备 商的要求即可。 2） [美]：基本上采用变形控制，分三级控制： 控制给定荷载下柱顶、横梁中点的静变位不超过0.5mm; 相邻三横梁中点连弧的曲率半径小于200km(3000rpm)； 影响系数法。 以西屋机型为代表的刚性基础，一般采用以刚制动的原则，采用大刚度 的基础避开设备自振。 3) [中]：GB 50040-96 基本上采用振幅控制，既作自由振动计算，又做强 迫振动计算，因此需要确定扰力大小与位置。

三.汽轮发电机基础 需要注意的几个问题： 新型机组一般需要进行数值模拟分析、物模实验验证以及现场实测三 个阶段的相互印证和比对。物模实验一般需要60-80天时间，费用约100万元， 现场实测费用约50万元。 弹簧隔振技术应用与主机类型有关。 GE公司燃机（9f）国内几个工程均出现较大的振动问题，建议随主机招 标由设备供货商提供设计图纸。

三.汽轮发电机基础 1000MW机组土建工程量 上部结构m3 基础底板m3 中间层 备注 砼板 m3 钢梁t 新疆信发1100MW 4100 3100 100 300 东方/空冷 莱芜二次再热1000MW 1400 3800 800 上海/湿冷 湄洲湾1000MW 2700 3700 玉环1000MW 3300 中间层层独立体系 泰州一期1000MW 3461 与上部结构合并 哈电/湿冷 东电、哈电集团汽轮发电机组长度一般在50-55米，布置形式以传统西屋技术为基础，汽机基座体量较大，上部结构一般在4000立方以上，基础底板在3000-3800立方。总混凝土量一般在7000-7500立方； 上电集团引进的西门子紧凑型机型长度45米左右，由于布置紧凑柱子截面尺寸压缩得很小，上部结构一般在3100立方左右，基础底板3000-3400立方。总混凝土量一般在6100-6500立方；中间层一般单独设支撑体系或采用弹簧隔振台板（300吨钢材+100方混凝土）。 西门子紧凑型机型由于柱子很小，暖机过程中经常发生柱子振动超标的问题。外二、外三、玉环均发生过类似问题。

四.抗震设计 4.1 抗震设防目标——小震不坏、中震可修、大震不倒。 小震（频遇）—50年内超越概率63%（50年一遇），弹性阶段； 中震（设防）—50年内超越概率10%（500年一遇），弹塑性阶段； 大震（罕遇）—50年内超越概率2~3%（2500年一遇），塑性阶段。

四.抗震设计 4.2 地震安全安评：(中华人民共和国防震减灾法) 重大工程和可能产生严重次生灾害的建设工程，应当按照国务院有关规定进行地震安全性评价，并按照经审定的地震安全评价报告所确定的抗震慎防要求进行抗震设防。建筑工程的地震安全评价单位应当按照国家有关标准进行地震安全评价，并对地震安全评价报告的质量负责。（核电站—百年超越概率1%；一级蓄水大坝—百年超越概率2%；大型桥梁—百年超越概率3%；电视塔—百年超越概率5%。大型油罐、危险品储存库等） 前款规定以外的建设工程，应当按照地震烈度区划图或者地震动参数区划图所确定的抗震设防要求进行抗震设防；对学校、医院等人员密集场所的建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计和施工，采取有效措施，增强抗震设防能力。

四.抗震设计 4.3 抗震类别的划分《建筑抗震设防分类标准》GB50223 特殊设防类（甲类）——使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。 重点设防类（乙类）——地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。 标准设防类（丙类）——除1）、2）、4）款以外的按照标准要求设防的建筑。 适度设防类（丁类）——使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定的条件下适度降低要求的建筑。

四.抗震设计 4.4 火力发电厂（含核电厂的常规岛）生产建筑中重点设防类建筑： （建 筑抗震设防分类标准）GB50223 单机容量为300MW及以上或规划容量为800MW及以上的火力发电厂的主 厂房、电气综合楼、网控楼、调度通信楼、配电装置楼、烟囱、烟道、碎煤机室、输煤转运站、输煤栈桥、燃油和燃气机组电厂的燃料供应设施； 地震时必须维持正常供电的重要电力设施（如停电会造成重要设备严重破坏或危及人身安全的工矿企业的自备电厂）的主厂房、电气综合楼、网控楼、调度通信楼、配电装置楼、烟囱、烟道、碎煤机室、输煤转运站、输煤栈桥、燃油和燃气机组电厂的燃料供应设施； 供应20万人口以上规模的城镇集中供热的热电站的主要发配电控制室及其供电、供热设施。

四.抗震设计 4.5 火力发电厂抗震措施提高要求 标准设防类，应按照本地区抗震设防烈度确定其地震作用和抗震措施， 达到在遭遇高于当地地震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发 生危及生命安全的严重破坏的抗震目标； 重点设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用，但应按高于本 地区地震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；抗震设防烈度为9度时 应按比9度更高的要求加强抗震措施。

四.抗震设计 4.6 地震参数与土建工程造价 土建结构工程造价不同地震烈度换算系数 备注： 4.6 地震参数与土建工程造价 土建结构工程造价不同地震烈度换算系数 建筑场地类别 地震基本烈度 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 6度 0.90-0.95 0.95-0.98 1.00 1.10-1.15 7度 1.25-1.30 8度 1.00-0.05 1.20-1.30 不宜建厂 9度 1.15-1.20 1.30-1.40 不应建厂 备注： 建筑场地类别—根据覆盖土层的厚度以及覆盖土层等效剪切波速划分四个类别。 以上表格未经过工程量统计验证，仅凭个人经验，仅作为参考。 个别高耸或大跨结构风载影响需要另行考虑。

五.土建结构新技术及发展 1）球形封闭煤场（DOME）保定清源热电 球仓65米直径，高度45米，存煤6万吨。土建工程投资约5000万 元（含技术转让费1400万）。 据调研：保定清源电厂2座球仓（含设备）初步设计概算计列1.8 亿元，工程结算价1.7亿。 图片

五.土建结构新技术及发展 1）球形封闭煤场（DOME）保定清源热电 图片

五.土建结构新技术及发展 2）全封闭条形煤场（北京水晶宫） 风洞试验、通风设计、防火设计等一些列问题 * 举例：圆形煤场工程量问题 图片

五.土建结构新技术及发展 3）汽轮发电机弹簧隔振技术（局部的、独立的、联合的） 汽轮发电机基础弹簧隔振技术主要应用于西门子/阿尔斯通机型，东电和哈电集团由于凝汽器与低压缸的连接方式问题，不接受弹簧隔振技术。 隔振技术主要用于高烈度地震区、不均匀地基，其他条件应用意义不大。 图1 弹簧支承基础的典型的横截面 图2 厂房与机器基础连成整体的优化结构 机器支承在弹簧阻尼系统上 图片

五.土建结构新技术及发展 隔振技术主要用于高烈度地震区、不均匀地基，其他条件应用意义不大。 弹簧隔振技术的应用需要诸多的现场配合，需要施工组织周密安排。 图片

五.土建结构新技术及发展 弹簧隔振汽轮发电机基础应用实例 图片 工程 机组容量 机型技术 支撑形式 北京热电 200MW ABB 独立式 合肥二热 350MW 俄罗斯 平顶山 600MW 阿尔斯通 平凉 神头 国电泰州 1000MW 西门子、二次再热 莱芜 寿光 西门子、一次再热 整体式 福建福清核电 内江核电 图片

五.土建结构新技术及发展 4）玻璃钢烟囱 具有良好的防腐性能，造价和太钢复合板持平。但现场缠绕，质量控制难度大。属于结构分析和材料设计的交叉学科，国外一般有专业公司以EPC承包形式，国内分工不明确，一旦出现质量问题责任不好界定，尚处于示范工程阶段。 图片

五.土建结构新技术及发展 5）异型结构烟囱 进行相应的风洞试验，以确定风压、荷载体形系数等设计参数。 图片

五.土建结构新技术及发展 5）异型结构烟囱 图片

五.土建结构新技术及发展 5）异型结构烟囱 图片

谢谢 Thank you