1000MW机组主厂房钢结构的思考 华东电力设计院 陈峥

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1 1000MW机组主厂房钢结构的思考 华东电力设计院 陈峥

2 上海外高桥三期

3 国电泰州电厂

4 我院设计目前主厂房 采用钢结构 百万级厂有:
上海外高桥二期, 三期(已投产) 华能玉环一二期(已投产) 国电泰州电厂(已投产) 国电北仑电厂(已投产) 上海漕泾电厂 华润彭城电厂

5 我院设计目前主厂房 采用钢混凝土结构 百万级厂有
华能金陵电厂 常熟电厂 三吉利新密电厂 华能南通电厂 徐州电厂 ……………………

6 主厂房结构特点 受工艺制约，结构不规则性 大荷重，且布置不合理 结构的整体尺寸长，局部薄弱（孔洞）等 完整合理的传力体系建构困难

7 火电厂主厂房结构的复杂性和抗震设计难点

8 构件尺寸常规，体系布置规则、整齐，有利于抗震设计
火电厂主厂房结构 民用建筑结构 尺寸大、最大梁高超过3米，体系复杂、错层多，必须满足工艺流程布置，属于不利抗震结构 构件尺寸常规，体系布置规则、整齐，有利于抗震设计 刚度偏心严重，地震时扭转反应剧烈，构件及节点设计难度大 刚度均匀，设计计算容易满足要求 6000~7000吨煤斗设备重布置于结构的中上部，地震作用大 荷重规模小、均匀，地震作用相对平缓 煤斗重6000～7000吨

9 主厂房结构的基本要求 1）在满足工艺的前提下，选择”先天”合理的结构体系，合理荷载传递路线
２）应具备必要的抗侧承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力 ３）采用多道抗震设防，部分结构或构件的破坏不应导致整个体系丧失承载能力；合理的结构支撑布置系统 ４）方便安全可靠施工

10 大型火电厂主厂房钢结构抗震设计技术研究报告
报告之一：钢结构工业厂房震害资料调查报告 报告之二：美国规范有关钢结构抗震内容的介绍及与中国规范的若干对比 报告之三：大型火电厂钢结构节点滞回性能试验研究 报告之四：大型火电厂主厂房钢结构振动台模拟地震试验 报告之五：大型火电厂主厂房地震反应分析 报告之六：大型火电厂主厂房钢结构抗震性能研究 报告之七：钢结构主厂房空间和平面计算分析比较

11 课题成果 震害调查表明： 设计合理的钢结构体系一般都具有较好的延性，能够抵御大地震的袭击而很少发生整体性的倒塌。构件破坏、节点破坏、结构中某些楼层的集中耗能造成过大变形甚至产生机构行为、以及非结构构件的破坏是钢结构在强震中可能产生的主要破坏形式。 （灾后恢复 抢修）

12 课题成果 结构自振特性 模型结构的前3阶频率相当接近。这3阶频率分别对应以两个方向平动振动和扭转振动为主的结构空间振动为主的振型。
结构变形反应都呈现扭转特征，高度突出其他部分的煤仓间的皮带层部分相对其余各层产生较大层间变形。

13 课题成果 大开孔楼板的楼面刚度作用 虽然楼面板有较大开口，各楼层楼板率（楼板面积与该层总面积之比）相差很大，但模型结构各方向各框架的水平变形是协调的，结构自振特性中的扭转变形特点也表明，楼板使刚度不同、质量负担不同的框架共同工作。 “薄弱层”位置 煤仓间的皮带层部分，柱子截面有较大收缩，皮带层因工艺原因跨度方向支撑仅偏置于结构单侧，梁柱连接仍然采取铰接方式，在实验模型振动中形成明显的“薄弱层”。

14 课题成果 结构构件破坏和结构残余变形 最终结构没有发生倒塌型破坏，但有显著层间残余变形。 结构抗震性能整体评价
从实验结果评价，模型结构在相当于8度罕遇（相当于9度设防）的地震作用下的最大层间相对变形约为1/57，仍能满足1/50变形限值的规定，实现了“不倒”的要求，结构体系总体上可行。但由于火电厂特殊工艺要求而造成的结构布置不规则等问题还可经设计调整加以改进。

15 主厂房布置及结构设计 主厂房布置按汽机房、除氧间、煤仓间布置
汽机房及除氧煤仓间纵向第一档9.5米，最后三档柱距11米，其余柱距均为10米， #1机纵向共11档，#2机纵向12档，机组之间插入距为1.4米。总长度为210～233.9米。输煤皮带在2头部进入主厂房，汽机房跨度27到34.00米，除氧间跨度9到10.0米，煤仓间跨度12.5到14.0米。

16 汽机房 汽机房内夹层标高为8.60米，运转层为17.00 米，内设二台130t/25t桥式起重机，轨顶标高为30.70米，吊车跨度为33.00米。

17 除氧煤仓间 除氧间在8.60、17.00、25.00米层布置高低压加热器，除氧器布置在34.50 米层。煤仓间底层每台炉布置6台磨煤机，20.50 米层布置给煤机，45.5米层为输煤皮带层。

18 推荐钢结构方案的理由 可持续发展 结构先天条件好 结构抗震性能好 施工相对快捷，便于工期、质量控制。 施工期间各种支吊架等修改方便。 （虽然钢结构投资较大,但占总投资的比例较小，较钢筋混凝土方案所增加的费用仅占工程总投资的0.3%。而且可缩短工期，其中施工可缩短7.5个月。从早投产早收益的角度来看，综合效益明显优于钢筋混凝土方案。 设计周期可缩短4个月）

19 主厂房结构方案比较 主厂房（汽机房、除氧间、煤仓间）结构 方案技术经济比较 钢结构方案 钢筋混凝土方案 。

20 经济比较结果 钢结构方案需投资6890万元， 钢筋混凝土方案需投资 4020万元。 两方案投资差额2870万元。
由于钢筋混凝土方案主厂房体积增大，导致工艺管道长度增加，另需增加投资200万元。

21 新版土规对主厂房结构的要求 主厂房钢结构均应按弹性设计进行内力计算。
主厂房钢结构可采用铰接框架加支撑体系或钢接框架加支撑体系布置.锅炉炉架结构不宜与主厂房结构(由汽机房除氧间和煤仓间组成的结构)相连接. 主厂房框架各层楼板的梁板布置，应考虑厂房结构的整体刚度和和受力合理，结合工艺设备管道布置，采用横向承重或纵向承重的布置。框排架主梁与柱中心线宜布置在同一轴线上，各柱间梁宜设置在同一轴线上。

22 新版土规对主厂房结构的要求 6、7度区的厂房，可以采用铰接框架—支撑体系， 8、9度区宜采用支撑—刚接框架体系。 水平支撑的设置要求

23 主厂房钢结构体系 汽机房为带支撑系统的钢框排架结构体系，桥式起重机及钢屋架支承于钢柱上。汽机房、除氧间、煤仓间的每个温度区段纵向设有柱间垂直支撑，以保证结构的稳定，并将纵向水平力传至基础；横向每档在煤仓间设有柱间垂直支撑，以保证结构的横向刚度和传递横向水平力至基础。各楼层根据需要设置水平支撑。汽机房在屋架系统设有纵横向水平支撑及纵向垂直支撑。煤仓间与锅炉构架间设炉前平台，平台结构一端采用滑动支座，不传递水平力 。

24 主厂房钢结构体系 汽机房A、B排柱及梁采用焊接工字型断面； 煤仓间C、D排柱采用焊接箱型断面，
框架梁采用焊接工字型断面和箱型断面。垂直支撑采用焊接箱型和轧制型钢断面。

25 主厂房钢结构计算模型

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30 主厂房钢结构计算 主厂房设计计算分析采用STAAD--Pro软件建立的三维有限元模型设计计。其钢结构应力校核结果：
汽机房：应力比一般不超过0.95，除氧煤仓间：应力比个别杆件达到0.965，柱子一般不超过0.85，

31 主厂房钢结构计算 由于大部分框架梁、柱采用抗弯连接，加上支撑体系，整个厂房基本设置了两道抗震防线。

32 钢结构施工图

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35 柱拼接节点

36 梁柱铰接节点

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38 主厂房钢结构屋面 钢屋架 屋面梁 网架结构

39 主厂房钢结构要继续思考的问题 为了全面把握不同设防地区、不同结构体系的火电厂主厂房钢结构抗震性能，提高抗震设计水平，提出需要继续研究的若干问题。 （1）关于锅炉架与主厂房钢结构相互连接的结构形式 （2）关于主厂房的结构分块方案 （3）关于合理耗能的构件布置方案 （4）关于减震设计 （5）关于空间结构弹塑性分析程序的完善