電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與探討

姬鵬程

摘要：電廠建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)圖紙深度要求及計(jì)算項(xiàng)目，為滿足特殊使用要求所做的結(jié)構(gòu)處理，“四新”的應(yīng)用及綠色設(shè)計(jì)，先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段，廣泛調(diào)研及總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：火電發(fā)電廠；結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化

前言

發(fā)電廠的設(shè)計(jì)應(yīng)全面貫徹安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的方針。結(jié)構(gòu)必須在承載力、穩(wěn)定、變形和耐久性等方面滿足生產(chǎn)使用的要求，同時(shí)要考慮施工條件。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗裂度和裂縫寬度，有動(dòng)力荷載時(shí)，應(yīng)作動(dòng)力驗(yàn)算。必要時(shí)宜采用三維空間分析方法，保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性，有利于提高電廠的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

1電廠土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

1.1選型

土建結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)選擇，首先要符合電廠的基本需求，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)流程、使用要求、周?chē)h(huán)境、建筑材料和建筑技術(shù)等因素，并結(jié)合工藝設(shè)計(jì)做好建筑物的平面布置、空間組合、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇。其次對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)層次展開(kāi)有序的設(shè)計(jì)，確定建筑平面布置、垂直及水平交通的組織，功能分區(qū)，地下的結(jié)構(gòu)選型，地基處理方案及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式（若采用樁基時(shí)，樁的類型、樁端持力層及進(jìn)入持力層的深度）、上部結(jié)構(gòu)選型，構(gòu)架結(jié)構(gòu)的選型及布置方案，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性。后期通過(guò)結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)，做好從習(xí)慣縱向思維（從結(jié)構(gòu)的方案、體系、布置、計(jì)算、構(gòu)造到施工圖）轉(zhuǎn)變?yōu)榧孀⒂跈M向思維（規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工的結(jié)合），并在結(jié)構(gòu)的選型中，貫穿考慮受力體系、承重體系的合理性。

1.2計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，計(jì)算結(jié)果是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，必須認(rèn)真對(duì)待。設(shè)計(jì)中選擇合適的計(jì)算假定、計(jì)算簡(jiǎn)圖、計(jì)算方法及計(jì)算程序，是得到正確計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，參數(shù)計(jì)算是不可忽視的設(shè)計(jì)部分。參數(shù)計(jì)算的結(jié)果，直接關(guān)系到土建施工的質(zhì)量。設(shè)計(jì)中必須保證輸入信息和數(shù)據(jù)正確無(wú)誤，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，保證安全。同時(shí)要注重建模方式，如果建模不準(zhǔn)確，就會(huì)影響計(jì)算的準(zhǔn)確性。

1.3圖紙

圖紙是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最好的體現(xiàn)。結(jié)構(gòu)圖紙--含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明（自然條件、安全等級(jí)、使用荷載、抗震烈度和其他特殊要求）和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容的說(shuō)明（結(jié)構(gòu)選型、地基處理、基礎(chǔ)型式、材料選用、構(gòu)造處理等）。由此可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)直接涵蓋了計(jì)算過(guò)程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、內(nèi)力等受力分析的內(nèi)容，其深度則需按照長(zhǎng)期安全使用的要求、建筑設(shè)計(jì)的需要、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可能，巧妙地做到以下幾點(diǎn)：?確定主體結(jié)構(gòu)的體系（和相應(yīng)的樓蓋、屋蓋、承重結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)）?選擇主要的結(jié)構(gòu)材料?考慮關(guān)鍵部位的構(gòu)造措施。圍繞電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)后，還要對(duì)照施工現(xiàn)場(chǎng)，評(píng)估圖紙中的內(nèi)容，是否符合結(jié)構(gòu)的要求，改進(jìn)有缺陷的地方，強(qiáng)調(diào)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的有效性。

2電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體方法

2.1總體設(shè)計(jì)

配合工藝解決建筑物內(nèi)部交通、防火、防爆泄壓、防水、防腐蝕、防噪音、防塵、防小動(dòng)物、抗震、隔振、保溫、隔熱、日照、采光、自然通風(fēng)和生活設(shè)施等問(wèn)題。擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)構(gòu)造措施。在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)且具有必要的承載能力、剛度和延性。

2.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要先明確地質(zhì)條件，了解現(xiàn)場(chǎng)的不良地質(zhì)，將之進(jìn)行有效處理后才能夠施工。只有這樣，才能夠確保地質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，換句話說(shuō)就是具有足夠的承載力。必要時(shí)應(yīng)對(duì)地基變形和穩(wěn)定性作驗(yàn)算。主廠房基礎(chǔ)的選型，取決于地基承載力及地基壓縮性，壓縮較小時(shí)宜采用獨(dú)立基礎(chǔ)，滿足變形條件時(shí)，可依次采用筏板、箱型基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)地考察，充分了解主廠房基礎(chǔ)沉降的相關(guān)特征及其相鄰的結(jié)構(gòu)區(qū)域，然后再具有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)主廠房基礎(chǔ)連接著其他區(qū)域地基時(shí)，更要重視安全設(shè)計(jì)。

2.3屋面設(shè)計(jì)

對(duì)于電廠主廠房的屋面結(jié)構(gòu)應(yīng)選用有檁、無(wú)檁或板梁合一的屋蓋體系，對(duì)于有檁體系，宜采用壓型鋼板做底模的現(xiàn)澆砼屋面板，屋面結(jié)構(gòu)其選擇必須具有合理性。主廠房屋架跨度為18m及以下，宜采用鋼筋砼屋架，大于18m時(shí)，宜采用鋼屋架。主廠房結(jié)構(gòu)單元之間應(yīng)根據(jù)荷載、工程地質(zhì)和抗震設(shè)防烈度設(shè)置伸縮縫與抗震縫，要注意如果是現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，縱向伸縮縫則應(yīng)當(dāng)小于75米。在實(shí)際施工選擇時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)考慮到電廠的實(shí)際需求，保證主廠房設(shè)計(jì)符合電力生產(chǎn)的工藝流程，保證結(jié)構(gòu)剛度的均勻有效，設(shè)置必要的抗側(cè)力構(gòu)件。

2.4抗震設(shè)計(jì)

發(fā)電廠的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹預(yù)防為主的方針，使建筑物經(jīng)抗震設(shè)防后，能減輕建筑損壞，減少經(jīng)濟(jì)損失。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人可以利用反應(yīng)譜以及時(shí)程分析法等展開(kāi)計(jì)算，同時(shí)還要利用彈塑性變形驗(yàn)算等方式找到鋼結(jié)構(gòu)以及鋼筋砼結(jié)構(gòu)的薄弱層，如梁柱等位置，做好相應(yīng)設(shè)計(jì)工作。

3電廠土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1概念設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，是從總體角度來(lái)考慮怎樣滿足各個(gè)需要和可能的階段，這時(shí)，就要求結(jié)構(gòu)工程師既要掌握結(jié)構(gòu)分析的方法，又要預(yù)先估計(jì)和分析結(jié)構(gòu)的薄弱部位、破壞形態(tài)，調(diào)整承載力以加強(qiáng)或削弱某些部位，通過(guò)設(shè)置構(gòu)造措施、彈塑性計(jì)算校核來(lái)滿足使用的需要；并充分利用結(jié)構(gòu)材料的性能，在確保安全性不降低的前提下避免盲目的浪費(fèi)。

3.2構(gòu)造優(yōu)化

結(jié)構(gòu)構(gòu)造是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的保證，構(gòu)造設(shè)計(jì)必須從概念設(shè)計(jì)入手，加強(qiáng)連接，保證結(jié)構(gòu)有良好的整體性、足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠取?duì)有抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的彈塑性和延性，對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱部位，以及施工操作有一定困難的部位或?qū)?lái)使用上可能有變化的部位，應(yīng)優(yōu)化構(gòu)造措施，并在設(shè)計(jì)中適當(dāng)留有余地，以策安全。構(gòu)造優(yōu)化時(shí)，盡量多分析電廠土建所在的環(huán)境，輔助降低土建結(jié)構(gòu)發(fā)生病害的風(fēng)險(xiǎn)，提高土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和使用的水平。

3.3結(jié)構(gòu)成本優(yōu)化（鋼筋、砼材料用量?jī)?yōu)化）

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)是在滿足規(guī)范要求和足夠安全的前提下，最大限度地節(jié)約材料和造價(jià)來(lái)真正實(shí)現(xiàn)建筑的綠色環(huán)保。

?柱：通過(guò)砼強(qiáng)度等級(jí)的合理確定來(lái)控制其截面尺寸和軸壓比，增多柱段構(gòu)造配筋而非內(nèi)力控制配筋；柱箍筋的體積配筋率采用高強(qiáng)度鋼筋；更可節(jié)省用鋼量。抽掉中柱的結(jié)構(gòu)頂層邊柱，往往是大偏心受壓，通常采用改變柱豎向形狀的方法（如加腋），如改變后仍難以承受其所承擔(dān)的彎矩，有時(shí)干脆可將梁柱頂節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)支。

?梁：混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜過(guò)高，可降低梁的最小配筋（箍）率，采用高強(qiáng)度鋼筋，有利受彎構(gòu)件梁的抗裂性能。當(dāng)不影響使用或建筑觀感時(shí)，梁寬宜略為放大，盡量布置成單排主筋?？缍容^大的懸臂梁，其彎矩內(nèi)力都是急劇下降的，因此當(dāng)面筋較多時(shí)，除角筋需伸至梁端外，其余尤其是二排鋼筋均可在跨中切斷。結(jié)構(gòu)樓層梁，每一處集中荷都不太大，通常情況下，僅在梁側(cè)配置加密箍筋已經(jīng)足夠，但設(shè)計(jì)中盲目加大吊筋直徑，既沒(méi)必要又會(huì)造成鋼材的浪費(fèi)。

?樓板：宜將板跨增大至使其配筋為內(nèi)力控制而非構(gòu)造配筋，采用高強(qiáng)鋼筋能達(dá)到節(jié)省用鋼量的目的。對(duì)于大跨度雙向板，為了節(jié)省用鋼量，一般應(yīng)分板帶配筋；當(dāng)板面需要采用貫通面筋時(shí)，貫通筋的配筋通常不需也不宜超過(guò)規(guī)定的最小配筋率，支座不足時(shí)再配以短筋，這樣既符合規(guī)范規(guī)定又可節(jié)省用鋼量。

3.4優(yōu)化理念

優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅從本身概念出發(fā)提出了全新的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)理念，在解決了一大批結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)熱點(diǎn)問(wèn)題的同時(shí)填補(bǔ)了大量應(yīng)用需求的空白。其優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果在明顯降低人材機(jī)費(fèi)用的同時(shí)更注重考慮了施工的方便，這樣綜合效益更加顯著。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電廠結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)具有以下特點(diǎn)：在安全上，要符合承載和耐久的需要；在技術(shù)上，要體現(xiàn)科技和工程的綠色發(fā)展；在建造上，要合理用材與施工實(shí)際相結(jié)合，以達(dá)到最佳最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋俊國(guó).電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與探討[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2016，（06）：74-76.

（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）