新抗震規(guī)范在發(fā)電廠主廠房土建結構設計中的應用分析

胡學飛

（上海艾能電力工程有限公司，上海 200000）

1 主廠房的結構布置與結構形式

對發(fā)電廠廠房進行設計，不僅要減少廠房施工耗費的成本，還要增強廠房結構的穩(wěn)定性。這就要求相關設計人員深入施工一線開展調(diào)查研究，全面了解和準確把握發(fā)電廠廠房所在地的實際情況，綜合考慮各項因素，對發(fā)電廠廠房結構設計的具體方案進行優(yōu)化改進。當前，人們在建設主廠房結構時，日益提高韌度性能標準，不僅要求主廠房具備較高的強度，還要求增強其穩(wěn)固性能。因此，在對主廠房結構進行設計的過程中，要全面考慮和綜合分析其承載力、韌度和堅固度[1]。相關設計人員要與時俱進，結合GB 50011—2019《建筑抗震設計規(guī)范》（以下簡稱“新抗震規(guī)范”），加強專業(yè)學習，提高設計水平，保障發(fā)電廠主廠房結構的安全穩(wěn)定。

1.1 結構布置

主廠房結構不僅具有較強的復雜性，且具有較為龐大的規(guī)模。對主廠房結構進行設計，要充分考慮其可利用面積，增強結構設計的科學性，避免盲目布置結構，影響后期主廠房的安全性。設計人員在設計主廠房結構時，應對各要素之間存在的聯(lián)系進行綜合考慮，分析各要素的相互作用和綜合影響，對抗震系數(shù)進行科學設計，增強結構的抗震性能，對抗裂縫進行合理設置[2]。另外，要對廠房支撐力進行充分考慮，最大化地提升主廠房具備的抗震性能。

1.2 結構形式

要根據(jù)發(fā)電廠主廠房的地基條件、建筑高度、結構材料、抗震設防類別、抗震設防烈度等因素，科學選擇結構形式。對抗震結構構件進行選擇，應遵循如下要求：（1）砌體結構應遵循相關規(guī)定，對鋼筋混凝土圈梁、芯柱、構造柱進行合理設置，或選用配筋砌體、約束砌體對變形能力進行改善。（2）混凝土結構構件，應科學設置截面尺寸、箍筋和縱向受力鋼筋，避免剪切破壞出現(xiàn)于彎曲破壞之前，避免混凝土壓潰出現(xiàn)于鋼筋屈服之前，避免鋼筋錨固粘貼破壞出現(xiàn)于鋼筋破壞之前。（3）預應力混凝土構件，要配置充足的非預應力鋼筋。（4）要合理控制鋼結構尺寸，防止局部失穩(wěn)定導致構件整體失穩(wěn)。要處理好非結構構件，避免地震發(fā)生時，建筑倒塌將設備砸壞和將人砸傷。在樓體和屋面結構上附著的非結構構件，要與主體結構保持可靠錨固或連接。

2 新抗震規(guī)范對發(fā)電廠主廠房的影響及要求

新抗震規(guī)范對結構概念設計做出了強制性要求，并對限制指標提出了具體要求，對嚴重不規(guī)則、特別不規(guī)則以及不規(guī)則程度進行了清晰明確的區(qū)分標準。所謂結構概念設計，是指在對結構進行設計的同時，首先考慮廠房結構相應的總地震反應，將結構破壞的具體過程作為依據(jù)，并結合相關破壞機制，靈活應用地震設計相關準則。以新抗震規(guī)范新增的衡量標準作為依據(jù)，應根據(jù)各類框排架結構在發(fā)電廠主廠房設計中存在的豎向和平面不規(guī)則、荷載不均勻分布等超標情況，提出有針對性的限制條件，對之進行限制。設計人員在設計過程中，應充分重視優(yōu)化結構布置，盡量滿足工業(yè)設計各項要求的同時，合理調(diào)整結構布局。為更好地滿足結構布置的相關要求，增強其規(guī)則性，應對層高、結構斷面進行優(yōu)化，并均勻布置抗側力構件，最大限度地減少薄弱層、短柱和錯層等薄弱結構[3]。在實際中，應針對發(fā)電廠主廠房的特點，對導致結構不規(guī)則的主要源頭進行查找分析，并在科學研究的基礎上提出優(yōu)化措施。例如，煤斗支撐層的剛度較低、在梁斷面影響下，側向剛度呈現(xiàn)出大幅度變化、層高缺乏均勻性，并且受樓面錯層和開孔過多的影響，導致局部剛度不連續(xù)等問題。

另外，為避免出現(xiàn)違反結構概念設計要求的問題，新抗震規(guī)范做出了如下限制：（1）在工藝布置受限制時，使用錯層結構，應嚴格執(zhí)行相關抗震措施。需要注意的是，在抗震設防烈度為7~9度和Ⅲ、Ⅳ類場地時，不應在鋼筋混凝土框架的相鄰跨上應用錯層結構。（2）適宜在與樓層接近的部位或樓層上對行車荷載作用點進行布置。（3）在對鋼梁與混凝土樓板進行結構分析時，應對樓板的剛度進行考慮。樓板梁采用鋼梁時，應具備可靠連接[4]。（4）在樓層處梁高范圍內(nèi)，適宜對框架與排架跨相應的連接結點進行布置。在抗震設防烈度為7~9度以及Ⅲ、Ⅳ類場中，則不應在同層架構之間對連接節(jié)點進行設置。（5）沿豎直方向對各層框架梁進行布置的過程中，應盡量減少各層間存在的剛度差異，避免形成薄弱層。（6）應考慮在相鄰樓層對水平支撐進行設置，或盡量使煤倉、料斗的重心與支承點靠近樓層處，以有效傳遞地震作用，并確保相應樓層在水平方向上有足夠的剛度。

在主廠房的實際運行過程中，出現(xiàn)超出廠房結構抗震能力的情況時，廠房結構的非彈性變形可抵消一定的外力，但會導致不可修復的結構損傷，而當非彈性變形超出主廠房結構的承受能力時，會導致主廠房建筑結構承載力失效，進而引發(fā)建筑整體倒塌。因此，研究廠房建筑的抗震設計，并探究降低結構損傷的抗震設計措施具有關鍵性意義。對發(fā)電廠主廠房進行抗震設計時，可在增強鋼筋混凝土韌性的同時，加強結構的彈性限度[5]。另外，要遵循新抗震規(guī)范，對主廠房進行科學設計，增強土建結構的抗震性能、耐用度和堅固度，充分發(fā)揮新抗震規(guī)范對主廠房土建結構設計的指導作用。

3 新抗震規(guī)范在發(fā)電廠主廠房土建結構設計的應用

3.1 支撐布置形式

鋼框架-中心支撐體系和混凝土框架-抗震墻支撐體系均具有良好的抗震效果。地震多發(fā)區(qū)域的發(fā)電廠應合理利用上述體系建設主廠房。部分發(fā)電廠在主廠房建設過程中，為減少施工量，對結構體系進行了簡化，減少了支撐布置的數(shù)量，甚至限制布置于廠房兩端的支撐。這就導致支撐點相對某幾個支座而集中，若沿縱向對支撐點進行均勻布置，會降低支座的抗震能力。對此，要注重對支撐布置進行優(yōu)化，提高發(fā)電廠廠房結構的承載力，并保障整體結構剛度分布均勻，能有效提高結構的抗震性，還能減少支撐截面面積，在不改變鋼框架體系布置方式和實際數(shù)量的前提下，可以增強發(fā)電廠廠房的抗震能力。合理布置支撐，能使建筑結構從整體上形成更為均勻的承載能力，并使整體結構形成均勻的剛度分布[6]。在2個主軸方向對結構動力特性呈現(xiàn)出的差異進行減小，并加強廠房外側柱列相應的縱向剛度，在具有較大荷載的柱間對支撐進行布置，實現(xiàn)上下貫通。整體結構出現(xiàn)增加后，結構自振周期隨之減少，結構地震反應則隨之增大。對鋼框架一支撐體系保持原有的支撐布置形式和布置數(shù)量，可減少支撐截面的實際面積，進而減少結構剛度，有效減少地震反應。支撐截面并非越大越具有良好的抗震反應。要提高經(jīng)濟性，又保障結構安全，需展開精確計算，并做出合理選擇。

3.2 抗震構造的優(yōu)化

在發(fā)電廠廠房建設中，廠房是主體建筑，提高主廠房的施工質(zhì)量和水平可以促進發(fā)電廠的良性發(fā)展。電廠主廠房結構相對復雜，結構跨度、荷載和開間尺寸較大，導致梁柱截面增加[7]，因此，主廠房結構的抗震設計難度較大。設計人員對主廠房結構進行抗震設計時，應總結相關設計經(jīng)驗，建立完善的結構設計體系。特別是要對薄弱設計環(huán)節(jié)進行改進，保證結構的抗震性能。抗震結構的優(yōu)化可以從以下幾個方面著手：

1）目前，新材料及相關技術越來越多地應用于主廠房的設計和施工中。在設計和建造主廠房時，可在鋼筋混凝土中使用具有良好延性、焊接性和韌性的特種鋼筋，從而有效增強主廠房的抗震性能。相關人員要實時關注新材料市場，認真篩選、合理使用新材料，切實提升建筑主體結構抗震性能。

2）要綜合考慮布局工藝，優(yōu)化主廠房的豎向布局，結合生產(chǎn)工藝對相關設備進行合理布局。考慮到主廠房的結構自重及其過程荷載，會不同程度地影響其抗震能力。設計者在優(yōu)化主廠房的結構設計時，應控制結構自重和過程載荷[8]。

3）設計者在設計主廠房主體結構時，應科學地構建支撐體系。一方面，要設置綜合支撐體系，增強支撐柱和天窗框架的抗震能力；另一方面，要保證主廠房面板良好的連續(xù)性和完整性，提高工廠整體的抗震性能。

4）在建造主廠房圍護結構時，應采用輕質(zhì)墻板，以有效減少結構受力，同時，提高廠房的抗震性能。

5）在屋面板設計中，應減少端柱之間存在的相對變形，整體加強端柱之間的剛度。同時，要優(yōu)化屋面板所涉及的焊接工藝，提高其結構承載能力。

6）主廠房建筑盡量采用方形簡潔的布局，防止不均勻和扭曲變化，盡量保證空間和平面剛度的均勻性，盡量保證剛度中心與房屋質(zhì)量中心接近或重合在一定程度上居中。

4 結語

綜上所述，為有效保障發(fā)電廠主廠房的建設質(zhì)量，必須對主廠房土建結構進行抗震設計。設計人員應對抗震設計的相關經(jīng)驗進行總結，并嚴格遵循新抗震規(guī)范的指導，對主廠房土建結構進行科學設計，以有效保障發(fā)電廠主廠房的使用安全。