電廠土建結構設計的分析與探討

姬鵬程

摘要：電廠建構筑物結構圖紙深度要求及計算項目，為滿足特殊使用要求所做的結構處理，“四新”的應用及綠色設計，先進的設計方法和手段，廣泛調研及總結經驗，創新優化。

關鍵詞：火電發電廠；結構分析與設計；設計方法及優化

前言

發電廠的設計應全面貫徹安全、適用、經濟、美觀的方針。結構必須在承載力、穩定、變形和耐久性等方面滿足生產使用的要求，同時要考慮施工條件。對于混凝土結構應驗算結構的抗裂度和裂縫寬度，有動力荷載時，應作動力驗算。必要時宜采用三維空間分析方法，保障結構設計的合理性、科學性，有利于提高電廠的經濟、社會效益。

1電廠土建結構的設計分析

1.1選型

土建結構體系的設計選擇，首先要符合電廠的基本需求，應根據生產流程、使用要求、周圍環境、建筑材料和建筑技術等因素，并結合工藝設計做好建筑物的平面布置、空間組合、圍護結構的選擇。其次對建筑物的結構層次展開有序的設計，確定建筑平面布置、垂直及水平交通的組織，功能分區，地下的結構選型，地基處理方案及基礎結構型式（若采用樁基時，樁的類型、樁端持力層及進入持力層的深度）、上部結構選型，構架結構的選型及布置方案，強調結構設計的基礎性。后期通過結構的選型設計，做好從習慣縱向思維（從結構的方案、體系、布置、計算、構造到施工圖）轉變為兼注于橫向思維（規劃、建筑、結構、設備、施工的結合），并在結構的選型中，貫穿考慮受力體系、承重體系的合理性。

1.2計算

結構計算是結構設計的基礎，計算結果是結構設計的依據，必須認真對待。設計中選擇合適的計算假定、計算簡圖、計算方法及計算程序，是得到正確計算結果的關鍵。結構設計中，參數計算是不可忽視的設計部分。參數計算的結果，直接關系到土建施工的質量。設計中必須保證輸入信息和數據正確無誤，對計算結果進行詳細分析，保證安全。同時要注重建模方式，如果建模不準確，就會影響計算的準確性。

1.3圖紙

圖紙是結構設計最好的體現。結構圖紙--含結構設計總說明（自然條件、安全等級、使用荷載、抗震烈度和其他特殊要求）和結構設計主要內容的說明（結構選型、地基處理、基礎型式、材料選用、構造處理等）。由此可見，結構圖設計直接涵蓋了計算過程中結構的應力、內力等受力分析的內容，其深度則需按照長期安全使用的要求、建筑設計的需要、技術經濟的可能，巧妙地做到以下幾點：?確定主體結構的體系（和相應的樓蓋、屋蓋、承重結構和基礎結構系統）?選擇主要的結構材料?考慮關鍵部位的構造措施。圍繞電廠結構設計的特殊性，圖紙設計后，還要對照施工現場，評估圖紙中的內容，是否符合結構的要求，改進有缺陷的地方，強調圖紙設計的有效性。

2電廠土建結構設計的具體方法

2.1總體設計

配合工藝解決建筑物內部交通、防火、防爆泄壓、防水、防腐蝕、防噪音、防塵、防小動物、抗震、隔振、保溫、隔熱、日照、采光、自然通風和生活設施等問題。擇優選用抗震和抗風性能好且經濟合理的結構體系，加強構造措施。在抗震設計中，應保證結構的整體抗震性能，使整個結構且具有必要的承載能力、剛度和延性。

2.2基礎設計

進行基礎設計時，要先明確地質條件，了解現場的不良地質，將之進行有效處理后才能夠施工。只有這樣，才能夠確保地質達到標準強度，換句話說就是具有足夠的承載力。必要時應對地基變形和穩定性作驗算。主廠房基礎的選型，取決于地基承載力及地基壓縮性，壓縮較小時宜采用獨立基礎，滿足變形條件時，可依次采用筏板、箱型基礎。通過實地考察，充分了解主廠房基礎沉降的相關特征及其相鄰的結構區域，然后再具有針對性地進行設計。當主廠房基礎連接著其他區域地基時，更要重視安全設計。

2.3屋面設計

對于電廠主廠房的屋面結構應選用有檁、無檁或板梁合一的屋蓋體系，對于有檁體系，宜采用壓型鋼板做底模的現澆砼屋面板，屋面結構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，宜采用鋼屋架。主廠房結構單元之間應根據荷載、工程地質和抗震設防烈度設置伸縮縫與抗震縫，要注意如果是現澆砼結構，縱向伸縮縫則應當小于75米。在實際施工選擇時，設計人員應當考慮到電廠的實際需求，保證主廠房設計符合電力生產的工藝流程，保證結構剛度的均勻有效，設置必要的抗側力構件。

2.4抗震設計

發電廠的抗震設計應貫徹預防為主的方針，使建筑物經抗震設防后，能減輕建筑損壞，減少經濟損失。在設計過程中，設計人可以利用反應譜以及時程分析法等展開計算，同時還要利用彈塑性變形驗算等方式找到鋼結構以及鋼筋砼結構的薄弱層，如梁柱等位置，做好相應設計工作。

3電廠土建結構的設計優化

3.1概念設計優化

結構概念設計，是從總體角度來考慮怎樣滿足各個需要和可能的階段，這時，就要求結構工程師既要掌握結構分析的方法，又要預先估計和分析結構的薄弱部位、破壞形態，調整承載力以加強或削弱某些部位，通過設置構造措施、彈塑性計算校核來滿足使用的需要；并充分利用結構材料的性能，在確保安全性不降低的前提下避免盲目的浪費。

3.2構造優化

結構構造是結構設計的保證，構造設計必須從概念設計入手，加強連接，保證結構有良好的整體性、足夠的強度和適當的剛度。對有抗震設防的結構，尚應保證結構的彈塑性和延性，對結構的關鍵部位和薄弱部位，以及施工操作有一定困難的部位或將來使用上可能有變化的部位，應優化構造措施，并在設計中適當留有余地，以策安全。構造優化時，盡量多分析電廠土建所在的環境，輔助降低土建結構發生病害的風險，提高土建結構設計、施工和使用的水平。

3.3結構成本優化（鋼筋、砼材料用量優化）

合理的結構設計應是在滿足規范要求和足夠安全的前提下，最大限度地節約材料和造價來真正實現建筑的綠色環保。

?柱：通過砼強度等級的合理確定來控制其截面尺寸和軸壓比，增多柱段構造配筋而非內力控制配筋；柱箍筋的體積配筋率采用高強度鋼筋；更可節省用鋼量。抽掉中柱的結構頂層邊柱，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的彎矩，有時干脆可將梁柱頂節點設計成簡支。

?梁：混凝土強度等級不宜過高，可降低梁的最小配筋（箍）率，采用高強度鋼筋，有利受彎構件梁的抗裂性能。當不影響使用或建筑觀感時，梁寬宜略為放大，盡量布置成單排主筋?？缍容^大的懸臂梁，其彎矩內力都是急劇下降的，因此當面筋較多時，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。結構樓層梁，每一處集中荷都不太大，通常情況下，僅在梁側配置加密箍筋已經足夠，但設計中盲目加大吊筋直徑，既沒必要又會造成鋼材的浪費。

?樓板：宜將板跨增大至使其配筋為內力控制而非構造配筋，采用高強鋼筋能達到節省用鋼量的目的。對于大跨度雙向板，為了節省用鋼量，一般應分板帶配筋；當板面需要采用貫通面筋時，貫通筋的配筋通常不需也不宜超過規定的最小配筋率，支座不足時再配以短筋，這樣既符合規范規定又可節省用鋼量。

3.4優化理念

優化設計不僅從本身概念出發提出了全新的經濟設計理念，在解決了一大批結構設計中的難點熱點問題的同時填補了大量應用需求的空白。其優化設計結果在明顯降低人材機費用的同時更注重考慮了施工的方便，這樣綜合效益更加顯著。

4.結語

綜上所述，在電廠結構的設計中，應具有以下特點：在安全上，要符合承載和耐久的需要；在技術上，要體現科技和工程的綠色發展；在建造上，要合理用材與施工實際相結合，以達到最佳最優的結構設計。

參考文獻

[1]宋俊國.電廠土建結構設計的分析與探討[J].中國住宅設施，2016，（06）：74-76.

（作者單位：中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司）