燃气电厂钢结构主厂房分析设计

燃气电厂钢结构主厂房分析设计

宋玉萍

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司吉林省长春市130021）

摘要：在燃气电厂的建设中，其主厂房通常采用钢结构，这种结构具有良好的安全性，并且日常的维护与保养工作相对简单。在对钢结构主厂房进行设计的过程中，需要重点关注其抗震性能设计，确保主厂房结构能够满足燃气电厂需要的抗震性能，因此，我们需要从不同楼面以及屋面取活荷载值，为抗震性能设计提供有价值的参考数据，用于制定钢结构主厂房的选择以及施工中的重点内容。本文将对燃气电厂钢结构主厂房分析设计进行探讨。

关键词：燃气电厂；钢结构；主厂房；分析设计

1概述

1.1电厂概况

在某燃气电厂的规划设计中，需要建设6个容量为350MW的燃气-蒸汽联合循环机组，工程需要经过2期的建设才能完成，第一期工程的任务是建设4个容量为350MW的燃气-蒸汽联合循环机组，第二期工程则需要完成其余2个容量为350MW的燃气-蒸汽联合循环机组的建设。电厂的主厂房采用的是钢结构设计，在工程设计中，基本地震水平加速度的取值一般为0.2g，抗震设防烈度应达到8度，电厂中主厂房的地震计算按8度进行计算，而主厂房抗震构造措施按9度执行。

1.2主厂房处地层及岩土特性

电厂的主厂房区主要有主厂房、汽机基训自己余热锅炉等设施，是基础深度为4米左右。在基坑开挖后，其基底的标高为8米左右。在这个区域内，大部分区域是全风化花岗岩、强风化花岗岩以及中风化花岗岩等，也有一些区域内有花岗岩残残积土。

2基础设计

在进行基础设计是，需要选择全风化花岗岩、强风化花岗岩以及中风化花岗岩作为基础结构中的持力层。而部分区域内的花岗岩残积土需要使用C15毛石混凝土进行换填，与此同时，基础形式的设计则采用条形基础与独立基础的方式。

2.1主厂房基础与汽机基座基础的关系

在我国目前的燃气电厂中，使用的汽机基座通常由汽机制造厂完成设计与生产，因此，汽机基座的强度、沉降以及振动等情况需要汽机制造厂负责，目前大部分燃气电厂使用的是9F机组汽机，由GE公司设计并制造，均采用桩基设计，为了能够明确相关责任，防止因责任不明确而产生纠纷。与此同时，9F机组汽机基座同样是由汽机制造厂设计并生产的，在设计的过程中，燃气电厂需要与汽机制造厂紧密的配合，先由汽机制造厂拿出汽机基座的设计方案。但是，由于主厂房区的地址条件较好，可以采用天然基础的设计方案，如果在汽机基座的设计中采用桩基设计方案，不但需要增加施工成本，而且会在一定程度上影响施工进度，因此，需要汽机制造厂对施工地点的地质进行分析与验证。分析与验证完成后，汽机制造厂决定采用天然基础方案，我们则负责提供足够安装基座的空间，实现主厂房基础与汽机基座基础脱离，不但能够节约施工成本，而且能够保证施工进度不会受到影响。

2.2主厂房基础抗震设计

在本工程中，主厂房的地震计算按8度进行，而主厂房抗震构造措施按9度执行，其基础形式主要为条形基础与独立基础。每个独立基础之间的连接需要采用两个方向上的联系梁来实现。为了解决柱间支撑基础中柱间存在剪力以及抗震性问题，可以采用设置剪力墙的方式。抗震规范GB50011-2001中规定，在12层以上的钢结构中，刚接柱脚使用应用埋入式设计，如果要求为6、7度时，可以选择外包式设计，但是，考虑到外包式柱脚的抗震性能较差，本工程中将不会采用。根据本工程中主厂房高度为31米，抗震构造措施按9度执行的特点，可以选择半埋入式结合外露刚性螺栓节点的设计，不但方便施工，而且能够发挥刚性柱脚的作用，具有良好的抗震性能。

3结构设计

使用STAADPRO2004软件对燃气电厂的钢结构主厂房进行受力情况分析，通过空间计算，保证实际的应力与软件计算出的应力吻合度更高。结构体系选择柱与基础采取刚性连接方式，横向钢框架采取刚性连接方式，及纵向框架采取铰接与支撑结合的方式。钢结构中的梁主材与框架柱选择焊接及热轧宽翼缘H型钢，设计强度等级为Q345B。柱间支撑选择热轧宽翼缘H型钢，设计强度等级为Q235B。

3.1楼面与屋面的活荷载取值

在结构设计中楼层的活荷载取值至关重要，但目前没有对其进行指导的取值标准或规范。因此，我们可以参考《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》中的300MW等级，并参考设备的重量及外形尺寸、工艺专业配合以及设备检修情况，在通过查阅相关的设计资料，最终确定楼面与屋面的活荷载取值。

3.2焊接操作的具体要求

在对主厂房的主要构件进行焊接时，必须满足以下要求：平接焊缝需要采用自动焊接后半自动焊接方式，坡口的制作必须满足GB996-88中的相关要求。H型钢的焊接需要采用自动焊接方式。柱拼接接头的焊接则需要采用全熔透焊接方式，在焊接的过程中，在接头上下各100毫米的范围内，工字形截面柱翼缘与腹板间的连接焊缝需要采用全熔透焊缝。在柱与横梁的连接为刚性连接的情况下，柱在梁翼缘上下各500毫米的节点范围内，柱翼缘与柱腹板间的连接焊缝采用T形坡口全熔透焊缝。

3.3钢结构的节点设计

在钢结构主厂房中，结构的所有节点必须满足《钢结构设计规范》与《建筑抗震设计规范》中的相关要求，并且必须符合与钢结构连接有关规范。在对节点进行设计时，需要将整个设计分为弹性设计阶段与极限承载力设计阶段，所有设计均需要符合与钢结构设计构造相关的要求，此外，高强度螺栓需要根据摩擦型连接进行设计。首先，如果柱之间采用拼接连接方式，接头可以选择螺栓与焊接相结合的方式，翼缘通过全熔透焊接连接方式，而腹板则选择高强螺栓连接方式。螺栓连接的柱端面需要采取铣平加工方式，保证其能够紧密结合，并且保证安装后的接触面在75%以上。其次，如果柱外带悬臂梁与中间梁之间采用拼接连接方式，梁翼缘与腹板应选择摩擦型高强度螺栓连接方式，梁之间选择高强螺栓连接，翼缘连接板与腹板连接板的截面积不能小于翼缘与腹板截面积。再次，如果横梁与柱之间采用刚性连接方式，框架柱外悬臂短梁与框架柱的连接可以选择完全熔透焊接的方式连接。

4结语

总而言之，在燃气电厂的主厂房设计中，一般会采用钢结构设计。本工程中的结构体系为柱与基础刚性连接，横向钢框架刚性连接，纵向框架采用铰接与支撑向结合的设计。节点采用半埋入式与外露刚性螺栓结合的设计，这种设计方式能够发挥刚性柱脚的作用，并且具有良好的抗震性能。应用STAADPRO2004软件对结构受力状态进行分析，能够保证实际的应力与软件计算出的应力吻合，而楼面与屋面的活荷载取值需要根据设备的重量及外形尺寸、工艺专业配合以及设备检修等情况确定。

参考文献：

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