CN101672118B - 一种大型火力发电厂主厂房结构 - Google Patents

一种大型火力发电厂主厂房结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型火力发电厂主厂房结构,包括汽机房、除氧间和煤仓间,所述除氧间一侧与汽机房相邻,除氧间另一侧与煤仓间相邻;所述煤仓间与除氧间框架四周分散布置有横向和纵向剪力墙;所述除氧间与煤仓间框架柱在煤斗层下为型钢混凝土柱;所述汽机房、除氧间和煤仓间整体构成型钢混凝土框架-分散剪力墙结构。本发明火力发电厂主厂房结构是一种适合于地震高烈度区大容量机组的主厂房结构体系,其结构性能优良,且造价相对低廉。相对于传统体系而言,它具有更好的抗震性能、柱截面减小、空间更方便工艺布置、后期维护成本低等优点。

Description

一种大型火力发电厂主厂房结构
技术领域
本发明属于厂房设计技术领域,涉及一种新型大型火力发电厂主厂房结构体系。
背景技术
在传统的中小型火力发电厂中,由于施工水平及施工机具等的限制,主厂房结构体系以装配式结构为主。随着施工水平及施工机械制造、安装能力的提高,现浇钢筋混凝土结构形式取代装配式结构体系。近年来,我国钢铁产能大幅度增长,火力发电厂机组容量也不断增加,在高烈度抗震设防区开始采用钢结构体系。
近年来,我国新建大型火力发电厂主厂房大部分都采用钢结构体系或钢筋混凝土结构体系。通常,在高烈度区(8度抗震设防及以上)采用钢结构体系,认为钢结构具有更好的抗震性能;在较低烈度区采用钢筋混凝土结构体系,以期节约造价。也有个别电厂曾采用外包钢结构等结构体系,但都没有得到广泛应用。
由于火力发电厂主厂房结构受到工艺条件的约束和限制,造成结构体系存在着设计上的缺陷。钢结构体系分为纯框架体系、钢框架-支撑体系及钢框架-特殊支撑体系等。纯框架体系因刚度较小,主厂房高度较大而基本不采用。常用的钢框架-支撑体系一般需要设置大量的支撑,限制了工艺的布置和运行检修空间,并且造价较高、钢结构防腐涂层维护量大。钢框架-特殊支撑体系在国内也有少量应用,但因设计标准的缺乏而应用并不广泛。
混凝土结构体系有混凝土纯框架体系、混凝土框架-端部剪力墙体系两种。一般在低烈度区常用纯框架体系,在高烈度区则需要设置剪力墙。采用传统的钢筋混凝土结构体系(混凝土纯框架体系、混凝土框架-端部剪力墙体系)时,结构因材料本身的特点和结构布置的特殊性造成抗震性能不佳。研究结果表明,600MW主厂房在8度I类场地,采用混凝土框架-端部剪力墙结构体系,轴压比和层间位移角等能够基本满足国家抗震规范和行业标准的基本要求。事实上7度III类场地条件下,薄弱层侧移偏大和钢筋配筋过多造成施工困难的问题已经比较突出。
鉴于火力发电厂主厂房结构形式的现状,有必要提出一种新型结构体系,以期改善主厂房结构抗震性能和降低造价。通过对传统结构体系的分析及大量的计算,在满足工艺要求的前提下,提出了采用型钢混凝土框架-钢筋混凝土分散剪力墙混合结构作为主厂房结构体系。在有限元计算分析及试验研究的基础上,验证了该新型结构体系的优良抗震性能。
根据申请人所进行的资料检索,目前针对火电厂大容量机组主厂房型钢混凝土框架-钢筋混凝土分散剪力墙结构体系的研究在国内尚属空白。民用建筑中针对型钢混凝土柱-墙组合结构和钢筋混凝土异型节点及类似研究已有报道,但对火电厂主厂房结构体系这种结构构件尺寸大、结构错层多、节点受力与变形异性大、刚度与质量分布不均匀程度大、水平向结构连续性差、结构整体性能差的类似结构体系,少有研究成果。
在大型火力发电厂主厂房框排架结构设计中采用型钢混凝土框架-钢筋混凝土分散剪力墙新型结构体系,对于改善主厂房结构抗震性能、降低造价和维修费用以及保证电厂生产安全运行具有十分重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于设计既有优良的抗震性能、能够在高烈度区采用、造价相对较低且后期维护费用少的大型火力发电厂新型结构体系。
为实现上述目的,本发明采取如下技术解决方案:
一种大型火力发电厂主厂房结构,包括汽机房1、除氧间2和煤仓间3,所述除氧间2一侧与汽机房1相邻,除氧间2另一侧与煤仓间3相邻;所述煤仓间3与除氧间2框架四周分散布置有横向和纵向剪力墙;所述除氧间2与煤仓间3框架柱在煤斗层下为型钢混凝土柱;所述汽机房1、除氧间2和煤仓间3整体构成型钢混凝土框架-分散剪力墙结构。
所述汽机房1内设置有排架柱,排架柱由钢筋混凝土柱构成。
所述除氧间2框架由型钢混凝土柱构成;所述除氧间2内设置有除氧器大梁6,所述除氧器大梁6由型钢混凝土梁构成。
所述煤仓间3框架内设置有煤斗大梁7,煤斗大梁7由型钢混凝土梁构成;所述煤斗大梁7以下的煤仓间3框架由型钢混凝土柱构成;所述煤斗大梁7以上的煤仓间3框架由钢筋混凝土柱或钢柱构成。
所述除氧间2和煤仓间3部分布置横向和纵向分散剪力墙8。
通过对除氧间2和煤仓间3框架柱采用型钢混凝土柱5,可减小构件截面并可改善柱的延性;煤斗层以上框架柱可以采用钢筋混凝土柱或钢柱;除氧器大梁6和煤斗大梁7采用型钢混凝土梁,可显著减小梁高;其余梁采用钢筋混凝土梁;在满足工艺要求的前提下,在除氧间2和煤仓间3间灵活布置横向和纵向剪力墙,长度3~5m;汽机房1部分在工艺允许的情况下也可设置剪力墙;这样结构就构成了由型钢混凝土框架和分散布置剪力墙组合而成的混合结构体系,可以实现主厂房结构体系的良好抗震性能,同时扩大该结构体系在7度区、8度区、600MW机组及以上火电厂主厂房结构体系设计的应用范围。
根据计算分析和试验证明,本发明的主厂房结构体系,具有良好的抗震性能,满足规范要求,可作为大型火力发电厂大容量机组火电厂主厂房的结构体系。
相对于传统结构体系,该新结构体系的主要特点如下:
(1)抗震及使用性能优良。
(2)具有良好屈服后延性,具有较多的冗余度,符合生命线工程的基本要求。
(3)结构整体刚度较大且比较均匀,在地震作用下结构位移也较小,客观上也能更好的保证工艺设备的安全。
(4)相对钢结构体系而言,它能降低约一半的造价,并且后期维护和使用费用更加低廉。而且避免设置大量的支撑,方便检修。
与工艺专业配合后,设置分散布置的剪力墙(长3~5m),使结构刚度更加均匀,减小了结构在地震作用下的扭转效应,符合抗震设计的基本原则。在较高烈度区(7度以上),框架柱采用型钢混凝土柱,具有更好的屈服后延性,可以保证结构在大震下不倒塌;同时柱截面减小40%左右,具有了更大的使用空间。
该结构体系在平面布置上类似于常规框架-剪力墙结构,但是在受力及抗震性能上与常规框架-剪力墙结构有很大区别。结构的薄弱部位发生在较低层,在煤斗大梁处剪力墙也是受力的关键部位。
该结构体系经过有限元分析以及拟动力试验研究、典型节点试验研究,表明结构具有良好的抗震性能,可广泛应用于大型火力发电厂主厂房结构设计。
该新型体系结构体系的研究经中国电力工程顾问集团组织的专家评审,认为该新型结构体系具有理论及工程实践上的创新,在高烈度区大型火力发电厂主厂房结构体系研究方面,该项目研究成果总体达到国际先进水平。
附图说明
图1本发明火力发电厂主厂房结构三维视图。
图2本发明火力发电厂主厂房结构剖面布置图。
图3本发明火力发电厂主厂房结构底层平面布置图
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、2和3,一种大型火力发电厂主厂房结构,包括汽机房1、除氧间2和煤仓间3,其特征在于:所述除氧间2一侧与汽机房1相邻,除氧间2另一侧与煤仓间3相邻;所述煤仓间3框架四周分散布置有横向和纵向剪力墙8;所述除氧间2框架四周分散布置有横向和纵向剪力墙8;所述除氧间2与煤仓间3框架柱在煤斗层下为型钢混凝土柱5;所述汽机房1、除氧间2和煤仓间3整体构成型钢混凝土框架-分散剪力墙结构。
所述汽机房1内设置有排架柱,排架柱由钢筋混凝土柱构成。
所述除氧间2框架由型钢混凝土柱构成;所述除氧间2内设置有除氧器大梁6,所述除氧器大梁6由型钢混凝土梁构成。
所述煤仓间3框架内设置有煤斗大梁7,煤斗大梁7由型钢混凝土梁构成;所述煤斗大梁7以下的煤仓间3框架由型钢混凝土柱构成;所述煤斗大梁7以上的煤仓间3框架由钢筋混凝土柱或钢柱构成。
所述除氧间2和煤仓间3部分布置横向和纵向分散剪力墙8。
煤仓间3及除氧间2框架部分的柱采用实腹式型钢混凝土组合结构,底层框架柱截面尺寸多为的800×1500mm矩形截面;同时沿横向和纵向布置分散的钢筋混凝土剪力墙8,墙长3~5m,厚400mm。汽机房1部分的柱采用普通钢筋混凝土结构,底层柱截面尺寸多为700×1200mm的矩形截面。
各层梁截面高度尺寸根据受荷情况及宽度有700mm~2400mm高多种尺寸,在荷载较大的部位不仅加密了梁间距还可采用型钢混凝土梁,煤斗层梁为主梁加斜撑的八角形布置。
经过大量计算分析和模型试验研究,新型结构体系在地震作用下,剪力墙8作为第一道防线为主要的抗侧力构件,随着地震作用的增加,首先在剪力墙8底部出现裂缝及混凝土压碎等现象,然后在煤斗大梁7处也将出现裂缝及混凝土破坏。当剪力墙8屈服后,部分地震作用剪力将传递给框架,此时传递给框架的剪力将远小于传统框架结构;同时,由于框架柱采用型钢混凝土柱,这就使框架柱具有了更好的屈服后延性,可以保证结构大震下不会倒塌。
在实际工程设计当中,首先与工艺专业配合确定可以设置剪力墙8的位置,然后根据抗震设防的需要通过计算确定墙的位置、数量及尺寸。建立整体模型后,采用计算软件分各种工况进行分析,通过计算得到的内力进行截面设计,从而确定型钢混凝土柱、钢筋混凝土柱、剪力墙等截面与配筋。
与传统火电厂结构体系相比,把剪力墙分散布置在框架中,结构体系更加合理,更符合抗震设计的基本原则。
申请人通过计算分析及试验研究,认为型钢混凝土框架-分散剪力墙结构体系是一种适合于地震高烈度区大容量机组的主厂房结构体系,其结构性能优良,且造价相对低廉。相对于传统体系而言,它具有更好的抗震性能、柱截面减小、空间更方便工艺布置、后期维护成本低等优点。本发明可实现混合结构体系在7度区、8度区、600MW机组及以上火电厂主厂房结构体系设计过程中的应用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种大型火力发电厂主厂房结构,包括汽机房(1)、除氧间(2)和煤仓间(3),其特征在于:所述除氧间(2)一侧与汽机房(1)相邻,除氧间(2)另一侧与煤仓间(3)相邻;所述煤仓间(3)框架四周分散布置有横向和纵向剪力墙(8);所述除氧间(2)框架四周分散布置有横向和纵向剪力墙(8);所述除氧间(2)与煤仓间(3)框架柱在煤斗层下为型钢混凝土柱(5);所述汽机房(1)、除氧间(2)和煤仓间(3)整体构成型钢混凝土框架-分散剪力墙结构。
2.如权利要求1所述一种大型火力发电厂主厂房结构,其特征在于:所述汽机房(1)内设置有排架柱,排架柱由钢筋混凝土柱构成。
3.如权利要求1所述一种大型火力发电厂主厂房结构,其特征在于:所述除氧间(2)框架由型钢混凝土柱构成;所述除氧间(2)内设置有除氧器大梁(6),所述除氧器大梁(6)由型钢混凝土梁构成。
4.如权利要求1所述一种大型火力发电厂主厂房结构,其特征在于:所述煤仓间(3)框架内设置有煤斗大梁(7),煤斗大梁(7)由型钢混凝土梁构成;所述煤斗大梁(7)以下的煤仓间(3)框架由型钢混凝土柱构成;所述煤斗大梁(7)以上的煤仓间(3)框架由钢筋混凝土柱或钢柱构成。
5.如权利要求1所述一种大型火力发电厂主厂房结构,其特征在于:所述除氧间(2)和煤仓间(3)部分布置横向和纵向分散剪力墙(8)。
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