陳化森
(中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司湖北武漢430071)
甘肅某電廠輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化設(shè)計
陳化森
(中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司湖北武漢430071)
本方案設(shè)計針對輸煤棧橋地震力作用及地震破壞特點(diǎn)的分析,推薦本工程輸煤棧橋采用鋼筋混凝土框架式支架柱(在必要的位置設(shè)置支撐),縱向采用鋼桁架,兩端均與相鄰建筑物設(shè)置滾軸支座,鋼桁架上、下弦均設(shè)置支撐系統(tǒng),棧橋樓面采用壓型鋼板底模的現(xiàn)澆樓面板,不設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
輸煤棧橋結(jié)構(gòu)選型;抗震;鋼筋混凝土框架式支架柱;鋼桁架
該工程位于甘肅省中部涼州區(qū),距蘭州市274km。
本工程2×350MW機(jī)組為超臨界參數(shù)一次中間再熱供熱機(jī)組(空冷),同步建設(shè)雙室雙列五電場靜電除塵器和石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置,同步安裝煙氣脫除氮氧化物裝置,鍋爐采取低氮燃燒技術(shù)。電廠以330kV電壓接入系統(tǒng),出線2回接入就近的涼州變330kV變電所。
2.1 地震烈度及場地土類別
根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),擬建場地50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.281g,對應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度;反應(yīng)譜特征周期為0.40s。建筑場地類別為Ⅱ類。
2.2 設(shè)計參數(shù)
基本風(fēng)壓值(50年一遇):0.55kN/m2
基本風(fēng)壓值為(100年一遇):0.65kN/m2
基本雪壓值(50年一遇):0.20kN/m2
基本雪壓值(100年一遇):0.25kN/m2
2.3 設(shè)計荷載
(1)永久荷載:
結(jié)構(gòu)自重。
(2)活荷載:
設(shè)備、管道荷載均按照《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL5022-93)之規(guī)定選取。
走道荷載:2kN/m2
設(shè)備荷載:4kN/m2
(3)雪荷載(50年一遇):0.20kN/m2
(4)風(fēng)荷載(50年一遇):0.55kN/m2
(5)地震作用:地震烈度為Ⅷ度,設(shè)計地震第二組,地震基本加速度為0.281g,特征周期為0.40s。
(6)溫度作用
輸煤棧橋荷載效應(yīng)組合以上述荷載按照《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL5022-93)、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2006)、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001,2008年版)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018-2002)等現(xiàn)行電力行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行組合,以各種組合值中的最不利情況并遵照相關(guān)規(guī)程規(guī)范的計算、構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計。
作為火電廠中的主要輔助生產(chǎn)構(gòu)筑物之一的輸煤棧橋,在電廠中屬于乙類建筑,需提高一度抗震設(shè)防,本工程地震基本設(shè)防烈度為Ⅷ度(0.281g),提高一度需按Ⅸ度采取抗震構(gòu)造措施。
地震可能來自任意方向,一般建筑物結(jié)構(gòu)單元具有兩個水平主軸方向,并沿主軸方向布置抗地震作用的構(gòu)件,故規(guī)定僅在建筑物結(jié)構(gòu)單元的兩個主軸方向考慮水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算。但對于長度超過24m的棧橋應(yīng)按水平和豎向地震作用同時作用于結(jié)構(gòu)上最不利情況考慮地震作用。
國內(nèi)位于地震低烈度區(qū)的輸煤棧橋的常規(guī)布置為,棧橋的低端一般都為不動鉸接,支承在轉(zhuǎn)運(yùn)站或其他建筑物上,只有與廠房分離時,才在主廠房或碎煤機(jī)室高端支座設(shè)計成滾軸支座,中間端均為不動鉸接。
常規(guī)電廠棧橋布置如圖1、2。
圖1 常規(guī)布置棧橋立面圖
圖2 常規(guī)布置棧橋計算簡圖
這種布置對于Ⅵ度或Ⅶ度區(qū)的電廠來說,縱向地震下的總水平力較小,可以傳至低端建筑物上,可是對于本工程來說,地震烈度為Ⅷ度(0.281g),縱向的總水平力要增加許多,如果還按照上述模型分配,大部分地震力傳至低端建筑物,低端建筑物很難承受,因此,必須采取措施讓棧橋支架柱自己承受縱向水平地震力,而不將水平地震力傳至相鄰建筑物??紤]到過去的習(xí)慣作法,棧橋還是考慮擱置在相鄰建筑物上,但在兩端均采用滑動支座,并設(shè)置足夠的防震縫。
棧橋兩端與建筑物采用了滑動支座,縱向水平力由自己承受,以下是采用常規(guī)的單榀支架柱形式棧橋的縱向計算結(jié)果如圖3~6。
圖3 框架立面圖
圖4 剪力包絡(luò)圖
圖5 彎矩包絡(luò)圖
圖6 配筋包絡(luò)圖
由以上結(jié)果可以看出,由于棧橋面是一個斜面,低端的支架柱剛度大,周期較短,分配的地震力較大,低端柱承受大部分剪力和彎矩。柱單側(cè)配筋率為2.23%。因此,采用單榀柱顯然是不可行的。
如果將棧橋支撐柱改為框架式支架柱,可以調(diào)整縱向各支架柱之間的剛度,以共同承受縱向地震作用。在高端棧橋處增加支撐,以彌補(bǔ)高端棧橋地震作用偏小問題。
本工程擬采用的棧橋支架柱計算模型如圖7~10。
圖7 框架立面圖
圖8 剪力包絡(luò)圖
以上計算結(jié)果表明,采用框架式支架柱后,各榀框架之間地震力分配比采用單肢柱要合理,柱配筋率大大降低,計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。
我們首先要了解輸煤棧橋在地震時的破壞特點(diǎn)才能采用合理的應(yīng)對措施,根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中描述,國內(nèi)十多年來發(fā)生的幾次強(qiáng)烈地震中,離震中最近的12座發(fā)電廠的棧橋結(jié)構(gòu)經(jīng)受了Ⅶ~Ⅹ度地震的考驗(yàn),運(yùn)煤棧橋結(jié)構(gòu)震害部位可歸納為下列各點(diǎn):
(1)相鄰建(構(gòu))筑物間發(fā)生碰撞損壞;
(2)預(yù)制構(gòu)件破壞;
(3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞;
(4)棧橋框架支柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞。
針對以上四點(diǎn),我們擬采取以下措施:
(1)因?yàn)闂蚪Y(jié)構(gòu)與相鄰建筑物的動力特性不一樣,因些,棧橋與相鄰建筑物之間均采用滾軸支座相連,并設(shè)置防震縫,防震縫的寬度需不小于120mm。
(2)預(yù)制構(gòu)件破壞,國內(nèi)的輸煤棧橋縱向桁架有三種型式:鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。棧橋橋面板有預(yù)制槽形板或預(yù)應(yīng)力槽形板和壓型鋼板底模現(xiàn)澆樓面板。
從受力分析,棧橋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支架柱會設(shè)置得很密,很不經(jīng)濟(jì)。而預(yù)制鋼筋混凝土桁架施工周期長,且地震時容易造成破壞,因而也不宜采用,本工程擬采用目前最常用的鋼結(jié)構(gòu)桁架形式,由于預(yù)制板在地震時容易破壞,故選用整體性好的壓型鋼板底?,F(xiàn)澆樓面板。
(3)棧橋框架支柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞
設(shè)計時擬采用空間程序進(jìn)行整體計算,節(jié)點(diǎn)區(qū)的設(shè)計嚴(yán)格按照建筑抗震設(shè)計規(guī)范的構(gòu)造要求,并按照鋼筋混凝土規(guī)范中的11.3.2和11.4.4要求對節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁、柱分別進(jìn)行抗剪驗(yàn)算,保護(hù)節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗震。
圖9 彎矩包絡(luò)圖
圖10 配筋包絡(luò)圖
根據(jù)以上對輸煤棧橋地震力作用及地震破壞特點(diǎn)的分析,推薦本工程輸煤棧橋采用鋼筋混凝土框架式支架柱(在必要的位置設(shè)置支撐),縱向采用鋼桁架,兩端均與相鄰建筑物設(shè)置滾軸支座,鋼桁架上、下弦均設(shè)置支撐系統(tǒng),棧橋樓面采用壓型鋼板底模的現(xiàn)澆樓面板。
[1]《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(DL 5022-93).
[2]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2006).
[3]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010).
[4]《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB 50018-2002).
[5]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017-2003).
[6]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010).
TM621
A
1004-7344(2016)28-0074-02
2016-9-23
陳化森(1982-),男,助理工程師,本科,主要從事電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。