發(fā)電廠主廠房鋼結(jié)構(gòu)分析——以印度某電廠項(xiàng)目為例

周洪波，馬新華

（山東電力建設(shè)第三工程公司，山東 青島 266100）

某A廠135MW機(jī)組主廠房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件外形過大，造成了明顯的設(shè)計(jì)浪費(fèi)，以下進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 項(xiàng)目主廠房鋼結(jié)構(gòu)用鋼量與印度B廠135MW項(xiàng)目對(duì)比

1.1 機(jī)組類型差別

A項(xiàng)目為循環(huán)流化床鍋爐，要求煤倉間給煤層高度較高；汽輪機(jī)為橫向布置，主廠房為單框架框排結(jié)構(gòu)。B項(xiàng)目屬常規(guī)煤粉爐，給煤層高度較低，主廠房為雙框架框排結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性好些。

1.2 自然條件差別

A工程因地處沙漠地區(qū)，風(fēng)荷載大，基本風(fēng)壓0.62kN/m2，地面粗糙度類別為A類，B工程基本風(fēng)壓0.50kN/m2，地面粗糙度類別為B類。A工程相同建筑物的風(fēng)荷載平均為B工程的1.85倍；此項(xiàng)差別將導(dǎo)致整體用鋼量增加8%～10%。

1.3 鋼煤斗

A項(xiàng)目燃用煤為褐煤，其熱值較低，單位時(shí)間煤耗大，合同貯煤量為12h達(dá)2260m3，受鍋爐給煤器接口影響，布置方案為兩個(gè)煤斗，最后核算下來單個(gè)鋼煤斗自重加煤重達(dá)1200t，煤斗頂標(biāo)高為41.0m，框架柱底最大軸力達(dá)2723t；B工程每臺(tái)機(jī)布置4個(gè)煤斗，單斗加煤重為600t，煤斗頂標(biāo)高為33.0m，框架柱底最大軸力為1462t。

因此，煤斗的容積及布置方式是影響煤倉間BC排柱體斷面尺寸的主要因素，也是影響主廠房整體用鋼量的重要因素。從表觀上導(dǎo)致BC排的柱子斷面特別大。

1.4 其他

汽機(jī)房屋面采用了實(shí)腹梁，較B廠的鋼屋架用鋼量增加20%左右，當(dāng)時(shí)考慮到A項(xiàng)目為一臺(tái)機(jī)又是流化床機(jī)組，在實(shí)際操作過程中運(yùn)輸和安裝的難度，經(jīng)跟項(xiàng)目部溝通后選擇了實(shí)腹梁形式，并經(jīng)公司內(nèi)部初設(shè)審查通過。

墻體材料的選用也造成A項(xiàng)目結(jié)構(gòu)用鋼量的增加。前期確定墻體砌筑材料時(shí)，現(xiàn)場反饋的信息是加氣混凝土砌塊在當(dāng)?shù)貨]有生產(chǎn)廠家（500km以外有），而且價(jià)格昂貴。設(shè)計(jì)時(shí)是按照磚容重12kN/m3計(jì)算的，B項(xiàng)目初設(shè)時(shí)反饋的信息是能夠采購到，則砌體材料是按照輕型砌塊7kN/m3計(jì)算的。

綜上所述，A項(xiàng)目與B項(xiàng)目不宜類比，就上述各項(xiàng)條件差異分析，A項(xiàng)目的單位用鋼梁理論上應(yīng)比B項(xiàng)目高。

2 項(xiàng)目主廠房鋼結(jié)構(gòu)用鋼量與與C2*135MW項(xiàng)目對(duì)比

C2*135MW項(xiàng)目是投標(biāo)兼初設(shè)，整體布置方式、煤質(zhì)類似，但C項(xiàng)目也是常規(guī)煤粉爐而不是流化床鍋爐。

2.1 基本情況

地震烈度A項(xiàng)目7（0.1g），C項(xiàng)目8（0.2g）地震烈度影響，理論用鋼量C比A應(yīng)大10%左右。基本風(fēng)壓A項(xiàng)目0.62（kN/m2），C項(xiàng)目0.5（kN/m2），基本風(fēng)壓影響，理論用鋼量A比C應(yīng)大8%～10%。

2.2 主廠房布置

B/C間跨度：A項(xiàng)目15m，C項(xiàng)目12.5m，影響到梁、柱斷面增大。廠房總長：A項(xiàng)目54m（8*6+6*1），C項(xiàng)目90m（8*9+9*2）。

單臺(tái)體積：A項(xiàng)目7.22萬m3，C項(xiàng)目5.5萬m3，雙機(jī)比單機(jī)總體空間布置優(yōu)化余地大些，比如除氧器、汽機(jī)檢修場地等；涉及到各機(jī)務(wù)專業(yè)的綜合布置。另外，C設(shè)有單獨(dú)的集控樓，廠房總長、總體積的增大將直接導(dǎo)致總用鋼量的增加。

2.3 用鋼量比較

框架梁柱支撐（t）A1404，C1000（單臺(tái)平均）；屋面（t）A199（7榀 ），C130（11榀 /2）； 山 墻（t）A102，C100；吊車梁（t）A40，C45（單臺(tái)平均）；次梁（t）A450，C約450；總用鋼量（t）A2205，C初設(shè)階段約3350；每臺(tái)機(jī)用鋼量（t）A2205，C1675；鋼材型號(hào)A項(xiàng)目600以下Q235，以上Q345，C項(xiàng)目600以下Q235，以上Q345。

2.4 綜合上述數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

兩者的風(fēng)載和地震影響所造成的差異大約相抵；C的雙機(jī)組與A的單臺(tái)機(jī)組相比，在空間利用率上要高（比如檢修場地可以合用一個(gè)），其單位體積用鋼量應(yīng)略低，但現(xiàn)在的數(shù)據(jù)顯示兩者基本相同，是由于C屬于初設(shè)深度，在詳設(shè)階段大約還有10%的優(yōu)化空間。

綜合起來單位體積用鋼量相差不大，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身沒有明顯浪費(fèi)；A機(jī)組鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量偏大（24%）是由于總體布置空間需求偏大造成的，總體空間偏大的一個(gè)重要因素就是C設(shè)計(jì)有單獨(dú)的集控樓而C項(xiàng)目沒有（相應(yīng)的房間布置在主廠房內(nèi)）。

3 A項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段于設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的得失

吸取了B項(xiàng)目運(yùn)作過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)：部分構(gòu)件提高了材料強(qiáng)度，大量采用Q345鋼材，減少了總體造價(jià)；優(yōu)化構(gòu)件斷面尺寸，減少40mm厚及以上Z向鋼板的用量，降低了成本；初設(shè)階段通過談判，減小合同規(guī)定的樓層、屋面荷載；減少了用鋼量。

兼顧構(gòu)件加工運(yùn)輸、現(xiàn)場施工、現(xiàn)場采購和合同總工期方面的需求：為了運(yùn)輸和吊裝方便，汽機(jī)房屋架改為實(shí)腹梁，增加了用鋼量。當(dāng)?shù)剌p型砌塊難于采購，而采用空心磚等，增加了荷載、用鋼量。

BC排柱沒有采用箱形柱，使得柱體本身的外形尺寸看起來過大，如果采用箱形柱形式，外形尺寸大約為1000*700等級(jí)，但箱形柱安裝較困難；剛性連接柱牛腿太多，吊裝運(yùn)輸不便（如印度二部），從而選擇了橫向鉸接模式，增多了一些橫向垂直支撐。

4 原因分析及建議

4.1 原因分析

設(shè)備荷載過大；地震等級(jí)高、風(fēng)速大；結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化深度不夠。由于該項(xiàng)目已實(shí)施完畢，故只能作為后續(xù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在后續(xù)項(xiàng)目上避免該問題重復(fù)發(fā)生，后續(xù)項(xiàng)目應(yīng)在設(shè)備荷載提資審核、結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化方面進(jìn)行加強(qiáng)和提高。

在該項(xiàng)目執(zhí)行后期對(duì)印度瑪魯喇項(xiàng)目的主廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了類比性分析，形成了調(diào)研報(bào)告。分析結(jié)果顯示，印度A項(xiàng)目主廠房鋼結(jié)構(gòu)單位空間用鋼量無明顯增大，表觀結(jié)構(gòu)柱梁截面過大，是出于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要，結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)過程中也做了優(yōu)化。單位機(jī)組用鋼量較大，跟單臺(tái)機(jī)組有關(guān)，跟設(shè)備布置優(yōu)化有關(guān)，非結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。

4.2 總結(jié)和建議

設(shè)備荷載準(zhǔn)確化，避免因工期壓力大就進(jìn)行荷載預(yù)估做法；爭取在鋼結(jié)構(gòu)總圖設(shè)計(jì)過程中，對(duì)主要柱梁進(jìn)行多截面優(yōu)化對(duì)比，并充分利用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)斷面型式。