鋼筋混凝土側煤倉結構設計研究

孫曉紅

摘 要：以某火力發電1 000 MW工程機組側煤倉為依托，采用不同空間計算軟件對不規則框架進行了整體結構彈性計算和抗震性能分析，并提出了相關建議。

關鍵詞：側煤倉；不規則框架；抗震性能；地震荷載

中圖分類號：TU352.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.110

隨著我國火力發電廠的快速發展，主廠房工藝布置除采用傳統前煤倉四列式+塔式爐（或∏型爐）的布置方式外，三列式+側煤倉+∏型爐的布置方式也得到了廣泛采用。側煤倉布置不僅可有效減少四大管道、電纜的長度，還可以縮短A列至煙囪的距離，從而充分利用鍋爐間的場地。

某1 000 MW機組工程采用塔式爐+鋼砼側煤倉布置，這種布置方式在國內尚屬首次。由于兩爐間的空間較大，導致鋼砼側煤倉布置具有橫向跨度小、框架層數多、剛性樓層少、荷載層多、大荷載點位置高等特點。對于土建結構設計而言，不規則結構產生的原因一般為地震荷載的控制作用。因此，結構抗震性能分析對保證建筑結構的安全性和可靠性起著關鍵性作用。

本工程煤倉間框架屬于非常規布置，需采用空間計算程序，且本工程屬于重要工程，煤倉間屬于乙級建筑物，有必要采用兩個不同的結構計算軟件進行對比分析。因此，本文采用不同的模型抗震性能驗證設計方案的合理性，從而為實際工程的結構設計提供可靠依據，為電廠的安全運行提供可靠的保證。

1 工程概述

某1 000 MW機組工程采用7度（0.1 g）設防，場地土為1類，Tg=0.3 s，風壓為0.4 kN/m2。根據規范，該工程為重要電力設施，煤倉間屬重點設防類（乙類），設計使用年限為50年。其磨煤機布置在±0.0 m處，中跨0～17 m作為檢修通道空間，17 m處為給煤機層，44 m處為皮帶層，鋼煤斗支撐梁頂標高為30.4 m，送粉管道布置在10 m、24.5 m、30 m層，煤倉間兩側管道及其輔助房間均為對稱布置。

其建筑主體采用現澆鋼砼框架結構，橫向為3主跨（6.5 m+

8 m+6.5 m），兩側設12 m的寬附跨，總尺寸為39 m；縱向為6跨（6×10 m），總尺寸為60 m。其中，17 m層、44 m層、附跨30.4 m層為鋼梁+現澆鋼砼板結構，其余層均無剛性樓板，皮帶層以上采用輕鋼封閉，總高度為44 m（不括輕鋼結構）。煤倉間框架的抗震等級為一級。橫向框架外形和煤斗支撐層平面的布置如圖1和圖2所示。

2 抗震分析和模型驗證

2.1 計算軟件

計算軟件包括PKPM系列、SAP系列、TBSA系列、BSCW、MADIS、STAADPRO、ANSYS等，其均可用于結構計算和內力分析。其中，由中國建科院開發的PKPM系列軟件不僅可適用于一般多層工業、民用建筑，也可用于100層以下的體型復雜的高層建筑，具有數據準備工作量小的特點，是國內結構設計中最常用的軟件。但在工藝建筑領域內，存在荷載組合工況復雜、可變荷載種類多、加荷方式特殊、結構錯層多等情況，而該軟件是根據民用建筑的特點開發并不斷完善的，因此，采用該軟件具有一定的局限性，無法完全反映工程的實際情況。SAP系列軟件是由美國CSI公司開發的，適用于橋梁、工業建筑、運動演出場所等特種結構，是國際通用的結構分析計算程序，具有集成化圖形用戶界面和各種實用的單元等，能根據結構的實際情況進行單元劃分。其計算模型最接近實際結構，但相比于PKPM，其模型計算的復雜程度高、耗時長，且計算結果的直觀程度低，需要設計者具備較高的分析能力，可選作驗證計算軟件。

2.2 采用PKPM的計算和分析

煤倉間框架PKPM計算模型如圖3所示。

2.2.1 結構不規則分析及其解決措施

該煤倉間的附跨高度為30 m，主跨高度為50 m，平面凹進18 m，大于相應投影方向總尺寸的30%，屬于凹凸不規則；10 m、24.5 m、30.4 m處均無樓板，開洞面積大于相應樓層的30%，屬于樓板不連續；高度為17 m、30.4 m、44 m樓層的質量高于相鄰下部樓層的1.5倍，屬于樓層質量豎向分布不規則。因此，該建筑結構存在多項不規則性，屬于特別不規則建筑，但不屬于嚴重不規則建筑，設計時可采取以下設計措施解決：采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，將轉換層斜柱在水平地震作用下的計算內力乘以適當的增大系數，并考慮豎向地震的作用；在斜柱與直柱的轉換點處，對框架梁按壓彎和拉彎構件進行復核計算。

2.2.2 結構抗震性能分析

柱軸壓比如表1所示。

表2中，結構前三振型均為整體振型，兩個主軸方向的周期比值為1.08，動力特性相近；扭轉為主的第一自振周期（1.660 9）與平動為主（2.094 1）的比值為0.793.由此可見，采用平面布置對減小該結構的扭轉影響是有效的。

表4中，雖然結構周期稍長，但在地面運動速度、位移對結構影響的分析中不需考慮放大系數。

表5中，縱向略超出規范要求。規范規定，當樓層最大層間位移角不大于規范限值的40%時，該比值可適當降至1.6，雖然橫向（1/945）大于限值的40%（1/1 375），但遠小于規范要求（1/550），結構抗扭剛度較大，可允許較小的扭轉不規則，基本滿足規范要求。

由上述彈性計算結果可見，側煤倉整體結構布置基本合理，其抗震性能可滿足規范要求，具有良好的抗震性能。

2.3 采用Sap的模型驗證

SAP2000計算模型如圖4所示。

地下剪力墻與樓板采用同一模型面元，圖4中為消隱墻元后的簡化圖形。

結構自振周期如圖5所示。

層間位移角如表6所示。

上述結果與PKPM的計算結構基本一直，且滿足規范限值要求。

3 結論

采用PKPM和SAP兩種不同空間模型在結構動力特性、構件

內力等方面的計算結果是一致的。由此可見，利用PKPM模型對不規則工業建筑結構分析是合理的，不可避免的是特殊構件的建模簡化性偏差，但結構整體的計算結果是可信的。雖然此結構具有多項不規則性，但不屬于嚴重不規則結構，可采用適當的抗震構造措施，比如控制柱軸壓比、適當提升柱截面配箍率、采用復合封閉箍筋等，從而有效提高結構的抗震性能。此外，建議采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算，取三組加速度時程曲線輸入，取時程法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值，從而保證結構的安全性。

參考文獻

[1]呂西林.超限高層建筑工程抗震設計指南[M].上海：同濟大學出版社，2008.

〔編輯：張思楠〕