火電廠主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

羅紅青

摘要：在項目完成投資決策后，土建工程控制造價的關(guān)鍵就是設(shè)計階段。在施工圖設(shè)計階段，設(shè)計過程十分具體和詳細，因此，如何有效地通過設(shè)計的投資控制顯得尤為重要。在滿足工藝布置要求的基礎(chǔ)上，對火電廠主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中的多個環(huán)節(jié)進行分析研究，著重針對設(shè)計中的具體過程，制定設(shè)計標準和優(yōu)化措施，以達到節(jié)省工程量、控制工程造價的目的，保證投資獲得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：造價控制 施工圖設(shè)計 過程控制系統(tǒng) 優(yōu)化

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0031-02

設(shè)計階段造價控制充分體現(xiàn)了事前控制的思想。為了避免施工階段不必要的修改，減少設(shè)計變更造成的工程造價的增加和工期的延長，在沒有開工之前，把好設(shè)計關(guān)尤為重要，一旦設(shè)計階段造價失控，就必將給施工階段的造價控制帶來很大的負面影響。設(shè)計階段的造價控制對提高設(shè)計質(zhì)量、促進施工質(zhì)量以及降低工程成本是大有裨益的。不注重設(shè)計階段的造價控制，無法保證以合理的投資獲得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.設(shè)計優(yōu)化目的

主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計在滿足工藝布置要求的基礎(chǔ)上，對主廠房結(jié)構(gòu)進行多方案比較、論證，并充分考慮設(shè)計、施工、投資等各環(huán)節(jié)的具體情況，以達到節(jié)省工程量、縮短施工周期、控制工程造價的目的，力求在同行業(yè)中指標最好、成本最低，保證投資方以合理的投資獲得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標準

按《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》（GB500223-2008）、《電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50260-2013）和《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL5022-2012）中的有關(guān)規(guī)定，單機容量為300MW及以上或規(guī)劃容量為800MW及以上的火力發(fā)電廠主廠房確定為重要電力設(shè)施。電廠中的主廠房等主要生產(chǎn)建筑物的抗震設(shè)計按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）中的乙類建筑的要求執(zhí)行，乙類建構(gòu)筑物應(yīng)提高一度采取抗震措施。

3.鋼筋混凝土主廠房的計算優(yōu)化

3.1結(jié)構(gòu)形式的選擇

分析主廠房結(jié)構(gòu)在各工藝布置方案中的受力性能，保證結(jié)構(gòu)在各種不利工況下滿足強度、剛度、變形、延性和耗能性能等各項要求的同時，綜合考慮設(shè)計計算分析結(jié)果、技術(shù)要求、工程造價等因素，最終選擇主廠房結(jié)構(gòu)型式的較優(yōu)方案。

常規(guī)布置的主廠房結(jié)構(gòu)選型可按以下原則確定。

（1）主廠房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，6度及7度Ⅰ-Ⅱ類場地時，宜采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；7度Ⅲ～Ⅳ類場地時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)宜選擇框架一抗震墻或框架一支撐體系，也可采用鋼結(jié)構(gòu)。

（2）8度Ⅱ～Ⅳ類場地時，主廠房宜采用鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系宜選擇框架一支撐體系。

（3）單機容量1000MW及1000MW以上時，主廠房宜采用鋼結(jié)構(gòu)。當采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時應(yīng)進行專門論證。

3.2結(jié)構(gòu)布置的調(diào)整

廠房結(jié)構(gòu)應(yīng)與工藝專業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，平面和豎向布置應(yīng)控制局部凹凸變化，按需要增設(shè)防震縫，使結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、均勻，宜合理布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)件，提高結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。

對工藝布置中可能出現(xiàn)的對抗震不利的因素，如短柱、錯層、薄弱層、異型節(jié)點等，進行分析、計算和論證。通過優(yōu)化層高、梁柱斷面等手段，盡可能避免或減少產(chǎn)生短柱、錯層提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。對不可避免的短柱，通過采用合理的構(gòu)造措施來提高其延性和抗剪能力。

通過合理的工藝布置方案來避免異型框架節(jié)點，做到結(jié)構(gòu)豎向布置連續(xù)，力求各層間剛度的差異較小，以防形成薄弱層。

通過結(jié)構(gòu)支撐布置及構(gòu)件截面的調(diào)整，使兩個主軸方向動力特性盡可能相近，剛度中心與質(zhì)量中心盡可能接近，減小結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的程度和幅度，使整個結(jié)構(gòu)體系更利于抗震。

3.3計算軟件的輸入條件控制

目前在主廠房結(jié)構(gòu)計算中通常采用的是國家建筑科學(xué)研究院研究開發(fā)的PKPM設(shè)計計算軟件。在設(shè)計過程中的一些特殊情況下，如有必要，可以采用多種軟件進行空間結(jié)構(gòu)計算和地震分析，相互驗算復(fù)核。

3.3.1控制荷載輸入

和工藝專業(yè)配合，了解各種荷載工況的適用條件，細化荷載取值。

工藝專業(yè)提供了全部設(shè)備荷載后，正常運行工況下，樓面活荷載可分別取4.0 kN/m²（設(shè)備管道密集區(qū)域）和2 kN/m²（空閑場地），組合系數(shù)取0.7。

3.3.2優(yōu)化荷載組合

地震工況下，樓面活荷載取正常運行工況下的活荷載，優(yōu)化參震質(zhì)量。

計算主廠房框排架結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)組合時，不考慮施工安裝時大件設(shè)備的運輸、起吊等臨時荷載，這類荷載一般采取臨時加固措施解決，必要時可對個別構(gòu)件進行驗算，其安全等級可降低一級采用。

主廠房內(nèi)設(shè)備和管道非正常運行工況時的活荷載，不參與框排架整體分析時的荷載效應(yīng)組合，但在結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接設(shè)計時，此類活荷載應(yīng)參與荷載效應(yīng)組合，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級不應(yīng)降低。

3.4高強材料的使用

配合高強鋼筋與高強混凝土的使用，如采用高強度混凝土（C50）、高強度鋼筋（HRB400），可以減小梁柱截面尺寸，減少混凝土用量，從而減輕結(jié)構(gòu)自重，增大有效利用空間，減少基礎(chǔ)工程量，方便工藝專業(yè)布置。

隨著生產(chǎn)工藝的進步，高強鋼筋和高強混凝土的使用成為可能，目前國家新《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》將列出的最高混凝土強度等級已經(jīng)提高到至C80，鋼筋級別中列出了HRB400級鋼筋，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有更為廣闊的使用空間。首先，材料性能優(yōu)越，可以解決較為復(fù)雜特殊的結(jié)構(gòu)問題。而且，采用高強混凝土和高強鋼筋，可以減少混凝土及鋼材用量，可以減小梁柱截面，增加使用空間，可以節(jié)約能源，減少資源消耗，社會效益明顯。第三，可以緩解混凝土軸壓比超限問題，改善異型節(jié)點的受力狀況。第四，高強混凝土的密實度要優(yōu)于低強度等級混凝土，耐久性更好，減小混凝土的碳化，對阻礙鋼筋的銹蝕有良好的作用。

4.主廠房的樓板設(shè)計優(yōu)化

該工程詳細分析了主廠房各部分工藝專業(yè)布置的具體情況，最大程度地考慮工程的施工便利性和經(jīng)濟性，提出了以下優(yōu)化措施。

（1）主要樓板均采用鋼梁現(xiàn)澆鋼筋混凝土板組合結(jié)構(gòu)，混凝土板下方的鋼梁可以方便工藝專業(yè)管道的支吊，減少預(yù)埋鐵件的工程量，便于現(xiàn)場土建專業(yè)施工和工藝專業(yè)安裝。

（2）鋼梁現(xiàn)澆鋼筋混凝土板組合結(jié)構(gòu)通常在樓板下設(shè)置壓型鋼板底模，可以有效地方便施工，加快施工進度。如果施工條件允許，該層壓型鋼板底模也可以省略不設(shè)。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，不設(shè)底模不但可以節(jié)約壓型鋼板的造價，而且可以減少樓板總厚度，有效地減少樓板自重，同時也可以使主廠房框架梁柱尺寸更小，配筋更經(jīng)濟。所以，在施工條件和施工工期允許的條件下，推薦不設(shè)壓型鋼板底模的方案，從減少工程造價方面效果還是很明顯的。

（3）樓板下的鋼梁按照鋼梁鋼筋混凝土板組合結(jié)構(gòu)進行整體計算，該方法把鋼梁和混凝土板作為一個整體進行計算，考慮混凝土板和鋼梁的共同作用，充分利用了混凝土受壓性能和鋼梁的受壓性能，與梁板單獨計算相比，可以明顯減少板底鋼梁的高度，主廠房的鋼材用量可以減少15%左右。

5.汽機房屋面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

（1）屋面板選型優(yōu)化。

屋面板通常選用的有：單層壓型鋼板做底模的現(xiàn)澆輕質(zhì)混凝土屋面板加保溫防水（較重）、雙層壓型鋼板自防水帶保溫屋面板、單層壓型鋼板做底模的硬泡聚氨脂保溫防水一體化屋面板。

屋面板在造價允許的情況下，建議盡量選擇自重較輕的屋面形式，屋面荷載減輕后可以有效的減少屋面承重結(jié)構(gòu)的用鋼量，其綜合造價的經(jīng)濟性較好，并具有外形美觀等優(yōu)點。

（2）屋面承重結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化。

汽機房屋面承重結(jié)構(gòu)通常有鋼屋架、實腹鋼梁、網(wǎng)架等傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，目前也有工程采用管桁架的結(jié)構(gòu)，各方案從技術(shù)上說各有利弊。各方案的特點見表2。

網(wǎng)架和管桁架適用于荷載較小的輕型屋面，對于鋼筋混凝土現(xiàn)澆屋面就不適用。鋼屋架和實腹鋼梁應(yīng)用廣泛，對制作加工和現(xiàn)場施工無特殊要求，抗變形等能力較強，適應(yīng)性較好，具有施工簡便，可靠度高的特點，經(jīng)濟性最優(yōu)。

通過對汽機房屋面承重結(jié)構(gòu)的比較可知，汽機房屋面承重結(jié)構(gòu)的選用應(yīng)根據(jù)工程實際需要，選用性價比最優(yōu)的方案。

6.結(jié)語

綜上所述，該工程主廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計在滿足工藝布置要求的基礎(chǔ)上，為做到指標先進、成本最低、經(jīng)濟適用的原則，可以從結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、計算輸入控制等方案著手，同時對樓板設(shè)計和汽機房屋面進行設(shè)計優(yōu)化，可以有效的節(jié)約工程量，達到節(jié)省投資、縮短施工周期、控制工程造價的目的，保證業(yè)主以合理的投資獲得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。