大型火電廠主廠房結構類型選擇及經濟性分析

來海峰

摘要：我國是個能源消耗大國，各類電廠的興建是為滿足飛速發展的社會經濟及人們日益提高的生活水平。然而大型火電廠主廠房的結構有很多種不同的結構類型，不同的類型對不同的地理和生產條件都有不同的利與弊。所以，在建設火電廠主廠房的時候要根據實際情況，選擇合理的結構類型。本文結合工程經驗論述了對主廠房結構類型的選擇和經濟性比較，希望能提高主廠房設計水平，對推動主廠房結構體系的建設提供有意義的依據。

Abstract： China is a big energy-consuming country. The construction of various types of power plants is to meet the rapid development of the social economy and people's living standards. However， the structure of the main building of a large thermal power plant has many different structural types， and different types have different advantages and disadvantages for different geographical and production conditions. Therefore， when constructing the main plant of a thermal power plant， it is necessary to select a reasonable type of structure according to the actual situation. This paper discusses the selection of the main plant structure type and economic comparison with the engineering experience. It is hoped that the design level of the main plant can be improved and a meaningful basis for the construction of the main plant structural system is provided.

關鍵詞：火電廠;主廠房;結構類型;經濟性

Key words： thermal power plant;main building;structural type;economic

中圖分類號：TU398+.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0187-03

0 ?引言

現階段我國和世界其他國家在設計時對于火電廠主廠房的結構類型選擇不同，其它國家火電廠主廠房的結構類型多為鋼結構，我國是以鋼-混凝土結構為主，但是目前我國火電廠主廠房的結構類型除了采用鋼-混凝土結構外，也在一定程度上采用了鋼結構。火電廠主廠房在火電廠中占有重要地位，對于火電廠主廠房的結構類型選擇要綜合多種因素（業主期望、資金條件、地理環境、施工技術等）來慎重考慮。以下就火電廠主廠房的結構類型選擇及經濟性分析進行論述。

1 ?火電廠主廠房常用結構類型

1.1 裝配式鋼筋混凝土結構

裝配式鋼筋混凝土結構是我國早期建設的火電廠主廠房采用較多的結構類型，這種結構主要的優點是構件可由工廠直接加工制作、受冬雨季影響很小、工程建設周期短;另外因為施工機械化程度高減少了高空作業，降低了工人的工作強度;結構施工過程不需要投入大量的鋼管、模板等施工料具而降低建設成本等。近年來，由于火電廠機組容量的增加，裝配式鋼筋混凝土結構也暴露出了其中的缺點：第一、機組容量增加，主廠房的跨度、體積增加導致構件自身的長度、重量有所增加，在運輸過程中難度增加較大，在進行施工吊裝的過程中，要用大型起吊設備，同時加工預制構件過程中需要的場地范圍也要相應擴大，這在一定程度上會加大工程的成本及綜合難度;第二、由于預制框架的匯聚節點部位，是先把預留打剖口的鋼筋焊接后再用高等級混凝土進行二次澆筑，但是鋼筋焊接的質量要求高、現場施工過程中不容易保證質量，屬于薄弱部位，那么在地震荷載作用下，節點部位的鋼筋被拉斷、變形過大的可能性隨之加大，很容易破壞二次澆筑部分。

1.2 鋼筋混凝土結構

隨著施工要求的不斷提高，以及施工技術的不斷推陳出新，現澆的鋼筋混凝土結構的整體性能較高，抗震效果好、有較高的防水性、構造簡單，而且在施工中不需要大型起吊設備采用現場支模綁扎鋼筋澆筑砼的施工工藝，在后期的使用中維護簡單等，鋼筋混凝土結構的這些優點體現了其自身的經濟適用性的特點，所以在業主單位中比較受關注。同時，由于在我國地理范圍內除最北方少數地方冬季施工溫度不合適外，鋼筋混凝土結構在我國絕大多數地方的施工不受時間和溫度的影響，施工較為便捷，所以在南方的潮濕地區更受歡迎。鋼筋混凝土結構的特點：第一、多個部位的單體工程可以同時進行施工縮短了工期;第二、鋼筋混凝土的整體性較好，抗震效果好;第三、新建鋼筋混凝土結構主廠房時，能夠結合周邊的環境，因地制宜。鋼筋混凝土結構由于現澆的特點在結構施工過程中耗費大量的人力物力、鋼（木）模板，腳手架的用量巨大，尤其是在寒冷的地區，冬季砼施工的難度很大，這種情況下，難免會提高施工的成本。

1.3 鋼結構

一般采用國外設備的電廠或者是國外火電工程建設項目多用鋼結構的主廠房，采用國產設備的部分電廠也選擇了鋼結構設計，火電廠如果采用鋼結構設計，在與鋼筋混凝土結構、鋼-混凝土結構的比較中，由于鋼結構主廠房自身的重量較小，地震的作用也相對降低。與此同時，就施工進度而言，由于鋼結構的施工工期相比較短，鋼結構主廠房比鋼筋砼結構主廠房可提前約3個月完成，所以目前我國在新建電廠時，鋼結構占有一定的優勢。鋼結構有著自身的優勢，但同時鋼結構也存在著以下的缺點：第一、鋼結構的耗鋼量較高，鋼結構的用鋼量大約比鋼筋混凝土結構、鋼-混凝土結構增加60%～200%左右，工程造價大約增加20%～90%左右。所以相比鋼筋混凝土結構，其投入的成本也隨之增加。如果在主廠房結構中大量采用鋼結構，投資成本較高，所以現實環境下使用的較少;第二、鋼結構的主廠房，其防火性能差，易生銹、腐蝕，防腐會加大使用成本，且會在一定程度上影響正常使用。

1.4 鋼-混凝土結構

鋼-混凝土結構，這種結構形式是總體結合吸收鋼結構和鋼筋混凝土結構兩者的優點：在豎向結構中用鋼筋混凝土結構、大跨度結構中用鋼結構，將他們融為一體，是性價比較高的新的結構類型。目前在大中型的主廠房結構中，鋼-混凝土結構使用率越來越高。鋼-混凝土結構的優點：第一、A排、BC框架為鋼筋混凝土現澆結構，整體性好、受力性能好、抗震效果好、易于施工;第二、大跨度的屋面、平臺板、梁采用鋼結構不但減輕了自重，綜合用鋼量顯著減少、降低了成本具有較好的技術經濟指標，而且大大加快了施工進度降低了施工難度;第三、鋼-混凝土結構充分發揮了鋼結構、鋼筋混凝土結構兩種結構的優點。

2 ?火電廠主廠房設計應該遵守的原則

2.1 選擇合理的結構類型

根據筆者的調查發現，現在火電廠主廠房的結構類型主要以鋼-混凝土結構為主，但是，發達國家由于工藝技術、冶煉技術比較先進，大多采用鋼結構。鋼結構的主廠房較鋼-混凝土結構有較小的自重，對于地震的抵抗能力也是較強的。所以，在我國火電廠以后的建設中，鋼結構具有較大的優勢，隨著我國經濟水平的提高，不久的將來，我國的火電廠主廠房可能會在這方面有較大的發展。

2.2 設計參數

在設計火電廠主廠房時要考慮的參數很多，如果對必要的參數有所遺漏而在設計中未充分考慮，那么主廠房在以后的生產建設中，就存在一定的安全隱患，萬一對相關工作人員造成生命財產的損失，也會給供電區域工廠生產和人們的日常生活帶來不便。主廠房設計考慮的主要基本參數有：當地一般情況、極端情況下的風速、風的壓力，基本抗震加速度、外加荷載等，還要分析當地的地質、空氣資料等。設計參數所占的重要地位不容人們所忽視，人們必須要慎重對待。

2.3 荷載分析

荷載分析是對主廠房進行一定的模擬運行期荷載分析，就是在某種情況下主廠房所能夠承受的負重。比如雪荷載、永久荷載等，在設計中必須依據不同的部位、構件，參考不同的取值系數，計算出最合適的截面，使主廠房的建設更具有一定的安全性。根據《火力發電廠土建結構設計技術規定》可以查閱各樓層的荷載、工藝要求必需材料的荷載等。在驗算主廠房框排架不同的部位的時候，載荷應當相應的折減或按照原標準來進行相應的驗算。

2.4 計算分析方法

我們現在主要運用的計算分析軟件是盈建科或PKPM，如果是國外項目就用SPA200軟件。這些計算分析軟件，考慮的比較全面，經實踐檢驗也比較準確，可以分析計算出各桿件、板、墻的內力和最大應力。

3 ?對火電廠主廠房結構選型的改進建議

①對主廠房采用不同的結構類型建設，可以滿足不同地域、不同環境、不同條件下火電廠的建設的不同需求，可以降低單一結構類型在我國南北、東西跨度幾千公里差距十分巨大的自然環境中的不適應性，可以減少相同規模火電廠在不同地域的造價差距。

②對主廠房采用不同的結構類型相結合的鋼-混凝土結構有很多非常明顯的優點，適用于我國現階段的大部分情況可以重點選擇。

③目前正值國家大力推廣裝配式結構的應用，應該重新審視原來的裝配式鋼筋混凝土結構，對預制方案進行提升改進完善，如采用大部分現澆和局部預制情況相結合，充分發揮各地新建現代化裝配式結構加工廠的優勢以求達到最好的方案，在當地火電廠主廠房的建設中起到一定的模板效果，積極發展裝配式鋼筋混凝土結構。

4 ?不同規模不同結構主廠房經濟性比較分析

通常主廠房是四列式布置，依次為汽機房、除氧間、煤倉間、鍋爐房（見圖1）。也有汽機房、除氧間、鍋爐房（煤倉間與除氧間合并或與鍋爐房合并等形式）的三列式布置。

在實際設計中鋼-混凝土結構的主廠房，屋架也是鋼屋架、煤倉間鋼梁澆制混凝土屋面板、汽機壓型鋼板屋面板，大跨度板也是鋼梁澆制混凝土樓板，與鋼結構的主廠房的基本一致，基礎形式也一樣。但是由于相同規模的鋼結構的主廠房的重量減小很多，上部結構傳給地基的壓力也減小，那么鋼結構的主廠房的地基處理的費用就比鋼-混凝土結構的主廠房的費用低很多。不同規模不同結構主廠房造價比較如表1所示。

5 ?結束語

大型火電廠的主廠房是火電廠核心的組成部分，在設計時選擇因地制宜的主廠房結構類型，在結構類型選擇上既要符合國家電力建設的經濟政策，同時要對業主期望、工程性質、施工工藝、抗震程度等有詳細的分析、判斷和考慮，結合科技進步的新成果，選擇科學、經濟的設計方案，使其發揮巨大的經濟效益和社會效益，從根本上推動我國電力事業的發展。

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