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大型火电厂主厂房结构类型选择及经济性分析

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来海峰

摘要：我国是个能源消耗大国，各类电厂的兴建是为满足飞速发展的社会经济及人们日益提高的生活水平。然而大型火电厂主厂房的结构有很多种不同的结构类型，不同的类型对不同的地理和生产条件都有不同的利与弊。所以，在建设火电厂主厂房的时候要根据实际情况，选择合理的结构类型。本文结合工程经验论述了对主厂房结构类型的选择和经济性比较，希望能提高主厂房设计水平，对推动主厂房结构体系的建设提供有意义的依据。

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.

关键词：火电厂;主厂房;结构类型;经济性

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

中图分类号：TU398+.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）23-0187-03

0 ?引言

现阶段我国和世界其他国家在设计时对于火电厂主厂房的结构类型选择不同，其它国家火电厂主厂房的结构类型多为钢结构，我国是以钢-混凝土结构为主，但是目前我国火电厂主厂房的结构类型除了采用钢-混凝土结构外，也在一定程度上采用了钢结构。火电厂主厂房在火电厂中占有重要地位，对于火电厂主厂房的结构类型选择要综合多种因素（业主期望、资金条件、地理環境、施工技术等）来慎重考虑。以下就火电厂主厂房的结构类型选择及经济性分析进行论述。

1 ?火电厂主厂房常用结构类型

1.1 装配式钢筋混凝土结构

装配式钢筋混凝土结构是我国早期建设的火电厂主厂房采用较多的结构类型，这种结构主要的优点是构件可由工厂直接加工制作、受冬雨季影响很小、工程建设周期短;另外因为施工机械化程度高减少了高空作业，降低了工人的工作强度;结构施工过程不需要投入大量的钢管、模板等施工料具而降低建设成本等。近年来，由于火电厂机组容量的增加，装配式钢筋混凝土结构也暴露出了其中的缺点：第一、机组容量增加，主厂房的跨度、体积增加导致构件自身的长度、重量有所增加，在运输过程中难度增加较大，在进行施工吊装的过程中，要用大型起吊设备，同时加工预制构件过程中需要的场地范围也要相应扩大，这在一定程度上会加大工程的成本及综合难度;第二、由于预制框架的汇聚节点部位，是先把预留打剖口的钢筋焊接后再用高等级混凝土进行二次浇筑，但是钢筋焊接的质量要求高、现场施工过程中不容易保证质量，属于薄弱部位，那么在地震荷载作用下，节点部位的钢筋被拉断、变形过大的可能性随之加大，很容易破坏二次浇筑部分。

1.2 钢筋混凝土结构

随着施工要求的不断提高，以及施工技术的不断推陈出新，现浇的钢筋混凝土结构的整体性能较高，抗震效果好、有较高的防水性、构造简单，而且在施工中不需要大型起吊设备采用现场支模绑扎钢筋浇筑砼的施工工艺，在后期的使用中维护简单等，钢筋混凝土结构的这些优点体现了其自身的经济适用性的特点，所以在业主单位中比较受关注。同时，由于在我国地理范围内除最北方少数地方冬季施工温度不合适外，钢筋混凝土结构在我国绝大多数地方的施工不受时间和温度的影响，施工较为便捷，所以在南方的潮湿地区更受欢迎。钢筋混凝土结构的特点：第一、多个部位的单体工程可以同时进行施工缩短了工期;第二、钢筋混凝土的整体性较好，抗震效果好;第三、新建钢筋混凝土结构主厂房时，能够结合周边的环境，因地制宜。钢筋混凝土结构由于现浇的特点在结构施工过程中耗费大量的人力物力、钢（木）模板，脚手架的用量巨大，尤其是在寒冷的地区，冬季砼施工的难度很大，这种情况下，难免会提高施工的成本。

1.3 钢结构

一般采用国外设备的电厂或者是国外火电工程建设项目多用钢结构的主厂房，采用国产设备的部分电厂也选择了钢结构设计，火电厂如果采用钢结构设计，在与钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构的比较中，由于钢结构主厂房自身的重量较小，地震的作用也相对降低。与此同时，就施工进度而言，由于钢结构的施工工期相比较短，钢结构主厂房比钢筋砼结构主厂房可提前约3个月完成，所以目前我国在新建电厂时，钢结构占有一定的优势。钢结构有着自身的优势，但同时钢结构也存在着以下的缺点：第一、钢结构的耗钢量较高，钢结构的用钢量大约比钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构增加60%～200%左右，工程造价大约增加20%～90%左右。所以相比钢筋混凝土结构，其投入的成本也随之增加。如果在主厂房结构中大量采用钢结构，投资成本较高，所以现实环境下使用的较少;第二、钢结构的主厂房，其防火性能差，易生锈、腐蚀，防腐会加大使用成本，且会在一定程度上影响正常使用。

1.4 钢-混凝土结构

钢-混凝土结构，这种结构形式是总体结合吸收钢结构和钢筋混凝土结构两者的优点：在竖向结构中用钢筋混凝土结构、大跨度结构中用钢结构，将他们融为一体，是性价比较高的新的结构类型。目前在大中型的主厂房结构中，钢-混凝土结构使用率越来越高。钢-混凝土结构的优点：第一、A排、BC框架为钢筋混凝土现浇结构，整体性好、受力性能好、抗震效果好、易于施工;第二、大跨度的屋面、平台板、梁采用钢结构不但减轻了自重，综合用钢量显著减少、降低了成本具有较好的技术经济指标，而且大大加快了施工进度降低了施工难度;第三、钢-混凝土结构充分发挥了钢结构、钢筋混凝土结构两种结构的优点。

2 ?火电厂主厂房设计应该遵守的原则

2.1 选择合理的结构类型

根据笔者的调查发现，现在火电厂主厂房的结构类型主要以钢-混凝土结构为主，但是，发达国家由于工艺技术、冶炼技术比较先进，大多采用钢结构。钢结构的主厂房较钢-混凝土结构有较小的自重，对于地震的抵抗能力也是较强的。所以，在我国火电厂以后的建设中，钢结构具有较大的优势，随着我国经济水平的提高，不久的将来，我国的火电厂主厂房可能会在这方面有较大的发展。

2.2 设计参数

在设计火电厂主厂房时要考虑的参数很多，如果对必要的参数有所遗漏而在设计中未充分考虑，那么主厂房在以后的生产建设中，就存在一定的安全隐患，万一对相关工作人员造成生命财产的损失，也会给供电区域工厂生产和人们的日常生活带来不便。主厂房设计考虑的主要基本参数有：当地一般情况、极端情况下的风速、风的压力，基本抗震加速度、外加荷载等，还要分析当地的地质、空气资料等。设计参数所占的重要地位不容人们所忽视，人们必须要慎重对待。

2.3 荷载分析

荷载分析是对主厂房进行一定的模拟运行期荷载分析，就是在某种情况下主厂房所能够承受的负重。比如雪荷载、永久荷载等，在设计中必须依据不同的部位、构件，参考不同的取值系数，计算出最合适的截面，使主厂房的建设更具有一定的安全性。根据《火力发电厂土建结构设计技术规定》可以查阅各楼层的荷载、工艺要求必需材料的荷载等。在验算主厂房框排架不同的部位的时候，载荷应当相应的折减或按照原标准来进行相应的验算。

2.4 计算分析方法

我们现在主要运用的计算分析软件是盈建科或PKPM，如果是国外项目就用SPA200软件。这些计算分析软件，考虑的比较全面，经实践检验也比较准确，可以分析计算出各杆件、板、墙的内力和最大应力。

3 ?对火电厂主厂房结构选型的改进建议

①对主厂房采用不同的结构类型建设，可以满足不同地域、不同环境、不同条件下火电厂的建设的不同需求，可以降低单一结构类型在我国南北、东西跨度几千公里差距十分巨大的自然环境中的不适应性，可以减少相同规模火电厂在不同地域的造价差距。

②对主厂房采用不同的结构类型相结合的钢-混凝土结构有很多非常明显的优点，适用于我国现阶段的大部分情况可以重点选择。

③目前正值国家大力推广装配式结构的应用，应该重新审视原来的装配式钢筋混凝土结构，对预制方案进行提升改进完善，如采用大部分现浇和局部预制情况相结合，充分发挥各地新建现代化装配式结构加工厂的优势以求达到最好的方案，在当地火电厂主厂房的建设中起到一定的模板效果，积极发展装配式钢筋混凝土结构。

4 ?不同规模不同结构主厂房经济性比较分析

通常主厂房是四列式布置，依次为汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房（见图1）。也有汽机房、除氧间、锅炉房（煤仓间与除氧间合并或与锅炉房合并等形式）的三列式布置。

在实际设计中钢-混凝土结构的主厂房，屋架也是钢屋架、煤仓间钢梁浇制混凝土屋面板、汽机压型钢板屋面板，大跨度板也是钢梁浇制混凝土楼板，与钢结构的主厂房的基本一致，基础形式也一样。但是由于相同规模的钢结构的主厂房的重量减小很多，上部结构传给地基的压力也减小，那么钢结构的主厂房的地基处理的费用就比钢-混凝土结构的主厂房的费用低很多。不同规模不同结构主厂房造价比较如表1所示。

5 ?结束语

大型火电厂的主厂房是火电厂核心的组成部分，在设计时选择因地制宜的主厂房结构类型，在结构类型选择上既要符合国家电力建设的经济政策，同时要对业主期望、工程性质、施工工藝、抗震程度等有详细的分析、判断和考虑，结合科技进步的新成果，选择科学、经济的设计方案，使其发挥巨大的经济效益和社会效益，从根本上推动我国电力事业的发展。

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