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摘要: 结合新疆嘉润资源控股有限公司动力站5x350MW工程主厂房设计实例，分析火力发电厂钢结构主厂房计算要点。
关键词: 钢结构主厂房三维空间分析
中图分类号：TU291 文献标识码：A
一．概述
新疆嘉润资源控股有限公司动力站5x350MW工程位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州玛纳斯县塔河工业园区。
电厂主厂房布置采用常规的四列式布置。依次由汽机房、煤仓间、锅炉房顺列布置。
汽机房：柱距9m、12m 跨度32m，总长度9m×37+12m+1.5×2=348m。汽机房根据工艺要求分三层布置，各层标高分别为±0.000m、6.300m 和12.600m。汽机房屋架下弦标高为27.600m，吊车采用电动双梁桥式起重机（Q=75/20T），轨顶标高为24.500m。6.300m 及12.600m均为大平台布置。
煤仓间：共分三层，各层标高分别为±0.000m，14.300m、37.500m、固定端局部增加44.000m层。其中±0.000m布置磨煤机，其上方设手动行车、电动行车以供磨煤机检修用。14.300m为给煤机层, 37.500m为输煤皮带层。煤仓间B-C排跨度12.500m。
锅炉房：锅炉本体采用紧身封闭；
锅炉房与煤仓间之间设有炉前平台，炉前平台跨度为7.50m。
计算的基本参数：
地震裂度：7度（0.179g）设计地震分组：第一组
场地土类别：III类
钢材选用：Q345B级钢
使用软件：采用三维空间结构分析软件PKPM(SATWE)和MIDAS GEN
二．主厂房结构形式
本工程结构体系：采用框架-中心支撑受力体系，横向：B、C排之间梁柱为刚性连接，A、B排之间梁柱为铰接连接;纵向均为铰接连接.柱脚与基础短柱为铰接连。
汽机房屋面采用钢屋架、钢支撑，压型钢板底模现浇钢筋混凝土板结构。汽机房采用大平台布置，钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构，钢梁与混凝土板间采用剪力钉连接。汽动给水泵布置于汽机大平台上，基础采用弹簧隔振。汽机房内吊车梁采用焊接工字型钢制吊车梁。
煤仓间各层楼板及屋面均采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构。煤斗采用钢煤斗，上部为圆柱体煤斗，支撑在煤仓间26.50米标高钢筋混凝土梁上，下部为圆台煤斗，吊于上部煤斗之下，煤斗斗壁内侧作不锈钢板材防磨内衬。
炉前平台采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构，主梁支撑于锅炉钢架与煤仓间C轴柱上，与锅炉钢架柱铰接，与煤仓间C轴柱采用滚动支座连接。
主厂房纵向每榀主框架分别在中间区域和两端设置一道垂直支撑，支撑的位置和形式根据工艺的要求做出适当的调整。
主厂房各层在满足工艺要求的前提下，均设置水平钢支撑，与梁形成水平封闭的稳定水平传力体系。
三．主厂房空间计算分析
主厂房垂直力传导方式为“梁板—柱(或部分支撑)—基础”，是传统的传力体系。主厂房水平力传递较复杂。本工程在每兩台机组之间设置一道变形缝，形成单独的受力体系。由于工艺专业设备管道的限制，垂直支撑需要考虑工艺系统的布置，不是每榀横向框架均能布置垂直支撑，以形成由梁、斜支撑及柱在垂直平面内组成的垂直支撑体系，所以还需要通过水平支撑体系将水平力传递至其它相应的垂直支撑体系，或者其它抗侧力体系并最终传递至基础，其传递是沿最直接、最短的传力途径来进行的。从而使厂房就形成稳定的空间结构体系，各部分协作组成坚固的承重体系，该空间结构刚度分布特性决定了整个结构体系的受力特点。
从本工程三维结构计算分析来看，厂房横向水平刚度分布两边较小中间较大，在空间结构共同作用下，其水平位移呈弓形分布。当支撑按压杆不退出考虑时，厂房的垂直支撑从计算结果看，所有支撑均承受由竖向荷载产生的内力，且部分支撑内力大部分由竖向荷载产生。竖向荷载主要由支撑传至基础，传力途径不合理，但当支撑按压杆作用退出考虑，构架的刚度明显减弱。所以压杆作用是否退出还需要通过工程实践来探讨研究。在锅炉主钢架与主厂房钢框架不相连的情况下，计算出各点在各工况时的侧位移，通过比较判断主厂房钢框架是否可以将横向水平力传递给炉架。水平桁架传递的水平力如采用迭代法进行位移协调来考虑，这种方法配合工作量较大，实际操作较难。本工程在煤仓间框架与锅炉钢架间设有炉前平台，炉前平台采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构，主梁支撑于锅炉钢架与煤仓间C轴柱上，与锅炉钢架柱铰接，与煤仓间C轴柱采用滚动支座连接。主厂房空间模型中，将厂房与锅炉钢架相连简化为水平的弹簧支座，模型更为合理。
此外，计算过程中应注意，柱与柱之间的拼接节点，理想的情况应是设置在内力较小的位置，如采用净截面面积的等强度设计法时，计算值会偏大。本工程钢柱主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接、单剪拼接；腹板主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接。其他形式下的各种拼接组合也会用到，计算时应该根据实际采用的拼接方式加以验算。拼接节点的验算主要按照《钢结构设计手册》中的相关条文及规定。当拼接连接处的内力小于柱承载力设计值的一半时，从柱的连续性来衡量拼接连接节点的性能，其设计用内力应取柱承载力设计值的1/2。
支撑与梁柱的节点连接，应先确定支撑的作用点，作用点不同，钢架的计算分析和支撑与梁、支撑与柱、梁柱的连接计算也不同；其次，支撑内力应如何考虑；还有，计算方法的选用也是十分重要的。本工程支撑采用板式节点与梁柱连接，构造简单，传力明确，更接近于支撑受力以轴力为主，两端铰接的情况。
四．结束语
火力发电厂的主厂房通常是一个体型复杂的结构，结构刚度和荷载分布很不均匀，设计过程中应通过对以往工程实例分析，先确定合理的结构模型，合理布局各受力杆件，使各结构杆件受力均匀，传力合理。节点连接应该选择与实际情况相符合的连接方式，采用三维空间计算分析准确地模拟厂房复杂的结构体系，准确地模拟出结构各杆件实际受力情况。
参考文献:
[1] 《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）
[2] 《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
[3] 《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图（含2004年局部修改版）》(01SG519、01(04)SG519)
[4] 《钢结构设计手册（第三版）》
关键词: 钢结构主厂房三维空间分析
中图分类号：TU291 文献标识码：A
一．概述
新疆嘉润资源控股有限公司动力站5x350MW工程位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州玛纳斯县塔河工业园区。
电厂主厂房布置采用常规的四列式布置。依次由汽机房、煤仓间、锅炉房顺列布置。
汽机房：柱距9m、12m 跨度32m，总长度9m×37+12m+1.5×2=348m。汽机房根据工艺要求分三层布置，各层标高分别为±0.000m、6.300m 和12.600m。汽机房屋架下弦标高为27.600m，吊车采用电动双梁桥式起重机（Q=75/20T），轨顶标高为24.500m。6.300m 及12.600m均为大平台布置。
煤仓间：共分三层，各层标高分别为±0.000m，14.300m、37.500m、固定端局部增加44.000m层。其中±0.000m布置磨煤机，其上方设手动行车、电动行车以供磨煤机检修用。14.300m为给煤机层, 37.500m为输煤皮带层。煤仓间B-C排跨度12.500m。
锅炉房：锅炉本体采用紧身封闭；
锅炉房与煤仓间之间设有炉前平台，炉前平台跨度为7.50m。
计算的基本参数：
地震裂度：7度（0.179g）设计地震分组：第一组
场地土类别：III类
钢材选用：Q345B级钢
使用软件：采用三维空间结构分析软件PKPM(SATWE)和MIDAS GEN
二．主厂房结构形式
本工程结构体系：采用框架-中心支撑受力体系，横向：B、C排之间梁柱为刚性连接，A、B排之间梁柱为铰接连接;纵向均为铰接连接.柱脚与基础短柱为铰接连。
汽机房屋面采用钢屋架、钢支撑，压型钢板底模现浇钢筋混凝土板结构。汽机房采用大平台布置，钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构，钢梁与混凝土板间采用剪力钉连接。汽动给水泵布置于汽机大平台上，基础采用弹簧隔振。汽机房内吊车梁采用焊接工字型钢制吊车梁。
煤仓间各层楼板及屋面均采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构。煤斗采用钢煤斗，上部为圆柱体煤斗，支撑在煤仓间26.50米标高钢筋混凝土梁上，下部为圆台煤斗，吊于上部煤斗之下，煤斗斗壁内侧作不锈钢板材防磨内衬。
炉前平台采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构，主梁支撑于锅炉钢架与煤仓间C轴柱上，与锅炉钢架柱铰接，与煤仓间C轴柱采用滚动支座连接。
主厂房纵向每榀主框架分别在中间区域和两端设置一道垂直支撑，支撑的位置和形式根据工艺的要求做出适当的调整。
主厂房各层在满足工艺要求的前提下，均设置水平钢支撑，与梁形成水平封闭的稳定水平传力体系。
三．主厂房空间计算分析
主厂房垂直力传导方式为“梁板—柱(或部分支撑)—基础”，是传统的传力体系。主厂房水平力传递较复杂。本工程在每兩台机组之间设置一道变形缝，形成单独的受力体系。由于工艺专业设备管道的限制，垂直支撑需要考虑工艺系统的布置，不是每榀横向框架均能布置垂直支撑，以形成由梁、斜支撑及柱在垂直平面内组成的垂直支撑体系，所以还需要通过水平支撑体系将水平力传递至其它相应的垂直支撑体系，或者其它抗侧力体系并最终传递至基础，其传递是沿最直接、最短的传力途径来进行的。从而使厂房就形成稳定的空间结构体系，各部分协作组成坚固的承重体系，该空间结构刚度分布特性决定了整个结构体系的受力特点。
从本工程三维结构计算分析来看，厂房横向水平刚度分布两边较小中间较大，在空间结构共同作用下，其水平位移呈弓形分布。当支撑按压杆不退出考虑时，厂房的垂直支撑从计算结果看，所有支撑均承受由竖向荷载产生的内力，且部分支撑内力大部分由竖向荷载产生。竖向荷载主要由支撑传至基础，传力途径不合理，但当支撑按压杆作用退出考虑，构架的刚度明显减弱。所以压杆作用是否退出还需要通过工程实践来探讨研究。在锅炉主钢架与主厂房钢框架不相连的情况下，计算出各点在各工况时的侧位移，通过比较判断主厂房钢框架是否可以将横向水平力传递给炉架。水平桁架传递的水平力如采用迭代法进行位移协调来考虑，这种方法配合工作量较大，实际操作较难。本工程在煤仓间框架与锅炉钢架间设有炉前平台，炉前平台采用钢梁-现浇钢筋混凝土板组合结构，主梁支撑于锅炉钢架与煤仓间C轴柱上，与锅炉钢架柱铰接，与煤仓间C轴柱采用滚动支座连接。主厂房空间模型中，将厂房与锅炉钢架相连简化为水平的弹簧支座，模型更为合理。
此外，计算过程中应注意，柱与柱之间的拼接节点，理想的情况应是设置在内力较小的位置，如采用净截面面积的等强度设计法时，计算值会偏大。本工程钢柱主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接、单剪拼接；腹板主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接。其他形式下的各种拼接组合也会用到，计算时应该根据实际采用的拼接方式加以验算。拼接节点的验算主要按照《钢结构设计手册》中的相关条文及规定。当拼接连接处的内力小于柱承载力设计值的一半时，从柱的连续性来衡量拼接连接节点的性能，其设计用内力应取柱承载力设计值的1/2。
支撑与梁柱的节点连接，应先确定支撑的作用点，作用点不同，钢架的计算分析和支撑与梁、支撑与柱、梁柱的连接计算也不同；其次，支撑内力应如何考虑；还有，计算方法的选用也是十分重要的。本工程支撑采用板式节点与梁柱连接，构造简单，传力明确，更接近于支撑受力以轴力为主，两端铰接的情况。
四．结束语
火力发电厂的主厂房通常是一个体型复杂的结构，结构刚度和荷载分布很不均匀，设计过程中应通过对以往工程实例分析，先确定合理的结构模型，合理布局各受力杆件，使各结构杆件受力均匀，传力合理。节点连接应该选择与实际情况相符合的连接方式，采用三维空间计算分析准确地模拟厂房复杂的结构体系，准确地模拟出结构各杆件实际受力情况。
参考文献:
[1] 《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）
[2] 《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
[3] 《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图（含2004年局部修改版）》(01SG519、01(04)SG519)
[4] 《钢结构设计手册（第三版）》