钢结构优化

F05931C-T03-01 摩洛哥Jerada电厂1X350MW 超临界燃煤电站工程

初步设计 主厂房钢结构专题报告

2013年12月 石家庄 批 准： 况波 审 核： 周猛、黄文莉 校 核： 刘志磊 编 写： 苑森 目 录 1 工程概况 ............................................................................................................................................................ 2 2 厂址自然条件及主要技术设计参数 ................................................................................................................. 2 3 汽机房结构设计优化原则 ................................................................................................................................. 2 3.1 从建筑结构材料选用上进行设计优化 ..................................................................................................... 2 3.2 从结构整体布置上进行设计优化 ............................................................................................................. 2

4 钢结构主厂房设计优化 ..................................................................................................................................... 3 4.1 结构总体布置设计优化 ............................................................................................................................. 3 4.2 楼层次梁设计优化 ..................................................................................................................................... 5 4.3 汽机房屋面优化设计 ................................................................................................................................. 7 4.4 节点优化设计 ............................................................................................................................................. 9 [内容摘要]：本工程地震分区为Zone：IIA (UBC 97)，设计基本地震加速度值0.15g，本专题在满足“安全、适用、经济、美观”的前提下，全面贯彻优化设计理念，采用先进的设计手段从建筑材料选用、结构布置、汽机房屋架、节点设计等方面对电厂主厂房进行设计优化，从而达到建筑结构选型合理、节省工程造价之目的。

1 工程概况

JERADA 1×350MW项目业主为摩洛哥国家电力部Office of National Electricity(ONE)。电厂为扩建电厂，I期已有3x55MW机组，本期为1台350MW超临界、空冷机组，包括1台燃煤锅炉、1台汽轮发电机组和所有必须的辅机设备及电厂BOP，本期工程与已有电厂系统相对独立。

2 厂址自然条件及主要技术设计参数

3s时距10m高平均最大风速：50年一遇为37.1m/s 3s时距10m高平均最大风速：100年一遇为39.4m/s 最高气温：45℃ 最低气温：-5℃ 地震分区：Zone：IIA (UBC 97) 地震峰值加速度：0.15g 场地土类别：SB

3 汽机房结构设计优化原则 结构优化设计是在贯彻“安全、适用、经济、美观”的方针下，全面进行精细化设计，分别从建筑结构材料选用、结构布置、及细部构造等多方面进行设计优化。 3.1 从建筑结构材料选用上进行设计优化

随着科学技术水平的不断发展，建筑材料的种类越来越多，针对火力发电厂的建筑和结构设计，不能停留在传统材料的选择上，需要对新材料的性能、经济性进行研究论证后，大力引进新材料。由于火力发电厂属于特殊的工业项目，在对其建筑和结构材料的选择上需要结合其自身的特点。本工程主厂房钢结构梁柱材质采用Q345B钢材（相当于美国规范A572），屋面选用实腹钢梁+复合压型钢板的结构形式有效的减轻了结构的自重。 3.2 从结构整体布置上进行设计优化

一个好的结构设计方案首先体现在结构选型上。在满足现行规范的前提下应优选造价低的结构型式，为后续降低工程造价奠定基础；在满足工艺布置的前提下调整结构布置，重视平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能和经济合理性的影响，对不规则结构应配合工艺布置进行优化调整；在结构设计的整个过程中应充分发挥材料性能，控制合理的安全裕度。

4 钢结构主厂房设计优化 4.1 结构总体布置设计优化 本工程汽机房长73m，柱距分别为10m、9m，跨度32m，设有中间层6.27m，运转层12.54m，高约为32m。煤仓间设置与汽机房后面，煤仓间长63m，柱间距分别为10m、9m，跨度12m，皮带层标高36m。 1) 主厂房结构体系 主厂房承重体系采用汽机房+煤仓间三列式钢框架+支撑结构体系，加热器平台与A、B列柱刚性连接，汽机房屋面结构与A、B列刚接。主厂房横向局部布置支撑，汽机房-煤仓间为独立的钢双跨框架+支撑结构体系；横向抗侧力体系为框架+支撑结构，纵向抗侧力体系为框架+支撑结构，增加结构横向刚度，减小用钢量，减小结构横向位移。

表1主厂房柱断面 名 称 构件编号 设置横向支撑型钢断面尺寸(mm) 取消支撑后柱断面（mm）

主厂房 A柱 BH 950X500X28X38 BH 1100X600X30X40 B排柱 BH 1200X600X40X45 BH 1400X600X38X58 C排柱 BH 1200X700X36X45 BH 1500X700X42X68 汽机房平台柱 BH 500X500X25X30 BH 600X600X25X30

山墙柱 BH 650X500X20X30 BH 650X500X20X30 图1 主厂房横向断面图 图2 主厂房三维模型图 2) 主厂房楼面及屋面结构 主厂房各层楼面、屋面（除汽机房屋面外）采用焊接或轧制H型钢次梁和现浇钢筋混凝土楼板组合结构，梁顶设置抗剪件与钢梁连接，梁、板强度计算按组合构件计算。楼层局部采用钢格栅板。 汽机房屋架结构采用实腹钢梁+支撑体系，屋面板采用复合保温压型钢板+加防水层。 4.2 楼层次梁设计优化

(1) 控制钢结构梁截面尺寸 本工程在设计中严格按照“更先进、更可靠、更经济”的设计目标，对厂房框架梁和次梁进行设计，对厂家和工艺专业布置的荷载数据进行分析，和以往工程的荷载数据进行对比，减少“上游”环节的裕度。众所周知，在满足工艺要求的前提下结构设计没有唯一解，一个好的设计方案同样体现在经济性上。结构设计在各设计阶段应严格按照规范系数进行设计，梁截面高度不能简单按照跨度1/15选用。对荷载相对较小的区域应采用不同的梁高，将结构安全裕度控制在合理的范围内。 (2) 楼层钢次梁和楼板按组合梁计算 主厂房楼层受工艺布置影响，往往布置较多的孔洞，由于楼层孔洞布置复杂，为简化计算，以往工程计算钢次梁，通常将现浇混凝土楼板仅作为荷载考虑，钢次梁和楼板之间按照构造规定设置抗剪连接件，将混凝土翼板和钢梁的共同作用因素作为结构的安全储备。本工程对楼层钢次梁和楼板完全做为组合梁计算，因此有必要结合本工程实际情况对楼层组合梁进行深入分析。 ①组合梁的原理：钢与混凝土组合梁由三部分组成，即：混凝土翼板、抗剪连接件和钢梁。当不按照组合梁计算并采取抗剪措施时，在荷载作用下，梁产生挠曲变形，楼板和钢梁之间产生相对滑移，各自承担一部分弯矩，见下图(a)、(c)表示；当按照组合梁计算时，由于抗剪件的阻碍作用，接触面之间不会产生相对滑移，发生挠曲变形时，接触面上的剪力将全部由抗剪件承受，混凝土翼板和钢梁会像一个整体构件共同工作，形成共同的中和轴的组合截面，共同承受弯矩，下图(b)、(d)表示。

②抗剪连接件的选取：抗剪件的作用是承受翼板和钢梁接触面之间的纵向剪力，防止相对滑动和分离。规范推荐的抗剪件有栓钉、槽钢和弯筋三种类型，其中栓钉和槽钢在施工中没有方向限制，弯筋在施工中需要根据水平剪力方向确定布置反向。根据以往工程经验，结合本工程实际特点，为方便现场施工，本工程推荐采用栓钉抗剪件形式。