发电厂主厂房钢结构分析

周洪波　马新华

摘 要：中国电建工程公司在进行国外EPC项目建设过程中，如果设计方由于保守设计思路，将导致材料选型偏大，造成工程成本增加。本文以印度某A厂135MW机组主厂房钢结构设计为例，对设计参数进行了深入对比分析，为后续国外工程积累了宝贵经验。

关键词：电厂；主厂房；钢结构；设计对比

中图分类号：TU319 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0008-01

某A厂135MW机组主厂房钢结构构件外形过大，造成了明显的设计浪费，以下进行了对比分析。

1 项目主厂房钢结构用钢量与印度B厂135MW项目对比

1.1 机组类型差别

A项目为循环流化床锅炉，要求煤仓间给煤层高度较高；汽轮机为横向布置，主厂房为单框架框排结构。B项目属常规煤粉炉，给煤层高度较低，主厂房为双框架框排结构，整体稳定性好些。

1.2 自然条件差别

A工程因地处沙漠地区，风荷载大，基本风压0.62kN/m2，地面粗糙度类别为A类，B工程基本风压0.50kN/m2，地面粗糙度类别为B类。A工程相同建筑物的风荷载平均为B工程的1.85倍；此项差别将导致整体用钢量增加8%～10%。

1.3 钢煤斗

A项目燃用煤为褐煤，其热值较低，单位时间煤耗大，合同贮煤量为12h达2260m3，受锅炉给煤器接口影响，布置方案为两个煤斗，最后核算下来单个钢煤斗自重加煤重达1200t，煤斗顶标高为41.0m，框架柱底最大轴力达2723t；B工程每台机布置4个煤斗，单斗加煤重为600t，煤斗顶标高为33.0m，框架柱底最大轴力为1462t。

因此，煤斗的容积及布置方式是影响煤仓间BC排柱体断面尺寸的主要因素，也是影响主厂房整体用钢量的重要因素。从表观上导致BC排的柱子断面特别大。

1.4 其他

汽机房屋面采用了实腹梁，较B厂的钢屋架用钢量增加20%左右，当时考虑到A项目为一台机又是流化床机组，在实际操作过程中运输和安装的难度，经跟项目部沟通后选择了实腹梁形式，并经公司内部初设审查通过。

墙体材料的选用也造成A项目结构用钢量的增加。前期确定墙体砌筑材料时，现场反馈的信息是加气混凝土砌块在当地没有生产厂家（500km以外有），而且价格昂贵。设计时是按照砖容重12kN/m3计算的，B项目初设时反馈的信息是能够采购到，则砌体材料是按照轻型砌块7kN/m3计算的。

综上所述，A项目与B项目不宜类比，就上述各项条件差异分析，A项目的单位用钢梁理论上应比B项目高。

2 项目主厂房钢结构用钢量与与C2*135MW项目对比

C2*135MW项目是投标兼初设，整体布置方式、煤质类似，但C项目也是常规煤粉炉而不是流化床锅炉。

2.1 基本情况

地震烈度A项目7（0.1g），C项目8（0.2g）地震烈度影响，理论用钢量C比A应大10%左右。基本风压A项目0.62（kN/m2），C项目0.5（kN/m2），基本风压影响，理论用钢量A比C应大8%～10%。

2.2 主厂房布置

B/C间跨度：A项目15m，C项目12.5m，影响到梁、柱断面增大。厂房总长：A项目54m（8*6+6*1），C项目90m（8*9+9*2）。

单台体积：A项目7.22万m3，C项目5.5万m3，双机比单机总体空间布置优化余地大些，比如除氧器、汽机检修场地等；涉及到各机务专业的综合布置。另外，C设有单独的集控楼，厂房总长、总体积的增大将直接导致总用钢量的增加。

2.3 用钢量比较

框架梁柱支撑（t）A1404，C1000（单台平均）；屋面（t）A199（7榀），C130（11榀/2）；山墙（t）A102，C100；吊车梁（t）A40，C45（单台平均）；次梁（t）A450，C约450；总用钢量（t）A2205，C初设阶段约3350；每台机用钢量（t）A2205，C1675；钢材型号A项目600以下Q235，以上Q345，C项目600以下Q235，以上Q345。

2.4 综合上述数据的对比分析

两者的风载和地震影响所造成的差异大约相抵；C的双机组与A的单台机组相比，在空间利用率上要高（比如检修场地可以合用一个），其单位体积用钢量应略低，但现在的数据显示两者基本相同，是由于C属于初设深度，在详设阶段大约还有10%的优化空间。

綜合起来单位体积用钢量相差不大，说明结构设计本身没有明显浪费；A机组钢结构总用钢量偏大（24%）是由于总体布置空间需求偏大造成的，总体空间偏大的一个重要因素就是C设计有单独的集控楼而C项目没有（相应的房间布置在主厂房内）。

3 A项目在设计阶段于设计优化方面的得失

吸取了B项目运作过程中的经验和教训：部分构件提高了材料强度，大量采用Q345钢材，减少了总体造价；优化构件断面尺寸，减少40mm厚及以上Z向钢板的用量，降低了成本；初设阶段通过谈判，减小合同规定的楼层、屋面荷载；减少了用钢量。

兼顾构件加工运输、现场施工、现场采购和合同总工期方面的需求：为了运输和吊装方便，汽机房屋架改为实腹梁，增加了用钢量。当地轻型砌块难于采购，而采用空心砖等，增加了荷载、用钢量。

BC排柱没有采用箱形柱，使得柱体本身的外形尺寸看起来过大，如果采用箱形柱形式，外形尺寸大约为1000*700等级，但箱形柱安装较困难；刚性连接柱牛腿太多，吊装运输不便（如印度二部），从而选择了横向铰接模式，增多了一些横向垂直支撑。

4 原因分析及建议

4.1 原因分析

设备荷载过大；地震等级高、风速大；结构断面优化深度不够。由于该项目已实施完毕，故只能作为后续的经验教训，在后续项目上避免该问题重复发生，后续项目应在设备荷载提资审核、结构截面优化方面进行加强和提高。

在该项目执行后期对印度玛鲁喇项目的主厂房钢结构设计进行了类比性分析，形成了调研报告。分析结果显示，印度A项目主厂房钢结构单位空间用钢量无明显增大，表观结构柱梁截面过大，是出于结构稳定性需要，结构截面设计过程中也做了优化。单位机组用钢量较大，跟单台机组有关，跟设备布置优化有关，非结构设计问题。

4.2 总结和建议

设备荷载准确化，避免因工期压力大就进行荷载预估做法；争取在钢结构总图设计过程中，对主要柱梁进行多截面优化对比，并充分利用设计经验，确定最优结构断面型式。