框架式余热锅炉基础抗震设计探讨

刘启强，刘书霞

（1.浙江铂瑞电力设计有限公司，杭州310030；2.武汉汇电能源环保工程有限公司，武汉430061）

框架式余热锅炉基础抗震设计探讨

刘启强1，刘书霞2

（1.浙江铂瑞电力设计有限公司，杭州310030；2.武汉汇电能源环保工程有限公司，武汉430061）

提出了框架式余热锅炉基础的计算方法。分析了框架式余热锅炉基础不同计算模式情况下的结果对比。结果表明，框架式锅炉基础计算可以根据锅炉专业的相关资料将其荷载直接作用于混凝土框架式基础上计算。最后提出了框架式余热锅炉基础的抗震措施。

余热发电；框架式锅炉基础；抗震措施

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.012

1 引言

水泥窑余热发电工程中的窑尾锅炉具有设备高、体量大、自重大的特点。在大部分情况下，由于生产工艺的要求，常将锅炉跨越在窑尾生产线的高温风机上方，设备基础采用框架式基础。这就要求在进行框架式基础设计时，应针对性地遵循其自身特有的规律。以往在进行这种框架式基础设计时，往往只考虑满足结构承重的要求，水平地震作用常将上部锅炉荷载简化输入到框架式基础柱顶,以节点荷载形式考虑。

2 实例分析

2.1 水平地震作用计算

锅炉柱脚与下部基础之间通常采用高强螺栓、焊接或者埋入式柱脚，可视为固定连接。

该工程场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，在多遇地震情况下，水平地震影响系数α1取值0.08。其中锅炉框架、受热面等重130t，悬吊炉体重400t。由于炉体是悬吊于锅炉顶部的大板梁上，因此地震作用计算时应将炉体荷载集中于锅炉顶部。炉体重量集中于锅炉顶部，Geq3=4000kN；锅炉框架、受热板及柱高一半的重量集中在楼板顶面标高处，Geq1=1875kN。由《锅炉钢结构设计规范》（GB/T22395—2008）[1]可得锅炉结构总水平地震作用标准值FEK=α1Geq，同《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）[2]中的计算方法。在计算混凝土框架水平地震作用时采用底部剪力法，由于该框架式基础与上部锅炉框架形成“上刚下柔”的结构形式，在手工估算时水平地震影响系数α1建议取最大值。水平地震作用计算简图见图1。

图1 地震作用计算简图

锅炉、混凝土框架重量：GeqG=Geq3+Geq2+Geq1=7 175kN

则：FEK=α1Geq=0.08×（5300+1875）=574kN

同理可以得出:F1=50.95kN，F2=434.75kN。其中,FEK为结构总水平地震作用标准值。

2.2 地震作用计算比较

采用目前国内通用的PKPM计算软件进行计算比较。方法1按照锅炉荷载简化到框架式基础柱顶以点荷载的方式输入；方法2将锅炉框架与框架式基础整体建模计算，炉体重量以梁间荷载方式输入到锅炉顶部大梁上。其计算模式如图2所示。

图2 不同荷载输入模式示意图

根据《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL5022—2012）[3]，计算地震作用时，重力荷载代表值应取结构、设备、构配件重力荷载标准值和可变荷载组合值之和，其中设备荷载的可变荷载组合值系数应取值1.0。在不考虑风荷载等一切条件相同的情况下，计算结果如表1所示。

表1 计算结果对比表

由表1可以看出，锅炉框架与混凝土框架整体建模由于周期增大反而地震作用小于混凝土框架单独建模，但柱脚最大弯矩基本相当。同时两种计算方式的地震作用均小于水平地震影响系数按最大取值所得的计算结果。锅炉框架与混凝土框架整体建模由于高度和刚度的变化，其顶部最大位移大于锅炉钢框架的单独计算结果。因此，在锅炉烟风管设计时，应充分考虑其位移偏差。

3 提高基础框架抗震能力的措施

由于锅炉体系的复杂性，再加上框架式的锅炉基础形式，因此，需要采取合理的抗震措施以提高框架基础的抗震性能。

1）框架式基础在设计时，建议根据锅炉规模大小、场地类别、框架跨度和高度适时地提高抗震构造措施的抗震等级，在软件计算过程中重视角柱的定义。按计算结果配筋，但由于框架式基础的特殊性，柱子、框架梁截面往往会比较大，因此在设计过程中要合理地采取措施，避免建造成本的增加。

2）由于锅炉柱脚一般较大，也就导致框架式基础的柱子偏大，因此在已有的设计方案中，配合其配筋形式合理地设置芯柱在不增加施工难度的情况下对提高结构的延性作用较为明显，可提高结构的抗震性能。

3）合理设计框架配筋，并加强现场施工质量管理。框架柱由于截面较大，配筋率一般都能符合规范规定的各项要求。但在这个过程中应重视框架柱箍筋的设计，在肢距合理、直径大小与施工方便的前提下，尽量选择小直径钢筋并方便芯柱的设置。由于一般情况都是在抗震构造措施的抗震等级提高的前提下，因此框架梁的配筋尽量不要再人为地放大，以避免超筋或钢筋过密影响施工质量。

4 结论

1）在框架式锅炉基础的设计中，水平地震作用对结构影响较大，应特别重视。为减少土建与工艺专业的配合及设计工作量，可以根据锅炉专业的相关资料将其荷载直接作用于混凝土框架式基础上计算，但应注意设备荷载的可变荷载组合值系数应取值1.0。若荷载形式比较难以区分时，建议采用包络设计。

2）应认识到锅炉安放在框架式基础上，在地震作用下的结构位移大于锅炉单独计算的结构位置，烟风管道设计时应考虑其余量。

3）框架式锅炉基础结构设计时，建议在框架柱内设置芯柱。

4）由于锅炉的高度较高，一般情况下框架式基础抗震构造措施的抗震等级会提高一级，配筋、构造措施等均按相应要求执行。

5）由于框架式锅炉基础底部有高温风机设备，因此基础间很难设置拉梁，整个基础与锅炉属于高耸式构筑物，基础设计时要注重抗倾覆计算。

【1】GB/T22395—2008锅炉钢结构设计规范[S].

【2】GB 500112—2010建筑抗震设计规范[S].

【3】DL5022—2012火力发电厂土建结构设计技术规程[S].

Seismic Design for Framing Foundationof WasteHeatBoiler

LIU Qi-qiang1,LIU Shu-xia2
（1.ZheJiangBoruiElectricPowerDesignCo.Ltd.,Hangzhou 310030,China; 2.WuhanHDEnergyEnvironmentalProtectionEngineeringCo.Ltd.,Wuhan 430061,China）

Thecalculationmethodofframetype wasteheat boilerisput forward.The comparison ofdifferent calculation modesofframe type boiler is analyzed.The results show that the load can be calculated directlyon the frame ofconcrete according to the data ofthe boiler. Finally,theseismicmeasuresofframetypewasteheatboilerareputforward.

wasteheatpowergeneration;frametypeboilerfoundation；seismicmeasures

TU352.1；TU475+.1

A

1007-9467（2016）06-0062-02

2016-03-07

刘启强（1981～），男，浙江杭州人，工程师、国家一级注册结构工程师，从事结构设计与研究，（电子信箱）