火电厂主厂房结构设计优化措施

罗红青

摘要：在项目完成投资决策后，土建工程控制造价的关键就是设计阶段。在施工图设计阶段，设计过程十分具体和详细，因此，如何有效地通过设计的投资控制显得尤为重要。在满足工艺布置要求的基础上，对火电厂主厂房结构设计中的多个环节进行分析研究，着重针对设计中的具体过程，制定设计标准和优化措施，以达到节省工程量、控制工程造价的目的，保证投资获得最佳的经济效益和社会效益。

关键词：造价控制 施工图设计 过程控制系统 优化

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（a）-0031-02

设计阶段造价控制充分体现了事前控制的思想。为了避免施工阶段不必要的修改，减少设计变更造成的工程造价的增加和工期的延长，在没有开工之前，把好设计关尤为重要，一旦设计阶段造价失控，就必将给施工阶段的造价控制带来很大的负面影响。设计阶段的造价控制对提高设计质量、促进施工质量以及降低工程成本是大有裨益的。不注重设计阶段的造价控制，无法保证以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

1.设计优化目的

主厂房结构设计在满足工艺布置要求的基础上，对主厂房结构进行多方案比较、论证，并充分考虑设计、施工、投资等各环节的具体情况，以达到节省工程量、缩短施工周期、控制工程造价的目的，力求在同行业中指标最好、成本最低，保证投资方以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

2.结构抗震设防标准

按《建筑工程抗震设防分类标准》（GB500223-2008）、《电力设施抗震设计规范》（GB50260-2013）和《火力发电厂土建结构设计技术规定》（DL5022-2012）中的有关规定，单机容量为300MW及以上或规划容量为800MW及以上的火力发电厂主厂房确定为重要电力设施。电厂中的主厂房等主要生产建筑物的抗震设计按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中的乙类建筑的要求执行，乙类建构筑物应提高一度采取抗震措施。

3.钢筋混凝土主厂房的计算优化

3.1结构形式的选择

分析主厂房结构在各工艺布置方案中的受力性能，保证结构在各种不利工况下满足强度、刚度、变形、延性和耗能性能等各项要求的同时，综合考虑设计计算分析结果、技术要求、工程造价等因素，最终选择主厂房结构型式的较优方案。

常规布置的主厂房结构选型可按以下原则确定。

（1）主厂房采用钢筋混凝土结构时，6度及7度Ⅰ-Ⅱ类场地时，宜采用钢筋混凝土框架结构；7度Ⅲ～Ⅳ类场地时，钢筋混凝土结构宜选择框架一抗震墙或框架一支撑体系，也可采用钢结构。

（2）8度Ⅱ～Ⅳ类场地时，主厂房宜采用钢结构，结构体系宜选择框架一支撑体系。

（3）单机容量1000MW及1000MW以上时，主厂房宜采用钢结构。当采用钢筋混凝土结构时应进行专门论证。

3.2結构布置的调整

厂房结构应与工艺专业统一规划，平面和竖向布置应控制局部凹凸变化，按需要增设防震缝，使结构布置规则、均匀，宜合理布置结构抗侧力体系和结构构件，提高结构体系的抗震性能。

对工艺布置中可能出现的对抗震不利的因素，如短柱、错层、薄弱层、异型节点等，进行分析、计算和论证。通过优化层高、梁柱断面等手段，尽可能避免或减少产生短柱、错层提高结构的抗震性能。对不可避免的短柱，通过采用合理的构造措施来提高其延性和抗剪能力。

通过合理的工艺布置方案来避免异型框架节点，做到结构竖向布置连续，力求各层间刚度的差异较小，以防形成薄弱层。

通过结构支撑布置及构件截面的调整，使两个主轴方向动力特性尽可能相近，刚度中心与质量中心尽可能接近，减小结构出现扭转的程度和幅度，使整个结构体系更利于抗震。

3.3计算软件的输入条件控制

目前在主厂房结构计算中通常采用的是国家建筑科学研究院研究开发的PKPM设计计算软件。在设计过程中的一些特殊情况下，如有必要，可以采用多种软件进行空间结构计算和地震分析，相互验算复核。

3.3.1控制荷载输入

和工艺专业配合，了解各种荷载工况的适用条件，细化荷载取值。

工艺专业提供了全部设备荷载后，正常运行工况下，楼面活荷载可分别取4.0 kN/m²（设备管道密集区域）和2 kN/m²（空闲场地），组合系数取0.7。

3.3.2优化荷载组合

地震工况下，楼面活荷载取正常运行工况下的活荷载，优化参震质量。

计算主厂房框排架结构荷载效应组合时，不考虑施工安装时大件设备的运输、起吊等临时荷载，这类荷载一般采取临时加固措施解决，必要时可对个别构件进行验算，其安全等级可降低一级采用。

主厂房内设备和管道非正常运行工况时的活荷载，不参与框排架整体分析时的荷载效应组合，但在结构构件及其连接设计时，此类活荷载应参与荷载效应组合，且结构构件的安全等级不应降低。

3.4高强材料的使用

配合高强钢筋与高强混凝土的使用，如采用高强度混凝土（C50）、高强度钢筋（HRB400），可以减小梁柱截面尺寸，减少混凝土用量，从而减轻结构自重，增大有效利用空间，减少基础工程量，方便工艺专业布置。

随着生产工艺的进步，高强钢筋和高强混凝土的使用成为可能，目前国家新《混凝土结构设计规范》将列出的最高混凝土强度等级已经提高到至C80，钢筋级别中列出了HRB400级钢筋，使钢筋混凝土结构有更为广阔的使用空间。首先，材料性能优越，可以解决较为复杂特殊的结构问题。而且，采用高强混凝土和高强钢筋，可以减少混凝土及钢材用量，可以减小梁柱截面，增加使用空间，可以节约能源，减少资源消耗，社会效益明显。第三，可以缓解混凝土轴压比超限问题，改善异型节点的受力状况。第四，高强混凝土的密实度要优于低强度等级混凝土，耐久性更好，减小混凝土的碳化，对阻碍钢筋的锈蚀有良好的作用。

4.主厂房的楼板设计优化

该工程详细分析了主厂房各部分工艺专业布置的具体情况，最大程度地考虑工程的施工便利性和经济性，提出了以下优化措施。

（1）主要楼板均采用钢梁现浇钢筋混凝土板组合结构，混凝土板下方的钢梁可以方便工艺专业管道的支吊，减少预埋铁件的工程量，便于现场土建专业施工和工艺专业安装。

（2）钢梁现浇钢筋混凝土板组合结构通常在楼板下设置压型钢板底模，可以有效地方便施工，加快施工进度。如果施工条件允许，该层压型钢板底模也可以省略不设。根据以往的工程经验，不设底模不但可以节约压型钢板的造价，而且可以减少楼板总厚度，有效地减少楼板自重，同时也可以使主厂房框架梁柱尺寸更小，配筋更经济。所以，在施工条件和施工工期允许的条件下，推荐不设压型钢板底模的方案，从减少工程造价方面效果还是很明显的。

（3）楼板下的钢梁按照钢梁钢筋混凝土板组合结构进行整体计算，该方法把钢梁和混凝土板作为一个整体进行计算，考虑混凝土板和钢梁的共同作用，充分利用了混凝土受压性能和钢梁的受压性能，与梁板单独计算相比，可以明显减少板底钢梁的高度，主厂房的钢材用量可以减少15%左右。

5.汽机房屋面结构优化

（1）屋面板选型优化。

屋面板通常选用的有：单层压型钢板做底模的现浇轻质混凝土屋面板加保温防水（较重）、双层压型钢板自防水带保温屋面板、单层压型钢板做底模的硬泡聚氨脂保温防水一体化屋面板。

屋面板在造价允许的情况下，建议尽量选择自重较轻的屋面形式，屋面荷载减轻后可以有效的减少屋面承重结构的用钢量，其综合造价的经济性较好，并具有外形美观等优点。

（2）屋面承重结构选型优化。

汽机房屋面承重結构通常有钢屋架、实腹钢梁、网架等传统的结构形式，目前也有工程采用管桁架的结构，各方案从技术上说各有利弊。各方案的特点见表2。

网架和管桁架适用于荷载较小的轻型屋面，对于钢筋混凝土现浇屋面就不适用。钢屋架和实腹钢梁应用广泛，对制作加工和现场施工无特殊要求，抗变形等能力较强，适应性较好，具有施工简便，可靠度高的特点，经济性最优。

通过对汽机房屋面承重结构的比较可知，汽机房屋面承重结构的选用应根据工程实际需要，选用性价比最优的方案。

6.结语

综上所述，该工程主厂房结构设计在满足工艺布置要求的基础上，为做到指标先进、成本最低、经济适用的原则，可以从结构选型、结构布置、计算输入控制等方案着手，同时对楼板设计和汽机房屋面进行设计优化，可以有效的节约工程量，达到节省投资、缩短施工周期、控制工程造价的目的，保证业主以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。