浅谈火电厂土建结构抗震设计

王善栋

（山西正和热电工程有限公司，山西 太原 030002）

火力发电厂的受力条件复杂、建设规模较大，内部配置丰富的机械设备，易在地震作用下而出现运行异常的情况，因此做好抗震设计工作的重要性不言而喻。但不同厂房的建设条件、抗震要求均具有差异性，因此必须立足于工程实际条件，遵循因地制宜的原则，经综合分析后得到科学可行的抗震设计方案。

1 火电厂土建结构中框架、排架的震害分析

火电厂土建结构形式丰富，较为普遍的是钢筋混凝土框架以及排架。在传统的设计理念以及设计方法下，难以全面保证框架和排架的质量，其在使用中容易出现问题，且在地震条件下体现得更为明显，有更大范围的受损或是其他问题，震中、震后所受到的影响均较大，严重干扰火电厂的正常运行。

1.1 结构薄弱部位出现大幅度的塑性变形

火电厂土建结构存在塑性变形现象时，将严重破坏建筑结构的整体稳定性，局部因失稳而坍塌。通常，火电厂土建结构的刚度偏低，且存在局部薄弱之处，此特性导致其难以有效抵御外部作用，遇水平地震作用时，将诱发各式各样的质量问题，而在地震等级较高、结构自身性能明显不足等条件中，还将加大土建结构坍塌的发生概率。

1.2 柱结构的危害

火电厂土建结构组成中，柱体为关键的部分，若要保证建筑荷载可顺利传递（形成一条通畅的传力路径），通常会对柱头和屋盖采取连接措施。但需注意的是，该结构设置方式存在一定的局限性，即难以有效抵御地震作用，原因在于柱头在荷载传递路径中受力条件复杂，为复合受力的状态，受各类作用力的影响，难以有效保证柱头的稳定性以及结构的完整性，存在破裂损坏的问题。

1.3 围护结构受损甚至坍塌

在火电厂土建结构施工中，围护结构常采用的是砖墙的形式，其具有施工便捷的特点，但承载能力偏弱，缺乏足够的稳定性，遇较强烈的水平荷载作用时，将由于强度缺失而引发倒塌以及其他各类较严重的问题。因此，需要高度注重对围护结构的优化，摒弃传统的砖墙围护形式，取而代之的是钢筋混凝土预制板墙，其在强度、结构完整性等方面均更为良好，对作用力的抵御水平较高。

2 火电厂主厂房结构性能水平与性能目标

2.1 结构性能水平及划分

设备类型丰富，综合考虑位移、速度和加速度敏感型三类，做针对性的分析。其中，以位移敏感型和加速度敏感型设备较为关键，其在厂房设备中占据较大的比重。在此条件下组织抗震设计工作时，需要考虑到地震作用下结构以及各类设备各自所具备的抗震性，从构件等细部切入，做针对性的优化，具体可考虑内部结构构件和非结构构件两类，以合理的方式处理，切实提高各类构件的综合性能。

2.2 结构性能指标

建筑结构性能受多项因素的影响，其中结构破坏形态和破坏程度较为关键。在强烈地震条件下，其破坏作用较强，例如存在剪切力作用，导致火电厂土建结构受损，缺乏足够的稳定性；若受损结构的层间位移角在1/3300～1/1100，此时将严重破坏剪力墙，使该结构受损，随着层间位移角的变化，若该值超出前述所提的范围，将导致剪力墙性能急剧衰减，刚度较正常状态而言异常下降，因此需有效控制层间位移角，将其稳定在合理的区间内。需考虑的是，剪力墙存在的轻微破坏所带来的不良影响范围较小、程度较轻，并不会给结构的正常使用造成影响，因此可在设计中适当放宽该指标的极限值，通常可以将层间位移角设定为1/1000，此时能够降低工作难度，兼顾剪力墙结构稳定性和施工便捷性的要求。

3 火电厂土建结构的抗震设计要点

3.1 汽机房屋面的抗震设计

钢屋架、钢网架均是应用较为广泛的汽机房屋面结构形式，其特点在于抗震性能较高，屋面对地震作用的抵御效果较好。在钢屋架结构设计中，可在水平、垂直方向与屋面联合设计，此方式能够精简屋面结构，有效保证屋面的完整性。此外，还需践行弹性设计理念，考虑到汽机屋面方位的富余设计要求，由此提高主体结构的抗变形水平，以免在强烈地震作用条件下而出现结构变形甚至坍塌等质量问题。

3.2 主厂房框架的抗震设计

设计工作中所涵盖的要素较多，包含结构位移比、周期比等，需详细分析，经计算后确定合适的取值。在结构布置方面，不宜选用短柱或超短柱，同时控制好除氧器的位置，不宜布设在结构的顶层；煤斗的结构形式应具有合理性，以支承式较为合适，其特点在于可减轻结构所受的地震作用，实现对结构的有效防护。对于楼梯间的设计，需注重结构协调性的要求，精细调整其布设位置，不宜在结构的端部和角部，否则易受到地震的影响，例如结构出现大幅度的扭转变形现象。纵向框架梁设计方面，结构布置方式需具有合理性，较为可行的是双梁布置的方案，注重结构布置的均衡性与对称性，使结构均衡受力，不可出现偏心的情况。

3.3 填充墙与非结构构件的抗震设计

火电厂土建结构组成中含丰富的填充墙和非结构件，其对结构整体使用效果具有明显的影响，因此需作为抗震设计的重点对待。在实际设计时，可以采用砌体填充墙，同时紧密结合抗震设计以及各项规范，针对墙体、框架梁柱做详细的设计，形成可行的设计方案，保证建成后的结构具有稳定、可靠的特点。在填充墙设计工作中，应当切实提高体系的抗震性能，在此前提下有效防护周边构件，共同发挥出承载作用，避免填充墙在使用期间出现质量问题。对于主厂房结构的抗震设计，还需要考虑到各类细分的非结构构件，例如雨蓬、玻璃幕墙则较为关键，在设计此类结构时应当考虑到其与主体的连接状态，以合理的方式连接，使其具有稳定性，具体可以采取焊接、设置螺栓等方法，确保各部分构件均具有足够的稳定性。

3.4 厂房楼梯的抗震设计

在主厂房结构的设计中，考虑到抗震方面的要求，可以选择直板式的楼梯，在确定合适的结构形式后，还需注重对布设位置的控制，楼梯不宜布设在主厂房结构的端部，且需对梯板做适当的完善处理，例如在其端部配置梯梁。此外，若楼梯的转弯处位于楼层的中间，此时需将下层楼面的设计作为重要的着力点，增设支撑梯梁，其作用在于可以大幅度提高主体结构的抗震性能。需强调的是，拆板式的楼梯结构缺乏可行性，原因在于其对地震的抵御水平不足，容易在地震作用下而折断或是出现其他质量问题，此时影响正常逃生和救援工作的顺利开展，因此不可选择该类结构形式的楼梯。

楼梯的抗震设计需要具有精细化的特性，以抗震设计要求和规范为工作的导向，进一步考虑厂房的结构特点、使用条件等内容，做可行性设计，保证楼梯的设计方案能够满足要求。

3.5 运转平台及连接处的抗震设计

在正常温度变形、水平地震的条件下，应当确保运转平台可以顺畅滑动，在此过程中各结构需具有足够的独立性与稳定性，例如主体结构与支承柱两部分不可产生干扰。此外，需考虑到防震缝的设计工作，作为结构抗震的关键部分，其在地震作用下需维持稳定，不可出现结构错动碰撞的问题。此外，运转平台连接也应得到工作人员的高度关注，在对该部分做抗震设计时，需要加强结构保护，有效保证主厂房结构的稳定性，使其在面对地震作用时始终可以维持稳定的状态，尽可能减小不良影响。

4 火电厂土建结构抗震设计的优化策略

4.1 设置偏心支撑框架及偏心支撑框

竖向支撑需进行落地处理；局部的水平力较大，因此宜在该处增设多道竖向支撑，起到加强的作用。若火电厂项目的建设现场为高烈度防震地区，在此时的抗震设计中，需对大型结构设多道防线，共同构筑安全防护“屏障”；必要时可设置剪力墙，其作用在于明显降低地震水平剪力，减小外力对结构的不良影响，实现对主框架的有效防护，使其在地震条件中依然具有稳定性。

4.2 高烈度地震区土建结构的抗震设计优化

若火电厂建设现场为高烈度地区，在此时的抗震设计中则不宜采用常规的方法。作为设计人员，需做到统筹兼顾，充分考虑到各类结构自身的稳定性以及彼此共同连接的稳定性双重要求，切实提高结构的动力性能，立足于实际条件做灵活的优化。在前期做好优化工作后，可有效消除实际建设中的阻力因素，为建成高品质的土建结构夯实基础。

4.3 优化土建结构的外形

火电厂土建结构设计中还需注重对结构外形的控制，不可存在明显的凸出或收进的情况，换言之，结构应具有规整性，此时结构的受力条件较为合理，稳定性得到保证。作为设计人员，需考虑到支撑结构的优化，合理选择支撑结构并将其布设到位，发挥出其在安全防护方面的辅助作用，使土建结构的抗震能力提升至更高的层次，抵御地震作用的干扰。此外，在消除大幅度凸出或收进后，可以简化结构的外形，结构施工中的细部处理工作较少，降低了施工难度。

5 结语

综上所述，抗震设计是火电厂土建结构设计中的重要工作方向，在设计中需考虑现场地质条件、厂房使用需求等多重因素，将抗震设计细分至汽机房屋面、主厂房框架、填充墙、非结构构件、楼梯、运转平台等各个部分，有效提高各部分的抗震水平，进而保证整体的抗震效果。