某600MW机组火力发电厂主厂房结构设计

王晓宇

摘要：对于600MW机组火力发电厂而言，需要主厂房结构具备较强的科学合理性与安全可靠性。为此，本文结合某火力发电厂（2×600MW机组）主厂房土建结构设计实例，探讨了相关设计思路与设计要点，希望能够为其他600MW机组火力发电厂主厂房结构设计提供有价值的参考，推动我国火力发电领域的健康发展。

关键词：600MW机组;火力发电厂;主厂房;结构设计

引言：600MW火力发电厂主厂房属于专业密集型区域，在针对其进行结构设计时，虽然存在较大的技术难度和诸多考虑因素，但对于设计方案科学合理性显然具有较高要求，因为主厂房结构设计方案不仅关系到后续施工质量，还与厂房的使用性能以及安全生产密切相关。因此，有必要针对600MW机组火力发电厂主厂房结构设计中的关键环节与设计要点进行全方位的研究，为主厂房的正常使用提供必要保障。

1.工程概况

某2×600MW机组火力发电机组主厂房是一个由汽机房、除氧间和煤仓间共同组成的双跨框排架结构，该厂房外墙采用的是压型钢板外加轻型封闭。其纵向总长度为201m，依次为1-9a轴为1#汽机房，9b-13a轴为集控楼，13b-22轴为2#汽机房;横向总长度为53.8m，其中汽机房为30.4m，除氧间为10m，煤仓间为13.4m。汽机房由于中间层、运转层和双坡屋面共同构成。在其内部，岛式布置了汽轮发电机，外加一台80t/20t桥式起重机;在除氧间内部，布置了给水泵、低压加热器、高压加热器和除氧器;煤仓间布置了14台磨煤机。主厂房钢结构与锅炉钢架分别采用17m层和46m层的炉前平台实现相互连接，在锅炉钢架上，炉前平台采用的是滑动支座作为支撑。由于主厂房结构与锅炉钢架之间相互独立，所以可以独立进行设计计算。在设定主厂房各楼层活荷载时，设计人员严格落实并且执行了《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》的相关设计标准[1]。

2.主厂房结构体系布置

根据600MW机组火力发电厂主厂房的实际使用需求，其楼面通常存在平面不规则性设计需求，而且经常出现大开孔设计。在这种情况下，导致楼面活荷载大，而且荷载分布不均匀，不仅难以保证楼板连续性，还需要设计人员采取有效措施防止楼面在地震作用下出现扭转，更要针对煤斗、粉斗、高低加热器、除氧器等重型设备的安装位置进行合理设定[2]。如果将这些设备设置于较高楼层，极易受到工艺设备和管道布置的限制，尤其对于支撑构件而言，在设置过程中将会受到更大的制约。在设计方案当中，一旦在水平和垂直方向上存在刚度、质量分布不均勻现象，必然会给抗震设计带来负面影响。鉴于存在上述设计难点问题，需要设计人员在满足工艺要求的前提下，选用抗震性能好、经济合理、坚固耐用的结构体系。在本工程案例中，汽机房A列柱需要与屋面大跨度实腹式钢梁以及下部2层汽机平台钢梁需要与除氧间、煤仓间框架相连接[3]。这样一来，汽机房便与除氧间、煤仓间双列框架及其支撑结构共同组成一个横向抗侧力体系。在横向框架方面，主要采用刚接加支撑的方式进行设计。具体的说，就是汽机房屋面钢梁、除氧间、煤仓间各层框架横梁与框架之间均采用刚接方式进行连接。同时，由于煤仓间需要承担较大的设备荷载，故在皮带层以下设置支撑。另外，在汽轮机2层平台内，还设置了1组垂直支撑。由于横向框架结构本身具有较好的侧向刚度，所以符合多道设防原则。在主厂房纵向框架方面，设计人员提出了框架梁与柱铰接加支撑的设计方案。汽机房、除氧间、煤仓间各楼层及汽机房、煤仓间屋面均采用压型钢板底模，在底模上浇筑厚度100mm的钢筋混凝土板，使各结构之间形成一个组合楼板。在选用连接件时，采用的是圆柱头焊钉，通过该焊钉穿透压型钢板，将其焊接在钢梁上翼缘。该组合楼板不仅使主厂房框架形成一个空间整体结构，并且使其具备较好的平面内刚度，在整个结构体系当中，还发挥出非常重要的协调作用。另外，针对楼面大开孔削弱了楼板刚度这一问题，可在设计中在开孔周围柱网区格内设置一些水平支撑，以此来增强楼板整个强度，使其对柱的横向约束及传递水平地震力获得显著提升[4]。

3.整体计算分析

由于600MW火力发电机组主厂房钢结构存在体积大、传力体系复杂、结构刚度及质量要求高等特点，所以在对其进行结构设计时，必须借助具有空间分析计算功能的空间模型，使空间结构设计得到精准分析。在这个过程中，结构建模、结构杆件内力计算均在STAADPRO模块当中完成。其中，结构建模主要包括杆件截面、荷载输入、荷载组合等环节;柱与基础的连接方式采用简支方式进行设置，纵向梁与柱之间采用铰接方式进行连接，支撑按拉压杆方式进行设计。由于主厂房结构属于多层、高层钢结构，所以在抗风能力、抗震性能、抗侧力设计方面均具有较高要求。外加基本荷载种类较多，需要设计人员结合实际设计需求针对荷载效应进行科学化组合，确保其内力值用于杆件截面规范检验。在SSDD模块中，很多钢结构设计参数存在默认值，还有一些是自动判断值或者自动计算值。而究竟采用默认值还是自动判断值，需要设计人员根据项目实际情况进行合理调整，确保设计方案的先进性与科学性[5]。

结语：在针对600MW机组火力发电厂进行主厂房结构设计时，除了严格执行相关设计标准与规范条款以外，还要认真落实因地制宜原则，从根本上提高各结构构件的坚固性与耐久性，最大限度减少不利因素对结构构件正常工作所造成的不利影响。

参考文献

[1]顾志强，陈飞.后浇带对600MW机组混凝土主厂房温度应力影响浅析[J].武汉大学学报（工学版），2009，42（S1）：207-209.

[2]刘卫忠.火力发电厂600MW机组主厂房钢结构安装技术与管理[J].江西电力职业技术学院学报，2005（03）：25-27.

[3]朱建成，童建国.600MW机组大型火力发电厂主厂房结构分析及设计[J].工程设计CAD与智能建筑，2002（04）：35-37.

[4]任丽芳.火力发电厂土建结构设计的实践研究[J].现代制造技术与装备，2019（11）：55-56.

[5]王琦.火力发电厂土建结构设计[J].建材与装饰，2017（49）：108.