摘要：強烈的地震作用往往會嚴重威脅人民的生命和財產安全，甚至會造成不可挽回的經濟損失，因此建筑的抗震設計一直是結構設計者的重要課題。而大型火力發電廠主廠房有著龐大的體積，復雜的傳力體系，其中布置有大型的機械設備，因此火力發電廠的結構抗震設計應該有著不同于其他建筑的特點，抗震要求也更高。本文分析了火力發電廠鋼筋混凝土框排架結構產生的震害，并以此為基礎，從汽機房、主廠房布置、主廠房結構構件選型等方面詳細闡述了火力發電廠土建結構的抗震設計，最后提出了抗震設計的優化措施。

　　關鍵詞：火力發電廠,土建結構,抗震,設計,主廠房

　　一、火力發電廠鋼筋混凝土框排架結構產生的震害

　　鋼筋混凝土框排架結構是火力發電廠主廠房采用的典型結構形式，在歷次大地震中，這類結構的設計、施工存在不少薄弱環節，在地震作用下易產生以下幾種震害：

　　(一)結構層間屈服強度有明顯降低的薄弱樓層

　　當框架結構的剛度沿豎向或水平方向有突變時，極易造成破壞，剛度弱的樓層破壞在先。在強烈的地震作用下，結構的薄弱樓層首先屈服，發生塑性變形，并形成塑性變形集中的現象，嚴重的導致結構局部倒塌。

　　(二)柱和支撐的震害

　　柱頭與屋蓋相連，屋蓋的地震作用首先要通過柱頭向下傳遞，柱頭在反復水平地震作用下處于剪壓復合受力狀態，造成柱頭劈裂或掉落;上柱的根部或吊車梁面高度處出現水平裂縫，最常見的位于地坪以上窗臺以下;變截面柱的柱肩處豎向裂縫，這主要出現在不等高的排架廠房中;大柱網廠房的柱的下端發生對角破壞。不等高廠房的高低跨柱，支撐低跨屋架的牛腳普遍出現豎向裂縫或外泄裂縫，上柱根部出現水平裂縫，低跨有內宗強時，破壞加重。

　　(三)圍護結構

　　采用磚圍護墻由于剛度大承受力低，在地震作用下極易破壞。磚砌山墻外閃倒塌，尤其是山尖部位，由于位置高，動力反應大，在地震中破壞早、破壞重。縱向磚墻常發生水平裂縫、外傾甚至連同圈梁整片倒塌;高低跨處的高跨封墻外傾倒塌情況比較普遍。圍護結構采用鋼筋混凝土預制墻板時，墻體震害基本消除。

　　二、火力發電廠主廠房結構抗震設計要點

　　(一)汽機房屋面結構

　　汽機房屋面可以采用鋼屋架或者鋼網架等結構形式, 鋼屋架在水平、橫向、垂直支撐以及屋面檁條的聯合作用下,傳力體系簡單明確,整體性較好,鋼網架的整體性很強, 有很強的平面內剛度和傳遞水平荷載的能力, 作為汽機房屋面的結構, 理論上說是很合適的, 但是由于鋼網架在設計過程中多為委托鋼結構廠家進行設計和施工, 如果廠家對桿件采用滿應力設計，沒有預留任何富余度，而且忽視主體結構的變形對網架產生的影響，容易導致在地震過程中拉桿內力反號失效，鋼網架的支座發生較大變形時，結構整體失穩垮塌。因此, 汽機房屋面如采用鋼網架結構形式時, 則不應采用滿應力設計, 預留足夠的富余度, 并在計算中應考慮主體結構在罕遇地震下, 支座的變位對網架結構所產生的影響; 當采用鋼屋架形式時, 屋蓋應采用有檁體系, 并嚴格根據規范要求設置各種支撐, 且無論采用何種結構形式, 設計人員都應對其支座進行連接點焊縫和螺栓的抗剪強度驗算。

　　(二)主廠房的抗震設計

　　主廠房布置應根據總體規劃的要求,考慮擴建條件。包括平面布置和堅向布置。在主廠房平面布置中, 力求簡單、規則、平直、整齊合理、受力明確、質量和剛度均勻對稱。質量大的跨間不宜布置在結構單元的邊緣, 質量大的設備宜設置在距剛度中心較近的部位。如煤斗應盡量布置在框架正中, 少做較長的懸結構, 并不宜在懸臂結構上布置重設備。主廠房堅向布置應與工藝密切配合, 設備盡可能采用低位布置, 并減輕工藝荷載和結構自重, 降低主廠房高度和重心。

　　火力發電廠鋼筋混凝土主廠房抗震設計時應注意: 剪力墻混凝土的強度等級和框架柱混凝土的強度等級不應差別過大，而且剪力墻的配筋還有必要改進;剪力墻先屈服，框架柱再屈服的破壞模式是一種比較理想的抗震結構型式。因此，采取一定措施讓剪力墻率先屈服后，框架不是隨之破壞而是還可承擔一定的地震作用，延長結構的破壞過程;框架頂層各構件的截面和配筋不宜過多地減少或削弱，在底層框架中，應特別注意加強柱腳的變形和耗能能力;在進行抗震設計時，要進行在極端地震作用下各參數的分析，以便綜合評價結構的抗震性能。

　　(三)牛腿與汽機房運轉層平臺的連接

　　為了能夠讓主廠房主體結構與支承在主體結構上的汽機房運轉層平臺在日常結構正常溫度變形和水平地震作用下能夠順暢滑動, 消除兩個結構間的相互影響, 汽機房運轉層平臺與牛腿連接處, 應設計成能夠讓兩個結構相互自由水平移動的形式, 并嚴格按照抗震規范設置防震縫, 避免結構在相互錯動的過程中相互碰撞, 以及因為摩擦力的關系, 將牛腿混凝土拉裂。

　　(四)主廠房樓梯

　　主廠房樓梯盡可能不要設置在結構的端部, 且應采用直板式樓梯, 梯板端部應有梯梁, 如梯段轉折處在樓層中間時, 應在下層樓面設梯柱支承梯梁, 盡可能不要采用折板樓梯的結構形式, 以避免在罕遇地震來臨時梯板折斷, 阻斷運行維護人員的逃生路線。

　　(五)主廠房附屬設備基礎

　　主廠房地面及各樓層上放置的各種運行設備, 尤其是對于自重較大、重心較高的設備, 應根據其重力荷載代表值所產生的水平及豎向地震力, 驗算其與基礎連接的地腳螺栓、焊縫等, 避免其在地震中被剪斷或從灌漿孔中拔出。

　　(六)主廠房結構構件選型

　　主廠房結構構件包括屋蓋體系, 屋架、天窗架和圍護結構。即主廠房汽機房宜采用無檁屋蓋體系。如果汽機房采用有檁屋蓋體系，與結構的整體剛度不協調，會產生過大的位移和扭轉，對結構抗震不利，而采用無檁屋蓋體系(大型屋面板) 能提高結構抗扭剛度, 保證縱向變形協調，使排架主列與框架柱列更好的共同工作。

　　屋架、天窗架宜采用鋼屋架和鋼天窗架。因為主廠房汽機間(鍋爐間) 跨度比較大，采用鋼屋架和鋼天窗架，可減輕結構自重，且對整體結構抗震有利。突出屋面的天窗架越高，地震作用效應越大，震害越嚴重，因此在滿足建筑功能的條件下，應盡量降低天窗架的高度。

　　另外，在布置屋架和天窗架的同時，還應按地震設防烈度設置屋架支撐和天窗兩側豎向支撐體系，并保證大型屋面板與屋架上弦牢固焊接，使屋蓋形成一個有足夠水平整體剛度的空間結構體系。主廠房的圍護結構宜采用輕質材料或墻板結構，且宜對稱布置，砌體圍護墻宜采用外貼式。

　　三、火力發電廠結構抗震設計的優化措施

　　(一)采用偏心支撐框架

　　采用有利于抗震的偏心支撐框架，豎向支撐一定要落地布置，在水平力較大的框架，應設置多道豎向落地支撐。設置多道抗震防線，對于位于高烈度地震區的大型結構，也是非常必要的，有條件的時候，可設置抗震剪力墻，作為抗震第一道防線，吸引大部分的水平剪力，可在一定程度上保護主框架。

　　(二)高烈度地震區主廠房布置上應提前優化

　　對于高烈度地震區鋼結構主廠房, 布置相對于常規設計有所不同, 應圍繞著如何減小剛度的不均勻性, 提高結構的延性, 改善動力性能等。做好前期布置上的優化。

　　(三)減少結構外形的較大凸出或收進

　　應盡量減少結構外形的較大凸出或收進。盡量減小樓層在柱邊的通長大開孔, 適當設置水平支撐, 對于有效傳遞水平力和提供柱約束有較好的效果。

　　結語

　　綜上，由于火力發電廠本身的特殊性，其在抗震設計中有諸多不同于其他建筑的抗震設計要求，對其結構抗震的設計也有許多需要研究和探討的地方。總體的思路就是盡可能減小整體結構剛度分布的不均勻性, 提高結構延性, 改善了主廠房在高烈度地震作用下的動力性能，從而實現“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計目標。

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　　本文選自《資源導刊》。  《資源導刊》以黨中央、國務院關于國土資源工作的方針、政策為指針，面向全國省國土資源系統、科研院所、礦山企業、房地產開發公司和關心國土資源事業的廣大社會公眾，是廣大讀者了解國土資源有關法律法規、信息動態、工作經驗、科研成果、學術理論、市場走勢、難點熱點及國際動態的傳媒載體。