浅议火力发电厂结构设计的荷载效应组合
来源:用户上传
作者:
摘要:火力发电厂由于设备种类多、工艺复杂,且出现的概率也各不相同,因此需要考虑的荷载效应组合形式也比较复杂.由于相关规范所提供的荷载参数有限,在设计过程中会遇到因荷载组合不当而造成的计算结果偏差较大的情况.本文建议应根据电厂在使用年限内荷载出现的概率来确定荷载效应的组合形式,使计算结果更加合理.
关键词:火力发电厂;结构设计;荷载组合
1前言
火力发电厂由于设备种类多、工艺复杂,且出现的概率也各不相同,因此电厂建筑在结构计算上需要考虑的荷载效应组合形式比民用建筑要复杂得多.火力发电厂结构设计的主要标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》(DL5022-93)[1],对荷载组合的有关条款仅在《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)[2]的基础上,补充了主厂房框排架的荷载效应的简化组合公式,并提供各建筑物的屋面、楼(地)面活荷载的取值,但没有明确上述荷载属于何种工况,也没明确一些特殊荷载工况(如事故工况、检修工况)的组合要求,设计人员在结构计算时只能根据荷载工况的特点进行荷载组合计算.而目前常用的一些计算软件―――如PKPM等,在输入可变荷载时仅能按照普通活荷载输入,且不能根据荷载效应的特点确定其能否与某些荷载效应工况进行组合.如果对荷载效应组合把握不恰当,势必造成设计结果与实际情况存在较大的出入,既可能使荷载偏小,导致结构不安全,也可能因荷载偏大,造成材料的浪费.
因此,如何根据荷载效应的实际情况进行组合计算,是电厂结构设计人员不得不考虑的问题.
2荷载作用的类型和特点
火力发电厂建筑结构上的荷载可按文献[2]分为3类:永久荷载、可变荷载、偶然荷载。
根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)[3]规定,结构可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定.火力发电厂荷载作用出现概率差别很大,因此可变荷载和偶然荷载应根据荷载出现的概率确定如何进行组合计算.
3荷载效应组合计算中的常见问题
在文献[1]中,没有明确说明在检修阶段与运行阶段电厂主厂房及各建筑物楼面活荷载分别该取多大,而是笼统地给出了一个数值,而且一般数值都比较大.在计算地震作用时,更未说明计算地震作用的楼面活荷载代表值该按检修阶段还是运行阶段情况取用.有的设计人员在设计时,一律按文献[1]中的楼面活荷载数值作为重力荷载代表值进行计算,或将上述荷载与地震作用进行组合,这种设计方法将会造成很多构件不必要的浪费.
按照文献[1]中规定,只有工艺提齐全部管道与设备荷载时,楼面活荷载取2 kN/m2,其他情况需要按文献[1]中的楼面活荷载表取用.在结构设计过程中,让工艺专业提齐全部管道与设备荷载资料,这显然是不现实的.这样在施工图设计阶段,就会出现工艺专业管道荷载、设备荷载在不停地修改升版过程中越提越多,而楼面活荷载又不能减少的尴尬局面.而且,即使工艺提供全部管道和设备荷载,如果楼面按照2 kN/m2计算,在正常运行时可以满足,但在检修时楼面需要堆放工具和材料,荷载往往又超过2 kN/m2,可能导致楼面部分构件出现破坏.因此在没有弄清荷载工况的情况下,一律按2 kN/m2取值是不合适的.
在工艺专业向土建专业提供荷载资料时,也可能出现荷载类型不明确的情况.例如在提供转运站皮带头的水平荷载时,没有明确所提供的荷载是正常运行工况还是设备起动工况.而皮带机起动工况下的水平拉力远大于运行工况,且出现概率很低.如果在没有弄清荷载类型的情况下将起动工况的荷载与其他出现概率很低的荷载工况组合计算,会导致材料用量增大,造成浪费.
按照文献[1]相关规定,计算框架梁、柱时,楼面活荷载可进行折减.由于正常运行工况下的设备和管道荷载是长期作用在结构上的,因此不应进行折减.在计算过程中,设备、管道等荷载往往是按楼面活荷载输入,如果在计算中不加以区别,与一般楼面活荷载一同折减,则会导致荷载取值偏小,计算结果偏于不安全.
火力发电厂中,相当部分的荷载比较大,但出现概率低(如检修荷载、设备起动或调试荷载等),属于短期效应.根据文献[2]的条文说明:“将短期效应作为正常使用条件下的验算荷载水平在逻辑概念上是有欠缺的”、“可根据不同的设计要求,分别采用荷载的标准组合或频遇组合”.根据火电厂荷载的特点,在短期效应作用下正常使用极限状态计算时,应按照频遇组合计算.由于文献[1]没有提供相关荷载的频遇系数,部分设计人员在计算过程中把出现概率低的荷载按标准组合进行计算,又造成材料的浪费.
4结论和建议
1)根据文献[3]规定,结构可靠度可采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定.根据上述理论,出现概率很低的荷载作用工况不应互相组合.对于出现概率较低的工况是否要与出现概率很低的工况进行组合(如检修工况是否与地震工况组合),目前尚未有相关规定.由于火力发电厂检修时间在厂房设计基准期内所占的比例很小,同时出现地震的概率相当低,建议不作考虑.
2)文献[1]所提供的楼面活荷载没有明确说明属于检修阶段还是运行阶段,也没有明确属于设备、管道荷载还是普通楼面活荷载.在计算软件尚未很完善的情况下,采用较简单的荷载组合方式可以有效减少计算强度.然而目前不少结构计算软件,如ANSYS、SAP、MIDAS等,均可以由设计人员根据荷载的类型编制组合计算公式,使计算结果更趋合理.因此建议文献[1]修订时应补充对荷载类型及出现概率的描述.
3)主厂房、碎煤机室、转运站等可变荷载类型较多的建(构)筑物,建议采用可根据荷载的类型编制组合计算的公式软件进行计算.对于可变荷载类型相对较少的建(构)筑物,可以采用较常用的PKPM等软件进行计算.在对活荷载的折减系数取值时,应根据设备荷载和楼面活荷载的比例进行确定.
4)火力发电厂中,有相当部分的荷载属于短期效应.对使用极限状态计算时,文献[2]补充了频遇组合的计算公式.由于文献[1]出版时间在文献[2]之前,故没有提供可变荷载的频遇系数.因此建议文献[1]修订时补充荷载频遇系数的取值.
5)由于火力发电厂的规模日益扩大,其荷载的类型和出现概率也在相应的发生变化,因此电厂的结构设计人员应多了解工艺专业的荷载特点以及电厂运行的情况,对其中的荷载类型和出现概率做到心中有数,避免因荷载效应组合不恰当所造成的计算偏差.
参考文献:
[1]DL5022-93,火力发电厂土建结构设计技术规定[S].北京:水利电力出版社,1993.
[2]GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3]GB50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[4]周玉,彭雪平,周雷靖.电厂主厂房基于性能的抗震设计探讨[J].武汉大学学报,2007,40(增刊):133-137.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-567904.htm
