钢筋混凝土侧煤仓结构设计研究

科技与创新┃Science and Technology & Innovation

文章编号：2095－6835（2016）01－0110－03

2016年 第1期 钢筋混凝土侧煤仓结构设计研究

孙晓红

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

摘 要：以某火力发电1 000 MW工程机组侧煤仓为依托，采用不同空间计算软件对不规则框架进行了整体结构弹性计算和抗震性能分析，并提出了相关建议。

关键词：侧煤仓；不规则框架；抗震性能；地震荷载

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 随着我国火力发电厂的快速发展，主厂房工艺布置除采用传统前煤仓四列式+塔式炉（或∏型炉）的布置方式外，三列式+侧煤仓+∏型炉的布置方式也得到了广泛采用。侧煤仓布置不仅可有效减少四大管道、电缆的长度，还可以缩短A列至烟囱的距离，从而充分利用锅炉间的场地。

某1 000 MW机组工程采用塔式炉+钢砼侧煤仓布置，这种布置方式在国内尚属首次。由于两炉间的空间较大，导致钢砼侧煤仓布置具有横向跨度小、框架层数多、刚性楼层少、荷载层多、大荷载点位置高等特点。对于土建结构设计而言，不规则结构产生的原因一般为地震荷载的控制作用。因此，结构抗震性能分析对保证建筑结构的安全性和可靠性起着关键性作用。

本工程煤仓间框架属于非常规布置，需采用空间计算程序，且本工程属于重要工程，煤仓间属于乙级建筑物，有必要采用

两个不同的结构计算软件进行对比分析。因此，本文采用不同

的模型抗震性能验证设计方案的合理性，从而为实际工程的结构设计提供可靠依据，为电厂的安全运行提供可靠的保证。 1 工程概述

图1 横向框架外形图

某1 000 MW机组工程采用7度（0.1 g）设防，场地土为1

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DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.110

类，Tg=0.3 s，风压为0.4 kN/m2。根据规范，该工程为重要电力设施，煤仓间属重点设防类（乙类），设计使用年限为50年。其磨煤机布置在±0.0 m处，中跨0～17 m作为检修通道空间，17 m处为给煤机层，44 m处为皮带层，钢煤斗支撑梁顶标高为30.4 m，送粉管道布置在10 m、24.5 m、30 m层，煤仓间两侧管道及其辅助房间均为对称布置。

其建筑主体采用现浇钢砼框架结构，横向为3主跨（6.5 m+ 8 m+6.5 m），两侧设12 m的宽附跨，总尺寸为39 m；纵向为6跨（6×10 m），总尺寸为60 m。其中，17 m层、44 m层、附跨30.4 m层为钢梁+现浇钢砼板结构，其余层均无刚性楼板，皮带层以上采用轻钢封闭，总高度为44 m（不括轻钢结构）。煤仓间框架的抗震等级为一级。横向框架外形和煤斗支撑层平面的布置如图1和图2所示。

图2 煤斗支撑层平面布置图

2 抗震分析和模型验证 2.1 计算软件

计算软件包括PKPM系列、SAP系列、TBSA系列、BSCW、

.com.cn. All Rights Reserved.2016年 第1期MADIS、STAADPRO、ANSYS等，其均可用于结构计算和内力分析。其中，由中国建科院开发的PKPM系列软件不仅可适用于一般多层工业、民用建筑，也可用于100层以下的体型复杂的高层建筑，具有数据准备工作量小的特点，是国内结构设计中最常用的软件。但在工艺建筑领域内，存在荷载组合工况复杂、可变荷载种类多、加荷方式特殊、结构错层多等情况，而该软件是根据民用建筑的特点开发并不断完善的，因此，采用该软件具有一定的局限性，无法完全反映工程的实际情况。SAP系列软件是由美国CSI公司开发的，适用于桥梁、工业建筑、运动演出场所等特种结构，是国际通用的结构分析计算程序，具有集成化图形用户界面和各种实用的单元等，能根据结构的实际情况进行单元划分。其计算模型最接近实际结构，但相比于PKPM，其模型计算的复杂程度高、耗时长，且计算结果的直观程度低，需要设计者具备较高的分析能力，可选作验证计算软件。

2.2 采用PKPM的计算和分析

煤仓间框架PKPM计算模型如图3所示。

图3 煤仓间框架PKPM计算模型

2.2.1 结构不规则分析及其解决措施

该煤仓间的附跨高度为30 m，主跨高度为50 m，平面凹进18 m，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于凹凸不规则；10 m、24.5 m、30.4 m处均无楼板，开洞面积大于相应楼层的30%，属于楼板不连续；高度为17 m、30.4 m、44 m楼层的质量高于相邻下部楼层的1.5倍，属于楼层质量竖向分布不规则。因此，该建筑结构存在多项不规则性，属于特别不规则建筑，但不属于严重不规则建筑，设计时可采取以下设计措施解决：采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，将转换层斜柱在水平地震作用下的计算内力乘以适当的增大系数，并考虑竖向地震的作用；在斜柱与直柱的转换点处，对框架梁按压弯和拉弯构件进行复核计算。

2.2.2 结构抗震性能分析

柱轴压比如表1所示。

表1 柱轴压比

名称 柱断面 最大轴压比

规范限值 结果判定主跨边列柱 1 800×1 000 0.48 主跨中列柱 1 000×1 200 0.54 0.65

满足

附跨边列柱

1 000×1 200

0.35

结构自振周期如表2所示。

表2 结构自振周期

振型号 振动模式 周期/s 扭转周期/第一平动周期 规范限值结果判定1 纵向平动 2.094 1 2 横向平动 1.935 3 0.793 ≤0.9 满足 3 扭转 1.660 9 层间位移角如表3所示。

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表3 层间位移角

方向 最大层间位移角 规范限制 结果判定纵向 1/1 050 横向 1/945 1/550

满足

剪重比如表4所示。

表4 剪重比

方向 最小剪重比/%

规范限制 结果判定纵向 1.73 横向 1.80 1.6

满足

规定水平力下位移比如表5所示。

表5 规定水平力下位移比

方向 最大位移比 规范限制 结果判定纵向 1.49（Y向地震） 1.52（Y向偶然偏心） 横向

1.19（X向地震） 1.5

满足

1.47（X向偶然偏心）

表2中，结构前三振型均为整体振型，两个主轴方向的周期比值为1.08，动力特性相近；扭转为主的第一自振周期（1.660 9）与平动为主（2.094 1）的比值为0.793.由此可见，采用平面布置对减小该结构的扭转影响是有效的。

表4中，虽然结构周期稍长，但在地面运动速度、位移对结构影响的分析中不需考虑放大系数。

表5中，纵向略超出规范要求。规范规定，当楼层最大层间位移角不大于规范限值的40%时，该比值可适当降至1.6，虽然横向（1/945）大于限值的40%（1/1 375），但远小于规范要求（1/550），结构抗扭刚度较大，可允许较小的扭转不规则，基本满足规范要求。

由上述弹性计算结果可见，侧煤仓整体结构布置基本合理，其抗震性能可满足规范要求，具有良好的抗震性能。 2.3 采用Sap的模型验证

SAP2000计算模型如图4所示。

图4 SAP2000计算模型

地下剪力墙与楼板采用同一模型面元，图4中为消隐墙元后的简化图形。

结构自振周期如图5所示。

图5 结构自振周期

层间位移角如表6所示。

（下转第118页）

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具，将书本和电脑上抽象的图形转换成实际模具，让学生了解模具加工工艺和装配工艺，掌握和巩固基本理论；课程设计是以实际项目的形式开展，安排在课程结束后，主要目的是让学生综合运用本课程知识来完成实际工程设计，题目是近期校外合作企业已经完成的难易适中的模具设计，学生可以对比自己的设计成果和企业的设计，从中找到不足之处。 3 设计软件教学方式的实施方案 3.1 学生对三维软件的掌握和应用

目前，中职学校开设的基础课和专业课较多，包括机械制图、机械基础、模具材料及表面热处理、数控加工工艺、公差配合与测量等，学生学到的都是单独的课程知识，却不知道如何应用，所以可以通过模具设计课程将所有基础课联系起来，让学生在设计中使用所学的基础知识来解决实际设计问题。现代企业设计中使用的工具为各种软件，因此，学校必须增加关于UG或ProE三维软件的课程和课时，使学生熟练掌握和灵活运用，以解决学校教学与企业生产实际相脱节的问题。 3.2 硬件的配备

要用设计软件讲授模具设计知识，学校必须配备多媒体设备，并且学生在学习过程中，需要进行大量的零件设计和装配设计，所以在上课时需人手一台电脑。教师在授课时，先将设计步骤示范一次，让学生对模具的整体结构和零部件有一个全面的认识，然后再让学生自己动手。这样将理论与练习结合起 （上接第111页） 表6 层间位移角 荷载工况 最大层间位移角 所在层号 X方向的地震作用 1/1 069 第1层 Y方向的地震作用 1/998 第1层 2016年 第1期 来，便于学生理解和掌握知识，有助于提高学生的学习积极性和教学效果。

3.3 教学案例和习题的搜集

教师课堂上讲解的案例、学生练习的习题和项目的选择设计必须体现职业活动最新动态，紧跟企业的生产发展步伐。对此，应让企业技术人员参与课程开发，并组织专业教师进入企业实践学习，搜集出典型的案例和习题。另外，学生可以到合作企业实习或工作，由企业根据学生表现给出反馈意见，通过学校与企业的双向交流，提升教学质量。 4 结束语

总而言之，中职学校要以就业为导向，创新《塑料模具设计与制造》课程的教学模式，在教学中逐步推广与设计软件相结合的教学方法。同时，为了获取更好的教学效果，教师应该先让学生认识到实践能力的重要性，在教学时，将企业真实案例与理论教学相结合，不断完善教学方式，丰富课堂教学内容，提高学生的学习效率，让学生真正学到过硬的模具专业技术。 参考文献

［1］黄晓峰.基于案例教学法的《塑料成型工艺与模具设计》教

学研究［J］.考试周刊，2011（2）.

［2］齐晓杰.塑料成形工艺与模具设计［M］.北京：机械工业出

版社，2006.

〔编辑：王霞〕

.com.cn. All Rights Reserved.轴压比如表7所示。 表7 轴压比 名称 附跨边列柱 主跨边列柱 主跨中列柱 截面 1 000×1 200 1 000×1 800 1 200×1 000 最大轴压比 0.365 0.486 0.506 上述结果与PKPM的计算结构基本一直，且满足规范限值要求。 3 结论 采用PKPM和SAP两种不同空间模型在结构动力特性、构件 （上接第116页）

2.2.1 职业教育法规体系的完善

明确企业与学校之间合作的责任和义务，无论是哪一个主体没有履行好义务，都要接受相应的惩罚。明确企业享有的权利，如果企业享有相应的税收减免权利，职业学校就要在保证企业生产秩序正常的基础上，在人才培养方面有足够的话语权。企业有责任为职业院校的学生提供相应的练习场所和顶岗练习的机会。 2.2.2 相关法律法规的制订

法律法规的缺失影响了校企合作的效果，所以要制订相应的法律法规，制订详细的奖罚措施和施行方式，规定双方享有的权利和应履行的义务，为职业教育中校企合作的开展提供相应的法律依据。 2.2.3 公正第三方的建设

行业协会这一第三方可以有效发挥桥梁和纽带的作用。行业协会拟定了职业资格尺度，发挥着组织协调政府、企业和学校以及评价校企合作成果的作用。 3 结束语

校企合作质量体系的改革与实践不仅可以有效改善教学

内力等方面的计算结果是一致的。由此可见，利用PKPM模型对不规则工业建筑结构分析是合理的，不可避免的是特殊构件的建模简化性偏差，但结构整体的计算结果是可信的。虽然此结构具有多项不规则性，但不属于严重不规则结构，可采用适当的抗震构造措施，比如控制柱轴压比、适当提升柱截面配箍率、采用复合封闭箍筋等，从而有效提高结构的抗震性能。此外，建议采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，取三组加速度时程曲线输入，取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值，从而保证结构的安全性。 参考文献 ［1］吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南［M］.上海：同济大学出版社，2008. 〔编辑：张思楠〕 质量，还可以在人才培养的过程中，使合作双方将区域经济的发展、行业的需求和学校办学能力相结合，制订专业人才培养目标和专业讲授质量标准系统。但在这一体系的实际实施过程中，还存在一些不足，学校与企业的合作教学质量仍然有待提高。 参考文献

［1］徐永春，唐忠平.政府在高职教育校企合作中的功能定位和

作用［J］.高等职业教育（天津职业大学学报），2012（3）：12-15.

［2］朱永江.构建高校内部教学质量监控体系的探索［J］.高教

发展与评估，2015（1）：14-15.

［3］李瑜芳.中国公办高职校企合作模式、产学结合难点与对策

［J］.中国电子教育，2014（4）：97-98.

［4］曹大文.教学质量保障体系及其建设［J］.中国高等教育，

2012（9）：90-93.

〔编辑：王霞〕

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