土建結構專業(yè)培訓課件

土建結構專業(yè)培訓地基方案主廠房結構汽輪發(fā)電機基礎抗震設計專業(yè)新技術及發(fā)展方向目錄

建（構）筑物地基基礎方案取決于擬建廠址地基土的物理力學性質（承載力、可壓縮性）以及巖土特殊性質（液化、濕陷、巖溶、凍脹、土巖結合）等。

火力發(fā)電廠建（構）筑物基礎持力層滿足上部結構需要的以下兩種限值條件時，且地基土無液化、濕陷、巖溶等不良地質條件外，優(yōu)先采用天然地基。1）地基承載能力滿足上部結構荷載要求；2）地基土壓縮變形滿足上部結構總體沉降和差異沉降的要求。一.地基方案1.1天然地基

一.地基方案1.1天然地基機組容量天然地基持力層特征值（fak）3000MW機組fak≥250KPa600MW機組fak≥350KPa1000MW機組fak≥400KPa控制持力層地基土總體變形；控制不均勻地基土以及上部載荷分布不均勻導致沉降差異；地下水的埋深及深度修正問題。

當?shù)鼗链嬖谲浲?、填土、液化、濕陷、膨脹、巖溶、采空區(qū)、土巖結合不均勻地基等特殊地質條件時，一般需要進行相應的地基處理或采用樁基礎，處理的范圍/深度或樁型/樁長將根據(jù)建筑結構的重要性、上部荷載情況等有所區(qū)部分。*舉例：特殊地基土特征及處理方法一.地基方案1.2地基處理地基處理的目的是提高地基承載能力力，改善其變形性能或滲透性能而采取的技術措施，屬于巖土改良的范疇。無論哪種地基處理方案，需要事先選擇有代表性的場地進行原體試驗和檢測，以驗證地基處理方案和施工的適用性。

復合地基現(xiàn)場原體試驗可以根據(jù)確定的總平面布置，在典型場地結合建構筑物的地基處理進行。

根據(jù)試驗數(shù)量、處理深度等不同條件，復合原體試驗費一般在50萬-100萬。試驗周期：施工準備-施工期-休止期/養(yǎng)護期-檢測-報告（60天-80天）*舉例：地基處理類型一.地基方案1.2地基處理當上部結構荷載大、對地基變形敏感性高，復合地基承不能滿足設計需要時，或需要處理的地基土深度較深時，一般采用樁基。

無論哪種樁基方案，需要事先選擇有代表性的場地進行原體試驗和檢測，以驗證地基處理方案和施工的適用性。

根據(jù)試驗數(shù)量、樁型/樁長等不同條件，原體試驗費一般在100萬-200萬。

施工準備-施工期-休止期/養(yǎng)護期-檢測（60天-90天）*舉例：樁基類型一.地基方案1.3樁基

一.地基方案1.3樁基

機組容量地基處理費用（一般情況）2×150MW機組等級2000～2500萬元2×300MW機組等級2500～3500萬元2×600MW機組等級3500～6000萬元2×1000MW機組等級5000～8000萬元以上預估地基處理基于一般需要進行地基處理的地質條件，主要建構物采用PHC樁，主要輔助生產(chǎn)建筑采用復合地基，其他輔助、附屬生產(chǎn)可采用天然地基。填海或極軟地基，需要考慮廠區(qū)地基預處理費用；廠區(qū)大面積回填需要考慮回填處理費用；嚴重液化或濕陷需要考慮另行考慮；巖溶發(fā)育強烈的需要另行考慮。一般地質條件下地基處理費用

主廠房結構方案與地震設計參數(shù)、場地土條件、地域條件（氣象溫度、空氣濕度、腐蝕性、勞動力市場、建筑材料采購等）等密切相關。國外工程多采用鋼結構，國內(nèi)多采用混凝土結構。目前國內(nèi)人工成本增加，鋼筋混凝土結構的成本也不斷上漲，北方嚴寒地區(qū)冬季施工受限，鋼結構廠房已經(jīng)是不錯的選擇。南方潮濕和沿海地區(qū)注意防腐費用的調(diào)整。

300MW及以上機組主廠房樓板一般采用鋼梁-鋼筋混凝土組合結構，鋼結構和混凝土結構的區(qū)別主要是框架部分。

以300MW傳統(tǒng)的四列式布置的主廠房為例，差價約548萬元（直接費）。二.主廠房結構2.1主廠房結構方案的選擇二.主廠房結構2.1主廠房結構方案的選擇項目混凝土框架鋼屋架鋼支撐鋼框架總價(萬元)框架體積(m3)單價(元)鋼屋架(t)單價(元)鋼支撐(t)單價(元)鋼框架(t)單價(元)和豐62261300260663018057001188Balco310056001736差價比較：取費前548萬，取費后740萬元。1基本地震烈度8度，建筑場地類別Ⅱ及以上時。鋼結構2基本地震烈度9度鋼結構3基本地震烈度7度，場地土類別Ⅲ，根據(jù)機組容量確定。大容量建議采用鋼結構。鋼結構/混凝土4國外工程鋼結構5其它混凝土主廠房結構方案選擇

主廠房受工藝系統(tǒng)布置限制，表現(xiàn)為平面和豎向不規(guī)則結構，結構受力非常不合理，不利于抵御強烈地震作用。主要表現(xiàn)在：大跨汽機房排架結構與除氧（煤倉間）框架結構組成的框排架結構，平面剛度和質量分布不均勻；樓板大開孔造成樓層水平剛度減弱，水平地震力的傳遞不均勻（檢修跨、基座、汽動給水泵、高低加散熱通風柵）；重型設備如煤斗、除氧器等一般采用高位布置，大質量高質點造成地震作用明顯增大；煤倉間轉運站、集控樓、熱網(wǎng)首站布置不合理造成主廠房外凸內(nèi)凹，結構動力特性出現(xiàn)扭轉等。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案

《土規(guī)》規(guī)定：地震區(qū)主廠房框架平面布置，應控制局部的凹凸變化，不宜采用集中控制樓插入框架的平面布置，不應采用局部單排架布置。需要采用局部單排架布置時宜按實際需要增設防震縫。主廠房不宜采用錯層結構，盡可能避免形成結構的薄弱層。汽機房采用大平臺布置時，檢修場地不宜布置在結構單元的端部。主廠房煤倉間平面局部凸出較多的頭部轉運站，宜增設防震縫形成獨立結構。高烈度設防區(qū)，應通過工藝協(xié)調(diào)布置，盡量使重型設備降低布置。發(fā)電廠多層建（構）筑物不宜采用單跨框架結構，當采用單跨框架結構式，應采取提高結構安全度的措施。（混凝土和鋼筋用量的增加等）不宜采用較長的懸臂構件，不應在懸臂結構、鍋爐與主廠房之間的可滑動平臺上布置重型設備（除氧器、高低加等）。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案2.3.1主廠房工藝荷載分類正常運行工況荷載——設備和管道自重以及正常運行狀態(tài)設備和容器內(nèi)的充填物、正常運行時運煤皮帶機水平拉力、導線拉力（如有）、真空壓力（如有）、設備額定扭矩（如有）等；非正常運行工況荷載——設備和管道非正常運行狀態(tài)產(chǎn)生的荷載，如設備管道的事故積粉、積灰荷載，水壓試驗荷載、蒸汽管道的液體介質清洗、排氣產(chǎn)生的荷載、設備故障充水荷載、一般電氣設備的短路電流荷載、輸煤皮帶啟動荷載等；偶然工況荷載——煤粉倉事故爆炸荷載、設備或管道泄爆門的泄爆荷載、管內(nèi)流體動量突變（汽錘、水錘）引起的瞬態(tài)作用、汽輪發(fā)電機短路電流荷載、運煤皮帶斷裂等均屬于偶然工況荷載。檢修工況荷載——設備及管道檢修產(chǎn)生的荷載，如檢修起吊裝置的起吊荷載、設備更換或檢修時堆放荷載及其分布區(qū)域、設備更換或檢修時拖動的移動荷載及其分布區(qū)域等。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案2.3.2主廠房個設計階段荷載提資要求主廠房結構設計計算分析三階段：初步設計、施工圖總圖、施工圖。

根據(jù)我國火力發(fā)電廠工程建設特點以及不同設計階段的設計深度特點，工藝提供荷載資料分階段提供并逐步完善。

主廠房框架結構設計時，非正常運行工況、偶然工況、檢修工況的活荷載不參與框架結構的整體分析，僅用于荷載作用結構構件的強度和變形計算及連接設計。

一般情況下，大型設備的安裝荷載（如除氧器安裝托運軌道荷載、汽機房行車起吊定子等）由施工單為采取臨時措施解決，必要時按照臨時工況荷載核算單個構件（重要性系數(shù)按照0.9考慮），但初步設計階段就應明確。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案2.3.2主廠房個設計階段荷載提資要求—初步設計階段

本階段工藝提供的荷載資料是作為主廠房框排架結構選型、初步確定梁柱截面尺寸、確定主廠房基礎尺寸的依據(jù)。

工藝專業(yè)荷載提資要求—提供布置在框架范圍內(nèi)以及框架范圍外但荷載能傳遞到主廠房框架的大設備荷載及大管道的估算荷載。設備荷載—系指除氧器，粗、細粉分離器，工業(yè)水箱，高、低壓加熱器，原粉倉（煤粉倉），給煤機，橋式起重機等設備荷載或與上述設備荷載相當?shù)钠渌O備荷載，如主汽閥門荷載（當主汽閥門布置在基座范圍以外時）。大管道估算荷載——系指主蒸汽、高溫與低溫再熱蒸汽、主給水、旁路、一次風、煤粉系統(tǒng)管道荷載或與上述荷載相當?shù)钠渌蠊艿篮奢d，如輔汽聯(lián)箱荷載等。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案2.3.2主廠房個設計階段荷載提資要求—初步設計階段運煤傳動裝置拉力—進入主廠房的運煤棧橋正常運行工況時，輸煤傳動裝置對煤倉間轉運站的水平拉力。

熱電聯(lián)產(chǎn)供熱首站荷載—熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組當熱網(wǎng)首站布置在主廠房內(nèi)部時，應包括熱網(wǎng)首站內(nèi)部的大設備、大管道正常運行工況荷載。

樓面均布荷載—土建結構專業(yè)按照《火電廠和核電廠常規(guī)島主廠房荷載設計技術規(guī)程》DL/T5095-2013有關規(guī)定執(zhí)行。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案2.3.2主廠房個設計階段荷載提資要求—施工圖總圖階段

本階段工藝專業(yè)提供的主廠房荷載資料，目的是供土建專業(yè)進行主廠房框排架結構復核主框架截面，確定框架柱、框架橫梁、框架縱梁的配筋，完成主廠房柱基礎設計及主廠房框排架的配筋圖復核。主廠房框排架施工圖計算工作在此階段完成。

工藝專業(yè)提供荷載資料的內(nèi)容在初步設計階段資料的基礎上，根據(jù)較為準確的輔機訂貨資料，進一步復核、補充、完善上階段所提荷載內(nèi)容，同時應補充完善以下內(nèi)容：正常運行工況條件下作用在結構單元內(nèi)的設備、管道的不平衡水平推力（應注明冷縮/熱漲狀態(tài)下水平力的方向）。

直接作用框架橫梁和縱梁上非正常運行工況及偶然工況較大的荷載；主要用于核算荷載直接作用構件的強度、剛度和穩(wěn)定性是否滿足使用要求。二.主廠房結構2.2主廠房結構布置方案2.3.2主廠房個設計階段荷載提資要求—施工圖階段(詳細設計)

工藝專業(yè)提供作用于主廠房結構上全部設備、管道等工藝荷載資料，供土建專業(yè)完成主廠房各層梁板（結構構件及連接）計算，完成施工詳圖設計。

正常運行工況荷載;非正常運行工況荷載;偶然工況荷載;檢修工況荷載;安裝工況荷載.三.汽輪發(fā)電機基礎設計控制標準：頻率控制、變形控制和振幅控制。三本代表性的規(guī)范、三種不同的設計方法：1）[德]：DIN4024(Ⅰ)(Ⅱ)基本上采用頻率控制。以歐洲西門子機型為代表的柔性基礎，采用柔性結構（含彈簧隔震),使結構自振周期遠離避開設備自振周期即可。但啟動階段可能出現(xiàn)周期比較接近的情況，但只要滿足設備商的要求即可。2）[美]：基本上采用變形控制，分三級控制：控制給定荷載下柱頂、橫梁中點的靜變位不超過0.5mm;相鄰三橫梁中點連弧的曲率半徑小于200km(3000rpm)；影響系數(shù)法。以西屋機型為代表的剛性基礎，一般采用以剛制動的原則，采用大剛度的基礎避開設備自振。3)[中]：GB50040-96基本上采用振幅控制，既作自由振動計算，又做強迫振動計算，因此需要確定擾力大小與位置。三.汽輪發(fā)電機基礎需要注意的幾個問題：

新型機組一般需要進行數(shù)值模擬分析、物模實驗驗證以及現(xiàn)場實測三個階段的相互印證和比對。物模實驗一般需要60-80天時間，費用約100萬元，現(xiàn)場實測費用約50萬元。

彈簧隔振技術應用與主機類型有關。GE公司燃機（9f）國內(nèi)幾個工程均出現(xiàn)較大的振動問題，建議隨主機招標由設備供貨商提供設計圖紙。

三.汽輪發(fā)電機基礎1000MW機組土建工程量上部結構m3基礎底板m3中間層備注砼板m3鋼梁t新疆信發(fā)1100MW41003100100300東方/空冷萊蕪二次再熱1000M海/濕冷湄洲灣1000MW27003700100300上海/濕冷玉環(huán)1000MW27003300中間層層獨立體系上海/濕冷泰州一期1000MW34614100與上部結構合并哈電/濕冷東電、哈電集團汽輪發(fā)電機組長度一般在50-55米，布置形式以傳統(tǒng)西屋技術為基礎，汽機基座體量較大，上部結構一般在4000立方以上，基礎底板在3000-3800立方?？偦炷亮恳话阍?000-7500立方；上電集團引進的西門子緊湊型機型長度45米左右，由于布置緊湊柱子截面尺寸壓縮得很小，上部結構一般在3100立方左右，基礎底板3000-3400立方?？偦炷亮恳话阍?100-6500立方；中間層一般單獨設支撐體系或采用彈簧隔振臺板（300噸鋼材+100方混凝土）。西門子緊湊型機型由于柱子很小，暖機過程中經(jīng)常發(fā)生柱子振動超標的問題。外二、外三、玉環(huán)均發(fā)生過類似問題。四.抗震設計4.1抗震設防目標——小震不壞、中震可修、大震不倒。

小震（頻遇）—50年內(nèi)超越概率63%（50年一遇），彈性階段；

中震（設防）—50年內(nèi)超越概率10%（500年一遇），彈塑性階段；

大震（罕遇）—50年內(nèi)超越概率2~3%（2500年一遇），塑性階段。

四.抗震設計4.2地震安全安評：(中華人民共和國防震減災法)重大工程和可能產(chǎn)生嚴重次生災害的建設工程，應當按照國務院有關規(guī)定進行地震安全性評價，并按照經(jīng)審定的地震安全評價報告所確定的抗震慎防要求進行抗震設防。建筑工程的地震安全評價單位應當按照國家有關標準進行地震安全評價，并對地震安全評價報告的質量負責。（核電站—百年超越概率1%；一級蓄水大壩—百年超越概率2%；大型橋梁—百年超越概率3%；電視塔—百年超越概率5%。大型油罐、危險品儲存庫等）前款規(guī)定以外的建設工程，應當按照地震烈度區(qū)劃圖或者地震動參數(shù)區(qū)劃圖所確定的抗震設防要求進行抗震設防；對學校、醫(yī)院等人員密集場所的建設工程，應當按照高于當?shù)胤课萁ㄖ目拐鹪O防要求進行設計和施工，采取有效措施，增強抗震設防能力。四.抗震設計4.3抗震類別的劃分《建筑抗震設防分類標準》GB50223特殊設防類（甲類）——使用上有特殊設施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害等特別重大災害后果，需要進行特殊設防的建筑。重點設防類（乙類）——地震時使用功能不能中斷或需要盡快恢復的生命線相關建筑，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災害后果，需要提高設防標準的建筑。標準設防類（丙類）——除1）、2）、4）款以外的按照標準要求設防的建筑。適度設防類（丁類）——使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災害，允許在一定的條件下適度降低要求的建筑。四.抗震設計4.4火力發(fā)電廠（含核電廠的常規(guī)島）生產(chǎn)建筑中重點設防類建筑：

（建筑抗震設防分類標準）GB50223單機容量為300MW及以上或規(guī)劃容量為800MW及以上的火力發(fā)電廠的主廠房、電氣綜合樓、網(wǎng)控樓、調(diào)度通信樓、配電裝置樓、煙囪、煙道、碎煤機室、輸煤轉運站、輸煤棧橋、燃油和燃氣機組電廠的燃料供應設施；地震時必須維持正常供電的重要電力設施（如停電會造成重要設備嚴重破壞或危及人身安全的工礦企業(yè)的自備電廠）的主廠房、電氣綜合樓、網(wǎng)控樓、調(diào)度通信樓、配電裝置樓、煙囪、煙道、碎煤機室、輸煤轉運站、輸煤棧橋、燃油和燃氣機組電廠的燃料供應設施；供應20萬人口以上規(guī)模的城鎮(zhèn)集中供熱的熱電站的主要發(fā)配電控制室及其供電、供熱設施。四.抗震設計4.5火力發(fā)電廠抗震措施提高要求標準設防類，應按照本地區(qū)抗震設防烈度確定其地震作用和抗震措施，達到在遭遇高于當?shù)氐卣鹪O防烈度的預估罕遇地震影響時不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴重破壞的抗震目標；重點設防類，應按本地區(qū)抗震設防烈度確定其地震作用，但應按高于本地區(qū)地震設防烈度一度的要求加強其抗震措施；抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求加強抗震措施。

四.抗震設計4.6地震參數(shù)與土建工程造價建筑場地類別地震基本烈度Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類6度0.90-0.950.95-0.981.001.10-1.157度0.95-0.981.001.10-1.151.25-1.308度1.00-0.051.10-1.151.20-1.30不宜建廠9度1.15-1.201.25-1.301.30-1.40不應建廠備注：建筑場地類別—根據(jù)覆蓋土層的厚度以及覆蓋土層等效剪切波速劃分四個類別。以上表格未經(jīng)過工程量統(tǒng)計驗證，僅憑個人經(jīng)驗，僅作為參考。個別高聳或大跨結構風載影響需要另行考慮。土建結構工程造價不同地震烈度換算系數(shù)圖片五.土建結構新技術及發(fā)展1）球形封閉煤場（DOME）保定清源熱電球倉65米直徑，高度45米，存煤6萬噸。土建工程投資約5000萬元（含技術轉讓費1400萬）。據(jù)調(diào)研：保定清源電廠2座球倉（含設備）初步設計概算計列1.8億元，工程結算價1.7億。圖片五.土建結構新技術及發(fā)展1）球形封閉煤場（DOME）保定清源熱電

圖片五.土建結構新技術及發(fā)展2）全封閉條形煤場（北京水晶宮）

風洞試驗、通風設計、防火設計等一些列問題*舉例：圓形煤場工程量問題圖片五.土建結構新技