中图分类号：TU                文献标志码：A

     采用燃气-蒸汽联合循环发电的燃机电厂具有高效低耗、启动快、可用率高、投资省、建设期短、环境污染少、省水及占地少等优点，得到各国重视而迅速发展，其已成为电力结构中的重要部分^[1]。

随着燃机技术不断往前推进，重型燃机的机组容量也在不断提高，主力机型开始从F级向H级过渡。主厂房作为燃机电厂里的核心建筑体，为适应更大、更优的机组工艺，其跨度也不断加大，不同的结构形式将直接影响到主厂房的安全、工期及造价，因此选择相对合理的结构形式变得十分重要。本文以东莞宁洲厂址替代电源项目的主厂房为背景，利用PKPM软件建立多种三维模型，从以下几方面进行对比：单、双跨结构方案对比；钢筋混凝土结构和钢结构方案对比；钢筋混凝土框排架+钢框架组合结构方案对比。通过对比、分析、总结，得出各结构形式的优缺点，为大跨度主厂房结构的选型提供依据。

1 主厂房基本情况介绍

本工程厂址位于东莞市虎门镇南栅工业六区，采用H级改进型重型燃气轮机，组成三套“一拖一”燃气－蒸汽联合循环机组，联合循环机组按“一拖一”单轴高位配置。前期热机专业提供了以下两种工艺方案：

（1）高位单跨方案。此方案从固定端至扩建端3套机组顺列布置，依次为#1~#3燃气－蒸汽发电机组。A-B跨间设置2台130t大行车，跨度63.5m；A列外设综合管廊附跨，跨度8.0m；B列外设热力管廊附跨，跨度5.5m；主厂房横向总长为77.0m。纵向共五柱，柱距分别为10.0m、12.5m、20.0m、12.0m，三台机组总长165.9m。高度方向：中间层顶标高6.5m,运转层顶标高13.7m，行车轨顶标高28.8m，屋架下弦标高33.7m。

（2）高位双跨方案。此方案从固定端至扩建端3套机组顺列布置，依次为#1~#3燃气－蒸汽发电机组。汽机间（A-B跨）设置2台120t行车，跨度33.0m，燃机-发电机间（B-C跨）设置2台130t行车，跨度30.5m，总跨度63.5m；A列外设综合管廊附跨，跨

度6.0m；C列外设热力管廊附跨，跨度5.5m；主厂房横向总长为75.0m。纵向共五柱，柱距分别为10.0m、

12.5m、20.0m、12.0m，三台机组总长165.9m。高度方向：中间层顶标高6.5m，运转层顶标高13.7m，行车轨顶标高28.8m，屋架下弦标高33.7m。

2 结构设计基本参数

2.1 基本条件

基本风压0.65kPa（50年一遇），抗震设防烈度7度(0.10g)，场地类别二类，地震分组第一组；主厂房抗震设防类别为乙类重点设防，抗震措施等级提高一度，相应框架抗震等级为一级^[2-3]；主厂房纵向采用框架结构，横向采用框排架结构，楼面采用钢梁+压型钢板底模现浇板结构，屋面采用正放四角锥网架结构。

2.2 荷载

根据楼板厚度、墙体容重及设备基础确定恒载。6.5m中间层板厚100mm，13.7m运转层板厚120mm，不包含压型钢板底模厚度；屋面网架、彩板围护墙、填充墙荷载取1.0 kN/m²、0.8 kN/m²、10.0 kN/m²。

根据工艺专业房间、设备及管道等布置确定活载。大于30.0kN的集中荷载按实际情况输入，其余根据《建筑结构荷载规范》^[4]、《土规》^[3]按面荷载输入。框架计算时，活荷载需按规范进行折减^[3]。主要活载见表2.1。

表2.1              主要活载

根据厂家资料确定行车荷载，框架计算时按一台满载、一台空载进行考虑，检修工况下按两台满载考虑。吊车参数见表2.2。

表2.2              吊车参数

因屋面设置有光伏板，顶层风荷载体形系数适当加大；因工艺专业所提管道等设备荷载按活荷载考虑，而实际其管道及吊杆属于恒载，因此综合考虑，将活荷载组合值系数和重力荷载代表值系数取0.85。

3 主厂房结构形式对比分析

3.1 单、双跨结构方案对比分析

3.1.1 结构布置

单、双跨主厂房横向典型框架布置见图3.1、3.2。

         图3.1单跨横向框架布置图

图3.2双跨横向框架布置图

3.1.2受力性能及经济性对比结果

通过侧向刚度比、楼层受剪承载力、周期比、位移比及位移角对比可知：两种方案受力性能均能满足《抗规》^[5]要求；双跨结构整体上优于单跨结构，但不太明显。

双跨结构相比单跨结构，框架截面有所优化，但会增加一排纵向框架及对应的基础，且双跨布置后，需设置两台行车方能满足运行检修需求，从而增加了吊车梁的用钢量。经统计，单、双跨结构的土建工程量分别为12049.3万元和12627.5万元，双跨结构土建造价比单跨结构高578.2万元，尚不包含吊车、管道等工艺设备增加的费用。

3.2 单跨钢结构、混凝土结构方案对比分析

3.2.1 结构布置

将图3.1中的框架梁、柱全部由混凝土调整为Q355B钢材，钢框架双向刚接，排架柱及其附跨柱纵向设置竖向支撑。

3.2.2受力性能及经济性对比结果

通过侧向刚度比、楼层受剪承载力、周期比、位移比及位移角对比可知：混凝土结构立面规则性较宜满足规范要求；设有柱间支撑的钢结构方案的抗扭转能力较强，抗震性能优于钢筋混凝土结构方案。

经统计，单跨纯钢结构工程量为13851.7万元，比单跨钢筋混凝土方案土建造价高约1802.4万元，尚未考虑钢结构防火、防腐等维护费用。可见，相比纯混凝土结构钢结构费用增加较大，但其也有自己的许多优势。首先，钢次梁与框架梁间的连接更为简单。混凝土框架结构中，钢次梁与钢筋混凝土框架梁间的连接多采用插入式或框架梁预留钢埋件、牛腿的方式进行连接，节点形式相对复杂。其中因插入式和预留牛腿的连接方式均要求框架梁截面有较大的高度，从而影响了房间净空和工艺管道、电缆的安装。而预埋件的连接方式又对埋件尺寸、施工期间的定位有较高的要求，一旦遗漏或偏移将难以整改；其次，工艺管道、电缆的固定会更为方便，可根据需要直接与钢梁焊接，而混凝土结构，则需提前预埋埋件，这对前期的工艺规划有较高的要求。再次，钢结构的标准化生产，可大大缩短施工工期。

3.3 钢筋混凝土框排架+钢框架组合结构

3.3.1 结构布置

通过前面的工程量对比可知，在钢结构方案中，大平台区域即排架柱间的钢框架钢材用量为总用钢量的41%，因此将该区域采用钢结构相比钢筋混凝土框架结构造价增加不会很大；A、B列及其附跨采用钢筋混凝土框排架结构，一方面可以节省部分造价，另一方面因其刚度相对钢框排架好，可以取消柱间竖向支撑，避免与工艺管道冲突。

3.3.2受力性能及经济性对比结果

通过侧向刚度比、楼层受剪承载力、周期比、位移比及位移角对比可知：组合结构的受力性能均能满足规范要求，与钢筋混凝土框架结构较为接近。

组合结构土建工程量为12729.0万元，比全钢筋混凝土结构高679.7万元，比全钢结构低1122.7万元。该组合结构结合了上述两种形式的优点，既提高了厂房的整体刚度，又因施工方便从而节约了工期。

4 结论

   单跨结构的整体性略低于双跨结构，但造价比双跨结构低约578.2万元，单跨结构主厂房内部观感简洁大气，外观整齐，有利于“去工业化”设计，方便日后维护和检修；有柱间支撑的钢结构整体性优于钢筋混凝土结构，但造价比混凝土结构高达1802.4万元，且柱间支撑的设置受工艺专业的限制较大；钢筋混凝土框排架+钢框架的组合结构形式，受力性能较为接近于钢筋混凝土结构，造价比钢筋混凝土结构高约679.7万元，比钢结构低约1122.7万元，其集合了前两者的优点，造价适中，施工方便，节约工期。

   结合以上结论，各结构形式的受力性能均能满足规范的相关要求，可根据工艺需求、工程造价及工期等因素，选择最为合适的结构形式。

参考文献

[1] 中国电机工程学会热电专业委员会. 关于我国现有燃机电厂基本情况[F]：2003.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑工程抗震设防分类标准：GB 50223—2008[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] 国家能源局. 火力发电厂土建结构设计技术规程：DL 5022—2012[S]. 北京：中国计划出版社，20012.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范：GB 50009—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计规范：GB 50011—2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.