周 強(qiáng)

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100011)

火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房活荷載折減系數(shù)取用分析

周 強(qiáng)

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100011)

針對(duì)火電廠(chǎng)中主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的活荷載，參考并對(duì)照各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)荷載折減系數(shù)的設(shè)計(jì)條款，以應(yīng)用較廣的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件為例，對(duì)軟件中墻、柱和基礎(chǔ)的輸入荷載參數(shù)，綜合考慮后取用一定的折減系數(shù)，以供火電廠(chǎng)工程的主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)參考。

活荷載效應(yīng)；重力荷載代表值；主廠(chǎng)房。

在結(jié)構(gòu)樓面活荷載效應(yīng)計(jì)算時(shí)，將活荷載考慮簡(jiǎn)化計(jì)算而近似看作為均布活荷載，而實(shí)際工程中的樓面面積越大，則平攤的樓面活荷載就會(huì)越小。故而，在計(jì)算結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件樓面活荷載效應(yīng)時(shí)，如果引起荷載效應(yīng)的樓面活荷載面積超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，就應(yīng)該對(duì)樓面的均布活荷載考慮進(jìn)行折減，于是引入了活荷載折減系數(shù)。計(jì)算樓面梁、柱、墻及基礎(chǔ)時(shí)，因樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值不可能全部滿(mǎn)布和各構(gòu)件受載后的傳遞效果不同，考慮對(duì)其活載進(jìn)行折減。

1 活荷載按樓層的折減系數(shù)取用分析

一般地，單機(jī)組容量200 MW以上的火力發(fā)電廠(chǎng)的主廠(chǎng)房(包括汽機(jī)房，除氧間，煤倉(cāng)間)高度均在30 m以上，按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016－2014有關(guān)規(guī)定應(yīng)為高層建筑，故火電廠(chǎng)的主廠(chǎng)房應(yīng)按照高層建筑的工業(yè)廠(chǎng)房考慮。

對(duì)于高層建筑，上、下樓層同時(shí)達(dá)到活荷載設(shè)計(jì)值的可能性，也就是活荷載同時(shí)出現(xiàn)的概率大小問(wèn)題。一般情況下，樓層數(shù)量越多，各層活荷載同時(shí)出現(xiàn)的可能性就越小。因此，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009－2012(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《荷載規(guī)范》”)5.1.2－2規(guī)定了5.1.1中的第1(1)項(xiàng)的荷載，考慮樓層因素在設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)，按表1進(jìn)行的折減。

表1 活荷載按樓層的折減系數(shù)

從表1可以看出，計(jì)算截面以上的樓層數(shù)越多，相應(yīng)的折減系數(shù)的數(shù)值就越小。但是，《荷載規(guī)范》表5.1.1中的第1(1)項(xiàng)的荷載類(lèi)別僅適用于民用建筑，并未列出用于高層工業(yè)廠(chǎng)房(比如：火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房)等工業(yè)建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)的活荷載按樓層的折減系數(shù)。

《荷載規(guī)范》5.1.2 2 對(duì)設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)有第2)條規(guī)定：第1(2)～7項(xiàng)應(yīng)采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)。盡管該條的適用范圍僅為民用建筑，并且《火力發(fā)電廠(chǎng)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL5022－2012以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《土規(guī)》”)也未提及活荷載按樓層的折減系數(shù)，但對(duì)高層工業(yè)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)取用活荷載按樓層的折減，可以使結(jié)構(gòu)材料性能得到最大限度的利用。

2 活荷載折減系數(shù)的規(guī)范值取用分析

本文從火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，對(duì)規(guī)范中的活荷載折減系數(shù)的取用做了舉例分析。這里，將活荷載折減系數(shù)可分為樓面均布活荷載折減系數(shù)和活荷載按樓層的折減系數(shù)兩類(lèi)分別進(jìn)行考慮(后者僅用于多層及高層建筑及高層工業(yè)廠(chǎng)房，單層房屋不考慮此項(xiàng)折減)。

2.1 樓面均布活荷載折減系數(shù)取用分析

便于設(shè)計(jì)人員參考，本文對(duì)于樓面均布活荷載折減系數(shù)的取用，采用在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM (以下簡(jiǎn)稱(chēng)“PKPM”軟件)的SATWE中對(duì)應(yīng)的“梁樓面活荷載折減設(shè)置”項(xiàng)進(jìn)行分析，見(jiàn)圖1。

圖1 梁樓面活荷載折減系數(shù)設(shè)置(圖中參數(shù)取用僅做參考)

圖1的梁樓活荷載折減設(shè)置所列選項(xiàng)中0.9，0.6和0.8的折減系數(shù)僅用于民用建筑樓面活荷載(有關(guān)條款見(jiàn)《荷載規(guī)范》5.1.2－1)，工業(yè)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)時(shí)不得隨意選取，火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房的梁樓活荷載折減可按《土規(guī)》中表3.2.2對(duì)應(yīng)層各區(qū)域的計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減系數(shù)進(jìn)行取用。

為了方便荷載倒算，建議將《土規(guī)》中表3.2.2采用對(duì)應(yīng)層各區(qū)域的計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減系數(shù)直接乘以相應(yīng)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行活荷載折減。另外，根據(jù)《土規(guī)》表3.2.2注7：次梁(板主肋)折減系數(shù)不應(yīng)與主梁(柱)折減系數(shù)同時(shí)考慮，所以模型輸入的荷載時(shí)，已經(jīng)過(guò)計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減系數(shù)后的荷載不再按主梁進(jìn)行折減。故而經(jīng)計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減后的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可直接輸入模型計(jì)算框架梁、柱及基礎(chǔ)。(參見(jiàn)例1)

例1：?jiǎn)螜C(jī)組容量200～300 MW火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房加熱器平臺(tái)中間層－加熱器平臺(tái)管道層按《土規(guī)》有：活荷載標(biāo)準(zhǔn)值6 kN/m2；對(duì)應(yīng)的計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減系數(shù)為0.8。采用4.8 kN/m2(＝0.8×6 kN/m2)作為折減后的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值模型計(jì)算框架梁、柱及基礎(chǔ)。

注：因工藝專(zhuān)業(yè)提資一般不提供小管道部分，故不能按照《土規(guī)》3.2.1 1條提供的活荷載系數(shù)直接選用。

2.2 主廠(chǎng)房的活荷載按樓層的折減系數(shù)取用分析

對(duì)于主廠(chǎng)房活荷載按樓層的折減系數(shù)取用，仍采用PKPM 軟件的SATWE中對(duì)應(yīng)的圖1中的“柱、墻設(shè)計(jì)時(shí)活荷載折減”和“傳給基礎(chǔ)的活荷載折減”項(xiàng)進(jìn)行分析。

火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)中的活荷載按樓層的折減系數(shù)可參考《荷載規(guī)范》5.1.2－2 中的2條，對(duì)設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)采用樓面梁(主梁或次梁)相同的折減系數(shù)，選用原則可考慮如下：

首先，采用《土規(guī)》中計(jì)算主梁(柱)時(shí)的折減系數(shù)參考取用(參見(jiàn)例2)。

例2：加熱器平臺(tái)中間層：加熱器平臺(tái)管道層和高、低加熱器平臺(tái)在《土規(guī)》表3.2.2的計(jì)算主梁(柱)時(shí)的折減系數(shù)均為0.8，則此中間層的活荷載按樓層折減系數(shù)取0.8即可。(SATWE輸入處見(jiàn)圖1的計(jì)算截面以上層數(shù)1層的折減系數(shù))。

其次，當(dāng)在《土規(guī)》中計(jì)算主梁(柱)時(shí)的折減系數(shù)無(wú)可取值時(shí)，可采用計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減系數(shù)(SATWE輸入處參見(jiàn)例3)。

例3：除氧間：除氧器層樓面在表3.2.2中的計(jì)算主梁(柱)時(shí)的折減系數(shù)無(wú)可選項(xiàng)，這里可采用計(jì)算次梁、預(yù)制板主肋折減系數(shù)0.7作為該層樓面活荷載按樓層折減系數(shù)(見(jiàn)圖1的計(jì)算截面以上層數(shù)2～3層的折減系數(shù))。

2.3 主廠(chǎng)房基礎(chǔ)在PKPM軟件中JCCAD模塊的活荷載折減系數(shù)取用分析

在PKPM軟件中，上述圖1中的柱、墻及基礎(chǔ)的活荷載折減只傳到底層最大組合內(nèi)力(此內(nèi)力為組合設(shè)計(jì)值)中，并沒(méi)有傳給PKPM軟件中的JCCAD計(jì)算模塊項(xiàng)，在JCCAD模塊中讀取荷載項(xiàng)中讀取的仍然是荷載標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)，則應(yīng)對(duì)在JCCAD模塊中的“荷載參數(shù)”項(xiàng)中按《土規(guī)》對(duì)應(yīng)活荷載的折減系數(shù)參考取用(參見(jiàn)例4)。

例4：某火電廠(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)主廠(chǎng)房，為一級(jí)框架，該主廠(chǎng)房包括汽機(jī)房，除氧間(無(wú)煤倉(cāng)間)；且汽機(jī)房設(shè)有工作級(jí)別為A3、起重量為80/20t吊車(chē)2臺(tái)；機(jī)務(wù)專(zhuān)業(yè)提資提供了設(shè)備荷載及四大管道荷載及荷載量相當(dāng)?shù)钠渌艿篮奢d。在PKPM軟件中JCCAD模塊中的“荷載參數(shù)”項(xiàng)輸入系數(shù)的規(guī)范取用如下：

查《土規(guī)》表5.0.3－1：對(duì)于加熱器平臺(tái)中間層，汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層及除氧間的不同活荷載區(qū)域，活荷載組合值系數(shù)有0.8，0.7，0.9等多種取值，準(zhǔn)永久值系數(shù)也有如下0.7，0.6和0.5多種取值。如果按規(guī)范要求設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)荷載基本組合的計(jì)算量將增大?？紤]該主廠(chǎng)房無(wú)煤倉(cāng)間，層高較低，機(jī)務(wù)專(zhuān)業(yè)提資只提供大荷載，高層的活荷載重力代表值對(duì)結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算有利，其系數(shù)宜取較小值。這里考慮簡(jiǎn)化計(jì)算，采用中間值系數(shù)：活荷載組合值系數(shù)取0.8，活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)取0.6。

活荷載按樓層折減系數(shù)根據(jù)上文例2和例3的取值中，選用較大值0.8。

查《抗規(guī)》表6.4.1有：吊車(chē)荷載組合值系數(shù)ψc＝0.70和吊車(chē)荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)ψq＝0.50。

查《抗規(guī)》6.2.3條有：一級(jí)框架的柱的底層，柱下端截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)乘以放大系數(shù)為1.7。

其他荷載系數(shù)需按SATWE模塊中的荷載系數(shù)取相同值。

有關(guān)參數(shù)輸入見(jiàn)圖2。

圖2 活荷載組合值系數(shù)設(shè)置(圖中參數(shù)取用僅做參考)

3 活荷載折減系數(shù)的存在問(wèn)題

3.1重力荷載代表值效應(yīng)的活荷載組合系數(shù)與活荷載組合值系數(shù)差異

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011－2010(下簡(jiǎn)稱(chēng)“《抗規(guī)》”)第5.1.3條規(guī)定： 計(jì)算地震作用時(shí)，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和；并且《抗規(guī)》條文說(shuō)明5.1.3解釋?zhuān)喊船F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068的原則規(guī)定，地震發(fā)生時(shí)恒荷載與其他重力荷載可能的遇合結(jié)果總稱(chēng)為“抗震設(shè)計(jì)的重力荷載代表值SGE”，即永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值與有關(guān)可變荷載組合值之和。該組合值主要指的是可變荷載組合值系數(shù)，一般情況下，該值與活荷載組合值系數(shù)相同。對(duì)火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)，各可變荷載的組合值系數(shù)應(yīng)按《土規(guī)》中的表3.2.2取用。

但由于建筑各樓層的活荷載組合值系數(shù)并非一成不變，而是根據(jù)使用條件的不同而改變。從例4可以看出，PKPM軟件JCCAD模塊和SATWE模塊中給出的活荷載組合值系數(shù)只能用于全樓，不能分段輸入。由于規(guī)范中的此條規(guī)定為強(qiáng)制性條文，必須執(zhí)行，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必要時(shí)需考慮多次驗(yàn)算。

3.2 活荷載折減系數(shù)取值大小建議

活荷載折減系數(shù)具體到每個(gè)工程當(dāng)中，折減系數(shù)不一定取值越大結(jié)構(gòu)越安全，舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于大偏心受壓柱來(lái)說(shuō)，在作用彎矩 M不變的情況下，各樓層活荷載按規(guī)范提供的活荷載折減系數(shù)進(jìn)行折減，傳給控制截面的軸力N變小了，柱截面承載力反而更為不利。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)每個(gè)工程的實(shí)際情況采用合理的活荷載折減系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

從上文對(duì)火電廠(chǎng)主廠(chǎng)房活荷載的折減系數(shù)的規(guī)范取用分析來(lái)看，活荷載的折減對(duì)高層工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常必要的，這樣對(duì)活荷載進(jìn)行折減后，合理并有效降低了梁柱荷載的組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值，特別是抗震設(shè)計(jì)時(shí)，將使結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)更合理。必須注意的是，活荷載折減系數(shù)的取值應(yīng)根據(jù)所做工程的具體情況(抗震等級(jí)，結(jié)構(gòu)類(lèi)型，活荷載作用位置等)對(duì)照規(guī)范有關(guān)條文進(jìn)行，不能一概而論。

[1] GB50009－2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]．

[2] GB50011－2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3] JGJ3－2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]．

[4] DL 5022－2012，火力發(fā)電廠(chǎng)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S]．

[5] 朱炳寅．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，2013．

Analysis of Live Load Reduction Factor of Main Building of Coal-fred Power Plant

ZHOU Qiang
(North China Power Engineering Co. Ltd., Beijing 100011, China)

About the live load in power plant main building structure design, by reference and contrast with the related rules about reduction factor in the structure design codes, by taking the widely used PKPM structure design software for example, for the input data of load parameters of wall, column and foundation in the software, load design considering reduction factor values is used, in order to reference for structure design of main building structure in power plant projects.

live load effect; representative values of gravity load; main building.

TM621

：B

：1671-9913(2017)01-0040-04

2014-04-11

周強(qiáng)(1980- )，男，山西長(zhǎng)治人，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。