火力发电厂土建结构设计技术规程修改点

《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022送审稿修编情况译释西北电力设计院刘明秋概述《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022（以下简称《土规》）刚刚完成了送审稿编制，应广大设计人员和本刊物的邀请，就修编的主要内容做简要介绍，由于新标准尚未审定，所涉及内容仍有修改的可能，仅供设计人员参考。《土规》修编的依据为国家建设主管部门颁布和修订的最新建筑标准，并总结和吸收了行业多年来的工程经验和科研成果，在广泛征求意见的基础上，由国内多家电力设计院合作编制完成。新标准与DL5022-93相比，标准适用范围扩大到1000MW级发电厂土建结构；增加了直接空冷器支架、干灰库、封闭煤场、脱硫烟气的烟囱防腐等内容和章节；荷载、动力机器基础、管道支架、主厂房抗震等章节均有较大的修改，同时送审稿编制及时引入汶川地震震害资料和国家抗震标准修订的重要内容。下面就送审稿修编的主要内容做简要介绍。1发电厂建（构）筑物的安全等级新标准对发电厂建（构）筑物安全等级的规定作较大修改，规定：高度200m及以上的烟囱、主厂房悬吊煤斗、汽机房屋盖等主要承重结构安全等级为一级，其余建（构）筑物均为二级（黑体字为送审稿正文原文，以下同）。烟囱的安全等级提高为一级，考虑到与国标《烟囱设计规范》GB50051-2002的一致性。主厂房悬吊煤斗、汽机房屋盖安全等级的确定吸取了征求意见的建议，较原《土规》提高了一级。钢筋混凝土炉架、筒仓的安全等级则调整为二级。原《土规》对“钢筋混凝土煤斗、筒仓、悬吊锅炉炉架、屋架、托架安全等级定为一级”。考虑到《建筑结构荷载规范》GB50009中3.2.2条修订时，因新增了由永久荷载效应控制的组合，使承受以恒载为主结构的安全度有所提高；取消了混凝土弯曲抗弯强度fcm，统一取用抗压强度fc，使以受压为主混凝土结构的安全度有所提高，取消了有关钢筋混凝土屋架、托架和承受恒载为主的柱安全等级应提高一级的规定。新标准调整时予以采用。2钢筋混凝土框架温度伸缩缝的最大间距钢筋混凝土框架结构纵向温度伸缩缝的最大间距，维持原《土规》不变：现浇结构不宜超过75m，装配式结构不宜超过100m。当机组单元长度超出温度伸缩缝间距限值较多时，为保证结构的安全及经济性，宜在机组单元中部增设一道伸缩缝。按照工程实践经验，75m长度的主厂房纵向结构，当施工中采取必要的措施，或结构设计增加适量的温度钢筋，能够满足设计标准要求。针对1000MW级主厂房机组单元长度达90-120m，超出75m较多的实际情况，通过对工艺布置的分析认为，在机组单元中部增设一道伸缩缝是最有利的选择。目前，行业正在开展温度应力计算和工程措施的研究工作。本次修编在附录中提出了温度作用的计算原则。3地基基础设计等级新标准地基基础设计为甲级的类型，区分开重要电厂与一般电厂，一般电厂部分适当放宽，详见下表：地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型甲级规划容量为800MW或单机容量300MW及以上电厂的主厂房（包括汽轮发电机基础、锅炉构架基础）、主（集）控制楼、网络控制楼、通讯楼、220kV及以上的屋内配电装置楼、高度大于等于200m的烟囱、直接空冷器支架、跨度大于30m的厂房建筑、场地及地质条件复杂的建筑物、高边坡。地基基础设计分类与电厂的重要性相关联，主要采纳了征求意见的建议。新标准在发电厂甲级设计等级中增加了直接空冷器支架、场地及地质条件复杂的建筑物、高边坡；对原规定“跨度大于30m的干煤棚及其他厂房建筑”明确为“跨度大于30m的厂房建筑”。4动力机器基础下地基土的承载力验算动力机器基础下地基土的承载力验算时，地基承载力的动力折减系数αf的取值：对框架式基础，当地基为密实的中粗砂、碎石土、基岩或端承桩时可采用1.0，其余取0.8。大块式基础应取0.8，新标准对地基承载力的动力折减系数αf的调整，吸取了征求意见的建议，主要针对框架式汽轮发电机基础的设计。考虑到框架式基础底板的振动影响较小，地基承载力的动力折减系数αf，可针对不同的地质条件和地基处理方案区别对待。当框架式基础位于低压缩性土，如密实的中粗砂、碎石土、基岩或端承桩时，可忽略振动对地基的影响，即αf取1.0；当框架式基础地基为中高压缩性土，如中密或稍密的粉细砂、粘土或摩擦桩时，应慎重对待振动可能引起的附加变形导致基础的不均匀沉降，这种情况下αf仍应取0.8。对大块式基础维持原标准αf取0.8不变。新标准同时规定：钢球磨煤机的大块式和墙式基础可不作动力计算。但计算基础底面净压力时，除基础自重、回填土重、设备自重及基础上其他荷载外，还应考虑作用在磨煤机每端轴承中心线处的定向水平当量荷载Px。5汽轮机组基础底板的厚度汽轮机组基础的平板式底板的厚度或井式、梁板式的梁高应根据地基土的性质而定，在满足基础柱崁固的前提下，可取基础相邻柱之间净距的1/3.5~1/5。随着机组容量的增大，基础纵向长度相应增大，原《土规》的底板厚度限值1/15不尽合理；《动力机器基础设计规范》GB50040底板厚度限值为1/15~1/20。本次修编修改为相邻柱之间净距的1/3.5~1/5。6汽轮发电机基础底板和柱的最小配筋率汽轮发电机基础底板板顶和板底的钢筋最小配筋率不宜小于0.1%~0.15%。汽轮发电机基础柱配筋应按计算确定，柱全部纵向钢筋的最小配筋率不宜小于0.5%，直径不宜小于25mm。本次修编新增了汽轮发电机基础底板、柱的构造配筋规定。由于汽轮发电机基础结构的特殊性，如简单照搬钢筋混凝土框架房屋框架结构、筏板基础的配筋构造是不合适的。基础底板的最小配筋率为0.1%和柱的最小配筋率0.5%，参考了美国《大型汽轮发电机基座设计导则》的取值。基础底板的最小配筋率定为0.1%~0.15%的范围值，设计人员可根据底板的厚度选择取上限或下限。7高、变转速设备基础的振动控制标准原规范中机器转速只限于3000r/min。新标准补充了工作转速大于3000r/min的高、变转速设备基础的振动控制标准。对于工作转速大于3000r/min的汽动给水泵、电动给水泵等高转速、变转速设备基础顶面扰力作用点（或控制点）的最大振动速度应小于5.0mm/s。补充了转速大于3000r/min的机器的扰力计算公式，以及多个不同频率的扰力作用时，对验算点所产生的振动速度的计算公式。8圆形封闭煤场的结构圆形煤场的侧壁可采用扶壁柱加挡煤墙结构，屋顶网架支承于壁柱。侧壁也可采用连续竖拱组成的筒壳结构。混凝土挡煤墙应根据煤质的不同采取相应的保护措施，以减少因煤的自燃对混凝土挡煤墙结构的影响。圆形封闭煤场设计应考虑堆煤荷载对基础及上部结构的不利影响。为防范自燃损坏，可在堆煤高度范围内设置防火内衬；另外在挡煤墙设置测温设施实施监控也是有效的措施。圆形结构的下部筒壁，受环境影响的温度应力较高，需在施工阶段采取一些措施。9脱硫烟气防腐标准新标准作出明确规定，石灰石－石膏湿法脱硫处理后的烟气应按强腐蚀性等级考虑；半干法、干法（水介质）脱硫处理后的烟气应按中等腐蚀性等级考虑；循环硫化床锅炉(CFB)或其它干法脱硫处理后的烟气应按弱腐蚀性等级考虑。新标准吸收了国外的研究成果和国际设计标准，以及国内大型的技术交流会的经验，明确石灰石－石膏湿法脱硫处理后的烟气为强腐蚀性等级。在对陆续投运机组的烟囱下集水坑、烟道冷凝液排液管及其与工艺主烟道连接处的冷凝液搜集和腐蚀情况调查证明，烟道冷凝液PH可达3以下，验证了强酸腐蚀性的结论。一般安全等级越高或同一安全等级机组容量越大，防腐标准也应相应提高；有正压烟气运行工况的应加强防腐措施和防脱落措施；结露腐蚀严重（如不设置GGH），防腐应采用较高的标准；需要采取更严格的防腐隔离措施。10脱硫烟气排烟筒的选型当排放强腐蚀性烟气时，一般应采用套筒式或多管式烟囱。即把承重的钢筋混凝土外筒壁与排烟内筒分开，避免承担安全作用的钢筋混凝土外筒壁结构与排烟内筒可能渗漏的强腐蚀性烟气直接接触。钢筋混凝土外筒壁与排烟内筒间留设的间隙应考虑人员巡查和维护检修的条件。对于排放强腐蚀性烟气的烟囱，强调留有巡查和维护检修的条件，套筒式或多管式烟囱可以提供方便的检修维护条件，单筒式烟囱检修维护条件较差。排烟筒需增强其密闭性，以防止钢筋混凝土外筒壁结构腐蚀，应尽量规避可能出现严重腐蚀危害和大工作量的检修。本次修订考虑到与《烟囱设计规范》GB50051的衔接，对于排放中等腐蚀性烟气，也把套筒式烟囱作为首选。11直接空冷器支架结构通过国内已建的几十个直接空冷器支架结构的调查搜资和整理对比研究，以及对工程设计经验数据的总结，对应用较多和比较成熟的钢桁架—支柱结构、钢框架—支撑结构和钢筋混凝土框架结构等三种形式列入了新标准的技术规定。钢桁架矢高可按柱距的1/3~1/5。焊接钢梁的矢高按1/7~1/9。钢筋混凝土管柱的直径宜按实际柱高度的1/10~1/12取用，管柱壁厚按外径的1/12~1/8。在空冷平台整体结构分析计算时，平台（即步道、风机桥步道）活荷载标准值检修及安装时可取3.5kN/m2，正常运行时可取2.0kN/m2。设备和管道荷载取值由工艺提供。挡风墙迎风侧风荷载体型系数不小于1.4。对钢桁架—钢筋混凝土管柱结构规定：基础沉降差容许值为L/1000；支柱柱顶的容许侧移值为H/500和钢桁架的容许挠度为L/500；管柱计算长度一般宜取(1.75-1.5)H。标准还在制定了相应的构造措施。12直接空冷支架结构的防火措施和钢结构防腐当空冷支架结构的下方布置有变压器等电器设备时，必须采取可靠的消防措施，结构设计应符合防火要求。变压器外轮廓5m范围内空冷支架柱及柱间支撑的耐火极限不应低于4h。国内投产的大多数空冷支架下方都布置有变压器等电气设施。本条文提出了邻近变压器的柱及柱间支撑的防火措施。发生火灾时，变压器顶部与钢桁架或钢梁的防火间距尚无试验数据，本标准强调必须采取可靠的消防措施防护，注意与消防相关专业加强设计配合。主要承重钢结构构件宜采用热浸镀锌、热喷镀锌或冷喷镀锌防腐。空冷钢桁架采用油漆等涂料防腐时，维护难度较大，采用镀锌方案耐久性可达30年以上。当有充分论证，也可选择采用重度防腐型的涂料防腐，耐久年限不得少于15年。13管道支架结构本次修编参照行业标准《化工、石油化工管架、管墩设计规定》HG/T20670-2000，结合火力发电厂的特点，补充了纵梁式管架结构，增加了管道荷载计算、有振动的管道支架内容，修定了荷载及荷载取值、容许变形、结构计算长度和容许长细比，以及基础设计等规定。有振动的管道支架，其管道的垂直荷载和水平推力的标准值应乘以动力系数，动力系数应由工艺专业提供。当管道支架上敷设的振动管道重量占全部管道重量的30%以上时，管架可定义为有振动的管道支架。有下列情况之一者应定义为振动管道：（1）直径大于或等于200mm的蒸汽管道；（2）往复泵送液体的管道；（3）时停时开，扫线频繁的管道；（4）活塞式压缩机输送气体的管道；（5）生产过程中突然升温增压的管道（如紧急放空管道）；（6）使用“快速切断阀”的管道；（7）温度大于200℃的高压管道。14建（构）筑物抗震设防标准各设防类别建（构）筑物的抗震设防标准，均应符合国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223中3.0.3的要求。规模很小的乙类工业建筑，当采用了抗震性能较好的结构体系时，允许按标准设防类设防。标准修编时，取消有关丁类建筑“对于损坏后不影响生产，不造成较大损失，且易于修复的建筑物可不设防”的条文；取消“抗震等级为一级还需要提高一度设防时，抗震等级仍为一级”的规定。修改后抗震设防标准整体有所提高。标准明确，规模很小的乙类工业建筑一般指单层建筑且高度不超过12m的配电室、转运站配电室、屋内配电装置室、网络控制室、继电器室等，当采用了钢筋混凝土结构时，可按本地区设防烈度采取抗震措施。集中控制楼、屋内配电装置楼及筒仓仓顶建筑等取消砖混结构选型。15主厂房抗震结构选型新标准吸收了多方的意见，增加了主厂房结构选型的规定：发电厂主厂房宜优先选用抗震性能较好的钢结构。常规布置的主厂房结构选型可按以下原则确定：（1）主厂房采用钢筋混凝土结构时，7度Ⅱ类场地及7度以下宜采用钢