1、引言
    湛江生物質發電廠是目前全球單機容量最大的生物質發電工程，其主廠房高度及跨度較大，且豎向荷載較大（14. 5m布置有料斗、16m層布置有除氧器、27m層布置有架空的皮帶機等質量過于集中的設備），抗震問題較為突出。用普通混凝土計算時發現縱、橫向框架柱截面高寬比較大，且承受很大的豎向荷載，其軸壓比過大成為框架設計的突出問題。在其他電廠的主廠房計算中經常碰到這種情況：框架柱的截面大小由軸壓比限值確定，而框架柱的配筋卻由構造配筋率決定，這里就存在著不合理的地方，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
    在主廠房結構中應用高強混凝土則可以顯著減小柱子的截面尺寸，減輕結構自重和減小鋼筋用量，拉大柱距；另外還可以充分利用鋼筋的強度，具有明顯優點，可獲得較高的經濟效益，但高強混凝土在物理力學性能方面最主要的缺點是脆性較大、延性較差，不利于結構抗震。為了在設計過程中改善高強混凝土結構的抗震性能，本文結合湛江生物質發電項目工程主廠房的結構設計，在混凝土及鋼筋強度等級的選取、柱子軸壓比限值的選取、如何處理好程序計算與單個構件設計之間關系等方面闡述了所采取的相應措施。
2、生物質發電廠概況
    本發電廠工程主要以湛江地區甘蔗葉和桉樹加工剩余物如樹皮、樹枝和木塊等為燃料發電。電廠規劃容量4×50 MW機組，本期工程建設2臺50MW凝汽式汽輪發電機組，配2臺生物質燃料220 t/h高溫高壓循環流化床鍋爐，預留再擴建2×50 MW機組的條件。
    本工程抗震設防基本烈度為7度，設計基本地震加速度值為0. i0 9。主廠房框架抗震等級為二級。
    主廠房為常規四列式布置，由汽機房、除氧間、爐前料倉間組成。汽輪發動機組縱向布置，除氧器露天布置于除氧間屋面，上料皮帶從主廠房固定端及擴建端引入；集控樓布置在汽機房1～3軸之間，兩機一控設計；設計方案充分體現了模塊化、物理分散的設計原則。
    主廠房采用現澆鋼筋混凝土結構，橫向為框排架結構體系，由汽機房A排柱及屋蓋系統、除氧料倉間框架組成，縱向由縱梁與柱構成縱向框架受力體系，兩機之間不設變形縫，兩臺機主廠房一次建成。汽機房各層平臺與固定端、擴建端連成整體，減少抗風柱的計算高度，不另設抗風桁架。
    主廠房柱矩9m，縱向總長88.0m(汽機房縱向總長72.0 m);汽機房跨度24.0 m，除氧間跨度7.0 m，料倉間跨度11.0m.A、B、C及D排柱均采用矩形斷面。A、B、D排柱斷面尺寸600 mm×1100 mm，C排柱斷面尺寸600mm×1200 mm。
3、高強混凝土在湛江生物質電廠主廠房結構中的應用
3.1混凝土強度等級的選取
    混凝土隨著強度等級的提高，其脆性也越大，因此合理的選取強度等級很重要。選取⑩軸與◎軸相交的柱子，柱子截面大小為600 mm×1 200mm。計算結果表明，隨著混凝土強度等級的提高，柱子的軸壓比和層間位移角明顯減小。當混凝土強度等級超過cso后，軸壓比和層間位移角減小的幅度減少，特別是當混凝土強度等級超過C55后層間位移角幾乎沒有減小，也就是說當混凝土強度等級達到一定程度后，繼續提高其強度等級對減小結構的層間位移角作用不大，綜合考慮軸壓比和結構的變形以及高標號混凝土的脆性后，主廠房的混凝土強度等級最終選用C50。
    該電廠主廠房中由于荷載分布不均，各層柱子的軸壓力差別較大。因此，主廠房框架的混凝土級別隨著軸壓比的減小而采用不同的等級：4m層和8m層為管道層，往上還有料斗及除氧器，框架柱軸壓力較大，因此考慮在8m層及以下采用C50,8m層以上則采用C40，而在以受彎為主的次梁、樓板結構中，混凝土強度等級取C30，這樣可以充分發揮混凝土的強度，達到預期的目的。
3.2鋼筋強度等級的選取
    高強混凝土的變形能力較差，而混凝土構件和結構的抗震能力與其延性密切相關，因此需要適當增強構件的延性。
    高強混凝土的脆性隨著強度提高而增大，所以在主要受力截面上的受壓區高強混凝土必須設計成約束混凝土。混凝土受壓時在側向有膨脹趨勢，這時應從側向給受壓的混凝土以約束，限制其橫向的膨脹變形，封閉箍筋、焊接網片、外包鋼管，或者在混凝土中摻加纖維都能起到約束作用，其中尤以封閉箍筋最為常用。但是過低的配箍率根本起不到約束作用，尤其是箍筋的約束并不能阻止箍筋外的混凝土保護層的剝落。
    為了提高箍筋的約束效能，該主廠房柱子的箍筋采用較高強度的鋼種( HRB335)以及采用復合箍的型式，并適當提高配箍率，同時柱子的縱向鋼筋采用高強度的主筋( HRB400)，這樣可以與高強混凝土的強度優勢相匹配。
3.3軸壓比限值的選取
    影響構件延性的另一個主要因素是軸壓比，因而在進行抗震設計時軸壓比限值的選取是非常重要的。如果軸壓比限值定得較低，則構件的破壞可以控制在大偏壓破壞范圍內，試件的延性較好，相應的約束箍筋的數量也較少，但是如果軸壓比限值定得太低，柱截面的尺寸就較大，不能充分發揮高強混凝土的優勢。高軸壓比情況下，在水平荷載施加之前，柱子已經產生了較大的預壓應變（預壓應變降低截面的塑性轉動能力），使構件的延性變差，因此柱子的軸壓比限值也不能定得過高。
    JGJ3-2002《高層建筑混凝土結構技術規程》與GB 50011-2001<建筑抗震設計規范》（2008版）中抗震等級為二級的框架軸壓比限值均為0.8。考慮到工藝所提資的荷載較為粗糙，不能準確反映主廠房在正常運行后的實際工況；同時由于柱截面高度較大，在框架中多處形成短柱，因此在主廠房計算時適當降低了柱構件的軸壓比限值，該工程取0.7。這樣可以使構件在抗壓、抗剪等方而留有充足的余地，保證主廠房結構的安全。
3.4相關的規程規范
    CECS104：99《高強混凝土結構技術規程》為協會標準，“總則”中明確了除本規程己作規定者外，設計高強混凝土結構時必須同時遵循GB 50010-2002《混凝土結構設計規范》的其他規定；設計地震區的高強混凝土結構時必須同時遵循GB 5001卜2001。本工程主廠房的除氧料倉間高44.8 m。按JGJ3-2002的規定超過28 m也算是高層了，由于該規范主要是針對民用建筑，因此在主廠房設計中若從其他規范找不到相關條文的則參照該規程執行。比如在確定風荷載作用下樓層層間最大位移與層高之比的限值時，就可參照JGJ3-2002。
3.5PKPM程序計算與單個構件設計之間關系的處理
    結構計算采用的程序SATWE是按照高層設計規程和混凝土設計規范、抗震設計規范進行編制的，并沒有把高強混凝土規程的要求也考慮進去。要彌補采用高強混凝土后SATWE程序計算的不足，最好是利用SATWE程序計算提供的內力，按照高強混凝土規程對構件重新進行設計，但這樣做的計算工作量太大，而且操作不方便。因此，在進行主廠房的計算時，考慮了對SATWE程序計算中人工能干預輸入的一些參數進行適當的調整，
    1)調整周期折減系數，主廠房結構采用高強混凝土后，主體結構的抗側移剛度增大，分配的水平剪力也增大。考慮到程序并不能完全準確地計算出結構的抗側剛度變化，因此，在對非承重墻體的剛度影響進行周期折減的基礎上再對周期進行二次調整。
    2)豎向構件的軸向變形主要由三部分組成：軸力作用下的彈性變形（短期內完成）；自身的收縮變形(2-3 a)；長期壓應力作用下的徐變變形(2～3 a)。SATWE程序提供幾種計算方法：一次加載和模擬施工加載，而構件的真正變形是介于兩者之間的。高強混凝土在軸力作用下的彈性變形較普通混凝土要小；自收縮變形初期大，后期小，結果與普通混凝土相差不大；徐變變形較普通混凝土要小得多，因此當柱子采用高強混凝土后，軸向變形計算更接近于模擬施工加載形式，所以在SATWE程序中選取模擬施工加載3這種工況，可以同時考慮剛度的逐層形成及荷載的逐層累加，更符合施工過程的實際情況。
3.6不同混凝土強度等級之間混凝土用量的比較
    在主廠房中選取⑩軸所對應的一榀框排架來進行比較。
    當軸壓比相同時，隨著混凝土強度等級的提高，一榀框排架的混凝土量明顯減小，cso的用量是C35的75%，而C60的用量則是C35的66%。當混凝土強度等級超過cso后，框排架所用混凝土量減小的幅度減少。因此，當混凝土強度等級達到一定程度后，想通過提高其強度等級來減小結構的混凝土用量，作用不大。
4、結語和建議
    1)隨著混凝土強度等級的提高，其脆性也越大，因此，要根據主廠房的實際情況合理選取混凝土的強度等級，不宜盲目地選取高強度等級。
    2)在主廠房中由于荷載分布不均，各層柱子的軸壓力差別較大，應該充分考慮利用高強混凝土抗壓強度高的特點，針對不同的結構部位、不同的軸壓比采用不同的強度等級。
    3)混凝土受壓時在側向有膨脹的趨勢，為了提高箍筋的約束效能，柱子的箍筋應采用較高強度的鋼種(HRB335)以及采用復合箍的型式，同時也應適當提高構件與節點的最小配筋率、配箍率，以增加其延性。
    4)軸壓比是影響構件延性的一個主要因素，主廠房結構及荷載復雜，與民用建筑差別較大，因此在進行抗震設計時要合理選取柱子的軸壓比限值。
    5)高強混凝土的抗拉、抗剪強度雖然隨抗壓強度的增加而增加，但它們與抗壓強度的比值卻隨強度提高而變得愈來愈小，這點與普通混凝土有著很大的差別。而現有計算程序大都按普通混凝土來設計，因此，在進行結構計算時，應根據相應的規程規范處理好程序計算與單個構件設計之間的關系。
    6)隨著混凝土強度等級的提高，主廠房的混凝土用量相應地減小，當混凝土強度等級達到一定程度后，想通過提高其強度等級來減小結構的混凝土用量，作用不大。
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