2023火電廠封閉煤場風荷載體型系數(shù)研究

封閉煤場風荷載體型系數(shù)研究2023目錄前言 1調(diào)研情況匯總 1工程調(diào)研目的 1工程調(diào)研方式及完成情況 1工程風洞試驗/數(shù)值分析數(shù)據(jù) 2與現(xiàn)行荷載規(guī)范的對比 84結(jié)論與建議 86PAGEPAGE前言隨著國內(nèi)環(huán)保要求越來越高，電廠工程中儲煤場大多采用全封閉式煤場，其常用的型式有條形封閉煤場、圓形封閉煤場、球形封閉煤場等；對條形封閉煤場、圓形封閉煤場、球形封閉煤場等結(jié)構(gòu)的風載體型系數(shù)如何取值，現(xiàn)行國家和行業(yè)規(guī)范規(guī)程中沒有明確的規(guī)定，目前工程設(shè)計多數(shù)參考以前類似工程經(jīng)驗或網(wǎng)架廠家經(jīng)驗，少數(shù)工程按工程實際情況進行風洞試驗，獲得一系列風洞試驗數(shù)據(jù)。為將來工程設(shè)計提供參考和借鑒，需要收集相關(guān)的實際工程試驗數(shù)據(jù)及資料，并對其進行歸納、分析和總結(jié)。調(diào)研情況匯總工程調(diào)研目的本次調(diào)研主要針對目前火力發(fā)電廠封閉式煤場結(jié)構(gòu)的風洞試驗或數(shù)值分析數(shù)據(jù)，以及工程設(shè)計中如何取值等資料進行收集、整理、歸納，以進一步明確封閉式煤場結(jié)構(gòu)風荷載體型系數(shù)取值原則或要求。工程調(diào)研方式及完成情況本次調(diào)研主要采用函調(diào)或現(xiàn)場收資的方式，收集火力發(fā)電廠封閉式煤場結(jié)構(gòu)的部分風洞試驗數(shù)據(jù)。201712201806個項目工程風洞試驗/數(shù)值分12.3部分。表1序號項目名稱煤棚尺寸（長x寬x高）m風洞試驗或數(shù)值分析是否考慮周邊建筑影響最不利風向角1國電寧夏方家莊電廠(預(yù)應(yīng)力管桁架)229x254風洞試驗是；0度風平行縱向45度,150度2大同塔山工程157x266x50.32風洞試驗是；0度風垂直縱向最大豎向吸力70290度；水平推力200度32x35121x222x30.40風洞試驗否0度風垂直縱向值煤電聯(lián)產(chǎn)4土耳其KARABIGA工程2x129x357x41.88兩個平列布置風洞試驗是；0度風平行縱向5合肥廬江電廠145x292x31.1735CFD 塔布置在煤6國電宿遷2x660MW工程113x390x42m高，山墻高18米風洞試驗否；0度風平行縱向7華能海口電廠四期煤場改造工程97mx247mCFD數(shù)值分析否；0度風平行縱向8寧夏棗泉電廠114x2600度風垂直縱向僅有部分結(jié)果數(shù)據(jù)9唐山煤棚無尺寸冷卻塔布置在煤棚縱向側(cè)面風洞試驗冷卻塔影響0度風平行縱向10神華國華壽光一期120m圓形煤場風洞試驗、是；11中電工科技項目120m圓形煤場，高度60m(含擋煤墻)風洞試驗，數(shù)值分析否工程風洞試驗/數(shù)值分析數(shù)據(jù)國電寧夏方家莊電廠工程國電寧夏方家莊電廠干煤棚風洞試驗報告是由哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心完A229254米，5015m/s124343。圖1方家莊電廠干煤棚風洞模型整體布置圖圖2方家莊電廠干煤棚風洞試驗工況及風向角示意圖3 測壓點布置圖圖4 A類地貌平均風速剖面及湍流度剖面本工程試驗結(jié)果分析結(jié)論如下：屋蓋表面以吸風為主，且受周邊建筑體塊影響較大，。 。且明確了屋蓋最不利風向角是45和150。根據(jù)工程風洞試驗報告提供數(shù)據(jù)及結(jié)論，墻面風壓受風向影響顯著，該報告將各向風向角下分區(qū)體型系數(shù)見下表負。因考慮了與周邊建筑物的相互影響，體型系數(shù)數(shù)據(jù)分布有不對稱。圖5 屋蓋表面各風向角下分區(qū)體型系數(shù)包絡(luò)值1.4kN/m2-1.0kN/m2（100年一遇風壓0.85kN/m2的結(jié)果1.647和-1.176789。圖6 全風向角屋蓋表面極大風壓值kN/m2圖1-7 全風向角屋蓋表面極小風壓值kN/m2圖1-8 屋蓋表面極大風壓值系數(shù)（中部B/4應(yīng)為B/2）圖1-9 屋蓋表面極大風壓值系數(shù)（中部B/4應(yīng)為B/2）大同塔山工程煤棚大同塔山工程煤棚是跨度157米，長度266米的超大跨度三心圓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，高度50.32米，其結(jié)構(gòu)外形示意圖，見圖2-1。項目采用剛性模型測壓試驗，試驗?zāi)Ｐ鸵妶D2-2。圖2-1 大同塔山工程煤棚結(jié)構(gòu)外形示意圖圖2-2 大同塔山工程煤棚試驗?zāi)Ｐ?010圖2-3 測點布置圖圖2-4 結(jié)構(gòu)分塊示意圖1111圖2-5 模型方位與風向角布置圖表2-1 試驗技術(shù)參數(shù)小結(jié)01036個風向角。0度風向角時，A07點位于迎468234點。2-6Fz為向上（吸力為正xFy網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各分塊體形系數(shù)見表2-1，其包絡(luò)見圖2-7。11PAGE從圖2-6可以看出，結(jié)構(gòu)承受的最大豎向吸力發(fā)生在70和290度風向角下，最大垂直于軸向推力發(fā)生在200度風向角下。圖2-6結(jié)構(gòu)的平均基底力表2-1 各風向角下的分塊體型系數(shù)2-1（差異，可能與周邊建筑遮擋影響有關(guān)工程使用還是不便。山墻體型系數(shù)（兩側(cè)山墻面的結(jié)果比較一致）本試驗還給出了本工程煤棚五十年一遇圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時的極值風壓（值2-。表2-2 五十年一遇圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時的極值風壓注：1.表中Cmax、Cmin為極值風壓系數(shù)的最大、最小值；Wmax、Wmin為對應(yīng)50年一遇（0.55kN/m2）極值風壓的最大、最小值。2.表中A01為兩端山墻數(shù)值。2x35萬千瓦低熱值煤電聯(lián)產(chǎn)工程2x35121222米的大跨30.403-13-2。圖3-1 結(jié)構(gòu)外形示意圖圖3-2 試驗?zāi)Ｐ褪疽鈭D圖3-3 試驗測點布置圖圖3-3 模型方位與試驗風向角關(guān)系表3-1試驗技術(shù)參數(shù)小結(jié)的風荷載（36張附圖見附件此處略。用于圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計50年重現(xiàn)期（b類0.45kN/m2）的風荷載等值線圖，見圖3-4圖3-4 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的風荷載等值線圖Karabiga干煤棚風荷載研究KARABIGAKARABIGAKarabiga（以下簡稱“干煤棚35712941.88Karabiga干4-1。Karabiga962個測點,分塊編號為1～36（上下1（上、下）表面兩個測壓孔，以同時測量該（上下（4-2。0風向角，風向角按順時針方向244。4-1模型照片外表面測點2020內(nèi)表面測點圖4-2 測點布置圖圖4-3 模型方位與風向角關(guān)系22PAGE護結(jié)構(gòu)設(shè)計時的最大最小（正壓、負壓2，此處略。廬江電廠煤棚體型系數(shù)CFD數(shù)值模擬CFDB類，5023.7m/s。（14529231.1735米CFD5-1CFD數(shù)值模擬計算流域取為3600m×2000m×900m(流向×展向×豎向)7055-2圖5-1 CFD計算幾何模型圖5-2 CFD計算網(wǎng)格模型圖5-3 模型方位與風向角關(guān)系因結(jié)構(gòu)及布置對稱性，分析報告給出了7種風向角下體型系數(shù)等值線云圖。從下面等值線圖可以看出：煤棚體型系數(shù)受周邊建筑（冷卻塔）影響較大。圖5-4 0度和180度等7種風向角時煤棚體形系數(shù)等值線云圖2x660MW工程2x660MW42米，390186-12x660MW煤棚效果圖。3030圖6-1 國電宿遷2x660MW煤棚效果圖圖6-2 國電宿遷2x660MW煤棚試驗?zāi)Ｐ?3PAGE圖6-3 國電宿遷2x660MW煤棚試驗風向角圖6-3 各測壓點分布圖根據(jù)項目要求宿遷50年基本風壓為0.40kpa；100年基本風壓為0.45kpa。100（和等效靜力風荷載）1000.889倍，具體詳見試驗報告。華能海口四期煤棚改造工程7-1CFD7-2為風向角示意及體型系數(shù)分區(qū)。7-1CFD數(shù)值模型0度，30度、45度、90度、135度、150度、1807種不同風向角來鳳時各分區(qū)的體型系數(shù)，同時還提供了在煤棚縱向有主廠房及爐后建筑9090度風向角數(shù)據(jù)進行比較，分析90ABC統(tǒng)一，本調(diào)研報告僅羅列數(shù)值分析報告提供的數(shù)據(jù)。7-2風向角示意及體型系數(shù)分區(qū)404044PAGE505055PAGE寧夏棗泉電廠干煤棚工程寧夏棗泉電廠干煤棚跨度114米，長度260米，提供兩種方案的結(jié)果數(shù)據(jù)，具體如下：565758PAGEPAGE966PAGE唐山煤棚工程500.40kN/m2,100有周邊和無周邊建筑兩種條件進行試驗。對上述有無周邊建筑條件下，各分塊體形系數(shù)包絡(luò)取值如下：6566PAGE69707077PAGE757577PAGE對有周邊建筑時各分塊體形系數(shù)略。神華國華壽光發(fā)電廠系新建電廠，規(guī)劃容量4×1000MW。本報告針對一期工程圓形煤場鋼網(wǎng)架工程進行風荷載研究。下圖10-1為神華國華壽光一期工程的效果圖。圖10-1 華華光期工效圖圖10-2 試驗?zāi)Ｐ蛨D10-3 兩個煤場相對位置10-4圓形煤場剖面示意圖8080圖6-5 1號圓形煤場測壓點布置88PAGE圖6-6 2號圓形煤場測壓點布置圖6-7模型方位與試驗風向角表1試驗技術(shù)參數(shù)小結(jié)參數(shù)類 參數(shù)稱指標氣象地及筑境 地表糙類型A基本風壓（B類）,50年/100年重現(xiàn)期0.45kpa/0.50kpa試驗斷面尺寸4.4m寬×3m高×24m長模型數(shù) 模型尺比1:250模型形式剛性模型測點總數(shù)964自由來流風速16m/s采樣頻率312.5Hz試驗數(shù) 采樣間29s風向角范圍0°～360°風向角間隔10°用于主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的風荷載6-50報告給出用于圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的風荷載50KPa）50KPa）《4.2：GB50009分布范圍基本一致，負壓區(qū)風荷載體型系數(shù)，風洞試驗結(jié)果要小于規(guī)范值。正壓區(qū)的風荷載體型系數(shù)，試驗結(jié)果要大于規(guī)范值，規(guī)范值是否存在不安全的因素有待檢驗；從物理模型的風洞試驗結(jié)果和歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(ECCS)ECCS從物理與數(shù)學(xué)模型的結(jié)果和規(guī)范的對照分析來看，ECCS規(guī)范考慮了擋煤墻高度變化、封閉煤場直徑變化對風荷載體型系數(shù)的影響，風荷載體型系數(shù)的值同實驗結(jié)果和計算分析的結(jié)果一致性較好，建議在實際工程設(shè)計中采用。目前土規(guī)附錄A中A.0.3條來源于此結(jié)論。與現(xiàn)行荷載規(guī)范的對比現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012表8.3.1中第4項封閉式拱形屋面體形系0風向角和周邊建構(gòu)筑的影響，出現(xiàn)局部體形系數(shù)高于規(guī)范數(shù)值，先將收集到工程與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-20128.3.143.1。3.1條形封閉煤場體形系數(shù)與現(xiàn)行荷載規(guī)范對比序號項目名稱（xx高）m風洞試驗或數(shù)值分析是否考慮周邊建筑影響最不利風向角比較結(jié)果1國電寧夏方家莊電廠229x254風洞試是；0度風平行縱向45度,150度1. 09009045-0.81.253.1/2中部兩側(cè)1/4縱向長度范圍最大值是-0.9為試驗中(預(yù)應(yīng)力管桁架)驗45度和150度風，是規(guī)范最大值-0.8的1.125倍2大同塔山工程157x266x50.32風洞試驗是；0度風垂直縱向。冷卻塔布置在縱向側(cè)面最大豎向吸力70290度；水平推力200度1. 02. .210.1.08的1.25倍和1.5125倍1800.84略高于規(guī)范最大值0.81900.850.83晉能集團離石大土河2x35萬千瓦低熱值煤電聯(lián)產(chǎn)121x222x30.40風洞試驗否0度風垂直縱向001.13. 1801.40.81.75于0（）4. 30度和0.5是規(guī)范1.528,204土耳其KARABIGA工程2x129x357x41.88兩個平列布置風洞試驗是；0度風平行縱向09010.,1.470901.09）1.151.43750.931.1625（270）4570%6060%1.53;15.30.4510%值5合肥廬江電廠145x292x31.1735CFD數(shù)值模擬分析塔布置在煤棚端部；度風平行縱向0（9090度風向側(cè)面端80%范超過范值，大1.0，3. 30,度風60風端部部有0.8~1.3，差異較大；60度風縱向下端局部最大值為-1.06國電宿遷2x660MW工程113x390x42m高端部封閉高度為18米風洞試驗否；0度風平行縱向1. 0907華能?？陔姀S四期煤場改造工程97mx247mCFD數(shù)值分析否；0度風平行縱向09030為-1.1高于規(guī)范值，其他均低于規(guī)范值8寧夏棗泉電廠114x2600度風垂直縱向僅有0度45度.90度風向角結(jié)果數(shù)據(jù)2.070.933. 4525米（9.6%）-0.79~-1.51-1.51，高于規(guī)范值4. 909唐山煤棚無尺寸冷卻塔布置在煤棚縱向側(cè)面風洞試驗是；僅考慮冷卻塔影響0度風平行縱向1. 0900.91~0.9890度類似數(shù)值為.~101靠近端部最大1.端部下端局部數(shù)值變大，最大值為1.06）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012表8.3.1中第36（DG1-M01-2006）有關(guān)封閉式圓形煤場穹頂風荷載風洞物理模型試驗實驗和數(shù)學(xué)模型分析有下列結(jié)論：、風荷載體型系數(shù)數(shù)模分析與風洞實驗變化趨勢基本一致，對于擋煤墻高度、地面粗糙度類別及屋面網(wǎng)殼局部開敞和全封閉等因素對風荷載體型系數(shù)的影響，數(shù)模分析的結(jié)果與物理模型的結(jié)論也是一致的。因此數(shù)學(xué)模型分析是確定風荷載體型系數(shù)的有效手段；、從物理模型風洞試驗結(jié)果和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001,2006年版)的對照分析來看，兩者正壓區(qū)和負壓區(qū)的分布范圍基本一致，負壓區(qū)風荷載體型系數(shù)，風洞試驗結(jié)果要小于規(guī)范值。正壓區(qū)的風荷載體型系數(shù)，試驗結(jié)果要大于規(guī)范值，規(guī)范值是否存在不安全的因素有待檢驗；數(shù)值均要大于風洞試驗結(jié)果，可見ECCS從物理與數(shù)學(xué)模型的結(jié)果和規(guī)范的對照分