Крупноразмерные сборные конструкции ТЭС
Ленинградское отделение института Теплоэлектропроект является инициатором и разработчиком первого в Союзе сборного железобетонного несущего каркаса главного корпуса ТЭС, осуществленного на строительстве ТЭЦ № 15 Ленэнерго в 1955—1956 гг. Подавляющее большинство главных корпусов и других производственных зданий ТЭС, запроектированных отделением, разработаны и сооружены в сборном железобетоне (Прибалтийская, Эстонская и Киришская ГРЭС, ГЭЦ № 14, 15, 17 Ленэнерго и др.).
Типовые проекты главных корпусов мощных ТЭЦ в сборном железобетоне получили широкое распространение в теплоэнергетическом строительстве. Наиболее интересные широко внедренные конструкции сборных железобетонных фундаментов под колонны, стеновых керамзитобетонных панелей длиной 12 м, сборных фундаментов под мощные турбоагрегаты.
По типовому проекту в 1972—1973 гг. сооружен новый главный корпус ТЭЦ № 15 я строится главный корпус крупнейшей в системе Ленэнерго Северной ТЭЦ Ленинграда (рис. 1). Выбор материала несущего каркаса определился пр оиз в о детве н н о -тех н ячеек ими возмож- ностями строительства и технико-экономическим анализом.
В этом проекте достигнуто значительное сокращение расхода материалов благодаря более экономичной компоновке и рациональным конструктивным решениям: уменьшению высоты деаэраторной этажерки и котельной, отказу от чрезмерной и экономически неоправданной унификации изделий несущего каркаса главных корпусов ГРЭС и ТЭЦ, увеличению длины температурных блоков, сокращению числа распорок — ригелей продольных рам. Типовой проект универсален, так как охватывает различные модификации ТЭЦ, отличающиеся видами топлива (газ, мазут и уголь), типами и производительностью котлоагрегатов.
Несмотря на разнообразие технологических компоновок и оборудования, для комплектования сборных каркасов потребовалось всего 14 типоразмеров колонн и ригелей этажерок и 6 типоформ дополнительно к номенклатуре, предусмотренной для главных корпусов ГРЭС.
Каркас главного корпуса представляет собой пространственную конструкцию, образованную поперечными и продольными рамами. Поперечные рамы — трехпролетные. Средний пролет 12 м решен в виде этажерки с жесткими рамными узлами. Крайние пролеты — одноэтажные— шарнирно присоединены к этажерке стальными фермами. Шаг колонн принят равным 12 м. Продольные рамы образованы колоннами и жестко соединенными с ними распорками, используемыми в отличие от стальных связей в качестве балок междуэтажных перекрытий и для подвески технологических коммуникаций. При этом соблюдается единообразие колонн.
Длина рам между температурными швами допускается до 144 м. Для элементов несущего каркаса использозэ.тн бетон марки 400 и арматурную сталь класса А-III. Сечения колонн принять: прямоугольного и двутаврового типов с размерами 1500x600 и 2000X600 мм. Высота сечения ригелей тех же типов 1200, 1800 и 2400 мм, ширина 600 мм. Стык:-: сборных элементов колонн (рис. 2) — «сухого» типа с многослойной сварке и выпусков арматуры, расположенных по узким граням в «подрезках», а по широким — в нишах. «Подрезки» замоноличп- вают, а ниши заделывают раствором. Стыки колонн приторцовывают заводским способогл изготовления обезличенных изделий в специальных формах высокой точности. Стыки ригелей рам (см. рис. 2) и распорок продольных рам с колоннами заделывают с помощь:;- ванной сварки выпусков арматуры с последующим замоноличиванием зазора. Ригели опирают на железобетонные консоли колонн, распорки — на стальные столики, прикрепляемые к колоннам на болтовых выпусках.
В типовом проекте достигнуто сокращение расхода (соответственно на газомазутную и пылеугольную ТЭЦ) бетона на 32 и 37%, арматурной стали — на -36 и 38%.
Принцип сборности распространен на фундаменты (при естественных основаниях) и конструкции подземного хозяйства ТЭС.
Представляют интерес сборные фундаменты составного типа, работающие в замоноличенном виде как цельная конструкция.
Применение сборных фундаментов слоистой конструкции, состоящих из башмака таврового сечения, уложенного по одному или нескольким слоям подкладных плит, способствовало индустриализации строительного процесса, сокращению трудозатрат на строительстве и его продолжительности. В связи с переходом на шаг колонн 12 м и ростом мощностей энергоблоков нагрузки на колонны несущего каркаса возросли с 800—1500 до 2500 тс и более. С ростом нагрузок увеличилось число слоев подкладных плит и более резко выявились недостатки слоистых фундаментов: раздельная работа слоев; местные нарушения контакта между слоями, возникающие при изгибе слоистой конструкции и вызывающие передачу на края верхнего слоя сосредоточенных усилий от нижнего слоя. Это привело к повышенному расходу материалов на фундаменты и возрастанию их трудоемкости.
Сборный фундамент нового типа, разработанный Ленинградским отделением института Теплоэлектропроект состоит из плиты, имеющей выемку по всей длине, в которую устанавливается вертикальное ребро. Пазухи между ребром и плитой замноличивают. Вследствие небольшой толщины перемычки под выемкой при малой нагрузке на фундамент от колонны консоли плиты под действием реактивного отпора грунта изгибаются и зажимают ребро в выемке. Этим обеспечивается работа составной конструкции как цельной (рис. 3).
ВНИИГ им. Веденеева провел испытания моделей в масштабе 1:6 и 1 :2 и фрагментов, выполненных в натуральную величину. В каждой серии кроме сборных элементов испытывали и монолитный эталон. Равномерно распределенную и трапециевидную эпюры реакций основания имитировали давлением жидкости в гидравлических стальных подушках. Для некоторых фрагментов нагрузку имитировали равными сосредоточенными силами с помощью гидродомкратов, распределительных балочек и катков (рис. 4). Испытания показали, что прочность, жесткость и трещиностойкость сборных моделей и монолитных эталонов практически были аналогичны.
Разработаны конструктивные детали, обеспечивающие работу составного фундамента при наличии растягивающих напряжений на части подошвы фундамента, площадь которой может быть выбрана в диапазоне 21—75 м2. Расчетные нормальные нагрузки от колонн колеблются от 400 до 3000 тс. Нижняя плита состоит из нескольких изделий массой 5—24 т, соединяемых петлевыми стыками арматуры с замойоличиванием зазоров. Ширина подошвы принята 4, 5, 6 и 7,5 м, длина от 5,2 до 10 м. Ребра шириной 1 м и длиной 5, 6, 7, 8 м имеют массу 14— 35 т. Для изделий используют бетон марок 400, 500, для стыков замоноличивания — бетон марки 300, арматуру аз стали класса A-III.
Железобетонные сборные колонны соединяют с фундаментом сваркой выпусков арматуры с последующим ом ополячиванием стыка, стальные — анкерными болтами, привариваемыми к парным коротким выпускам арматуры.
С 1971 г. фундаменты данной конструкции широко применяют в теплоэнергетическом строительстве. Опыт внедрения показал, что по сравнению со слоистыми фундаментами расход бетона в них сокращается на 25—30%, арматурной стали на 40—50%, стоимость снижается па 25—35%, трудозатраты уменьшаются вдвое.
По сравнению со ступенчатыми монолитными фундаментами расход бетона в составных фундаментах уменьшается почти вдвое, арматурной стали увеличивается на 25%, а трудозатраты сокращаются в 3—4 раза. Сметная стоимость монолитных фундаментов в зависимости от района строительства ниже сборных на 15—30%. Однако при сокращении продолжительности строительства на 5— 10 сут капитальные вложения на сборные и монолитные фундаменты выравниваются.
По такому конструктивному принципу могут быть разработаны сборные фундаменты меньших размеров с массой изделий от 3 до 10 т.
Ленинградское отделение института Теплоэлектропроект совместно с НИИЖБ разрабатывают экспериментальные керамэитобетонные крупноразмерные конструкции, на основе которых внедрены изделия массового изготовления. Так, раз/работаны типовые чертежи трехслойных керамзитобетонных стеновых панелей длиной 12 iM, высотой 1,8 и 1,2 м и толщиной 0,2, 0,25 и 0,3 м. Трехслойные панели широко применяют в строительстве ТЭС и в других отраслях промышленного строительства.
Для повышения технологичности и экономичности панелей отделением совместно с НИИЖБ и Дубровским ЖБК разработаны экспериментальные однослойные преднапряженные стеновые панели, испытания которых показали избыточную жесткость и возможность уменьшения толщины до 160 мм. Размеры панелей соответствуют трехслойным. Для изготовления панелей использовали керамзитобетон марки 100, объемной массой в воздушно-сухом состоянии 1000, МОО, 1200 КГ/IM3. Панели облицовывают -снаружи, а внутреннюю грань затирают слоем раствора. Мелкий заполнитель— из смеси керамзитового и кварцевого песка. Преднапряженнаи арматура — из стали класса А-V, обычная— из стали классов А-I, А-III, В-I—в виде сварных каркасов и сеток.
Особенностью данных панелей является группировка напрягаемых стержней у нижней и верхней граней. При этом упрощаются силовая форма и технологические операции изготовления. Арматуру напрягают термическим способом, панели изготовляют поточно-агрегатным методом с использованием силовых форм.
По сравнению с трехслойными панелями расход арматурной стали на 1 м2 стены (при одинаковом скоростном напоре ветра) снижается на 3—4 кг/м2. Дубровский ЖБК приступает к изготовлению панелей по типовым рабочим чертежам.
При установлении ограниченной номенклатуры типоразмеров сечений и типизации конструктивных деталей достигнута унификация сборных железобетонных изделий, что позволило создать универсальные формы, рассчитанные на изготовление изделий прямоугольного я таврового сечений различной длины. Сечения колонн были приняты 1500 Х/1000 и 1000X4000 мм; ширина балок по ребру 1000 мм, ПО полке — до 2000 мм, высота— 1500, 1800, 2100, 2400 мм. Изделия бетонировали в универсальных формах пяти типоразмеров. Наибольшую массу изделий первоначально ограничивали до 30—35 т при изготовлении на полигонах, оборудованных кранами грузоподъемностью до 20 т. После увеличения грузоподъемности кранов до 30 т предельную массу изделий увеличили до 50—55 т. Монтаж сборных фундаментов, как правило, ведут в закрытом помещении мостовыми кранами грузоподъемностью 100 и 125 т. Совместно с машиностроителями выработаны условия компоновки сборных фундаментов рамного типа, з результате чего современные их конструкции отвечают требованиям индустриального изготовления и монтажа.
Особое внимание уделено созданию узлов сопряжения сборных элементов. Пример современного решения узла приведен на рис. 5. Продольные балки решены в виде двухпролетных изделии, для напрягаемых стержней в сборных элементах оставлены ниши длиной 300 мм от торцов, что обеспечивает разномерность эпюры сжимающих напряжений по плоскостям контакта. Натурные последования и опыт эксплуатации подтвердили динамическую надежность сборных фундаментов.
За последние 5 лет сооружены и успешно эксплуатируются сборные фундаменты турбоагрегатов мощностью 500 и 800 МВт. Проектируется сборно-монолитный фундамент под уникальный турбоагрегат мощностью 1200 МВт.
Применение сборных фундаментов вместо монолитных позволило существенно сократить расход материалов и трудозатраты. За 1963—1973 гг. сооружено свыше 400 сборных фундаментов под турбоагрегаты мощностью от 50 до 800 МВт. При этом по сравнению с монолитными достигнута экономия бетона 250 тыс. м3, стали — 16 тыс. т, трудозатрат— 550 тыс. чел.-дн., снижена стоимость строительства почти на 5 млн. р.