因为【wéi】光热是一个新的发电型式，我相信各个专业【yè】都碰【pèng】到了很多新问题【tí】，土建结构专业也不例外，碰到了很多以前没有碰【pèng】到过的【de】问题，今天借这个【gè】机【jī】会跟大家分享一【yī】下【xià】我们碰【pèng】到的问题，大家共同寻找一些【xiē】解决方【fāng】案。主要讲【jiǎng】四部分内容：第一是吸热塔，第二【èr】是【shì】设备抗震验算，或是【shì】说非【fēi】结构构【gòu】件的验算【suàn】，第三是熔盐罐基础，第四【sì】是定日【rì】镜基【jī】础。
第一，关于吸热塔结构。
吸热塔【tǎ】目前来看主要分为三【sān】种，钢筋混凝土结【jié】构、钢结构和混合结【jié】构。
左侧的图显示的是伊【yī】万帕电站，这是一个【gè】钢结构的【de】吸热塔，不太高，大概140米左右【yòu】。右侧的图是【shì】混合结构【gòu】，是摩【mó】洛哥努奥【ào】三期【qī】吸热塔模型，这种现在也成了中【zhōng】国绝【jué】大部【bù】分吸热【rè】塔的【de】样式，即混凝土加钢结构。但是【shì】国内【nèi】做法和摩洛哥做法不【bú】太一样，摩洛哥项【xiàng】目上部的钢【gāng】结构是设计院设计，国内项目【mù】上部钢【gāng】结构一【yī】般是【shì】厂【chǎng】家，即锅炉厂来【lái】做，不【bú】太一样。
这【zhè】个照片【piàn】是【shì】以色列项目，采用整体吊装形式【shì】，底部开【kāi】一【yī】个巨大的孔洞，这个目前在中国【guó】还【hái】没有。
关【guān】于设计原则。我们【men】做了几个项目以【yǐ】后，发现吸热塔【tǎ】不是烟囱，所以我们【men】编写国家标准的时候没有引用烟囱设计规范。但问题是实【shí】际【jì】设计的时候又避不开烟【yān】囱规【guī】范【fàn】，还【hái】是【shì】在继【jì】续引用烟囱【cōng】设计【jì】规【guī】范的一些规定【dìng】。我们目前在规范里面写的是主要参考高耸结构设计规范，但是在【zài】中国，高耸结构【gòu】设【shè】计规范也不能【néng】够完全指【zhǐ】导【dǎo】设计。在【zài】美国有一个烟囱设计标准【zhǔn】ACI307，这个也【yě】是针对烟囱，对吸热塔也不完全【quán】适用【yòng】。所以目前【qián】吸热塔各个单【dān】位可【kě】能是自己根据【jù】自己的理解，做法【fǎ】和【hé】依据的标准不太【tài】一样。
我们院目前申请了一【yī】个关【guān】于吸热塔【tǎ】的能源【yuán】行业专项标准，目【mù】前正在编制【zhì】过程中。主【zhǔ】要面对的问题是，国内采【cǎi】用荷载【zǎi】规范和烟囱规范计算结果不一【yī】样，同时【shí】国内和【hé】国外【wài】规范计算方法也【yě】不一样，比如中国的烟囱【cōng】规范、高耸【sǒng】结构规范和美国的烟【yān】囱【cōng】规范不一【yī】样。
其中一个核心问题是关于阻尼比问【wèn】题，阻尼比问题是【shì】我们做摩洛哥项目时【shí】出现的一个问题，左【zuǒ】上角是吸【xī】热塔沿【yán】高度方【fāng】向的【de】质量分【fèn】布，上面两张图【tú】是摩洛哥努【nǔ】奥项目【mù】国【guó】外【wài】合作方做的风洞试验【yàn】，在加【jiā】拿大Western University做的。
做完【wán】风洞实验之后，结果显【xiǎn】示【shì】内力【lì】比我们【men】设计的内力大1.4倍左右，导致设【shè】计结果不【bú】安全，我们作为设计方比较担心这个【gè】问题。经过我【wǒ】们自己的研【yán】究和分【fèn】析，我们认为主要问题是大家关于【yú】阻尼比的理【lǐ】解不【bú】一样【yàng】，做实验的【de】时候，他认为这个【gè】结构的阻尼【ní】比只有0.7%，是非常低【dī】的，而中国的标准认【rèn】为阻尼比是5%，差【chà】了7倍左右【yòu】。基于这个【gè】原因我们就【jiù】要研究一下阻【zǔ】尼【ní】比到底对【duì】吸【xī】热塔【tǎ】结构影响有多【duō】大。
所以我们【men】自己中国做了一个风洞【dòng】实验。第一个【gè】问【wèn】题是【shì】想把阻尼【ní】比做【zuò】到0.7%的话，这个对实验【yàn】模型的加工要【yào】求非常高。我们这个实验模型是在我们国家专门【mén】稿军工产【chǎn】品加工的单位【wèi】做的【de】，是把实体的铝合【hé】金构【gòu】件【jiàn】中间掏空做【zuò】了一个实【shí】验模型，才满【mǎn】足0.7%阻尼比【bǐ】要求。
整个过程非常有意思，我们跟合作【zuò】方说，我们认为阻【zǔ】尼【ní】比不【bú】会那么小，他们【men】直接【jiē】给【gěi】我们发了【le】几【jǐ】篇参考【kǎo】文献【xiàn】，因为有【yǒu】专家认为【wéi】阻尼比就是很小。参考【kǎo】文献的【de】作者【zhě】是【shì】日本人，他这几【jǐ】年一直在中国高【gāo】校当专家，所以【yǐ】我【wǒ】们【men】把他请来做【zuò】我们这个项目【mù】顾问。这个教授实【shí】测了很多烟囱，还有【yǒu】一些高【gāo】层或者超高层建【jiàn】筑，包括日本的、香港的、美国【guó】的一【yī】些，发现超高建筑的阻尼比确实很低，一般就在【zài】1%左右甚至低【dī】于1%。他【tā】认为中国规范有问【wèn】题，阻尼比取5%是【shì】不合适的。我们也统计了中国在超高层建筑的阻尼比的实【shí】测【cè】数据【jù】，大部分确实在2%左【zuǒ】右或者【zhě】更低。事实【shí】上实测【cè】阻尼和【hé】风速、摆【bǎi】幅有关系，展开讲【jiǎng】的话【huà】比【bǐ】较复杂，但证明我【wǒ】们规范里面存在一些【xiē】问题需要研究。我们做的实验也证明低【dī】阻尼比【bǐ】的时候，风振响应【yīng】远超过规范计【jì】算值，为了项目顺利进【jìn】行，所【suǒ】以我们在塔【tǎ】顶做【zuò】了TMD，目的一是增加结【jié】构阻尼比，二是减小风【fēng】振响应，实测结果证明增加【jiā】TMD之【zhī】后【hòu】，风振响应可以迅速降低。
第二，关于非结构构件验算的问题。
中【zhōng】国电力设计工【gōng】程师【shī】，尤其土建和【hé】设备工程师【shī】往往不太重视这个【gè】问题，事【shì】实【shí】上在规【guī】范里面是【shì】有规定的，在【zài】美国的ASCE规范里面【miàn】也有规定。现【xiàn】在【zài】做光【guāng】热【rè】的时【shí】候，尤【yóu】其做熔盐泵支【zhī】架，如果和【hé】外方厂家配合的时候会发现外方都【dōu】会让我们做【zuò】熔盐泵的【de】地震作用计算，需要提交资料。我们【men】国家的抗震规范是2001年开始有【yǒu】这个规定，同时美国【guó】的UBC、SCE，还有【yǒu】ASME等等都有一些规定。
右【yòu】侧图有【yǒu】一个简单的算力，建筑楼层【céng】上放【fàng】一个设备【bèi】，我们拿不同规范算看差异有多大，UBC94年规【guī】范算下来【lái】是0.4倍【bèi】的设备质量，97年【nián】规【guī】范算是0.326倍的质量，用ASCE或者【zhě】美【měi】国联邦救急署的标准大概是0.16倍设备质量【liàng】，如果用【yòng】ASME规范设【shè】计也可【kě】按照ASCE标准计算，用DLT标准算下来是0.2倍设备质量，用【yòng】GB50011-2010算是0.5倍设备质量，差异【yì】非常大。这个【gè】问【wèn】题没有【yǒu】统一标准，相对比较精确的【de】办法是【shì】用楼面谱的方法计算【suàn】。
这个图是摩洛哥【gē】项目的模型，左上角显示是地震波的【de】选取，右下角是用楼面【miàn】谱的方法。原理是，根据【jù】地震波生成【chéng】楼面谱，把这【zhè】个楼面【miàn】谱再给【gěi】设备厂【chǎng】家【jiā】，设备厂家根【gēn】据【jù】楼面谱算出的地震【zhèn】作用反馈给设计院，设计【jì】院再进【jìn】行重新校合，可能需【xū】要有一个迭代【dài】过【guò】程【chéng】完成设备【bèi】的计算。
第三，熔盐罐基础。
有几个【gè】问题，一是外【wài】环墙基础，是钢【gāng】环还是钢筋混凝土环?这两个【gè】可【kě】能大【dà】家都有做，隔【gé】热材料一般是选【xuǎn】用陶粒土，这【zhè】是比较常见但【dàn】不是【shì】唯一的。陶粒土有一个基【jī】本问题，它是散粒体【tǐ】材【cái】料，很难压实，目前已进行的项目也发现了这【zhè】个问题。正常碰到的【de】力学问题都【dōu】是连续介质力学【xué】问题【tí】，而这个项目碰【pèng】到的【de】非连【lián】续【xù】介质力学【xué】问题【tí】，比较复杂。
还有一个比较【jiào】问【wèn】题是熔盐液面不断变化，在【zài】运行过程中实际是交变【biàn】往复荷载，同【tóng】时【shí】陶粒【lì】土长【zhǎng】期处在高温状态，散【sàn】粒体材料在高压【yā】以及交【jiāo】变荷【hé】载【zǎi】时【shí】可能出现蠕变【biàn】问【wèn】题，比较遗憾【hàn】的是这【zhè】个问题很难进行实验【yàn】研究，只能根据已【yǐ】有经【jīng】验积累做设计。还有【yǒu】一个是关于陶粒【lì】的热工参数测定，目前所【suǒ】有试验设备【bèi】都是针对连续体【tǐ】的测试，很少有针对散粒体的。
计算分【fèn】析比较简单，需要进【jìn】行热应力分【fèn】析、膨胀分析【xī】和【hé】温【wēn】度场分析，耦合在一起做。
第四，关于定日镜基础主要问题。
一是短桩，目前【qián】国内做的桩基础【chǔ】比较节【jiē】约，但【dàn】是这个和常见【jiàn】的【de】桩不一【yī】样【yàng】，长度和【hé】直径比值比较小【xiǎo】。短桩【zhuāng】在我们国家桩【zhuāng】基规范里【lǐ】面没有规定，找不到很完备的【de】设【shè】计理论，这也可能导致各个设【shè】计院【yuàn】做出来的结果差【chà】异比较大【dà】，甚至【zhì】我们的结果和外方结果【guǒ】差异也比较大。桩基础型式有两种，一种是【shì】桩柱一体，一种是分离式，控【kòng】制指标是双【shuāng】控。
最后汇报一个小问题，一万多根桩【zhuāng】，怎么检测?如果【guǒ】按照现有桩基检测规【guī】范的话数【shù】量太【tài】大，成本【běn】太【tài】高【gāo】，不知【zhī】道其【qí】他【tā】单位有没有碰到类似的问题【tí】。按照我们国【guó】家【jiā】的【de】程序，做完必须【xū】有【yǒu】检测，目前【qián】正在摸索一套检测方法标准。
这【zhè】是常见【jiàn】的两种型式，左侧【cè】是灌注【zhù】桩，上面做常规的钢桩和定【dìng】日镜【jìng】，右侧是【shì】摩洛哥项目，还有我【wǒ】们的【de】哈密项目，桩柱【zhù】一【yī】体的形式。
