黄埔发电厂烟囱景观设计

1 地域环境概况
　　黄埔发电厂位于规划的南海神庙又称波罗庙东面，距南海神庙约400～500m，现南海神庙已规划成占地30000余平方米公园，作为游人休闲和旅游地。南海神庙是广州“海上丝绸之路”遗迹的重要组成部分，瑞典歌德堡号2005年访粤庆典，见证了广州海洋文明的发展。位于南海神庙正南方的巨型人工湖已经全部完成，南部的分水道也进行了拓宽，形成小港湾河以及若干码头，整体形状像是一个横放着的葫芦，并且设置了多处的亲水平台，游人可以走下台阶体验戏水的乐趣。环绕湖边的绿化已经大部分完成，引珠江水入湖的河涌也已完成了拓宽加固，远远望去就像是一片水光滟潋的人造海面。而神庙的远期规划还将建设新的庙头码头，将整个南海神庙景区纳入珠江沿线旅游的整体规划，形成进出南海神庙的第三条通路。届时，游船可直接开至神庙附近的游览码头。

　　按照通过终审的规划要求，南海神庙作为目前我国四大海神庙中唯一保存完好的海神庙，重新开辟水道。

2 项目背景
　　受黄埔发电厂委托，黄埔发电厂“上大压小”环保示范工程（2×600MW超超临界机组）烟囱设计要结合城市景观、配合和保护当地旅游资源的开发和协调、满足环保和当地经济的发展要求。同时按照黄埔电厂“安全可靠、经济环保、节能高效、备用合理、系统简洁、以人为本、科技领先”的二十八字方针的精神，体现高科技、节能环保示范工程特色以及结合周边环境充分宣传体现粤电集团和黄埔发电厂的企业标识。

3 实施技术条件
3.1 结构形式
　　1）景观烟囱如在外形上仍采用单圆柱形悬臂结构形式，烟囱外壁没有造成风流场变化的大的凸起或凹陷，风荷载计算方法同一般烟囱相同，可只采用频域分析方法进行分析：风荷载体型系数，风振系数，高度变化系数以及横向风振可以根据《建筑结构荷载规范》（2006年版，GB 50009-2001）与《烟囱设计规范》(GB50051-2002)进行取值和计算。
　　2）景观烟囱主体结构采单柱悬臂结构形式，但断面为非圆形（多边形或椭圆等），或烟囱外壁因景观需要而有大的凸起或凹陷，对于此类结构形式的烟囱风荷载计算，风荷载体型系数，风振系数以及横向风振计算无现成的规范可查。对于此类结构的风荷载分析，若仍采用频域方法进行分析，则需要进行烟囱风洞模型试验，以测出烟囱的最不利风向角，以及在各风向角下的烟囱表面风荷载体型系数分布情况；风振系数可以近似参照规范取值或根据烟囱振形进行随机积分计算出；横向风振的等效风荷载宜进行空气弹性模型的风洞试验确定，并进行调研，也可根据动力分析结果进行评定，或按规范近似计算。风荷载分析也可采用时间域法进行动力时程分析，即将随机的风荷载模拟成时间函数，然后输入计算模型进行动力计算。风的模拟必须和自然风的基本特性如平均值、与高度有关的自功率谱以及相位角关系等尽可能接近，如利用谐波合成法并考虑烟囱结构风速谱随竖向位置变化的特点，来模拟烟囱结构的多变量互相关水平脉动风荷载时程曲线。对于景观烟囱这种重要结构，我们建议除进行频域内分析外，还应进行时域内的补充计算。
　　3）另外一种常见的景观烟囱，是采用单筒悬臂与钢支撑框架组合结构形式，即在圆形混凝土筒四周利用钢结构支撑框架给烟囱筒穿上一层美丽的“钢丝带”时装，类似于广州新电视塔结构形式。这种结构的风荷载分析仍然不外乎上述两种分析方法，也需要做风洞模型试验，测出钢框架的风荷载体型系数以及对内部筒体的影响。若周边的钢支撑框架与混凝土筒的共同受力，协同作用，则需要一起建立整体模型进行静力与动力分析，并考虑温度作用，施工模拟等工况，具体设计过程可以向负责广州电视塔的设计、施工单位进行调研；若周边的钢支撑框架是附属在混凝土筒外壁上的，则可按上述第2种烟囱进行设计。
　　4）钢筒束景观烟囱，采用多个钢筒组成类似格构柱形式，协同受力。这种结构形式的烟囱，风荷载分析方法同上述第2种烟囱相似。目前，在日本某电厂中已有建成的该种景观烟囱。
3.2 景观烟囱地震作用研究
　　对于比较高柔的烟囱结构来说，风振的影响一般要大于地震的影响，但是如果结构的重量较大，又处在地震高烈度区，则地震的影响会更强烈些。
　　烟囱结构地震作用按《烟囱设计规范》进行简化计算或振型分解反应谱法计算。当景观烟囱外表面附属有其它结构或凹凸部分时，烟囱地震作用除按振型分解反应谱法计算外，宜按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，进行地震作用时程分析。
3.3 景观烟囱温度作用研究
　　对于单筒悬臂与钢支撑框架组合结构形式和钢筒束景观烟囱，温度作用需要考虑两个方面：烟囱内部的烟气温度与外界温差对烟囱筒壁的影响，日照作用对烟囱整体结构受力和变形影响。在结构设计时，需要针对以上两个方面对烟囱进行温差应力计算与构造设计。
3.4 景观烟囱温度耐腐蚀处理办法
　　黄埔电厂烟气处理采用湿法脱硫，FGD系统不设置GGH，烟气腐蚀性强，对烟囱的防腐设计要求很高，对于该种烟囱设计一般采用套筒设计方案，及外筒作为结构筒（受力），内筒作为排烟筒（不受力）。钢筒束景观烟囱方案中，由于钢筒同时作为排烟筒和结构筒，对其耐腐蚀设计需要专门研究和调研。
3.5 计算软件的选择
　　计算软件的选择，需要考虑建模方便，能够进行静、动力分析，易于提取计算结果进行设计。SAP2000与ANSYS是不错的选择。SAP2000是一个集成的计算有限元设计软件，可以作为主算软件，ANSYS软件是一款通用的有限元软件，计算功能强大，具有丰富的数据接口并和编程扩展功能，可以作为校核软件。目前我院已购买SAP2000中文V11版本。ANSYS软件虽然暂未购买，但具有一批能熟练使用该软件的结构设计人员，在需要时，可以通过向ANSYS软件广州办事处通过购买或租用方式解决。
3.6 其它
　　本工程在设计时，需要根据确定的烟囱结构方案，决定是否进行施工模拟验算。
　　在烟囱设计过程中，可能存在一些受力复杂的部位和节点，为搞清结构受力特点和规律，确保结构设计安全，对部分细部节点大样可能需进行试验研究。
3.7 极端气象现象调查
　　通过现场走访和档案馆、民政部门、气象部门、水利局三防办等单位，以查阅和购买资料的方式，对历史主要灾害性天气（如台风、暴雨、颮线大风、雾、冰雹、雷暴等）及灾害情况开展调查，给出厂址区域主要灾害天气类型、发生季节、发生频率、持续时间、随时空变化的特点以及危害等概况。

4 投资估算
　

表1 景观烟囱方案投资汇总表

方案	投资（万元）	占平均价%	与平均数差（万元）	备注
方案一	7815	86.54	-1216	外筒三角花形布置
方案二	9092	100.68	61	外筒剪力墙多边形布置
方案三	8077	89.44	-954	外筒多边圆形布置
方案四	10949	121.24	1918	外筒圆形，筒外钢结构布置
方案五	9220	102.10	189	外筒橄榄叶形、筒外装饰板布置
平均价格	9031	100.00

方案1



方案2



方案3

方案4
　

方案5