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随着我国节能减排政策的实施，以及水泥生产线纯低温余热电站技术的成熟，截止2010年底，我公司已经为全国超过400条水泥生产线配套建设了余热电站，同时从2007年开始对外出口成套设备进行工程总承包，目前已经在泰国、土耳其、越南、菲律宾、巴基斯坦等国家建设了20座水泥厂余热电站，本文以我公司承建的总承包项的设计实践为例，对余热电站的结构设计进行探讨。
汽轮发电机房：
1. 汽轮发电机房一般与电站电力室合建，其中汽轮发电机房为单层排架结构，电站电力室为多层框架结构，其整体力学模型为多层框架与单层排架的组合，设计上可以采用如下3种方式实现：（1）单层排架（汽机侧）与多层框架（电力室侧）之间不设抗震缝，车间纵向受力采用单层排架支撑于多层框架上 ，此时排架侧仅须在纵向设置联系梁，但应注意需验算结构整体纵向位移是否满足行车的使用要求。这种布置方式使得排架侧立面空间较为宽裕有利于设置汽机、发电机等大型设备进出的门洞，同时使得门窗的布置也比较灵活，但由于其车间纵向承载力较弱，同时由于没有设抗震缝使得车间的横向刚度不均匀造成车间排架侧远端容易形成鞭梢效应，属于抗震不利体系，仅能适用于抗震设防烈度6度以下，同时风荷载亦较小的情况，但如果排架侧能够采用轻钢结构则采用此种布置可以使结构整体非常轻巧，可以大幅减少土建造价加快施工进度（2）单层排架与多层框架之间不设抗震缝，单层排架在纵向设置框架梁，与排架柱形成框架体系与多层框架共同承受水平荷载，此时仍需验算结构整体纵向位移是否满足行车的使用要求。这种布置方式排架侧立面空间也较为宽裕可以满足设置汽机、发电机等大型设备进出的门洞的使用要求，车间纵向承载力有所增强，由于同样没有设抗震缝使得车间的横向刚度不均匀，车间在横向亦属于抗震不利体系，但在实践中由于汽轮发电机房一般比较接近正方形，使得地震鞭梢效应不明显，采用这种布置方式的我公司拉法基都江堰项目经受住了汶川地震的考验，震后调查没有发现由于横向刚度不均匀造成的严重破坏，目前我公司在土耳其抗震设防烈度9度的情况下也采用了此种布置方式，这也是我公司设计的绝大多数项目采用的布置方式。（3）单层排架与多层框架之间设抗震缝，单层排架在纵向设置柱间支撑独立承受水平荷载并按行车使用要求单独验算位移，框架侧按框架要求验算位移。这种布置方式使得车间的纵向承载力进一步增强，同时防震缝的设置解决了车间横向刚度不均的问题，特别适用于地震设防烈度高的地区及排架侧采用全钢结构的项目，但是排架侧的柱间支撑使得大型设备进场的门洞布置受到了限制，防震缝的的建筑处理也是需要解决的问题。此种布置方式目前使用较少，但由于其结构受力最为合理且适用于钢结构的推广，伴随着将来钢结构的进一步普及，这种布置方式将逐渐趋于主导地位。
2. 汽机岛是汽轮发电机房的核心构筑物，汽机岛的设计应按《动力机器基础设计规范》（GB50040-96）的要求进行设计，并应注意如下问题：（1）基组的总质量宜大于汽机转子、发电机机转子总质量的10倍，故汽机岛应保持足够的混凝土自重，一般汽机岛台板厚度不小于1.2m,同时汽机岛基础宜采用整体式筏板基础（2）由于汽机岛框架的特点使得两方向框架梁均接近或达到深受弯构件的要求，此时应按《混凝土结构设计规范》第10.7節的要求进行设计，减小梁的纵向钢筋设置，加强抗剪验算 。（3）为了防止汽机的震动对车间造成影响，汽机岛从基础到运转层平台均应与周围结构设置不小于50mm的防震缝，同时需要注意机务蒸汽管道等设施也会传递震动，要避免使其其固定于汽机岛柱上。
3. 汽轮发电机房排架部分屋面应尽可能采用轻钢结构屋面，避免采用混凝土屋面。我公司拉法基都江堰项目由于采用的是混凝土屋面，在汶川地震中柱顶出现了比较严重的剪切破坏。使用轻钢结构屋面可以大幅减少工程造价，加快施工进度，同时对抗震也非常有利，但这里也需注意在寒冷地区，由于轻钢屋面的保温效果比混凝土屋面要差，冬季容易造成汽机房内的蒸汽在屋面结露，影响使用效果。汽轮发电机房电气室框架部分屋面，由于其上一般布置有除氧器、闪蒸器及热水、蒸汽管道等故应按一层设备平台设计；对于屋面排水设计，由于可能有100℃以上的热水渗漏故应按有组织排水设计并应进行相应的挡水、集水设计，避免热水伤人。
AQC, SP 锅炉:
1. 锅炉车间由于输灰要求及水泥厂的交通要求，一般布置底部为4.5~10m高的混凝土或钢结构框架，上部放置锅炉本体。锅炉本体就其力学特性而言属于全面支撑的多高层钢结构框架，其外形规则且质量、刚度分布均匀，故计算建模过程中可按‘总重相同，分布相当’的原则进行模拟布置，把锅炉的运行荷载均匀分布在各层平面，实现对结构的准确分析和计算。锅炉底部框架的轴线尺寸的确定应参照《高层建筑混凝土结构设计规范》（JGJ 3-2002）第5.4.4条或《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)第5.2.10条验算结构的整体稳定性，并应以此作为结构框架轴线设计的依据，一般底部框架的轴线尺寸会比锅炉柱脚尺寸宽，特别是高度较高的SP锅炉。 在满足结构整体稳定的前提下应尽可能使框架柱布置在锅炉柱脚下，避免柱脚落到梁上的抗震不利情况。锅炉柱脚如必须落在框架梁特别是次梁上时，梁构件应按转换构件设计，并应符合规范对于转换结构的相关要求。
2. 锅炉柱脚一般均要求刚接，由于锅炉框架均设置贯通的竖向支撑故其柱下弯矩一般均较小，柱脚连接主要是解决水平剪力及可能的竖向拉力。其实现方式目前主要是采取预埋锚固钢筋的方式，采用此种连接应注意锚固钢筋应尽可能贴近柱脚底板边缘布置并应与底板牢固焊接以实现承担拉力的目的，每侧钢筋不宜多于4根；柱下水平剪力则主要由底板与基础混凝土面的摩擦力承受。外包混凝土短柱的竖向钢筋宜在外圈另设，并应设置箍筋使其形成完整的钢筋混凝土柱。对于高烈度地区也可采用外包式或埋入式钢柱脚并应符合《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)第8.6节的相关要求，此时应注意基础二次灌浆的时间并应验算预埋螺栓调平螺母的承载力。
循环水泵站及冷却塔车间:
1. 冷却塔循环水池一般埋深较浅（-1.000左右）故基本不存在水池整体上浮的问题。由于塔风机及填料均较轻故水池的荷载主要来自池底和池壁的混凝土及池水的自重。以我公司承建的泰国泰水泥TS5项目为例，此项目为玻璃钢冷却塔，水池底板自重约380吨，池壁自重约210吨，塔风机及填料20吨，池水深度3m，池底面积300m2，经计算水池底板基底总压力为50Kpa，故循环水池对地基承载力的要求不高，一般不用采用桩基。
2. 水池底板的受力分析：水池底板可按倒楼盖法进行分析，其荷载为基底净反力10Kpa，（水池中部立柱由于塔风机较轻可不考虑其作为底板支撑的有利作用），TS5水池底板厚度500mm，底板跨度10m，按单向板计算所需钢筋约为1100mm2/m，配筋可选择Φ16@150（1340mm2/m）即可，另一方向配筋及底板下部钢筋则仅需按构造配筋即可。
3. 水池池壁受力分析：池壁为3边支撑板构件，为便于分析可偏于保守按悬臂板构件进行设计。TS5水深3m，池壁厚度350mm, 经计算水池内壁所需钢筋约为560mm2/m，配筋可选择Φ12@150（760mm2/m），基本上池壁钢筋则可按构造配置即可。
综上所述，由于玻璃钢冷却塔系统的特点，其循环水池基础底板压力、池底及池壁的受力均较小，故其配筋不宜过大。
汽轮发电机房：
1. 汽轮发电机房一般与电站电力室合建，其中汽轮发电机房为单层排架结构，电站电力室为多层框架结构，其整体力学模型为多层框架与单层排架的组合，设计上可以采用如下3种方式实现：（1）单层排架（汽机侧）与多层框架（电力室侧）之间不设抗震缝，车间纵向受力采用单层排架支撑于多层框架上 ，此时排架侧仅须在纵向设置联系梁，但应注意需验算结构整体纵向位移是否满足行车的使用要求。这种布置方式使得排架侧立面空间较为宽裕有利于设置汽机、发电机等大型设备进出的门洞，同时使得门窗的布置也比较灵活，但由于其车间纵向承载力较弱，同时由于没有设抗震缝使得车间的横向刚度不均匀造成车间排架侧远端容易形成鞭梢效应，属于抗震不利体系，仅能适用于抗震设防烈度6度以下，同时风荷载亦较小的情况，但如果排架侧能够采用轻钢结构则采用此种布置可以使结构整体非常轻巧，可以大幅减少土建造价加快施工进度（2）单层排架与多层框架之间不设抗震缝，单层排架在纵向设置框架梁，与排架柱形成框架体系与多层框架共同承受水平荷载，此时仍需验算结构整体纵向位移是否满足行车的使用要求。这种布置方式排架侧立面空间也较为宽裕可以满足设置汽机、发电机等大型设备进出的门洞的使用要求，车间纵向承载力有所增强，由于同样没有设抗震缝使得车间的横向刚度不均匀，车间在横向亦属于抗震不利体系，但在实践中由于汽轮发电机房一般比较接近正方形，使得地震鞭梢效应不明显，采用这种布置方式的我公司拉法基都江堰项目经受住了汶川地震的考验，震后调查没有发现由于横向刚度不均匀造成的严重破坏，目前我公司在土耳其抗震设防烈度9度的情况下也采用了此种布置方式，这也是我公司设计的绝大多数项目采用的布置方式。（3）单层排架与多层框架之间设抗震缝，单层排架在纵向设置柱间支撑独立承受水平荷载并按行车使用要求单独验算位移，框架侧按框架要求验算位移。这种布置方式使得车间的纵向承载力进一步增强，同时防震缝的设置解决了车间横向刚度不均的问题，特别适用于地震设防烈度高的地区及排架侧采用全钢结构的项目，但是排架侧的柱间支撑使得大型设备进场的门洞布置受到了限制，防震缝的的建筑处理也是需要解决的问题。此种布置方式目前使用较少，但由于其结构受力最为合理且适用于钢结构的推广，伴随着将来钢结构的进一步普及，这种布置方式将逐渐趋于主导地位。
2. 汽机岛是汽轮发电机房的核心构筑物，汽机岛的设计应按《动力机器基础设计规范》（GB50040-96）的要求进行设计，并应注意如下问题：（1）基组的总质量宜大于汽机转子、发电机机转子总质量的10倍，故汽机岛应保持足够的混凝土自重，一般汽机岛台板厚度不小于1.2m,同时汽机岛基础宜采用整体式筏板基础（2）由于汽机岛框架的特点使得两方向框架梁均接近或达到深受弯构件的要求，此时应按《混凝土结构设计规范》第10.7節的要求进行设计，减小梁的纵向钢筋设置，加强抗剪验算 。（3）为了防止汽机的震动对车间造成影响，汽机岛从基础到运转层平台均应与周围结构设置不小于50mm的防震缝，同时需要注意机务蒸汽管道等设施也会传递震动，要避免使其其固定于汽机岛柱上。
3. 汽轮发电机房排架部分屋面应尽可能采用轻钢结构屋面，避免采用混凝土屋面。我公司拉法基都江堰项目由于采用的是混凝土屋面，在汶川地震中柱顶出现了比较严重的剪切破坏。使用轻钢结构屋面可以大幅减少工程造价，加快施工进度，同时对抗震也非常有利，但这里也需注意在寒冷地区，由于轻钢屋面的保温效果比混凝土屋面要差，冬季容易造成汽机房内的蒸汽在屋面结露，影响使用效果。汽轮发电机房电气室框架部分屋面，由于其上一般布置有除氧器、闪蒸器及热水、蒸汽管道等故应按一层设备平台设计；对于屋面排水设计，由于可能有100℃以上的热水渗漏故应按有组织排水设计并应进行相应的挡水、集水设计，避免热水伤人。
AQC, SP 锅炉:
1. 锅炉车间由于输灰要求及水泥厂的交通要求，一般布置底部为4.5~10m高的混凝土或钢结构框架，上部放置锅炉本体。锅炉本体就其力学特性而言属于全面支撑的多高层钢结构框架，其外形规则且质量、刚度分布均匀，故计算建模过程中可按‘总重相同，分布相当’的原则进行模拟布置，把锅炉的运行荷载均匀分布在各层平面，实现对结构的准确分析和计算。锅炉底部框架的轴线尺寸的确定应参照《高层建筑混凝土结构设计规范》（JGJ 3-2002）第5.4.4条或《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)第5.2.10条验算结构的整体稳定性，并应以此作为结构框架轴线设计的依据，一般底部框架的轴线尺寸会比锅炉柱脚尺寸宽，特别是高度较高的SP锅炉。 在满足结构整体稳定的前提下应尽可能使框架柱布置在锅炉柱脚下，避免柱脚落到梁上的抗震不利情况。锅炉柱脚如必须落在框架梁特别是次梁上时，梁构件应按转换构件设计，并应符合规范对于转换结构的相关要求。
2. 锅炉柱脚一般均要求刚接，由于锅炉框架均设置贯通的竖向支撑故其柱下弯矩一般均较小，柱脚连接主要是解决水平剪力及可能的竖向拉力。其实现方式目前主要是采取预埋锚固钢筋的方式，采用此种连接应注意锚固钢筋应尽可能贴近柱脚底板边缘布置并应与底板牢固焊接以实现承担拉力的目的，每侧钢筋不宜多于4根；柱下水平剪力则主要由底板与基础混凝土面的摩擦力承受。外包混凝土短柱的竖向钢筋宜在外圈另设，并应设置箍筋使其形成完整的钢筋混凝土柱。对于高烈度地区也可采用外包式或埋入式钢柱脚并应符合《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)第8.6节的相关要求，此时应注意基础二次灌浆的时间并应验算预埋螺栓调平螺母的承载力。
循环水泵站及冷却塔车间:
1. 冷却塔循环水池一般埋深较浅（-1.000左右）故基本不存在水池整体上浮的问题。由于塔风机及填料均较轻故水池的荷载主要来自池底和池壁的混凝土及池水的自重。以我公司承建的泰国泰水泥TS5项目为例，此项目为玻璃钢冷却塔，水池底板自重约380吨，池壁自重约210吨，塔风机及填料20吨，池水深度3m，池底面积300m2，经计算水池底板基底总压力为50Kpa，故循环水池对地基承载力的要求不高，一般不用采用桩基。
2. 水池底板的受力分析：水池底板可按倒楼盖法进行分析，其荷载为基底净反力10Kpa，（水池中部立柱由于塔风机较轻可不考虑其作为底板支撑的有利作用），TS5水池底板厚度500mm，底板跨度10m，按单向板计算所需钢筋约为1100mm2/m，配筋可选择Φ16@150（1340mm2/m）即可，另一方向配筋及底板下部钢筋则仅需按构造配筋即可。
3. 水池池壁受力分析：池壁为3边支撑板构件，为便于分析可偏于保守按悬臂板构件进行设计。TS5水深3m，池壁厚度350mm, 经计算水池内壁所需钢筋约为560mm2/m，配筋可选择Φ12@150（760mm2/m），基本上池壁钢筋则可按构造配置即可。
综上所述，由于玻璃钢冷却塔系统的特点，其循环水池基础底板压力、池底及池壁的受力均较小，故其配筋不宜过大。