汽机房屋面结构型式论证

刘晓颂

1 概况

在山西霍州第二发电厂工程初设投标阶段中，对汽机房屋面要求进行不同的结构体系比较，为本工程的投标推荐最优结构型式。山西霍州第二发电厂工程为2×300 MW机组，汽机房跨度30 m，屋面采用双层压型钢板夹保温轻型封闭，屋面恒荷载标准值按1.5 kN/m2考虑，活荷载标准值按0.5 kN/m2考虑。屋盖系统拟采用实腹式钢梁、钢屋架及正放四角锥网架三种结构体系，并分别从结构受力、造价预算和施工工期等方面对这三种结构体系进行了比较论证。

2 屋面结构布置型式

本工程汽机房屋面的跨度为30 m，柱距为9 m。拟采用有檩实腹式钢梁屋面体系、有檩钢屋架屋面体系和平板网架结构体系。三种屋面体系分别论述如下:有檩实腹式钢梁屋面体系中，钢梁与两端柱为刚接，檩条与钢梁间为铰接，檩条顶面标高与钢梁相同，在屋面梁顶设水平支撑，系杆与檩条合二为一，此体系参与主厂房整体三维空间计算。本工程中钢梁断面尺寸约为450×1 400×28×30焊接H型钢，檩条也可采用焊接H型钢，其顶铺设自保温自防水压型钢板，其上布置有屋顶通风器。有檩钢屋架屋面体系中，钢屋架通常与柱为铰接，屋架跨中最经济矢高为1/10，即30 m跨为3 m，檩条底面标高与屋架上弦顶相同，在屋架上下弦设纵、横向水平支撑及系杆，在9度抗震设防区屋架端部及中部设通长垂直支撑，整个系统形成空间结构体系。檩条顶铺设自保温自防水压型钢板。正放四角锥网架结构体系中，30 m跨度，9 m柱距屋面网架按1∶12起坡，采用螺栓球节点正放四角锥平板网架形式，网格尺寸3 m×3 m，高度2.6 m，总尺寸141.0 m，支承于牛腿或纵梁上，杆件采用无缝钢管。支座支承情况有两种考虑方法:一种方法为A排沿主厂房横向滑动，竖向和纵向铰接，B排三相均铰接;另一种方法为将支座下部结构的实际刚度输入网架结构计算中进行验算。

3 结构受力分析

有檩实腹式钢梁结构体系属平面受力结构体系，在钢结构厂房中应用非常广泛。其结构受力特点:易参与主厂房整体空间计算，结构受力简单明确，檩条与钢梁铰接，计算简单。但在大多数情况下，构件断面尺寸受挠度控制，虽钢材没有充分发挥作用，但由于屋面支撑系统简单，用钢量相对较省。有檩钢屋架结构体系，屋架与柱间为铰接，结构受力简单明确，其杆件均以轴力为主，但由于屋盖系统必须组成空间体系，以保证有足够的空间刚度，因此耗费大量支撑杆件，屋面系统构件数量多用钢量大。平板网架结构体系，是由很多杆件有规律的组成高次超静定结构，呈网状，具有空间受力的特点，因节点构造为铰接故构件主要承受轴向力，其截面尺寸相对较小。这些空间交汇的杆件又互为支撑，承重结构与支撑体系合二为一，刚度大，其挠度控制值为网架短向跨度的1/250，结构整体性能好，使材料得到了合理的应用。但由于汽机房平面狭长，跨度与柱距相比为30/9.0=3.3，汽机房屋面网架的空间特性没有完全发挥，仍近视于单项受力。汽机房屋面若采用正放四角锥平板网架，从以往经验来看，纵向杆件除靠近支座的网格及山墙外，65%的纵向杆件是按构造要求选用的;跨中大量腹杆也是构造要求确定的。这些杆件实际受力很小，没有充分发挥钢材的性能。

4 构件制作与施工安装

实腹式钢梁、钢屋架一般可在工厂制作，实腹式钢梁杆件少，制作工程量小，效率高，现场安装不需太大的起吊设备，运输和安装方便，钢屋架制作工程量相对较大，现场安装需要较大的起吊设备。

网架制作标准化，尤其螺栓球节点网格统一，杆件和球体规格化，但现场拼装量大，安装必须采用搭设局部固定脚手架或活动平台移动法吊装，施工难度大。

5 造价预算比较

根据以上所述的屋面结构布置形式，对实腹式钢梁、钢屋架和正放四角锥网架结构体系的用钢量分别进行了计算，见表1～表3，经济比较见表4。

表2 钢屋架屋面结构体系用钢量

表3 正放四角锥网架屋面结构体系用钢量

表4 三种屋面结构体系经济比较汇总表

从表1～表3中可看出，实腹式钢梁结构体系比钢屋架结构体系总造价节约55万元，平板网架结构体系比实腹式钢梁结构体系总造价节约67.16万元。每平方米用钢量:实腹式钢梁结构体系比钢屋架结构体系节约130.1元，平板网架结构体系比实腹式钢梁结构体系节约158.7元。

6 结语

实腹式钢梁结构体系受力简单、明确，制作安装简单，工期短，经济，且在电厂结构中已被广泛应用。从表4看平板网架结构体系虽较其他两种结构体系经济，但从一些工程的网架厂实际报价情况看，其报价比屋架高，且此结构不能承受较大荷载(特别是屋面设置有通风器的结构)，空间高度大，对汽机房屋面长宽比大的结构，结构受力不合理，所以本工程初设投标阶段汽机房屋面推荐采用实腹式钢梁结构体系。

[1]DL 5022-93，火力发电厂土建结构设计技术规定[S］.

[2]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S］.

[3]JGJ 7-91，网架结构设计与施工规程[S］.