燃机房屋面桁架简化模型计算比较

王勇强，陈静，吴建平

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，北京市，100120)

0 引言

燃气－蒸汽联产机组燃机房一般具有柱距大、屋面跨度大的特点。对于燃机房屋架结构的设计，传统的教材和设计手册都将屋架简化为两端铰接的钢桁架进行简化计算［1-3］，而没有考虑屋架支承结构和屋面混凝土板的影响［4-5］。本文基于某燃机房屋面结构不同计算简化模型的计算结果的比较，分析了各种计算简化模型对燃机房屋面桁架结构设计的影响。

1 计算简化模型

某大型燃气－蒸汽联产机组燃机房AB列均采用双肢柱，屋架结构采用空间三角拱形管桁架，现浇轻骨料混凝土屋面。选取典型跨横向排架进行结构分析，燃机房跨度为44m，空间三角拱形管桁架矢高为4m，燃机房柱距为12m，屋面轻骨料混凝土强度等级为LC25。

1.1 屋面桁架与燃机房排架联算整体模型

考虑燃机房整体结构的影响，将空间三角拱形桁架与燃机房排架结构进行整体联算，为简化模型1。该模型既考虑了燃机房整体和屋面刚度的影响，又考虑了双肢柱柱顶位移对桁架的影响，较接近屋面桁架的实际状况。计算模型简图见图1。

1.2 屋面桁架与燃机房联算单榀模型

忽略燃机房整体结构的影响，仅考虑燃机房单榀排架的影响，将空间三角拱形桁架与燃机房排架结构进行单榀模型联算，为简化模型2。该模型考虑双肢柱柱顶位移对桁架的影响，而没有考虑屋面板和燃机房结构整体刚度对桁架的影响。计算模型简图见图2。

1.3 屋面桁架单独计算整体模型(两端铰接)

不考虑燃机房结构的影响，建立燃机房屋面的整体模型，屋架两端采用铰接支座，为简化模型3。该模型忽略了燃机房结构刚度和结构位移的影响，将屋架支座简化为两端不动铰。计算模型简图见图3(不考虑屋面混凝土板作用)。

1.4 屋架单独计算整体模型(一端铰接一端滑动)

不考虑燃机房结构的影响，仅建立燃机房屋面的整体模型，屋架一端采用铰接支座，一端采用滑动支座，为简化模型4。该模型忽略了燃机房结构刚度的影响，而释放了屋架轴向的变形。计算模型简图见图4(不考虑屋面混凝土板作用)。

1.5 屋架单独计算单榀模型(两端铰接)

图4 屋面桁架单独计算整体模型(一端铰接一端滑动)Fig.4 Overall calculation m odel of roofing's truss-one side hinge and the other side sliding

不考虑燃机房结构的影响，仅建立燃机房屋面的单榀模型，屋架两端均采用铰接支座，为简化模型5。该模型忽略了燃机房结构刚度和屋面整体刚度的影响，而将屋架支座简化为两端不动铰。计算模型简图见图5(不考虑屋面混凝土板作用)。

1.6 屋面桁架单独计算单榀模型(一端铰接一端滑动)

图5 屋面桁架单独计算单榀模型(两端铰接)Fig.5 Single beam calculation model of roofing's truss-both sides hinge

不考虑燃机房结构的影响，仅建立燃机房屋面的单榀模型，屋架一端采用铰接支座，一端采用滑动支座，为简化模型6。该模型忽略了燃机房结构刚度的影响，而释放了屋架轴向的变形。计算模型简图见图6(不考虑屋面混凝土板作用)。

图6 屋面桁架单独计算单榀模型(一端铰接一端滑动)Fig.6 Single beam calculation model of roofing's truss-one side hinge and the other side sliding

2 计算结果

采用空间结构分析软件STAAD-PRO(V8i版)对燃机房空间三角拱形管桁架的6种计算简化模型进行建模计算。“恒荷载+活荷载”工况下桁架典型杆件内力和节点位移结果见表1。

工程设计中，屋面钢桁架计算中，通常不考虑屋面混凝土板的作用。因此，有必要将桁架各种简化模型计算结果与简化模型1(不考虑屋面板影响)计算结果进行比较。

各种简化模型计算结果与简化模型1(不考虑屋面板影响)对应数据的比值见表2。

3 计算结果分析

3.1 屋面混凝土板对空间桁架计算结果的影响

考虑屋面混凝土板作用时屋面板应力见图7。从表1和表2的计算结果可以看出：模型1考虑屋面混凝土板与不考虑屋面混凝土板时，桁架下弦杆轴力比值为0.98，桁架跨中挠度比值为0.674，桁架上弦杆轴力比值为0.19。屋面混凝土板对减小桁架上弦杆轴力和桁架挠度效果明显。屋面桁架设计时不考虑屋面混凝土板的影响计算结果偏于安全。

3.2 桁架支座约束对桁架计算结果的影响

模型3屋面桁架支座铰接时，桁架端跨下弦杆为轴压力，跨中下弦杆轴拉力与简化模型1计算的跨中下弦轴的比值为0.291。屋面桁架支座铰接时，桁架下弦杆端部为最不利截面，而简化模型1计算时桁架下弦杆跨中为最不利截面。因此，不考虑支座位移时的桁架两端铰接的简化模型不满足燃机房屋面空间三角管桁架设计要求。

简化模型4屋面桁架支座一端位移释放时，相当

58 Electric Power Construction Vol.33，No.5，May，2012于忽略燃机房双肢柱侧向刚度的影响。简化模型4计算的桁架跨中挠度和轴力与简化模型1计算的跨中挠度和轴力的比值分别为0.994和1.037，燃机房双肢柱刚度对桁架支座的约束较小，屋面桁架设计时将桁架支座简化为一端铰接一端滑动对计算结果影响较小。

3.3 整体建模与单榀建模对计算结果的影响

根据表1和表2的计算结果，采用屋面系统单榀建模(简化模型2)时桁架的下弦杆轴力和挠度与采用整体建模(简化模型1)时屋面桁架的下弦杆轴力和挠度计算的比值分别为1.253和1.1，计算结果偏差较大。因此，采用单榀建模时的计算结果不满足屋面桁架计算精度的要求，屋面桁架计算时宜采用结构整体建模。

4 结论

(1)燃机房屋面桁架计算中，屋面混凝土板对减小桁架上弦杆轴力和桁架挠度效果明显。屋面桁架设计时，不考虑屋面混凝土板的影响，计算结果偏于安全。

(2)燃机房采用双肢柱时，燃机房结构刚度对屋面桁架支座约束较小。屋面桁架设计时，可将桁架支座简化为一端铰接另一端滑动的模型，而不应将桁架支座简化为两端铰接模型。

(3)燃机房屋面系统采用单榀建模与整体建模时，桁架计算结果偏差较大，建立单榀屋面桁架模型进行计算，易产生较大的误差，因此建议建立屋面系统的整体模型。

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