汽機房屋面結構型式論證

劉曉頌

1 概況

在山西霍州第二發電廠工程初設投標階段中，對汽機房屋面要求進行不同的結構體系比較，為本工程的投標推薦最優結構型式。山西霍州第二發電廠工程為2×300 MW機組，汽機房跨度30 m，屋面采用雙層壓型鋼板夾保溫輕型封閉，屋面恒荷載標準值按1.5 kN/m2考慮，活荷載標準值按0.5 kN/m2考慮。屋蓋系統擬采用實腹式鋼梁、鋼屋架及正放四角錐網架三種結構體系，并分別從結構受力、造價預算和施工工期等方面對這三種結構體系進行了比較論證。

2 屋面結構布置型式

本工程汽機房屋面的跨度為30 m，柱距為9 m。擬采用有檁實腹式鋼梁屋面體系、有檁鋼屋架屋面體系和平板網架結構體系。三種屋面體系分別論述如下:有檁實腹式鋼梁屋面體系中，鋼梁與兩端柱為剛接，檁條與鋼梁間為鉸接，檁條頂面標高與鋼梁相同，在屋面梁頂設水平支撐，系桿與檁條合二為一，此體系參與主廠房整體三維空間計算。本工程中鋼梁斷面尺寸約為450×1 400×28×30焊接H型鋼，檁條也可采用焊接H型鋼，其頂鋪設自保溫自防水壓型鋼板，其上布置有屋頂通風器。有檁鋼屋架屋面體系中，鋼屋架通常與柱為鉸接，屋架跨中最經濟矢高為1/10，即30 m跨為3 m，檁條底面標高與屋架上弦頂相同，在屋架上下弦設縱、橫向水平支撐及系桿，在9度抗震設防區屋架端部及中部設通長垂直支撐，整個系統形成空間結構體系。檁條頂鋪設自保溫自防水壓型鋼板。正放四角錐網架結構體系中，30 m跨度，9 m柱距屋面網架按1∶12起坡，采用螺栓球節點正放四角錐平板網架形式，網格尺寸3 m×3 m，高度2.6 m，總尺寸141.0 m，支承于牛腿或縱梁上，桿件采用無縫鋼管。支座支承情況有兩種考慮方法:一種方法為A排沿主廠房橫向滑動，豎向和縱向鉸接，B排三相均鉸接;另一種方法為將支座下部結構的實際剛度輸入網架結構計算中進行驗算。

3 結構受力分析

有檁實腹式鋼梁結構體系屬平面受力結構體系，在鋼結構廠房中應用非常廣泛。其結構受力特點:易參與主廠房整體空間計算，結構受力簡單明確，檁條與鋼梁鉸接，計算簡單。但在大多數情況下，構件斷面尺寸受撓度控制，雖鋼材沒有充分發揮作用，但由于屋面支撐系統簡單，用鋼量相對較省。有檁鋼屋架結構體系，屋架與柱間為鉸接，結構受力簡單明確，其桿件均以軸力為主，但由于屋蓋系統必須組成空間體系，以保證有足夠的空間剛度，因此耗費大量支撐桿件，屋面系統構件數量多用鋼量大。平板網架結構體系，是由很多桿件有規律的組成高次超靜定結構，呈網狀，具有空間受力的特點，因節點構造為鉸接故構件主要承受軸向力，其截面尺寸相對較小。這些空間交匯的桿件又互為支撐，承重結構與支撐體系合二為一，剛度大，其撓度控制值為網架短向跨度的1/250，結構整體性能好，使材料得到了合理的應用。但由于汽機房平面狹長，跨度與柱距相比為30/9.0=3.3，汽機房屋面網架的空間特性沒有完全發揮，仍近視于單項受力。汽機房屋面若采用正放四角錐平板網架，從以往經驗來看，縱向桿件除靠近支座的網格及山墻外，65%的縱向桿件是按構造要求選用的;跨中大量腹桿也是構造要求確定的。這些桿件實際受力很小，沒有充分發揮鋼材的性能。

4 構件制作與施工安裝

實腹式鋼梁、鋼屋架一般可在工廠制作，實腹式鋼梁桿件少，制作工程量小，效率高，現場安裝不需太大的起吊設備，運輸和安裝方便，鋼屋架制作工程量相對較大，現場安裝需要較大的起吊設備。

網架制作標準化，尤其螺栓球節點網格統一，桿件和球體規格化，但現場拼裝量大，安裝必須采用搭設局部固定腳手架或活動平臺移動法吊裝，施工難度大。

5 造價預算比較

根據以上所述的屋面結構布置形式，對實腹式鋼梁、鋼屋架和正放四角錐網架結構體系的用鋼量分別進行了計算，見表1～表3，經濟比較見表4。

表2 鋼屋架屋面結構體系用鋼量

表3 正放四角錐網架屋面結構體系用鋼量

表4 三種屋面結構體系經濟比較匯總表

從表1～表3中可看出，實腹式鋼梁結構體系比鋼屋架結構體系總造價節約55萬元，平板網架結構體系比實腹式鋼梁結構體系總造價節約67.16萬元。每平方米用鋼量:實腹式鋼梁結構體系比鋼屋架結構體系節約130.1元，平板網架結構體系比實腹式鋼梁結構體系節約158.7元。

6 結語

實腹式鋼梁結構體系受力簡單、明確，制作安裝簡單，工期短，經濟，且在電廠結構中已被廣泛應用。從表4看平板網架結構體系雖較其他兩種結構體系經濟，但從一些工程的網架廠實際報價情況看，其報價比屋架高，且此結構不能承受較大荷載(特別是屋面設置有通風器的結構)，空間高度大，對汽機房屋面長寬比大的結構，結構受力不合理，所以本工程初設投標階段汽機房屋面推薦采用實腹式鋼梁結構體系。

[1]DL 5022-93，火力發電廠土建結構設計技術規定[S］.

[2]GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S］.

[3]JGJ 7-91，網架結構設計與施工規程[S］.