汽機房屋面結(jié)構(gòu)型式論證

劉曉頌

1 概況

在山西霍州第二發(fā)電廠工程初設(shè)投標階段中，對汽機房屋面要求進行不同的結(jié)構(gòu)體系比較，為本工程的投標推薦最優(yōu)結(jié)構(gòu)型式。山西霍州第二發(fā)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(tǒng)擬采用實腹式鋼梁、鋼屋架及正放四角錐網(wǎng)架三種結(jié)構(gòu)體系，并分別從結(jié)構(gòu)受力、造價預(yù)算和施工工期等方面對這三種結(jié)構(gòu)體系進行了比較論證。

2 屋面結(jié)構(gòu)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)自保溫自防水壓型鋼板，其上布置有屋頂通風(fēng)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(jīng)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(shè)縱、橫向水平支撐及系桿，在9度抗震設(shè)防區(qū)屋架端部及中部設(shè)通長垂直支撐，整個系統(tǒng)形成空間結(jié)構(gòu)體系。檁條頂鋪設(shè)自保溫自防水壓型鋼板。正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系中，30 m跨度，9 m柱距屋面網(wǎng)架按1∶12起坡，采用螺栓球節(jié)點正放四角錐平板網(wǎng)架形式，網(wǎng)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(jié)構(gòu)的實際剛度輸入網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計算中進行驗算。

3 結(jié)構(gòu)受力分析

有檁實腹式鋼梁結(jié)構(gòu)體系屬平面受力結(jié)構(gòu)體系，在鋼結(jié)構(gòu)廠房中應(yīng)用非常廣泛。其結(jié)構(gòu)受力特點:易參與主廠房整體空間計算，結(jié)構(gòu)受力簡單明確，檁條與鋼梁鉸接，計算簡單。但在大多數(shù)情況下，構(gòu)件斷面尺寸受撓度控制，雖鋼材沒有充分發(fā)揮作用，但由于屋面支撐系統(tǒng)簡單，用鋼量相對較省。有檁鋼屋架結(jié)構(gòu)體系，屋架與柱間為鉸接，結(jié)構(gòu)受力簡單明確，其桿件均以軸力為主，但由于屋蓋系統(tǒng)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(tǒng)構(gòu)件數(shù)量多用鋼量大。平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，是由很多桿件有規(guī)律的組成高次超靜定結(jié)構(gòu)，呈網(wǎng)狀，具有空間受力的特點，因節(jié)點構(gòu)造為鉸接故構(gòu)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(jié)構(gòu)與支撐體系合二為一，剛度大，其撓度控制值為網(wǎng)架短向跨度的1/250，結(jié)構(gòu)整體性能好，使材料得到了合理的應(yīng)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(wǎng)架的空間特性沒有完全發(fā)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(wǎng)架，從以往經(jīng)驗來看，縱向桿件除靠近支座的網(wǎng)格及山墻外，65%的縱向桿件是按構(gòu)造要求選用的;跨中大量腹桿也是構(gòu)造要求確定的。這些桿件實際受力很小，沒有充分發(fā)揮鋼材的性能。

4 構(gòu)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(xiàn)場安裝不需太大的起吊設(shè)備，運輸和安裝方便，鋼屋架制作工程量相對較大，現(xiàn)場安裝需要較大的起吊設(shè)備。

網(wǎng)架制作標準化，尤其螺栓球節(jié)點網(wǎng)格統(tǒng)一，桿件和球體規(guī)格化，但現(xiàn)場拼裝量大，安裝必須采用搭設(shè)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(yù)算比較

根據(jù)以上所述的屋面結(jié)構(gòu)布置形式，對實腹式鋼梁、鋼屋架和正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的用鋼量分別進行了計算，見表1～表3，經(jīng)濟比較見表4。

表2 鋼屋架屋面結(jié)構(gòu)體系用鋼量

表3 正放四角錐網(wǎng)架屋面結(jié)構(gòu)體系用鋼量

表4 三種屋面結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟比較匯總表

從表1～表3中可看出，實腹式鋼梁結(jié)構(gòu)體系比鋼屋架結(jié)構(gòu)體系總造價節(jié)約55萬元，平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系比實腹式鋼梁結(jié)構(gòu)體系總造價節(jié)約67.16萬元。每平方米用鋼量:實腹式鋼梁結(jié)構(gòu)體系比鋼屋架結(jié)構(gòu)體系節(jié)約130.1元，平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系比實腹式鋼梁結(jié)構(gòu)體系節(jié)約158.7元。

6 結(jié)語

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

[1]DL 5022-93，火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S］.

[2]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S］.

[3]JGJ 7-91，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程[S］.