某2X600MW电厂汽机房屋面选型
2022-06-09
1概述
某电厂为2×600MW级机组工程超超临界燃煤机组。根据目前国内单机600MW等级火电厂汽机房屋面的建设情况，就汽机房屋面结构的几种可选择型式进行综合比较分析，以寻找出合理的屋面型式。
2重型屋面与轻型屋面
汽机房屋面从屋面板的做法上可分为重型屋面与轻型屋面。重型屋面常采用预制槽型板、压型钢板做底模的现浇混凝土板。复合保温彩板或单层屋面彩板的屋盖系统为轻型屋面。
压型钢板做底模的现浇混凝土屋面可以很好地防渗漏，同时有较好的耐腐蚀性能，结构耐久性好，屋面防水层更换时不影响电厂正常运行；隔热性能好，屋面刚度较大，厂房整体受力性能好，屋顶风机的影响不显著，还可以为山墙提供可靠的支承；屋面质量较大，可以有效减弱主厂房受风振的不利影响。
轻型屋面与重型屋面相比结构重量轻，方便运输和吊装，安装简单，施工周期短，但耐久性不及重型屋面。复合压型钢板连接节点处防水处理不好很容易产生漏水现象，维修起来麻烦。
本工程推荐采用压型钢板做底模的现浇混凝土屋面。
3汽机房屋面型式
3.1钢屋架结构屋面
屋面采用压型钢板做底模的现浇混凝土。静定结构，加支撑后稳定性好，结构受力合理，能发挥材料特性，可按平面桁架分析，并考虑空间整体作用。直接搁于柱上，传力明确。与柱可做成铰接或刚接。当与柱铰接连接时，竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。抗震性能好，纵向加支撑后整体刚度好，可与厂房各柱列一起形成空间结构模型进行抗震分析验算。与实腹钢梁相比，钢屋架自重轻，用钢量低。
3.2网架结构屋面
网架采用螺栓球节点，正放四角锥型式，屋面板采用压型钢板。其主要特点如下：
传力途径简捷合理，作为屋面结构，空间刚度大，整体性强，抗风、抗震性能好；自重轻、网格不大，有利于选用较轻的屋面板材；不需大型型钢，取材容易，运输、制作方便；网架结构轻巧、组成有规律，大大丰富了建筑造型，便于建筑处理和装饰；网架结构是由多种杆件组成的超静定空间结构。其计算是按理想状态假定下进行的，现场安装如达不到原设计假定的话，杆件实际内力与计算将产生偏差，甚至原设计拉杆变成压杆，后果将不堪设想。也就是说，对杆件的制作、安装要求非常高。
3.3实腹钢梁屋面
实腹钢梁+支撑，屋面采用压型钢板做底模的现浇混凝土。实腹钢梁也是一种常用的屋架结构形式。这种屋盖系统一般由屋架梁、檩条（或屋架次梁），纵横向水平支撑、隅撑等组成一空间稳定结构。实腹钢梁和檩条主要承受竖向荷载，支撑的主要作用是同实腹钢梁一起形成稳定的空间结构并传递纵横向水平荷载，同时保证施工期间结构的整体稳定。根据屋面排水方式，实腹钢梁可做成平行弦式或梯形式。按与柱的连接型式不同又有刚接和铰接之分。
实腹钢梁，设计、制作和施工都较为方便，在国内许多电厂得到使用。梁高度小，厂房体积小，山墙柱设置灵活，视觉效果优于钢屋架。但是，与钢屋架相比，实腹钢梁自重大，用钢量高。不同屋架体系的技术比较见表3-1
表3-1不同屋架体系技术比较
性能
型式稳定性及结构受力合理性对下部结构的影响抗震性能防腐（火）材料用量及施工、维修方便性制作运输施工进度及施工占用场地，交叉作业影响
钢屋架结构静定结构，加支撑后稳定性好，结构受力合理，能发挥材料特性，可按平面桁架分析，并考虑空间整体作用。直接搁于柱上，传力明确。与柱可做成铰接或刚接。当与柱铰接连接时，竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。抗震性能好，纵向加支撑后整体刚度好，可与厂房各柱列一起形成空间结构模型进行抗震分析验算。防腐（火）涂料施工较麻烦，用量较多，且日常维护较麻烦。可工厂化制作，也可现场制作，构件较长运输需有特殊措施。加工焊接工作量大，加工周期较长。现场无需占用汽机房场地，交叉作业影响不大。
实腹钢梁
结构静定结构或超静定结构，侧向稳定性较差，由刚度控制截面，不能充分发挥材料特性，加支撑和檩条后，方可形成一定的空间整体性能。直接搁于柱上，传力明确。与柱可做成铰接或刚接。当与柱铰接连接时，竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。梁平面内外均较单薄，整体刚度较差，抗震性能不好，对大跨抗震不利。防腐（火）涂料施工较方便，用量较少，且日常维护较方便。可工厂化制作，也可现场制作，构件较长运输需有特殊措施。加工工作量小，加工周期较短。现场无需占用汽机房场地，交叉作业影响不大。
网架结构静定结构，稳定性好，结构受力合理，能发挥材料特性，可按平面桁架分析，并考虑空间整体作用。直接搁于柱上，传力明确。与柱做成铰接。竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。抗震性能好，桁架两端纵向加支撑后整体刚度好，可与厂房各柱列一起形成空间结构模型进行抗震分析验算。防腐（火）涂料施工较方便，用量较少，且日常维护较方便。可工厂化制作，也可现场制作，构件较长运输需有特殊措施。加工焊接精度要求高，加工周期较短。现场无需占用汽机房场地，交叉作业影响不大。
4.汽机房屋架用钢量分析
汽机房屋架中的钢屋架、实腹钢梁屋架及网架用钢量为钢屋架结构：65kg/m2，实腹钢梁结构：75kg/m2，网架结构：38kg/m2。
5结论
从以上屋面三种结构型式的技术和经济等的指标分析可得出以下结论：
1.汽机房屋面结构的选型，应结合工程的具体特点和实际情况，并考虑施工单位的技术力量等因素，才能合理地确定汽机房的屋面结构型式。
2.钢屋架结构型式与实腹钢梁结构型式相比：结构稳定性好、受力性能好，用钢量减少。
3.钢屋架结构型式与网架结构型式相比：便于施工，吊装方便，稳定性好。
结合本工程的实际情况，从汽机房结构的安全可靠性等综合指标方面考虑，屋面结构体系推荐采用双坡梯形钢屋架，压型钢板做底模的现浇混凝土结构型式。
作者简介：杨建华（1979-），男，本科，工程师。
邮编：450007
某电厂为2×600MW级机组工程超超临界燃煤机组。根据目前国内单机600MW等级火电厂汽机房屋面的建设情况，就汽机房屋面结构的几种可选择型式进行综合比较分析，以寻找出合理的屋面型式。
2重型屋面与轻型屋面
汽机房屋面从屋面板的做法上可分为重型屋面与轻型屋面。重型屋面常采用预制槽型板、压型钢板做底模的现浇混凝土板。复合保温彩板或单层屋面彩板的屋盖系统为轻型屋面。
压型钢板做底模的现浇混凝土屋面可以很好地防渗漏，同时有较好的耐腐蚀性能，结构耐久性好，屋面防水层更换时不影响电厂正常运行；隔热性能好，屋面刚度较大，厂房整体受力性能好，屋顶风机的影响不显著，还可以为山墙提供可靠的支承；屋面质量较大，可以有效减弱主厂房受风振的不利影响。
轻型屋面与重型屋面相比结构重量轻，方便运输和吊装，安装简单，施工周期短，但耐久性不及重型屋面。复合压型钢板连接节点处防水处理不好很容易产生漏水现象，维修起来麻烦。
本工程推荐采用压型钢板做底模的现浇混凝土屋面。
3汽机房屋面型式
3.1钢屋架结构屋面
屋面采用压型钢板做底模的现浇混凝土。静定结构，加支撑后稳定性好，结构受力合理，能发挥材料特性，可按平面桁架分析，并考虑空间整体作用。直接搁于柱上，传力明确。与柱可做成铰接或刚接。当与柱铰接连接时，竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。抗震性能好，纵向加支撑后整体刚度好，可与厂房各柱列一起形成空间结构模型进行抗震分析验算。与实腹钢梁相比，钢屋架自重轻，用钢量低。
3.2网架结构屋面
网架采用螺栓球节点，正放四角锥型式，屋面板采用压型钢板。其主要特点如下：
传力途径简捷合理，作为屋面结构，空间刚度大，整体性强，抗风、抗震性能好；自重轻、网格不大，有利于选用较轻的屋面板材；不需大型型钢，取材容易，运输、制作方便；网架结构轻巧、组成有规律，大大丰富了建筑造型，便于建筑处理和装饰；网架结构是由多种杆件组成的超静定空间结构。其计算是按理想状态假定下进行的，现场安装如达不到原设计假定的话，杆件实际内力与计算将产生偏差，甚至原设计拉杆变成压杆，后果将不堪设想。也就是说，对杆件的制作、安装要求非常高。
3.3实腹钢梁屋面
实腹钢梁+支撑，屋面采用压型钢板做底模的现浇混凝土。实腹钢梁也是一种常用的屋架结构形式。这种屋盖系统一般由屋架梁、檩条（或屋架次梁），纵横向水平支撑、隅撑等组成一空间稳定结构。实腹钢梁和檩条主要承受竖向荷载，支撑的主要作用是同实腹钢梁一起形成稳定的空间结构并传递纵横向水平荷载，同时保证施工期间结构的整体稳定。根据屋面排水方式，实腹钢梁可做成平行弦式或梯形式。按与柱的连接型式不同又有刚接和铰接之分。
实腹钢梁，设计、制作和施工都较为方便，在国内许多电厂得到使用。梁高度小，厂房体积小，山墙柱设置灵活，视觉效果优于钢屋架。但是，与钢屋架相比，实腹钢梁自重大，用钢量高。不同屋架体系的技术比较见表3-1
表3-1不同屋架体系技术比较
性能
型式稳定性及结构受力合理性对下部结构的影响抗震性能防腐（火）材料用量及施工、维修方便性制作运输施工进度及施工占用场地，交叉作业影响
钢屋架结构静定结构，加支撑后稳定性好，结构受力合理，能发挥材料特性，可按平面桁架分析，并考虑空间整体作用。直接搁于柱上，传力明确。与柱可做成铰接或刚接。当与柱铰接连接时，竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。抗震性能好，纵向加支撑后整体刚度好，可与厂房各柱列一起形成空间结构模型进行抗震分析验算。防腐（火）涂料施工较麻烦，用量较多，且日常维护较麻烦。可工厂化制作，也可现场制作，构件较长运输需有特殊措施。加工焊接工作量大，加工周期较长。现场无需占用汽机房场地，交叉作业影响不大。
实腹钢梁
结构静定结构或超静定结构，侧向稳定性较差，由刚度控制截面，不能充分发挥材料特性，加支撑和檩条后，方可形成一定的空间整体性能。直接搁于柱上，传力明确。与柱可做成铰接或刚接。当与柱铰接连接时，竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。梁平面内外均较单薄，整体刚度较差，抗震性能不好，对大跨抗震不利。防腐（火）涂料施工较方便，用量较少，且日常维护较方便。可工厂化制作，也可现场制作，构件较长运输需有特殊措施。加工工作量小，加工周期较短。现场无需占用汽机房场地，交叉作业影响不大。
网架结构静定结构，稳定性好，结构受力合理，能发挥材料特性，可按平面桁架分析，并考虑空间整体作用。直接搁于柱上，传力明确。与柱做成铰接。竖向荷载作用不产生水平力，下部结构的不均匀性沉降对铰接屋架无影响。抗震性能好，桁架两端纵向加支撑后整体刚度好，可与厂房各柱列一起形成空间结构模型进行抗震分析验算。防腐（火）涂料施工较方便，用量较少，且日常维护较方便。可工厂化制作，也可现场制作，构件较长运输需有特殊措施。加工焊接精度要求高，加工周期较短。现场无需占用汽机房场地，交叉作业影响不大。
4.汽机房屋架用钢量分析
汽机房屋架中的钢屋架、实腹钢梁屋架及网架用钢量为钢屋架结构：65kg/m2，实腹钢梁结构：75kg/m2，网架结构：38kg/m2。
5结论
从以上屋面三种结构型式的技术和经济等的指标分析可得出以下结论：
1.汽机房屋面结构的选型，应结合工程的具体特点和实际情况，并考虑施工单位的技术力量等因素，才能合理地确定汽机房的屋面结构型式。
2.钢屋架结构型式与实腹钢梁结构型式相比：结构稳定性好、受力性能好，用钢量减少。
3.钢屋架结构型式与网架结构型式相比：便于施工，吊装方便，稳定性好。
结合本工程的实际情况，从汽机房结构的安全可靠性等综合指标方面考虑，屋面结构体系推荐采用双坡梯形钢屋架，压型钢板做底模的现浇混凝土结构型式。
作者简介：杨建华（1979-），男，本科，工程师。
邮编：450007