火力发电厂汽机房屋盖结构几种形式的研究

火力发电厂汽机房屋盖结构几种形式的研究

一、前言

火力发电厂汽机房的屋盖结构汽机房屋盖结构，从结构型式上讲属于空间结构。形式主要采用普通钢屋架、钢网架和实腹钢梁，在工程实际应用中一直以来主要以普通钢屋架为主，近年来随着工厂化生产的发展，钢网架和实腹钢梁在工程中的应用越来越多。

二、普通钢屋架

屋架结构的选型主要取决所采用屋面覆盖材料及建筑物的使用要求。按屋架外形可分为三角形、梯形、平行弦、人字形及其他多边形等形式。

1. 梯形钢屋架（下承式屋架和上承式屋架）。一般适用于屋面坡度较为平（1/8~1/20）的情况，使用的屋面材料有压型钢板或大型屋面板。梯形屋架的跨中截面高度一般不宜小于（1/15~1/10）l （l为屋架跨度）；小值适用于轻型屋面，大值适用于重型屋盖的屋架结构。屋架斜腹杆的倾角宜在30度~60度范围内，按照支座斜杆方向为上斜或下斜的不同。屋架可分为下承式屋架和上承式屋架两种支承方式。当采用三角形屋架时，屋面支承一般设置在上弦平面内；当采用梯形钢屋架和大型屋面板时，一般设置在下弦平面内，但在屋架上弦平面内也相应设置维持屋架上弦平面外稳定的支撑体系；当采用平行弦屋架和轻型屋面时可仅在上弦平面设置支撑体系；此种布置对大柱距和上承式屋架更为合理。

梯形钢屋架为静定结构，受力明确，平面内刚度大，结构可靠。在竖向荷载作用下不产生水平推力。一般上铺预制钢筋混凝土屋面板，也可以上铺轻质屋面。9米柱距采用钢筋混凝土屋面板一般均应采用预应力结构，才能满足技术要求，并显示经济性。当采用轻质屋面，因钢屋架本身支撑系统杆件不能承受弯距，需设置大量的屋面檩条，经济性受到影响。钢屋架为满足平面外稳定及传递水平荷载的要求，在上、下弦均应设置纵、横向水平支撑，还需按要求设置纵向垂直支撑。钢构件施工制作麻烦，节点多，焊接工作量大，杆件规格的品种多，吊装时侧向刚度弱，有时需设置另外的支撑系统。因屋面荷载大，作用点位置高，地震作用较大。

2. 钢网架

网架结构是诸多杆件按一定规律组成的高次超静定空间结构。它改变了一般平面绗架的受力体系，能够承受来自各方面的荷载。由于杆件之间的相互支撑作用，空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够自动调节杆件内力，保持结构的安全。网架结构的自重轻，用钢量省。既适用于中小跨度，也适用于大跨度的屋面；同时也适用于各种平面形式的建筑，如：矩形、圆形、扇形及多边形。

近年来，网架结构的发展态势迅猛，既可用于体育馆、俱乐部、展览馆、影剧院、车站候车大厅等公用建筑，近年来也越来越多地用于仓库、飞机库、厂房等工业建筑中。在电厂汽机房屋盖中也得到广泛应用。1991年，国家颁布了《网架结构设计施工规程》（jgj7

－91），对规范网架设计及施工，起到了很好的推动作用。网架结构有如下明显的优点：空间刚度好，用材经济，工厂加工，现场安装，施工方便。可以按照建筑要求，适应各种找坡形状。网架节点做法可分为螺栓球节点和焊接球节点。焊接球节点网架变形小，配件少，现场调节有余地，但球径大，拼装时焊接工作量大。螺栓球节点变形相对于焊接球，变形略大，配件多，球径小，比较美观，拼装时不需焊接。

平面网架的结构型式在汽机房屋盖结构中技术上是可行的，在网架结构平面内，可视作刚度无限大。可以充分利用这一结构特点，将网架作为一种有效的水平力传递结构。在另一方向上，网架也能有效地传递山墙的水平风荷载。

另外网架经济性一般要达到一定跨度以上，才能得到较好发挥。且网架施工要求较高，须专业公司加工、制做和安装，质量控制方面对监理和业主专业化知识要求较高。

3. 实腹钢梁

钢实腹屋面梁结构，近年来得到广泛应用。一般地认为跨度超过一定数值，实腹钢梁结构在技术上和经济性上，都有一定的缺点。为满足承载力及正常使用的要求，一般截面比较高，自重大，经济性能较差。但随着焊接变截面工字钢的广泛使用，这种结构型式，已越来越多地被人们所接受。它具有以下优点：结构简单、传力明确、拼接方便，加工、焊接工作量小。根据梁截面弯距包络图的形

状大小，可以设计成变截面的形式，以大量节省钢材。在屋脊处的拼接，常用高强螺栓加焊缝的混合连接，节点安全可靠。为满足刚度要求可适当起拱。对地震作用来说，因为屋面梁质点重心位置低，地震力对a列、b列柱的影响小，对下部结构设计十分有利。另外沿汽机房纵向方向设置热轧h型钢次梁，次梁与横向主梁的连接采用铰接方式。次梁只传递竖向力至主梁，而不传递弯距，避免了主梁受扭，并且加快了施工进度。

实腹钢梁与柱顶的连接，一般采用固接和铰接两种节点方案，其中采用铰接方案较为合理。

屋面钢梁的材质一般可采用q235b或q345b钢。经市场询价，同种质量等级q235b、q345b钢材差价在10％左右，但强度设计值相差达40％左右。从理论上分析，若结构构件为强度控制时，因

q345b具有较高的性价比，有明显的优势，经济效益明显。

对于屋面主梁，因侧向有次梁在一定间距做支撑，整体稳定性满足规范要求，可不作整体稳定计算，仅为强度控制，并满足正常使用极限状态及局部稳定的要求，采用q345b级钢较经济。

对于屋面次梁，因需要考虑整体稳定的要求，q345b不能充分发挥高强度性能。采用相同截面q345b与q235b钢的整体稳定验算差别不大，为最大限度地发挥经济性能，次梁采用q235b钢是合理的。故在屋面实腹钢梁设计时，主梁采用q345b钢，次梁采用q235b钢。

另外，针对实腹钢梁在中和轴处材料特性不能发挥的力学特点，

屋面梁设计中，蜂窝梁的工程实例也较多。

三、小结

随着力学、计算科学、计算机技术的快速发展。空间结构的分析计算水平有了极大的提高。目前的技术手段已经可以运用计算机快速准确地进行空间结构的静、动力分析计算及正常使用极限状态的计算。准确性和计算精度高，速度快。设计人员可以根据工程特点，选用不同的结构形式，设计出更美观、经济、施工的工程图纸。

（作者单位：1.辽宁新创达电力设计研究有限公司

2.辽宁电力勘测设计院）