火力发电厂汽机房屋盖选型探讨.doc

1、1火力发电厂汽机房屋盖选型探讨摘要：火力发电厂汽机房屋盖的屋盖形式，主要有普通钢屋架，钢网架，钢实腹梁等。本文就新疆绿原工业园区 2135MW 燃煤热电联产项目工程屋架结构形式及屋面材料选型进行探讨。 关键词：火力发电厂；汽机房屋盖；屋面材料 中图分类号： TM6 文献标识码：A 文章编号： 1. 主要设计参数 地震参数 抗震设防烈度：8 度(第二组)，地震动峰值加速度值为 0.2g 建筑场地类别： III 类 水平地震影响系数最大值：0.21（P50=63%） 场地特征周期(P50=10%)：0.55s， 风压雪压等其他参数 50 年一遇 10min 平均最大风速为 27 m/s，100 年

2、一遇 10min 平均最大风速为 30m/s。 基本风压：0.456kN/m2(50 年一遇) ，0.563kN/m2(100 年一遇) 基本雪压：0.65kN/m2(50 年一遇) ， 0.75kN/m2(100 年一遇) 2.汽机房屋面承重结构形式比较 2火力发电厂中汽机房屋面形式主要有：钢屋架+预制槽型板、钢屋架+压型钢板做底模混凝土加保温防水屋面板、轻型钢屋架+复合压型钢板轻型屋面板、钢网架+预制方板。各种屋面形式均有其优缺点及适用范围，设计时需根据实际情况合理选择。 2.1 钢屋架屋面体系的特点 钢屋架体系目前在全国各行各业的大跨度屋面结构中应用最为广泛的一种结构体系。国内外几乎所有

3、大跨度重屋面的承重结构均采用钢屋架结构，尤其在火力发电厂汽机房屋面结构应用中最为广泛。 钢屋架体系根据屋盖变形要求及杆件内力大小，可采用热轧钢管、热轧角钢、热轧 H 型钢以及焊接型钢等材料。 钢屋架体系能根据建筑要求设计成单坡或双坡形式。钢屋架为平面受力体系，其传力路线过长，其平面内外刚度相差较大，因此需要通过在屋架平面外设置垂直和水平支撑体系，由平面受力体系形成空间结构体系，这样形成的空间钢屋架体系在沿屋架方向的刚度极大，在吊车荷载、风荷载等横向水平作用下屋盖变形较小，比较适用于汽机房屋面结构体系。 钢屋架体系的优点是：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

4、力；具有承载能力高；加工方便，对施工队伍没有较高的技术要求；采用材料全部都是国家标准热轧型钢，符合就地取材的规范要求；工程总体造价较为节省等等优点。其缺点是：节点多，焊接工作量大。 目前我院设计的火力发电厂汽机房屋面结构体系中，除大唐呼图壁3电厂外均采用钢屋架体系。 2.2 钢实腹屋面梁结构特点 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，这种结构形式，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，

5、加工、焊接工作量小。在同样的屋内净空要求下，屋面标高可小于屋架及网架结构，从而减少汽机房的高度。 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。固接方案，钢梁与柱变形协调，可适当减少梁跨中弯距设计值，但柱端产生的弯矩较大，该做法节点构造复杂，施工麻烦。对不均匀沉降及温度应力、安装应力较敏感。 铰接方案，结构受力明确，计算简便可靠。节点构造简单，施工方便。对温度应力不敏感，不均匀沉降对该结构类型不产生应力。 经对比两种节点连接方式，并结合多种因素考虑，采用铰接方案较为合理。 由于实腹钢梁工程造价高和疆内无大型钢结构厂能加工，需要从疆外钢结构厂加工完后运到新疆，因此考虑工期和造价因素，在新

6、疆地区很少采用，因此本工程不推荐使用实腹钢梁。目前我院设计的火力发电厂汽机房屋面结构体系中，仅大唐呼图壁电厂采用了实腹钢梁。 2.3 钢网架屋面体系的特点 4钢网架+预制方板体系是以高次超静定空间网架结构作为承重构件，其具有自重轻，整体刚度均匀、整体受力均匀，在个别杆件受到损坏的情况下，内力经过重新分布后结构体系仍然可以继续工作，具有良好的抗震性能；网架结构采用空间计算分析软件进行设计，但由于抗震性能需要重新计算杆件在各种工况下的性能，因此根据已经建成的电厂的情况来看，总体用钢量仍然比钢屋架偏大。另外荷载较大时需采用焊接球节点，节点球与支托连接需高空作业，使安装难度增加，此时网架结构的经济性较

7、差， 网架需要由专业制作公司进行加工，招标委托程序繁杂，施工配合问题较多。根据调查，在内蒙古丰镇电厂和近期四川江油电厂发生的屋面垮塌事故中，均发现是由于施工质量和配合的问题导致的。因此本工程不推荐使用网架。 3 屋面材料的比较 3.1 混凝土屋面材料的特点： 屋面板采用预制槽型板、压型钢板做底模混凝土加保温防水屋面板时为重面，其优点有： 结构耐久性好，屋面防水层更换时不影响电厂正常运行； 保温隔热性能好，本工程汽机房独立单元较长部分纵向长度为64.0m，超过混凝土结构设计规范GB50010-2010 中规定的 55m，且厂址处寒冷地区，极端最低气温和极端最高气温相差 43.4 摄氏度，重屋面有

8、利于主厂房结构抵抗温度应力作用。 屋面刚度较大，屋顶风机的振动影响不显著，还可以为两侧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。5现浇混凝土屋面还可以很好地防渗防漏，同时有较好的耐腐蚀性能。 本工程柱距 8 米，当使用大型屋面板时跨度较大，一般情况下应考虑使用预应力屋面板。同时增加了支承结构的工程量，使工程一次性投入费用较高；而当使用压型钢板做底模混凝土加保温防水屋面板相对可以避免此类问题。 3.2 轻型屋面材料的特点： 维护结构采用复合保温或单层屋面彩板的屋盖系统为轻型屋面，屋面恒载包括风机自重，屋面夹芯板、檩条及支托合计约为0.35kN/m2。 火力发电厂土建结

9、构设计技术规程中提到，汽机房屋面活载（0.71.0kN/m2）仅适用于钢筋混凝土屋面，对于轻型钢结构屋面并没有明确要求，然而考虑到火力发电厂汽机房屋面结构的重要性，为了保证屋面结构有足够的刚度，并且考虑到屋顶风机动荷载不利影响，屋面活荷载通常按 1.0kN/m2 考虑。其优点有： 1.重量轻，轻屋面结构单位面积的自重约为重屋面的 1/5，可以大幅度减轻基础负荷，降低地基、基础部分的造价。结构综合效益好； 2.方便运输和吊装，连接简单，安装方便，施工周期短。 轻型屋面的缺点：耐腐蚀性差，使用寿命较短，当采用进口板材时性能较好但是价格昂贵，更换屋面彩板时对电厂运行影响较大，另外，本工程处在我国海拔

10、高的严寒地区，雪荷载较大，风荷载较大，且运行实践表明，在融雪季节，屋面积水由于冻结成冰，体积加大，导致自防水屋面板拼缝加宽，发生较严重的渗漏现象。 4 汽机房屋面的经济性比较 6以下是 3 个方案的经济比较： 1 钢屋架（带支撑 38kg/平米）+预制板方案（大型预应力 8 米跨屋面板）+保温层+防水层（APP 卷材）：860 元/平米 2 钢屋架（带支撑 36kg/平米）+压型钢板底模（10kg/平米）+檩条+60mm 厚钢筋混凝土楼板+保温层+防水层（APP 卷材）：890 元/平米. 3 钢屋架（带支撑 36kg/平米）+复合压型钢板（含檩条和岩棉 100厚）： 710 元/平米。另外考

11、虑复合压型钢板寿命较短，一般在 15 年左右需更换一次，按一次更换 20%面积的情况考虑，在电厂寿命周期内需增加250 元/平米的维护费用。因此综合费用按 960 元/平米计列。 上述钢屋架均考虑防腐，从各种方案的综合造价来看，其次是方案1 和方案 2 造价基本持平，方案 3 虽然初期投资最少，但总后期维护考虑，其综合费用仍然高于方案 1 和方案 2。 5 汽机房屋面的施工技术比较 5.1 屋架的施工 从施工的难易程度来分析，钢屋架支撑结构，受力部分可以一次吊装就位（每半榀屋架重约 6 吨） ，支撑体系则后安装。 5.2 屋面的施工 从屋面施工方面看都需要高空作业，需要配备吊车。施工工期若轻型

12、屋面和大型屋面板仅做安装，则工期较短；现浇屋面需要先安装压型钢板底模再浇筑混凝土，混凝土固结后才能做保温和放水，因此工期较长。但屋面施工工期的长短并不影响厂房内设备的安装。 76 汽机房屋面结构选型 复合压型钢板屋面虽然初期投资较低，但是其屋面结构的耐久性、安全性和后期的维护成本方面的问题对于本工程的气候特点必须要考虑后期维护的费用，如此考虑其经济性仍旧很差，因此本工程不推荐采用此方案；大型屋面板和压型钢板底模现浇混凝土的屋面方案经济性差不多，但是由于现场施工用地较小且要考虑预应力施工，无法实现现场预制，而当地也无可施工和运输 8 米跨度大型预应力屋面板的条件，因此也不予考虑；压型钢板底模现浇混凝土的屋面方案由于取材方便，施工容易控制，施工期间不影响设备安装等优点，比较适合采用。 7 结语 结合本工程的场地条件，抗震设防烈度 8 度，基本地震加速度值为0.2g，建筑场地类别类，海拔高，雪荷载、风荷载较大等多种不利因素，因此优先选用承重结构采用钢屋架结构、屋面材料采用压型钢板做底模现浇混凝土的屋面结构型式。 参考文献 1DL5022-2012.火力发电厂土建结构设计技术规程.中国计划出版社 2GB50010-2010混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社 3GB50017-2003钢结构设计规范.中国建筑工业出版社