PDF《电力论文：火力发电厂汽机房屋面各结构体系的综合比较》

电力论文:火力发电厂汽机房屋面各结构体系的综合比较 副标题#e# 火力发电厂汽机房屋面各结构体系的综合比较 林静 广西赛富电力勘察设计有限公司广西南宁530021 摘要:本文对火力发电厂中汽机房屋面各结构体系进行了分析研究,并通过对屋面建筑围护、经济性、保温隔热、排水、施工安装等因素的综合比较.

描述了各自的优缺点和适用范围,供业内人士参考. 关健词:汽机房屋面;

结构体系;

适用范围 目前,火力发电厂汽机房屋面结构体系主要有:钢屋架屋面体系、钢网架屋面体系、门式钢实腹梁屋面体系等.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.

一、汽机房屋面承重结构形式比较 1.1钢屋架屋面体系的优缺点 钢屋盖体系的最大优点是承载能力高,国内外几乎所有大跨度重屋面的承重结构均采用钢屋架结构,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.钢屋盖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. 钢屋架与柱的连接可分为铰接和刚接,在火电厂结构设计中,一般采用铰接连接.钢屋架为平面受力体系,其传力路 线过长,一个薄弱部位的破坏,就会造成整个结构倒塌,没有概念设计中所需的结构延性设计,而且其平面内外刚度 相差较大,因此整个体系的抗震性能远远不如超静定的空间结构. 1.2钢网架屋面体系的优缺点 网架结构是一种具有良好受力性能的空间结构体系,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;

可以按照建筑要求,适应各种找坡形状:网 架结构采用空间计算分析软件进行设计,能够考虑各种荷载工况的作用,使各杆件用钢量均达到最优,总体用钢量得 以降低;

网架结构为工厂加工、现场组装,不仅施工周期短,还可以保证制作质量,节约施工场地.目前网架安装方 法呈多样化.常用的方法有:高空散装法,分条分块安装法,高空滑移法,地面拼装整体吊装,地面拼装整体提升, 地面拼装整体顶升等方法. 网架结构的缺点是当设计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 结构的经济性较差,安装质量难以控制,曾经某300MW机组汽机放房屋面网架结构由于施工质量问题造成重大坍塌 事故,因此网架结构需要由专业制作公司进行加工和施工,招标委托程序繁杂,施工配合问题较多. 1.3门式钢实腹梁屋面体系的优缺点 门式钢实腹梁+复合保温屋面彩板屋盖体系是主要以《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:98为设计理论 基础,屋面钢梁与A,B列柱铰接连接,屋面支撑体系也较钢屋架体系简单,支撑与屋面斜梁上翼缘相连.一般轻型 厂房为了节省钢材,斜梁的翼缘及腹板都比较薄,设计时可以利用钢材的屈曲后强度,但是考虑到屋顶风机的振动荷 载作用,根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中要求受动力荷载的结构不能按塑性设计,因此斜梁翼缘、腹板的宽 (高)厚比均满足普通钢结构的相关规定.另外,为了使屋面结构简捷美观,取消传统轻钢结构中斜梁上为减小平面外 计算长度的隅撑,并对风荷载垂直屋面的吸力进行验算. 钢实腹屋面梁结构为满足以上要求,需采用较大截面,其经济性能较差,而焊接变截面工字钢具有受力简单明确、现 场加工量少、安装方便;

可根据梁截面弯距包络图的形状大小,设计成变截面形式: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:在满足工艺运行要求净高的前提下可降低汽机房的高度约1.5m;

屋面质心距柱顶 较近,地震力影响小.实腹钢梁与柱顶通常为铰接连接,使结构受力明确,计算简便可靠.节点构造简单,施工方便 ,对温度应力和不均匀沉降不敏感.另外,门式刚架钢实腹屋面梁为双坡屋面,排水距离较短,有利于屋面排水设计 . 门式钢实腹梁屋面的缺点是在较大荷载作用下屋面结构会产生较大变形,《门规》中对屋面斜梁的最大挠度限制为1/ 180,远大于《钢结构设计规范》GB50017-2003中1/500.因此,从经济性及安全性考虑,门式钢实腹梁屋面结构仅适 用于轻型围护屋面体系.

二、重屋面与轻型屋面的比较 2.1重屋面结构的优缺点 屋面板采用预制槽型板、钢与混凝土组合结构时为重屋面,其结构耐久性好,屋面防水层更换时不影响电厂正常运行 .保温隔热性能好,当汽机房独立单元纵向长度较大时,重屋面有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:现浇混凝土屋面可以很好地防渗防漏,同时有较好的耐腐蚀性能.重屋面对下部支承结构要求高,使工程一 次性投入费用较高:对地基沉降敏感. 2.2轻型屋面结构的优缺点 围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,其自重轻,屋面恒载(包括风机自重,屋面夹芯板、 擦条及支托)约为0.35kN/m2.轻屋面结构单位面积的自重约为重屋面的1/5,可以大幅度减轻结构负荷,降低下部结

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3 构的造价,综合效益好:方便运输和吊装,连接简单,安装方便,施工周期短;

轻型屋面的缺点为耐腐蚀性差,使用 寿命较短,进口板材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,在强风作用下容易发生屋 面板被掀起等事故,设计时需要考虑多种因素的影响. 2.3NALC板的优缺点 随着建筑材料新技术的快速发展,蒸压轻质加气混凝土板(以下简称NALC板)系指采用以水泥、石灰、砂为原料制作 的高性能蒸压轻质加气混凝土板材,具有轻质高强、耐火、隔热、隔音、无放射性、产品精度高(工厂制作)、施工安 装便捷、能适应大的层间变位、抗震性能好等诸多优点.根据屋面钢结构次梁间距通常选用厚度为150mm规格,允许 荷载约为1200(N/m2),不含板自重屋面恒载约200(N/m2),1200-200=1000(N/m2)符合规范活荷载为1000(N/m2)的规定 .150厚NALC屋面板热阻指标0.81R、热惰性指标2.82D、传热阻指标0.

9680、传热系数指标0.94K,符合规程要求,可 做保温层,屋面建筑结构自重约为0.98(KN/m2). 屋面建筑做法为:2道三元乙丙橡胶防水卷材、板缝处理、150厚NALC屋面板,屋面材料造价约为250元/价格m2.

三、双坡屋面与单坡屋面 根据国内相关工程的设计经验,对于雨水量较大地区并采用压型钢板屋面工程,应优先考虑采用双坡屋面. 首先,根据《屋面工程技术规范》GB50207-94中4.3.10条,一根落水管的屋面最大汇水面积宜小于200平方米;

《建筑 设计资料集》中也有要求排水区一般按每个雨水口排除除150m2~200m2屋面(水平投影)雨水划分.常见工程汽机房柱 距10m,跨度30.6m,每根汇水管的面积为306m2,超过建筑设计要求的上限. 其次,《门规》中对檩条、屋面板的挠度控制仅要求不大于1/150,因此,轻型屋面的刚度较小,通常在荷载作用下 的变形较大,当屋面排水路线过长、雨水流量较大时,屋面局部可能出现压型钢板咬合不严的情况,发生虹吸作用或 风作用下的渗、漏水现象.另外,为尽可能减少屋面板接口数量,通常采用整张压型板沿跨度方向铺设,因此板的长 度较大,在反复变化的温度作用下,将在部分屋面板固定螺钉附近发生撕裂现象,或使屋面板局部鼓起,引起严重的 渗漏水现象. 工程实践己验证轻钢屋面采用双坡排水较为有利.如山东华能日照电厂(2X300MW)钢结构主厂房由美国电力设计公 司FORSTERWHEELER负责,汽机房跨度为32.40m,屋面为双坡轻钢屋面,排水坡度1/10.此电厂已投产运行六年以 上,轻钢屋面未出现任何异常现象.国|| #p#副标题#e#内设计的华能沁北电厂(2x600MW)汽机房跨度30.60m,采用双坡轻钢屋面,已顺利投产.对于重屋面而 言,其防水性能极为优良,不存在上述问题,国内大多数机组汽机房均采用单坡重屋面.随着轻钢结构的广泛应用, 近年来已逐步应用到电力行业中,但是一些部门在设计中,只是简单的采用压型钢板替代了原先的钢筋混凝土结构, 尚未注意到轻钢屋面的一些特殊要求.

四、汽机房屋面的经济性比较 各类屋面结构造价经济性比较(单位:元) 屋盖体系 单位面积用钢 量(kg/m'

) 钢屋架、网架 单价(元/t) 屋面及保温 防水(元/m'

) 单位面积造价 (元/m'

) 钢屋架十预制硅板 65.20

10000 520

1172 钢屋架十组合砼板 70.95

10000 520 1229.5 钢屋架+轻型屋面 35.0

10000 350

750 网架+轻型屋面 34.0

12000 350

808 网架+NALC板38.0

12000 219*1.3

741 门式钢梁十NALC板48.0

8000 219*1.3 668.7 门式钢梁+轻型屋面 40.5

8000 350

674 《电力工程建设概预算定额》钢屋架造价己包括屋面支撑结构的费用,所以支撑不重复计算;

屋面及保温防水中屋面结构单价为450元/平方米,防水保温单价为70元/平方米.轻型屋面 单价重已包括安装及屋面檩条等费用.NALC板方案中1.3为施工取费系数. 由上表可以看出,门式钢梁++NALC板屋面的经济性最好,但其施工较为复杂并具有与重屋面类似的一些缺点.因此 通过综合比较,门式钢梁+轻型屋面方案的技术经济性最为优越.在沿海地区受风荷载较大,且对钢结构的腐蚀情况 较为严重,轻型屋面材料标准需相应提高,将使屋面的造价有小幅增加,但其经济性依然优于其余方案.

五、结论 双坡门式钢实腹屋面可降低汽机房的高度,屋面质心低,抗震性能好,对温度应力和不均匀沉降不敏感,屋面排水距 离较短.总之,双坡门式钢实腹梁+复合保温彩板屋面方案结构简捷美观、受力明确、现场加工量少、安装方便、安 全可靠、经济效益显著,是替代传统屋面体系的一种合理结构形式.

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3 参考文献: [1]李芳,许怀宇.火电厂汽机房屋面两种结构体系的分析比较[J].武汉大学学报(工学版),2004,37(z1) [2]刘刚.汽机房屋面网架整体提升方案研究与分析[J].武汉大学学报(工学版),2004,37(z1) || Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

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