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摘要：本文结合某大型火力发电厂的工程情况，对汽机房屋面选型作了详细的阐述。从结构形式、使用功能、经济性分析的角度对常见屋面进行了比较和分析
关键词：火力发电厂、汽机房屋面、管桁结构、集水管
【中图分类号】TU271.1 【文献标识码】A 【文章编号】2236—1879（2017）16—0174—02
1.工程概况
某大型火力发电厂建设规模为2×1000MW，汽机房屋盖的结构安全等级按二级，抗震设防烈度为6度，基本风压0.42kN/m2，基本雪压0.25kN/m2。汽机房横向排架跨度为27m，纵向总长度为193.5m，屋架下弦标高为32.2m。
2.轻型屋面和重型屋面
汽机房屋面可根据屋面板的做法分为重型屋面与轻型屋面。重型屋面常采用的有预制槽型板、压型钢板做底模的现浇混凝土板。压型钢板做底模的现浇混凝土屋面可以很好地防渗漏，耐腐蚀性能、隔热性能、结构耐久性好；屋面质量和刚度较大，厂房整体受力性能好，屋顶风机的影响不显著，可为山墙提供可靠的支承，可有效减弱主厂房受风振的不利影响。但结构自重大，相应基础和支承结构的工程费用大，工程一次性投入费用较高。同时，屋面大自重也不利于结构抗震设计。
维护结构采用复合保温板或单层屋面彩板的屋盖系统为轻型屋面。轻型屋面单位面积的自重约为重型屋面的1/5，大幅减轻了基础负荷，降低基础及屋面支承结构的造价。虽然耐久性不及重型屋面，但轻型屋面方便运输和吊装，安装简单，施工周期短，综合效益好。
3.双坡屋面与单坡屋面
根据国内相关工程的设计及运行经验，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，轻型屋面板的刚度较小，在荷载作用下的变形较大，屋面排水路线过长、由于板变形较大，屋面板局部可能出现压型钢板咬合不严的情况，或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。
其次，根据《屋面工程技术规范》GB 50345-2004中4.2.12规定“……每根水落管的最大汇水面积宜小于200m2……”。本工程汽机房最大柱距12m，跨度27m，如果采用单坡屋面，每根水落管的汇水面积为324m2，超过上述设计要求的上限。
采用双坡屋面，结构受力合理，每根水落管最大汇水面积为162m2，满足《屋面工程技术规范》GB 50345-2004的要求。
4.汽机房屋架型式
根据目前国内火电厂汽机房屋面的建设情况，常见屋面结构选型有：钢屋架、实腹钢梁、钢网架和管桁屋架。现对四种结构型式进行综合比较分析，以寻找出合理的屋架型式。
1.钢屋架：钢屋架+支撑，重屋面常采用预制槽板，上部做保温防水，近些年多采用压型钢板做底膜的现浇混凝土。钢屋架为平面受力体系，简支结构，由于平面外刚度较差，屋盖体系需设置水平支撑和垂直支撑。采用预应力槽板，自重较大，制作受到现场场地的制约。由于钢屋架平面外的弯曲和吊装的整体稳定性需特别考虑，增加了现场吊装钢屋架的难度。
2.实腹钢梁：这种屋盖系统一般由屋面梁、檩条（或屋面次梁），纵横向水平支撑、隅撑等组成一空间稳定結构。实腹钢梁和檩条主要承受竖向荷载，支撑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。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。但实腹钢梁自重大，用钢量高。不适用于大跨度厂房结构。
3.钢网架：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。其主要特点是：传力途径简捷合理，空间刚度大，整体性强，抗风、抗震性能好；占用厂房高度小，适合于大跨度、大柱距的屋盖结构；杆件和节点定型生产，工厂制作，劳动生产率高；网架结构轻巧美观，组成有规律，丰富了建筑造型和装饰；杆件易于防腐处理，维护也较方便。网架结构现场安装节点多，要实现设计图纸的理想状况相当困难。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的假定进行，如果安装累计误差比较大，与设计假定不吻合，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，具有安全风险。
4.管桁：管桁屋架+上弦支撑，屋面板采用压型钢板。这也是近年来用于现代飞机候机大厅的新型结构形式。屋面板采用压型钢板，减轻自重，降低屋架耗钢量，方便吊装、缩短工期。同时减轻基础负荷，降低基础、排架部分的造价。根据工业厂房的特点，将具有现代气息的管桁结构引用到火电工程上是可行的。以往汽机房角钢梯形屋架绝大多数采用节点板做连接件，设计中节点板往往需要很大才能满足传力要求，造成屋架自重增大。管桁屋架可以取消节点板，采用相贯线焊接技术。制作采用带程控的切割机满足精度要求，在工程中是可以实现的。倒三角形管桁结构屋面，下弦不需要设置支撑，仅在上弦设置水平支撑及两端设置垂直支撑，即可保证屋面的整体稳定及刚度。从建筑的角度来看，在屋架上方设置采光带，厂房屋面显得简洁、美观、通透。
5.汽机房屋面的技术分析和投资比较
综上所述，汽机房屋面中的钢屋架结构屋面、实腹钢梁屋面、网架结构屋面及管桁结构屋面的技术分析，详见表1；投资比较，详见表2。
5.结论。
综上所述，结构受力性能、施工难易、安装速度和造价是确定屋面结构选型的主要因素，这四个因素对各方案的影响见表3。
根据表3的指标分析，结合工程的实际情况，并考虑施工单位的技术力量等因素，本工程屋面结构体系推荐采用双坡倒三角形管桁屋架上铺复合压型钢板轻型屋面结构型式，屋架与柱采用铰接连接方式，双坡屋面。
关键词：火力发电厂、汽机房屋面、管桁结构、集水管
【中图分类号】TU271.1 【文献标识码】A 【文章编号】2236—1879（2017）16—0174—02
1.工程概况
某大型火力发电厂建设规模为2×1000MW，汽机房屋盖的结构安全等级按二级，抗震设防烈度为6度，基本风压0.42kN/m2，基本雪压0.25kN/m2。汽机房横向排架跨度为27m，纵向总长度为193.5m，屋架下弦标高为32.2m。
2.轻型屋面和重型屋面
汽机房屋面可根据屋面板的做法分为重型屋面与轻型屋面。重型屋面常采用的有预制槽型板、压型钢板做底模的现浇混凝土板。压型钢板做底模的现浇混凝土屋面可以很好地防渗漏，耐腐蚀性能、隔热性能、结构耐久性好；屋面质量和刚度较大，厂房整体受力性能好，屋顶风机的影响不显著，可为山墙提供可靠的支承，可有效减弱主厂房受风振的不利影响。但结构自重大，相应基础和支承结构的工程费用大，工程一次性投入费用较高。同时，屋面大自重也不利于结构抗震设计。
维护结构采用复合保温板或单层屋面彩板的屋盖系统为轻型屋面。轻型屋面单位面积的自重约为重型屋面的1/5，大幅减轻了基础负荷，降低基础及屋面支承结构的造价。虽然耐久性不及重型屋面，但轻型屋面方便运输和吊装，安装简单，施工周期短，综合效益好。
3.双坡屋面与单坡屋面
根据国内相关工程的设计及运行经验，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，轻型屋面板的刚度较小，在荷载作用下的变形较大，屋面排水路线过长、由于板变形较大，屋面板局部可能出现压型钢板咬合不严的情况，或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。
其次，根据《屋面工程技术规范》GB 50345-2004中4.2.12规定“……每根水落管的最大汇水面积宜小于200m2……”。本工程汽机房最大柱距12m，跨度27m，如果采用单坡屋面，每根水落管的汇水面积为324m2，超过上述设计要求的上限。
采用双坡屋面，结构受力合理，每根水落管最大汇水面积为162m2，满足《屋面工程技术规范》GB 50345-2004的要求。
4.汽机房屋架型式
根据目前国内火电厂汽机房屋面的建设情况，常见屋面结构选型有：钢屋架、实腹钢梁、钢网架和管桁屋架。现对四种结构型式进行综合比较分析，以寻找出合理的屋架型式。
1.钢屋架：钢屋架+支撑，重屋面常采用预制槽板，上部做保温防水，近些年多采用压型钢板做底膜的现浇混凝土。钢屋架为平面受力体系，简支结构，由于平面外刚度较差，屋盖体系需设置水平支撑和垂直支撑。采用预应力槽板，自重较大，制作受到现场场地的制约。由于钢屋架平面外的弯曲和吊装的整体稳定性需特别考虑，增加了现场吊装钢屋架的难度。
2.实腹钢梁：这种屋盖系统一般由屋面梁、檩条（或屋面次梁），纵横向水平支撑、隅撑等组成一空间稳定結构。实腹钢梁和檩条主要承受竖向荷载，支撑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。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。但实腹钢梁自重大，用钢量高。不适用于大跨度厂房结构。
3.钢网架：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。其主要特点是：传力途径简捷合理，空间刚度大，整体性强，抗风、抗震性能好；占用厂房高度小，适合于大跨度、大柱距的屋盖结构；杆件和节点定型生产，工厂制作，劳动生产率高；网架结构轻巧美观，组成有规律，丰富了建筑造型和装饰；杆件易于防腐处理，维护也较方便。网架结构现场安装节点多，要实现设计图纸的理想状况相当困难。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的假定进行，如果安装累计误差比较大，与设计假定不吻合，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，具有安全风险。
4.管桁：管桁屋架+上弦支撑，屋面板采用压型钢板。这也是近年来用于现代飞机候机大厅的新型结构形式。屋面板采用压型钢板，减轻自重，降低屋架耗钢量，方便吊装、缩短工期。同时减轻基础负荷，降低基础、排架部分的造价。根据工业厂房的特点，将具有现代气息的管桁结构引用到火电工程上是可行的。以往汽机房角钢梯形屋架绝大多数采用节点板做连接件，设计中节点板往往需要很大才能满足传力要求，造成屋架自重增大。管桁屋架可以取消节点板，采用相贯线焊接技术。制作采用带程控的切割机满足精度要求，在工程中是可以实现的。倒三角形管桁结构屋面，下弦不需要设置支撑，仅在上弦设置水平支撑及两端设置垂直支撑，即可保证屋面的整体稳定及刚度。从建筑的角度来看，在屋架上方设置采光带，厂房屋面显得简洁、美观、通透。
5.汽机房屋面的技术分析和投资比较
综上所述，汽机房屋面中的钢屋架结构屋面、实腹钢梁屋面、网架结构屋面及管桁结构屋面的技术分析，详见表1；投资比较，详见表2。
5.结论。
综上所述，结构受力性能、施工难易、安装速度和造价是确定屋面结构选型的主要因素，这四个因素对各方案的影响见表3。
根据表3的指标分析，结合工程的实际情况，并考虑施工单位的技术力量等因素，本工程屋面结构体系推荐采用双坡倒三角形管桁屋架上铺复合压型钢板轻型屋面结构型式，屋架与柱采用铰接连接方式，双坡屋面。