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摘要：以龙桥水电站工程实例，介绍了钢网结构在厂房中的应用。有效地解决了屋面建筑冬季施工困难问题，且结构造型美观、灵活、设计简单，施工方便，旨在为以后的水利水电工程厂房屋面结构设计的同行提供参考。
关键词：水电站；屋面结构；混凝土结构；钢网结构
0前言
钢网结构作为一种空间结构，它由许多杆件沿曲面或平面按一定要求组成的空间网状结构。早在上世纪40 年代就由德国首次成功运用于工业建筑上，此后在世界各地得到广泛发展，到目前已形成了很多定型體系，如单杆体系（Unistrut）、米罗（MERO）体系、菱形桁架体系（Diamond truss）、空间板体系（Space Deck）、以及诺得斯（NODUS）体系等。1964，我国上海师范学院球类馆的屋盖首次使用钢网结构，其后钢网结构在中国开始快速发展，在80 年代颁布了《钢网结构设计与施工规定》，这标志着我国钢网的设计和施工已达到较为新进的水平。直到上个世纪90年代以前，这种结构主要应用于大跨度的展览厅、车站候车大厅以及游泳馆等公共建筑。近10年来其应领域越来越广，已经遍及冶金、机械、以及石化等行业。相比而言，钢网结构虽在水利工程中的应用起步较早，但还不普遍，本文以某水电站主厂房顶部的钢网结构为背景，通过具体的施工案例，来进一步说明解钢网结构的优越性。
1工程概况
龙桥水电站位于湖北省利川市境内的郁江河段，为郁江干流湖北省境内三级水电梯级开发的第一级。龙桥水电枢纽工程建筑物主要由碾压砼双曲拱坝，右岸发电引水系统，岸边地面式发电厂房、升压变电站和左岸导流隧洞组成。大坝为对数螺旋线型碾压砼双曲拱坝，顶厚6m，底厚21.16m，厚高比0.23，坝顶海拔高程589m，最大设计坝高91m，坝顶弧长159.70m，坝顶中部共布置3个泄洪表孔，堰顶海拔高程575m，单孔净宽12m，弧门挡水高10m，最大泄洪流量3580m3/s。引水隧洞长2196.50m，设计引用流量67m3/s，设有直径10m的阻抗式调压井。厂房安装2台30MW的立式混流水轮发电机组，保证出电0.443万kw，年平均发电量为1.6938亿kw•h，水库枢纽工程为三等中型工程。大坝为恩施州首座已建碾压砼双曲拱坝，坝高名列国内目前在建同类型坝第五位，坝身泄洪单宽流量位居全国同类型拱坝首位 。
龙桥水电站工程总投资4.93亿元，设计工期为2年零5个月。2005年9月2日工程获得核准，2006年3月15日主体工程正式开工，2007年5月2日正式下闸蓄水，2007年5月 28 日首台机组发电，计划2007年 12 月工程竣工。
电站主厂房全长38.42m，宽17m，最大高度17.8m。厂房与开关站结合地形条件布置，左侧为安装间，与主机间同宽；主厂房内2台发电机组呈一字形排列。副厂房布置在主厂房后侧，厂区室外和主变场地面高程为474.00m。
2主厂房屋顶设计方案比选
2.1钢网架结构方案
钢网架结构的特点是，施工速度快，安装、维修容易，安全系数高，且可以解决机电安装急需保温的困难。钢网结构比较固定，一般由三部分组成：厂顶网架、网架支撑以及屋面。在材料选择上，屋面采用彩钢夹芯板，檩条采用冷弯溥壁型钢。
2.2钢筋混凝土方案
钢筋混凝土结构在工业与民用建筑中得到了广泛的应用，其主要优点是作为承重构件，其承载力大，施工技术成熟，抗震和防火等方面的性能优越。采用钢筋混凝士框架结构，稳定性可以得到很好的保证。钢筋混凝土梁板结构经历了两个阶段，传统的做法是薄腹梁或混凝土屋架加大型槽型板，后来随着预应力技术的成熟，一些技术公司开发出雁型板项目。值得强调的是屋面板要有保温层、防水以及保护等功能。
2.3房屋方案的比选
为了选出更为合理的方案，应对两种方案的优缺点进行比较。笔者根据工程 的实际情况，主要对以下几个方面做了比较：
施工工期：钢网结构施工工期短，且不受天气的影响，即使是在寒冷的冬季，混凝土无法施工的情况下，钢网仍可进行。且预制构件的施工周期长，养护周期长。
施工人员费用：钢网结构主要的构件厂家已经事先设计好了，电站只需要安装即可，施工时间大大缩短，因此，施工人员费用也比混凝土结构便宜。
工程造价：施工以及装修等工作完成以后，按实际的覆盖厂房面积，经过计算知钢网结构每平米综合造价比混凝土结构节省投资30-40%。
构件制作：钢网结构所需的钢管、螺栓、锥头、板材以及檩条等构件均由设计厂家按要求制作，只需将构件运到现场安装即可完成；混凝土结构方案需要浇注梁以及面板，为了保证预制施工质量，需要事先平整夯实及硬化预制场地[2]，特别是在场地受限的水电站工程中，场地条件有时无法保证。
构件的安装：钢网结构需要事先清除构件铁锈、用油漆涂刷一遍，利用塔式起重机吊装的制定的位置，校正无误后将构件焊接为整体，安装檩条以及板材。完成焊接固定工作以后，进行细石混凝土天沟浇筑。施工非常方便，吊装工作量小。已成型的构件拆卸、加固及改造都非常容易。混凝土结构通常采用索吊，需要对缆索进行设计，确定缆索的跨度、主缆索以及后缆风绳钢丝绳的直径、数量、埋深以及主地锚规格尺寸等相关参数，还需要对受力进行计算。在试吊、地锚坑试拉以及每项工作验收合格之后，逐个吊装。在校正以及固定等工作完成后，用泡沫混凝士进行浇筑[1]。
影响因素：钢网架结构施工非常简便，吊装安全并且工作量小，混凝土用量也很少，质量控制比较容易。混凝土结构材料较多，施工受外界条件影响大，尤其冬季施工，加大了施工难度，混凝土质量因而不能很好的保障，准备工作量也非常大。
环境保护：钢网架结构不用产生粉尘的材料，对环境影响小。混凝土结构预制粱、板需要大量水泥、粉煤灰、外加剂等，这些均属于粉尘物料，对人体以及植被产生的危害都较大，施工中产生的噪音以及建筑垃圾对环境影响大，对人体健康也十分不利。
综合以上几个重要因素的考虑，钢网结构优势非常明显，同时为避免梁板吊装对机电安装造成较大的干扰，确保机组可以按期投产发电，设计最终采用空间钢网架结构方案。
3钢网结构设计
3.1 结构形式
钢网结构采用正放四角锥网架。支撑形式：下弦支承。节点类型：螺栓球节点网架。平面尺寸大小为38.42m×17m，投影面积共计653.14m2。
3.2 设计依据
荷载标准值：上弦恒载为0.30kN/ m2，上弦活载为0.50k N/ m2，下弦恒载为0.1kN/ m2，基本风压为0.35kN kN/ m2，抗雪压载荷为0.50k N/ m2。设防抗震烈度为6度，场地属于Ⅱ类建筑场地。
3.3 材料选择
选用Q235B钢制作的钢管，采用高频焊接钢管的焊接方式。螺栓螺钉选用40Cr钢，材质应符合《合金结构钢技术条件》GB3077要求，高强螺栓应满足《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1288的规定，其性能等级为10．90s。选用45号钢制作的螺栓球，材质应符合《优质碳素结构钢钢号及一般技术条件》GB699的规定。选用Q235B钢制作的封板锥头，钢管直径超过76时必须采用锥头，连接焊缝海外锥头的任意截面与连接的钢管强度要等同，厚度应保证变形以及强度的要求。选用Q235钢制作的套筒，杆件与截面等同。选用E43焊条对Q235钢与Q235钢进行焊接，选用E50焊条对Q235钢与45号钢进行焊接。采用75mm厚彩钢夹芯板作为屋面板材，采用冷弯薄壁型钢制作檩条。
3.4 加工技术要求
网架杆件需要对氧化皮以及锈蚀等污物进行清除后才可加工。网架的构件(包括杆件、螺栓球、、支座高强螺栓等)需要在专业的厂家定制，并且还得有检验合格证明，对于球以及螺栓的加工，则由厂家按机械行业标准选购或自行加工，但要满足受力和材质要求。焊缝需满足规定标准，构件焊接要达到同等强度，。
3.5 安装以及涂装技术
要求支承面预埋钢板必须保持水平，安装位置准确。，相邻支座高差不超过5mm，最高与最低高差不超过10mm，位移量不超过5mm。对所有构件须都需要作防锈处理，出厂前以及安装后都要涂灰色防锈漆。为了保证使用年限，涂装前需要进行除锈，除锈参考《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等极》GB8923中的Sa2等级，不能低于这个除锈等级。涂装时的环境湿度以及温度，除其产品的特殊要求外，相对湿度不应超过85％，温度应在5—38℃之间。不应在涂装构件的表面出现结露，涂装后4小时内应避免雨淋。荷载必须作用在节点(螺栓球)上，严禁在杆件上悬挂重物，杆件不承受横向荷载[3]。
4结论
综上所述，网架结构是一种比较理想的空间结构形式，它不仅被广泛应用于大型公共建筑中，而且在水利工程中有巨大的潜力，屋面整体具有较大的刚度和强度。网架结构的组成比较规则，施工起来方便。厂房屋顶采用钢网架结构比采用钢筋混凝土梁、板结构费用小，建设工期短，质量更易于控制，并且对周围环境影响小。因此，在水电站工程中应大力推广应用。目前，我院设计的罗坡坝、华山沟、龙背湾、小漩、白马泾等水电站或泵站，屋面均采用网架结构。
关键词：水电站；屋面结构；混凝土结构；钢网结构
0前言
钢网结构作为一种空间结构，它由许多杆件沿曲面或平面按一定要求组成的空间网状结构。早在上世纪40 年代就由德国首次成功运用于工业建筑上，此后在世界各地得到广泛发展，到目前已形成了很多定型體系，如单杆体系（Unistrut）、米罗（MERO）体系、菱形桁架体系（Diamond truss）、空间板体系（Space Deck）、以及诺得斯（NODUS）体系等。1964，我国上海师范学院球类馆的屋盖首次使用钢网结构，其后钢网结构在中国开始快速发展，在80 年代颁布了《钢网结构设计与施工规定》，这标志着我国钢网的设计和施工已达到较为新进的水平。直到上个世纪90年代以前，这种结构主要应用于大跨度的展览厅、车站候车大厅以及游泳馆等公共建筑。近10年来其应领域越来越广，已经遍及冶金、机械、以及石化等行业。相比而言，钢网结构虽在水利工程中的应用起步较早，但还不普遍，本文以某水电站主厂房顶部的钢网结构为背景，通过具体的施工案例，来进一步说明解钢网结构的优越性。
1工程概况
龙桥水电站位于湖北省利川市境内的郁江河段，为郁江干流湖北省境内三级水电梯级开发的第一级。龙桥水电枢纽工程建筑物主要由碾压砼双曲拱坝，右岸发电引水系统，岸边地面式发电厂房、升压变电站和左岸导流隧洞组成。大坝为对数螺旋线型碾压砼双曲拱坝，顶厚6m，底厚21.16m，厚高比0.23，坝顶海拔高程589m，最大设计坝高91m，坝顶弧长159.70m，坝顶中部共布置3个泄洪表孔，堰顶海拔高程575m，单孔净宽12m，弧门挡水高10m，最大泄洪流量3580m3/s。引水隧洞长2196.50m，设计引用流量67m3/s，设有直径10m的阻抗式调压井。厂房安装2台30MW的立式混流水轮发电机组，保证出电0.443万kw，年平均发电量为1.6938亿kw•h，水库枢纽工程为三等中型工程。大坝为恩施州首座已建碾压砼双曲拱坝，坝高名列国内目前在建同类型坝第五位，坝身泄洪单宽流量位居全国同类型拱坝首位 。
龙桥水电站工程总投资4.93亿元，设计工期为2年零5个月。2005年9月2日工程获得核准，2006年3月15日主体工程正式开工，2007年5月2日正式下闸蓄水，2007年5月 28 日首台机组发电，计划2007年 12 月工程竣工。
电站主厂房全长38.42m，宽17m，最大高度17.8m。厂房与开关站结合地形条件布置，左侧为安装间，与主机间同宽；主厂房内2台发电机组呈一字形排列。副厂房布置在主厂房后侧，厂区室外和主变场地面高程为474.00m。
2主厂房屋顶设计方案比选
2.1钢网架结构方案
钢网架结构的特点是，施工速度快，安装、维修容易，安全系数高，且可以解决机电安装急需保温的困难。钢网结构比较固定，一般由三部分组成：厂顶网架、网架支撑以及屋面。在材料选择上，屋面采用彩钢夹芯板，檩条采用冷弯溥壁型钢。
2.2钢筋混凝土方案
钢筋混凝土结构在工业与民用建筑中得到了广泛的应用，其主要优点是作为承重构件，其承载力大，施工技术成熟，抗震和防火等方面的性能优越。采用钢筋混凝士框架结构，稳定性可以得到很好的保证。钢筋混凝土梁板结构经历了两个阶段，传统的做法是薄腹梁或混凝土屋架加大型槽型板，后来随着预应力技术的成熟，一些技术公司开发出雁型板项目。值得强调的是屋面板要有保温层、防水以及保护等功能。
2.3房屋方案的比选
为了选出更为合理的方案，应对两种方案的优缺点进行比较。笔者根据工程 的实际情况，主要对以下几个方面做了比较：
施工工期：钢网结构施工工期短，且不受天气的影响，即使是在寒冷的冬季，混凝土无法施工的情况下，钢网仍可进行。且预制构件的施工周期长，养护周期长。
施工人员费用：钢网结构主要的构件厂家已经事先设计好了，电站只需要安装即可，施工时间大大缩短，因此，施工人员费用也比混凝土结构便宜。
工程造价：施工以及装修等工作完成以后，按实际的覆盖厂房面积，经过计算知钢网结构每平米综合造价比混凝土结构节省投资30-40%。
构件制作：钢网结构所需的钢管、螺栓、锥头、板材以及檩条等构件均由设计厂家按要求制作，只需将构件运到现场安装即可完成；混凝土结构方案需要浇注梁以及面板，为了保证预制施工质量，需要事先平整夯实及硬化预制场地[2]，特别是在场地受限的水电站工程中，场地条件有时无法保证。
构件的安装：钢网结构需要事先清除构件铁锈、用油漆涂刷一遍，利用塔式起重机吊装的制定的位置，校正无误后将构件焊接为整体，安装檩条以及板材。完成焊接固定工作以后，进行细石混凝土天沟浇筑。施工非常方便，吊装工作量小。已成型的构件拆卸、加固及改造都非常容易。混凝土结构通常采用索吊，需要对缆索进行设计，确定缆索的跨度、主缆索以及后缆风绳钢丝绳的直径、数量、埋深以及主地锚规格尺寸等相关参数，还需要对受力进行计算。在试吊、地锚坑试拉以及每项工作验收合格之后，逐个吊装。在校正以及固定等工作完成后，用泡沫混凝士进行浇筑[1]。
影响因素：钢网架结构施工非常简便，吊装安全并且工作量小，混凝土用量也很少，质量控制比较容易。混凝土结构材料较多，施工受外界条件影响大，尤其冬季施工，加大了施工难度，混凝土质量因而不能很好的保障，准备工作量也非常大。
环境保护：钢网架结构不用产生粉尘的材料，对环境影响小。混凝土结构预制粱、板需要大量水泥、粉煤灰、外加剂等，这些均属于粉尘物料，对人体以及植被产生的危害都较大，施工中产生的噪音以及建筑垃圾对环境影响大，对人体健康也十分不利。
综合以上几个重要因素的考虑，钢网结构优势非常明显，同时为避免梁板吊装对机电安装造成较大的干扰，确保机组可以按期投产发电，设计最终采用空间钢网架结构方案。
3钢网结构设计
3.1 结构形式
钢网结构采用正放四角锥网架。支撑形式：下弦支承。节点类型：螺栓球节点网架。平面尺寸大小为38.42m×17m，投影面积共计653.14m2。
3.2 设计依据
荷载标准值：上弦恒载为0.30kN/ m2，上弦活载为0.50k N/ m2，下弦恒载为0.1kN/ m2，基本风压为0.35kN kN/ m2，抗雪压载荷为0.50k N/ m2。设防抗震烈度为6度，场地属于Ⅱ类建筑场地。
3.3 材料选择
选用Q235B钢制作的钢管，采用高频焊接钢管的焊接方式。螺栓螺钉选用40Cr钢，材质应符合《合金结构钢技术条件》GB3077要求，高强螺栓应满足《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1288的规定，其性能等级为10．90s。选用45号钢制作的螺栓球，材质应符合《优质碳素结构钢钢号及一般技术条件》GB699的规定。选用Q235B钢制作的封板锥头，钢管直径超过76时必须采用锥头，连接焊缝海外锥头的任意截面与连接的钢管强度要等同，厚度应保证变形以及强度的要求。选用Q235钢制作的套筒，杆件与截面等同。选用E43焊条对Q235钢与Q235钢进行焊接，选用E50焊条对Q235钢与45号钢进行焊接。采用75mm厚彩钢夹芯板作为屋面板材，采用冷弯薄壁型钢制作檩条。
3.4 加工技术要求
网架杆件需要对氧化皮以及锈蚀等污物进行清除后才可加工。网架的构件(包括杆件、螺栓球、、支座高强螺栓等)需要在专业的厂家定制，并且还得有检验合格证明，对于球以及螺栓的加工，则由厂家按机械行业标准选购或自行加工，但要满足受力和材质要求。焊缝需满足规定标准，构件焊接要达到同等强度，。
3.5 安装以及涂装技术
要求支承面预埋钢板必须保持水平，安装位置准确。，相邻支座高差不超过5mm，最高与最低高差不超过10mm，位移量不超过5mm。对所有构件须都需要作防锈处理，出厂前以及安装后都要涂灰色防锈漆。为了保证使用年限，涂装前需要进行除锈，除锈参考《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等极》GB8923中的Sa2等级，不能低于这个除锈等级。涂装时的环境湿度以及温度，除其产品的特殊要求外，相对湿度不应超过85％，温度应在5—38℃之间。不应在涂装构件的表面出现结露，涂装后4小时内应避免雨淋。荷载必须作用在节点(螺栓球)上，严禁在杆件上悬挂重物，杆件不承受横向荷载[3]。
4结论
综上所述，网架结构是一种比较理想的空间结构形式，它不仅被广泛应用于大型公共建筑中，而且在水利工程中有巨大的潜力，屋面整体具有较大的刚度和强度。网架结构的组成比较规则，施工起来方便。厂房屋顶采用钢网架结构比采用钢筋混凝土梁、板结构费用小，建设工期短，质量更易于控制，并且对周围环境影响小。因此，在水电站工程中应大力推广应用。目前，我院设计的罗坡坝、华山沟、龙背湾、小漩、白马泾等水电站或泵站，屋面均采用网架结构。