王勇強(qiáng)，陳靜，吳建平

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京市，100120)

0 引言

燃?xì)猓羝?lián)產(chǎn)機(jī)組燃機(jī)房一般具有柱距大、屋面跨度大的特點(diǎn)。對(duì)于燃機(jī)房屋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的教材和設(shè)計(jì)手冊(cè)都將屋架簡(jiǎn)化為兩端鉸接的鋼桁架進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算［1-3］，而沒有考慮屋架支承結(jié)構(gòu)和屋面混凝土板的影響［4-5］。本文基于某燃機(jī)房屋面結(jié)構(gòu)不同計(jì)算簡(jiǎn)化模型的計(jì)算結(jié)果的比較，分析了各種計(jì)算簡(jiǎn)化模型對(duì)燃機(jī)房屋面桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

1 計(jì)算簡(jiǎn)化模型

某大型燃?xì)猓羝?lián)產(chǎn)機(jī)組燃機(jī)房AB列均采用雙肢柱，屋架結(jié)構(gòu)采用空間三角拱形管桁架，現(xiàn)澆輕骨料混凝土屋面。選取典型跨橫向排架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，燃機(jī)房跨度為44m，空間三角拱形管桁架矢高為4m，燃機(jī)房柱距為12m，屋面輕骨料混凝土強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C25。

1.1 屋面桁架與燃機(jī)房排架聯(lián)算整體模型

考慮燃機(jī)房整體結(jié)構(gòu)的影響，將空間三角拱形桁架與燃機(jī)房排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體聯(lián)算，為簡(jiǎn)化模型1。該模型既考慮了燃機(jī)房整體和屋面剛度的影響，又考慮了雙肢柱柱頂位移對(duì)桁架的影響，較接近屋面桁架的實(shí)際狀況。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖見圖1。

1.2 屋面桁架與燃機(jī)房聯(lián)算單榀模型

忽略燃機(jī)房整體結(jié)構(gòu)的影響，僅考慮燃機(jī)房單榀排架的影響，將空間三角拱形桁架與燃機(jī)房排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行單榀模型聯(lián)算，為簡(jiǎn)化模型2。該模型考慮雙肢柱柱頂位移對(duì)桁架的影響，而沒有考慮屋面板和燃機(jī)房結(jié)構(gòu)整體剛度對(duì)桁架的影響。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖見圖2。

1.3 屋面桁架單獨(dú)計(jì)算整體模型(兩端鉸接)

不考慮燃機(jī)房結(jié)構(gòu)的影響，建立燃機(jī)房屋面的整體模型，屋架兩端采用鉸接支座，為簡(jiǎn)化模型3。該模型忽略了燃機(jī)房結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)位移的影響，將屋架支座簡(jiǎn)化為兩端不動(dòng)鉸。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖見圖3(不考慮屋面混凝土板作用)。

1.4 屋架單獨(dú)計(jì)算整體模型(一端鉸接一端滑動(dòng))

不考慮燃機(jī)房結(jié)構(gòu)的影響，僅建立燃機(jī)房屋面的整體模型，屋架一端采用鉸接支座，一端采用滑動(dòng)支座，為簡(jiǎn)化模型4。該模型忽略了燃機(jī)房結(jié)構(gòu)剛度的影響，而釋放了屋架軸向的變形。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖見圖4(不考慮屋面混凝土板作用)。

1.5 屋架單獨(dú)計(jì)算單榀模型(兩端鉸接)

圖4 屋面桁架單獨(dú)計(jì)算整體模型(一端鉸接一端滑動(dòng))Fig.4 Overall calculation m odel of roofing's truss-one side hinge and the other side sliding

不考慮燃機(jī)房結(jié)構(gòu)的影響，僅建立燃機(jī)房屋面的單榀模型，屋架兩端均采用鉸接支座，為簡(jiǎn)化模型5。該模型忽略了燃機(jī)房結(jié)構(gòu)剛度和屋面整體剛度的影響，而將屋架支座簡(jiǎn)化為兩端不動(dòng)鉸。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖見圖5(不考慮屋面混凝土板作用)。

1.6 屋面桁架單獨(dú)計(jì)算單榀模型(一端鉸接一端滑動(dòng))

圖5 屋面桁架單獨(dú)計(jì)算單榀模型(兩端鉸接)Fig.5 Single beam calculation model of roofing's truss-both sides hinge

不考慮燃機(jī)房結(jié)構(gòu)的影響，僅建立燃機(jī)房屋面的單榀模型，屋架一端采用鉸接支座，一端采用滑動(dòng)支座，為簡(jiǎn)化模型6。該模型忽略了燃機(jī)房結(jié)構(gòu)剛度的影響，而釋放了屋架軸向的變形。計(jì)算模型簡(jiǎn)圖見圖6(不考慮屋面混凝土板作用)。

圖6 屋面桁架單獨(dú)計(jì)算單榀模型(一端鉸接一端滑動(dòng))Fig.6 Single beam calculation model of roofing's truss-one side hinge and the other side sliding

2 計(jì)算結(jié)果

采用空間結(jié)構(gòu)分析軟件STAAD-PRO(V8i版)對(duì)燃機(jī)房空間三角拱形管桁架的6種計(jì)算簡(jiǎn)化模型進(jìn)行建模計(jì)算。“恒荷載+活荷載”工況下桁架典型桿件內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移結(jié)果見表1。

工程設(shè)計(jì)中，屋面鋼桁架計(jì)算中，通常不考慮屋面混凝土板的作用。因此，有必要將桁架各種簡(jiǎn)化模型計(jì)算結(jié)果與簡(jiǎn)化模型1(不考慮屋面板影響)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。

各種簡(jiǎn)化模型計(jì)算結(jié)果與簡(jiǎn)化模型1(不考慮屋面板影響)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的比值見表2。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 屋面混凝土板對(duì)空間桁架計(jì)算結(jié)果的影響

考慮屋面混凝土板作用時(shí)屋面板應(yīng)力見圖7。從表1和表2的計(jì)算結(jié)果可以看出：模型1考慮屋面混凝土板與不考慮屋面混凝土板時(shí)，桁架下弦桿軸力比值為0.98，桁架跨中撓度比值為0.674，桁架上弦桿軸力比值為0.19。屋面混凝土板對(duì)減小桁架上弦桿軸力和桁架撓度效果明顯。屋面桁架設(shè)計(jì)時(shí)不考慮屋面混凝土板的影響計(jì)算結(jié)果偏于安全。

3.2 桁架支座約束對(duì)桁架計(jì)算結(jié)果的影響

模型3屋面桁架支座鉸接時(shí)，桁架端跨下弦桿為軸壓力，跨中下弦桿軸拉力與簡(jiǎn)化模型1計(jì)算的跨中下弦軸的比值為0.291。屋面桁架支座鉸接時(shí)，桁架下弦桿端部為最不利截面，而簡(jiǎn)化模型1計(jì)算時(shí)桁架下弦桿跨中為最不利截面。因此，不考慮支座位移時(shí)的桁架兩端鉸接的簡(jiǎn)化模型不滿足燃機(jī)房屋面空間三角管桁架設(shè)計(jì)要求。

簡(jiǎn)化模型4屋面桁架支座一端位移釋放時(shí)，相當(dāng)

58 Electric Power Construction Vol.33，No.5，May，2012于忽略燃機(jī)房雙肢柱側(cè)向剛度的影響。簡(jiǎn)化模型4計(jì)算的桁架跨中撓度和軸力與簡(jiǎn)化模型1計(jì)算的跨中撓度和軸力的比值分別為0.994和1.037，燃機(jī)房雙肢柱剛度對(duì)桁架支座的約束較小，屋面桁架設(shè)計(jì)時(shí)將桁架支座簡(jiǎn)化為一端鉸接一端滑動(dòng)對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小。

3.3 整體建模與單榀建模對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

根據(jù)表1和表2的計(jì)算結(jié)果，采用屋面系統(tǒng)單榀建模(簡(jiǎn)化模型2)時(shí)桁架的下弦桿軸力和撓度與采用整體建模(簡(jiǎn)化模型1)時(shí)屋面桁架的下弦桿軸力和撓度計(jì)算的比值分別為1.253和1.1，計(jì)算結(jié)果偏差較大。因此，采用單榀建模時(shí)的計(jì)算結(jié)果不滿足屋面桁架計(jì)算精度的要求，屋面桁架計(jì)算時(shí)宜采用結(jié)構(gòu)整體建模。

4 結(jié)論

(1)燃機(jī)房屋面桁架計(jì)算中，屋面混凝土板對(duì)減小桁架上弦桿軸力和桁架撓度效果明顯。屋面桁架設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮屋面混凝土板的影響，計(jì)算結(jié)果偏于安全。

(2)燃機(jī)房采用雙肢柱時(shí)，燃機(jī)房結(jié)構(gòu)剛度對(duì)屋面桁架支座約束較小。屋面桁架設(shè)計(jì)時(shí)，可將桁架支座簡(jiǎn)化為一端鉸接另一端滑動(dòng)的模型，而不應(yīng)將桁架支座簡(jiǎn)化為兩端鉸接模型。

(3)燃機(jī)房屋面系統(tǒng)采用單榀建模與整體建模時(shí)，桁架計(jì)算結(jié)果偏差較大，建立單榀屋面桁架模型進(jìn)行計(jì)算，易產(chǎn)生較大的誤差，因此建議建立屋面系統(tǒng)的整體模型。

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［3］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算示例編制委員會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算示例［M］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007：10-12.

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