低碳大跨度重型钢结构厂房屋面结构选型与分析

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1、万方数据【文章编号】1007。9467(2010)06-0027-04低碳大跨度重型钢结构厂房屋面结构选型与分析一唐扬，陈爱国，莫艾艾，汪崖(上海市机电设计研究院有限公司，上海200040)【摘要】利用工业厂房的屋面应用太阳能技术已经成为工业建筑节能的主要发展方向之一．介绍了某重型装备制造基地利用重型钢结构厂房屋面建设太阳能光伏电站，以及该厂房屋面结构的选型与分析，并对工业建筑、节能一体化进行了初步的探讨．【关键词】低碳；重型钢结构厂房；屋面；结构选型【中图分类号lTU393．3【文献标志码】B1低碳型工业厂房装备制造业尤其是重装备制造业是

2、能耗、污染、资源消耗相对较高的产业，这类企业厂房跨数多、跨度大、吊车荷载大，普遍采用轻型彩钢屋面，结构布置复杂。在全球节能减排、低碳经济的大背景下，重装备制造业降低能耗、提高资源利用率，以低能耗、低排放、低污染的方式进行工业化生产，实现能源高效利用，充分应用清洁能源等，已势在必行。目前国内已出现了应用清洁能源的低碳型工业厂房，如：工业建筑规模利用浅层地热的技术；太阳能空气加热与工业建筑一体化的太阳墙系统；利用高大厂房屋面设置垂直轴风力发电系统；利用大面积的厂房屋面建设太阳能光伏发电系统等。尤其是与建筑相结合的节能一体化建筑，对原有的设计理念

3、和设计参数的取用，寻求适合工业厂房节能改造的结构形式提出了崭新的课题。对于工业厂房如何有效地实现建筑、节能一体化，如何在现有的设计规范基础上，寻求经济、合理的建筑、结构形式需要进行深入研究。本娥某重型装备制造基地项目实例工程，介绍利用重型钢结构厂房屋面建设太阳能光伏发电的结构技术措施，以及设置光伏发电对钢结构厂房屋面结构选型的影响。制造工程设计I■埘‘‘如批他Ef晦艇c嘶ikIi萨l2项目概况某重型装备制造基地重型钢结构厂房地处上海市浦东新区东南角，位于东海与杭州湾的交汇处。厂房长384m，宽l14m，占地面积约4x104m2．厂房柱距12

4、m，跨度36m+42m+36m。屋架下弦最低标高为16．20m-27．02m；北跨设双层吊车(上层为2台160t／50t吊车，轨高22．5m；下层为2台75t／20t吊车，轨高18m)，中跨设2台lOOt／32t桥式吊车(轨高16m)，南跨设2台50t／5t桥式吊车(轨高12．30m)。项目规划之初，鉴于建设地日常风力较大、空气洁净度较高、年辐射总量高于市区，非常有利于太阳能发电，同时重型工业厂房单体建筑面积大、屋顶高、屋面利用率高，并具有与建筑整体相结合的展示作用。为充分利用清洁能源，降低重装备制造业的能耗，使重装备“轻’，起来，在重型钢

5、结构厂房轻型屋顶之上建1MW太阳能光伏电站(见图1)成为大胆而可行的规划设想，通过多次论证，最终确定在本联合厂房南跨130001112的屋面上满铺太阳能电池板。3风荷载分析本厂房为三跨连续、呈阶梯状结构，对于安装太阳能电池板的屋面，按照现行的建筑结构荷载规范，其风载体型系数可以参照封闭式带天窗带坡的双坡屋面考虑(见图2)，但由于屋面安装太阳能电池板后，气流经过屋面时产生的风吸力和一般屋面有很大区别(电池板与屋面形成200的夹角，架空800ram)，从国内各种形式屋面风压分布的研究可以看出，凡是负压特别高的部位，总是伴有流动分离现27万方数据

6、制造工程设计M田qklu弛EM妇e^鸣￡kli■t图1重型钢结构厂房屋顶太阳能光伏电站象出现，特别是在屋檐、屋脊、屋面边缘和转角等几何外形突变的部位，常产生流动的分离与再附。本工程太阳能电池板屋面是通过转换层来实现太阳能电池支架与屋面之间的连接，进入太阳能板与屋面之间的风被墙体阻挡而淤塞在电池板下，对屋面产生了正压，而对电池板产生了负压，与作用在电池板上表面的风吸产生了共同作用。本工程属于台风多发地区，风引起的强大吸力及其脉动效应和因屋面结构的柔性而引起的风振等所致屋面结构在风荷载作用下的动力效应常会使屋面遭受破坏，目前国内在这方面的研究成

7、果较为少见，在没有进一步深入研究之前，为慎重起见，屋面风荷载设计按风载的最不利影响考虑，通过对管桁架在最大的吸风作用下进行受力计算，结果显示杆件内力未发生变化(拉压杆性质的变化)，结构处于安全状态。图2荷载规范规定的风荷载体型系数4屋面结构选型分析重型钢结构厂房屋盖通常采用桁架(配合大型屋面板)或网架形式，近年通过探讨论证，实腹钢梁轻质屋面结构在重型厂房中应用的案例逐渐增多。然而根据本工程的具体特点：厂房的屋面呈阶梯状，由于增加太阳能发电电池板，屋面荷载比通常轻型屋盖约增加lkN／m2。对于屋面结构的选型，有三种方案可供选择——网架、实腹钢

8、梁、管桁架。1)网架方案：能够较好的承受竖向荷载，但纵横28向跨度相差较大，网架高度由主跨尺寸决定，故此方案不经济；且网架纵向由于温度变化产生的附加应力较大，释放或抵抗均较难处理