三峡电站厂房屋盖采用网架结构的研究

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1、摘要：三峡电站厂房屋盖采用空间网架结构，具有整体稳定好、刚度高、指标好等优点。在网架选型上，经比较，推荐正放四角锥、两边起坡网架形式。网架支承方式，采用“上、下弦铰支”可显著提高厂房的整体刚度。关键词：三峡电站厂房屋盖形式网架结构 　三峡水利枢纽是举世瞩目的跨世纪宏伟工程，新型的网架结构是三峡电站厂房屋盖的理想选择。　　采用空间网架结构与原钢衍架方案比较有以下特点：　　①网架屋盖结构的整体性好，使纵向刚度得到提高。　　②网架结构与上、下游墙形成一个空间结构，在桥机垂直轮压和横向水平制动力作用下，厂房结构处于空间受力状态(桁

2、架结构则处于单个桁架平面内局部受力状态)，因而可使轨顶变位减小，横向刚度增加。　　③由于纵向和横向刚度得到加强，故改善了厂房结构的抗震性能。　　④传力途径简捷，占用厂房高度小，适于大跨度、大柱距的屋盖结构。　　⑤自重轻，网格不大，有利于选用较轻的屋面板材；由于屋盖自重减轻，支承结构费用相应降低，经济指标较好。　　⑥杆件和节点定型生产、工厂制作，劳动生产率高，质量容易保证。　　⑦建筑造型轻巧美观，可免去吊顶，便于厂房通风。　　⑧国内已积累了丰富的制造、安装经验，已建成过上百m跨度的馆网架结构和大跨度厂房的网架结构。1网架结构

3、的选型1.1三峡电站厂房结构的特点　　(1)三峡工程关系到国计民生，子孙后代。因此，首先应保证电站厂房网架结构的安全可靠。　　(2)本网架结构只在上、下游两边支承(不是四边支承)。力学上具有单向板受力性质，横向为主要受力构件，纵向为次要受力构件，屋盖整体又要有较好刚度。　　(3)吊车水平制动力特大。两台起重量各为12000kN/2000kN的大桥机设在下层，两台起重量各为1000kN/320kN的小桥机设在上层。上、下游墙要通过屋盖体系形成整体。因此，要求水平力传力路线简捷合理。　　网架结构的形式很多，根据以上特点首先排除

4、了(a)各种抽空式网架，因这种结构水平力传力路线被截断，不能承受大的水平力；(b)各种斜交斜放、正交斜放式网架，因斜交网架传力路线远而且不直接，不利于水平力的传递。　　鉴于以上理由，我们选择了四种网架形式进行对比:　　方案一，两向正交正放平行弦网架；　　方案二，正放四角锥网架；　　方案三，正放四角锥空间指架梁；　　方案四，正放四角锥起坡网架。1.2网架形式的选择　　我们对四种选型方案在相同支承条件、相同屋面荷载作用下的内力和挠度进行了比较。四种方案均采用两侧下弦铰支，屋面荷载按5000N/m2均布荷载，并且将屋面均布荷载转

5、换成节点的集中荷载。采用空间有限元法对网架结构进行计算。　　网架杆件内力峰值及杆件内力分布的均匀程度，决定结构的受力反应优劣及用钢量多少；竖向挠度决定结构的竖向刚度。因此，我们选用峰值内力(+Pmax、-Pmax)及杆件内力分布的均匀程度、网架在荷载作用下的挠度(Dzmax)三项指标作对比。计算结果表明，正放四角锥起坡网架较为理想。两边起坡的正放四角锥网架平面心尺寸为36.30m×37.80m，上、下弦网格尺寸均为3.30m×3.15m；网架起坡1/15，两侧高度2.4m，中部高度3.6m(见图1)。湖南沉陵五强溪水电站厂

6、房网架也是采用正放四角锥起坡结构形式。图1厂房屋盖推荐方案2网架厂房结构的横向刚度分析2.1方案、计算工况及网架支承2.1.1计算方案与结构尺寸原计算采用了三种结构形式：一为封闭式上下实体墙结构；二是上游为实体承重墙，下游为梁柱结构；三是上游为实体墙，下游为墙柱混合结构。经三方案位移与应力分析，专家组认为实体墙方案对抗震有利，工程投资增加亦有限，施工简单。最后准备采用第一方案即封闭式上下实体墙结构方案。本文计算的上下游实体墙结构方案的结构尺寸是1997年3月长江委设计院寄来的综合了各专家组论证报告中的结构尺寸，如图2所示。

7、水轮机层至大桥机牛腿顶面(767.0～93.3m)上游墙厚为2.2m，下游墙厚为2.0m。大桥机牛腿顶面至网架下弦(V93.3～111.0m)上下墙厚度均为1.5m。在计算中考虑到发电机层(V75.3m)混凝土板的约束作用(要求发电机层楼板和风罩结构再适当加厚，并与上下游墙联成整体以增加刚度和强度)，将其简化为水平链杆约束，然后对电站厂房网架讲行整体分析。单元划分见图3。对墙用三维8节点线性实体单元进行模拟，对网架结构并用三维桁架杆单元进行模拟并与三维实体单元相粘合。共划分三维实体元2098个，节点2335个；三维指架元1

8、224个，网架节点338个。表1在各分项荷载作用下机组段中部位移值mm序号各分项荷载及工况 小桥牛腿顶面(105.m) 大桥牛腿顶面(93.5m)网架中点竖向位移上游墙下游墙上下游相对值上游墙下游墙上下游相对值①屋面荷载及网架自重-5.0063.9608.966-3.0792.2315.310-52.1