CN103122667B - 水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚 - Google Patents
水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，该顶棚承载能力强且施工便捷。该顶棚主要是在地下厂房的上下游侧的两个支撑柱之间设置拱形桁架单元组、檩条组和系杆组形成双层网格结构，并在该双层网格结构上安装有拱形板结构、风机检修平台和隔墙。该顶棚顶面上设置有隔墙，将顶棚与地下厂房的顶壁之间的风道隔开，分别形成送风道和排烟道。该顶棚具有承载能力强、施工便捷、检修维护方便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚。
背景技术
水电站大跨度地下厂房的跨度一般为20m～32m，目前水电站大跨度地下厂房的顶棚比较常用的是在地下厂房横向的上游侧和下游侧的岩壁外侧的两个支撑柱之间修筑钢网架结构、轻型钢钢梁加装饰吊顶板结构或钢-混凝土组合现浇结构，拱形波纹钢屋盖也有应用。钢-混凝土组合现浇结构具有承载能力强、体型较小、抗渗性能强、抗腐蚀能力强、防火性能好等优点，但对施工时机的要求高，后期施工则需要利用厂内桥式起重机立模，存在施工干扰大、效率低、施工工期长、工程投资大等缺点；钢网架结构承载能力较强，但对施工安装精度要求较高，且限于地下厂房条件的限制只能采用高空散装法，同样存在施工难度大、工期长等缺点；轻型钢梁加装饰顶拱形板和拱形波纹钢屋盖结构具有施工快捷、方便的优点，但其承载能力差、抗腐蚀能力差，防火性能差，后期维护费用大。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种承载能力强且施工便捷的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，包括两榀由上弦杆，腹杆和下弦杆结合构成的拱形桁架，所述两榀拱形桁架相互平行且相隔一距离，所述相互平行的两榀拱形桁架通过缀板或缀条相连形成拱形桁架单元，在地下厂房横向的上游侧和下游侧的岩壁外侧修筑的两个支撑柱之间设置有一组所述拱形桁架单元，所述一组拱形桁架单元沿地下厂房的纵轴线方向间隔排布，所述拱形桁架单元的两端分别与两个支撑柱相连；所述一组拱形桁架单元的上方设置有一组檩条或系杆，所述一组檩条或系杆沿拱形桁架单元的上弦杆的延伸方向间隔排布且每根檩条或系杆分别与各个拱形桁架单元的上弦杆相连，形成上层网格结构；所述一组拱形桁架单元的下方设置有一组系杆，所述一组系杆沿拱形桁架单元的下弦杆的延伸方向间隔排布且每根系杆分别与各个拱形桁架单元的下弦杆相连，形成下层网格结构；所述拱形桁架单元上方设置有与拱形桁架单元相连的N行M列格构柱，相邻两个格构柱的顶部之间连接有横梁，各个格构柱和横梁共同形成风机检修平台本体，所述风机检修平台本体的顶面覆盖有钢板；所述拱形桁架单元上方设置有覆盖整个地下厂房顶部的拱形板结构，所述拱形板结构与拱形桁架单元的弧形相适配，所述拱形板结构通过拱形桁架单元支撑并与下方的上层网格结构中的檩条或系杆通过自攻钉相连；所述拱形板结构的顶面与地下厂房的顶壁之间的空间为风道，所述拱形板结构的顶面与地下厂房的顶壁之间连接有隔墙，所述隔墙沿地下厂房的纵轴线方向延伸，所述风道通过隔墙分隔形成送风道和排烟道。
进一步的是：所述拱形桁架单元的各个拱形桁架的上弦杆的两端和下弦杆的两端都设置有连接套筒，所述连接套筒的端部焊接有支座底板，所述支座底板与对应的支撑柱的顶部设置的预埋板焊接，所述支撑柱的顶部通过锚杆与支撑柱对应的岩壁相连。
进一步的是：所述一组拱形桁架单元中位于端部的最外侧的三个拱形桁架单元形成拱形桁架端跨，所述拱形桁架端跨中的至少两个相邻的拱形桁架单元之间设置有一组桁架上弦杆水平支撑件和一组桁架下弦杆水平支撑件，所述桁架上弦杆水平支撑件的一端与其中一个拱形桁架单元的上弦杆相连，所述桁架上弦杆水平支撑件的另一端与另一个拱形桁架单元的上弦杆相连；所述桁架下弦杆水平支撑件的一端与其中一个拱形桁架单元的下弦杆相连，所述桁架下弦杆水平支撑件的另一端与另一个拱形桁架单元的下弦杆相连。
进一步的是：所述拱形桁架端跨中的至少两个相邻的拱形桁架单元之间设置有一组桁架垂直支撑件，所述桁架垂直支撑件的一端与上层网格结构中的檩条或系杆相连，所述桁架垂直支撑件的另一端与下层网格结构中的系杆相连。
进一步的是：所述拱形桁架单元的外表面，檩条的外表面，系杆的外表面，桁架上弦杆水平支撑件的外表面，桁架下弦杆水平支撑件的外表面以及桁架垂直支撑件的外表面都设置有防火涂料层。
进一步的是：所述拱形桁架单元的外表面，檩条的外表面，系杆的外表面，桁架上弦杆水平支撑件的外表面，桁架下弦杆水平支撑件的外表面以及桁架垂直支撑件的外表面都设置有镀锌层。
进一步的是：所述拱形板结构由上而下依次包括上拱形板，岩棉层和下拱形板。
进一步的是：相邻两个格构柱之间连接有格构柱斜支撑件。
进一步的是：所述隔墙的底部沿地下厂房的纵轴线方向间隔设置有一组排水管，所述排水管的一端与送风道连通，形成进水端，所述排水管的进水端的底面与拱形板结构的顶面接触；所述排水管的另一端与排烟道连通，形成排水端；所述进水端高于排水端，且排水端的开口朝上，所述排水管内通过承装水形成液封结构防止送风道与排烟道内的气流相互贯穿。
本发明的有益效果是：本发明的顶棚包括上层网格结构和下层网格结构，这种双层网格结构具有较高的承载能力，且施工便捷，检修维护方便。此外，通过设置拱形板结构、防火涂料层和镀锌层有利于保温、防腐、防潮、防渗、防火。并且，通过设置风机检修平台，便于对风道内安装的风机进行检修和维护。
附图说明
图1为在两个支撑柱之间设置一组拱形桁架单元的示意图；
图2为上层网格结构的示意图；
图3为下层网格结构的示意图；
图4为拱形桁架单元的端部与对应的支撑柱的连接关系示意图；
图5为檩条、桁架垂直支撑件和系杆的连接关系示意图；
图6为风机检修平台的示意图；
图7为风机检修平台本体的顶面的示意图；
图8为排水管设置方式示意图。
图中标记为：拱形桁架单元1，上弦杆11，下弦杆12，腹杆13，拱形板结构2，上拱形板21，岩棉层22，下拱形板23，支撑柱31，支撑柱32，檩条4，系杆5，岩壁6，桁架上弦杆水平支撑件71，桁架下弦杆水平支撑件72，桁架垂直支撑件73，锚杆8，连接套筒9，支座底板91，预埋板92，格构柱101，横梁102，钢板103，格构柱斜支撑件104，隔墙111，排烟道112，送风道113，排烟道114，隔墙115，排水管116，进水端117，排水端118，顶壁119。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，包括两榀由上弦杆11，腹杆13和下弦杆12结合构成的拱形桁架，所述两榀拱形桁架相互平行且相隔一距离，所述相互平行的两榀拱形桁架通过缀板或缀条相连形成拱形桁架单元1，在地下厂房横向的上游侧和下游侧的岩壁外侧修筑的两个支撑柱之间设置有一组所述拱形桁架单元1，上述两个支撑柱也就是支撑柱31和支撑柱32，所述一组拱形桁架单元1沿地下厂房的纵轴线方向间隔排布，所述拱形桁架单元1的两端分别与两个支撑柱相连；所述一组拱形桁架单元的上方设置有一组檩条4或系杆，也就是可以设置一组檩条，也可以设置一组系杆，所述一组檩条4或系杆沿拱形桁架单元的上弦杆11的延伸方向间隔排布且每根檩条4或系杆分别与各个拱形桁架单元的上弦杆11相连，形成上层网格结构；所述一组拱形桁架单元的下方设置有一组系杆5，所述一组系杆5沿拱形桁架单元的下弦杆12的延伸方向间隔排布且每根系杆5分别与各个拱形桁架单元的下弦杆12相连，形成下层网格结构；所述拱形桁架单元上方设置有与拱形桁架单元相连的N行M列格构柱101，相邻两个格构柱的顶部之间连接有横梁102，各个格构柱101和横梁102共同形成风机检修平台本体，所述风机检修平台本体的顶面覆盖有钢板103；所述拱形桁架单元1上方设置有覆盖整个地下厂房顶部的拱形板结构2，所述拱形板结构2与拱形桁架单元的弧形相适配，所述拱形板结构2通过拱形桁架单元支撑并与下方的上层网格结构中的檩条4或系杆通过自攻钉相连；所述拱形板结构2的顶面与地下厂房的顶壁119之间的空间为风道，所述拱形板结构2的顶面与地下厂房的顶壁119之间连接有隔墙115，所述隔墙115沿地下厂房的纵轴线方向延伸，所述风道通过隔墙115分隔形成送风道113和排烟道114。本发明的顶棚是一种轻型钢结构顶棚，上述上层网格结构和下层网格结构共同形成双层网格结构，这种双层网格结构具有较高的承载能力，且施工十分便捷，施工工期短，同时，由于设置有拱形板结构，可防止拱形板结构上方的厂房顶部风道内的水份侵蚀拱形桁架单元，而且，上述风机检修平台本体和钢板形成风机检修平台，可便于对地下厂房顶部设置的风机进行检修而且上述风机检修平台本体的结构简单，安装和维护方便，且质量较轻。此外，上述隔墙的数量可根据实际情况设置，可设置1个，也可设置2个或其它数量，如图1所示，设置有2个隔墙，分别为隔墙111和隔墙115，这样将风道分成1个送风道113，和位于送风道113两侧的两个排烟道，也就是排烟道112和排烟道114，通过隔墙分割风道快捷方便且密封效果好，送风道和排烟道互不干扰。
上述拱形桁架单元与支撑柱的连接方式有多种，例如可通过浇筑混凝土方式。为了使施工便捷，有利于缩短工期，且使拱形桁架单元与支撑柱的连接牢靠，使支撑柱可对拱形桁架单元稳固支撑，如图4所示，所述拱形桁架单元的各个拱形桁架的上弦杆的两端和下弦杆的两端都设置有连接套筒9，所述连接套筒9的端部焊接有支座底板91，所述支座底板91与对应的支撑柱的顶部设置的预埋板92焊接，所述支撑柱的顶部通过锚杆8与支撑柱对应的岩壁6相连。连接套筒9可直接套接在上弦杆或下弦杆的两端，快捷方便，然后通过焊接可将上弦杆和下弦杆的两端与支撑柱固连。此外，支撑柱的顶部一般为混凝土结构，这样便于设置预埋板92，也便于通过锚杆8将支撑柱与岩壁6相连。另外，通过锚杆8可将支撑柱牢靠固定，有利于支撑柱对拱形桁架单元进行稳固支撑。
在上述基础上，为了进一步提高承载能力，如图2和图3所示，所述一组拱形桁架单元中位于端部的最外侧的三个拱形桁架单元形成拱形桁架端跨，所述拱形桁架端跨中的至少两个相邻的拱形桁架单元之间设置有一组桁架上弦杆水平支撑件71和一组桁架下弦杆水平支撑件72，所述桁架上弦杆水平支撑件71的一端与其中一个拱形桁架单元的上弦杆相连，所述桁架上弦杆水平支撑件71的另一端与另一个拱形桁架单元的上弦杆相连；所述桁架下弦杆水平支撑件72的一端与其中一个拱形桁架单元的下弦杆相连，所述桁架下弦杆水平支撑件72的另一端与另一个拱形桁架单元的下弦杆相连。上述设置在两个支撑柱之间的一组拱形桁架单元的数量可根据实际情况确定，可为10个，20个，30个或其它数量，上述一组拱形桁架单元按照排列方向包括两个端部，每个端部最外侧的三个拱形桁架单元形成拱形桁架端跨，例如图2和图3所示，从左端起的第一个、第二个和第三个拱形桁架单元形成拱形桁架端跨，在第二个和第三个拱形桁架单元之间设置有一组桁架上弦杆水平支撑件71和一组桁架下弦杆水平支撑件72。一组桁架上弦杆水平支撑件71可以包括10个，20个或其它数量的桁架上弦杆水平支撑件71，一组桁架下弦杆水平支撑件72也可以包括10个，20个或其它数量的桁架下弦杆水平支撑件72，具体数量可根据拱形桁架单元的尺寸进行设定。通过设置一组桁架上弦杆水平支撑件71和一组桁架下弦杆水平支撑件72，可使拱形桁架单元的上弦杆和下弦杆得到良好支撑，有利于提高顶棚整体稳定性。另外，为了进一步提高整体稳定性，一组桁架上弦杆水平支撑件71在设置时可如图2所示，相邻两个桁架上弦杆水平支撑件71头尾相接，且成折线形式排布，与此类似，一组桁架下弦杆水平支撑件72在设置时也可按照上述方式进行，这种结构通过实验证明可显著提高顶棚整体稳定性。
为了在上述基础上，进一步的提高顶棚的整体稳定性和满足抗震设防要求，如图5所示，所述拱形桁架端跨中的至少两个相邻的拱形桁架单元之间设置有一组桁架垂直支撑件73，所述桁架垂直支撑件73的一端与上层网格结构中的檩条4或系杆相连，所述桁架垂直支撑件73的另一端与下层网格结构中的系杆5相连。如果上层网格结构中设置的是一组檩条，则桁架垂直支撑件73的一端与檩条相连，另一端与下层网格结构的系杆相连；如果上层网格结构中设置的是一组系杆，则桁架垂直支撑件73的两端分别与上层网格结构的系杆以及下层网格结构的系杆相连。通过桁架垂直支撑件可对檩条和系杆进行良好支撑，使檩条和系杆连为一体，相互支撑，相互限位，进而可提高顶棚的整体稳定性。
为了使顶棚具有较好的防火性能，所述拱形桁架单元的外表面，檩条的外表面，系杆的外表面，桁架上弦杆水平支撑件的外表面，桁架下弦杆水平支撑件的外表面以及桁架垂直支撑件的外表面都设置有防火涂料层。上述防火涂料层可使用现有技术中常用的防火涂料。
为了使顶棚具有较好的防腐蚀性能，所述拱形桁架单元的外表面，檩条的外表面，系杆的外表面，桁架上弦杆水平支撑件的外表面，桁架下弦杆水平支撑件的外表面以及桁架垂直支撑件的外表面都设置有镀锌层。
上述拱形板结构的实施方式有多种，例如可仅为一层钢板。为了使拱形板结构在具有较好的防水性能的同时具有较好的防火和保温性能，如图4所示，所述拱形板结构由上而下依次包括上拱形板21，岩棉层22和下拱形板23。这种夹心结构可保证拱形板结构在具有较好的防水性能的同时具有较好的防火和保温性能。此外，上述岩棉层22还可换为符合消防要求的防火保温材料层。
在上述基础上，为了使上述风机检修平台满足强度及稳定性要求，相邻两个格构柱之间连接有格构柱斜支撑件104。所述格构柱斜支撑件104的一端高于另一端。此外，设置时可使两个格构柱斜支撑件104交叉设置，如图6所示，这样可防止格构柱发生侧向位移，保证风机检修平台的整体稳定性。
此外，为了便于将送风道内的积水及时排出，同时可防止送风道内的气流与排烟道内的气流相互贯穿，如图8所示，所述隔墙115的底部沿地下厂房的纵轴线方向间隔设置有一组排水管116，所述排水管116的一端与送风道113连通，形成进水端117，所述排水管116的进水端117的底面与拱形板结构2的顶面接触；所述排水管116的另一端与排烟道114连通，形成排水端118；所述进水端117高于排水端118，且排水端118的开口朝上，所述排水管116内通过承装水形成液封结构防止送风道113与排烟道114内的气流相互贯穿。机组正常运行时，由于送风道内的气压大于排烟道内的气压，因此将排水管116的排水端118设置有一定高度，且排水端118低于进水端117，排水端118的开口朝上，有利于使排水管内始终保持存有一定的水位形成液封结构，同时也便于从送风道进入排水管内的水顺利流出。使用时，送风道内的积水会由排水管的进水端流入排水管，随着积水不断进入排水管，积水会自行由排水管的排水端流出，这样便可将送风道内的积水排出至排烟道，进而可通过排烟道将水排出至岩壁与防潮墙之间的通道。岩壁与防潮墙之间的通道是现有技术中已经存在的通道。
在上述基础上，为了使整体结构轻化，减少钢的用量，降低成本，所述上弦杆，腹杆，下弦杆，檩条，系杆和桁架垂直支撑件由方形钢管制成，所述桁架上弦杆水平支撑件和桁架下弦杆水平支撑件由钢带制成。
Claims (7)
1.水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，包括两榀由上弦杆(11)，腹杆(13)和下弦杆(12)结合构成的拱形桁架，所述两榀拱形桁架相互平行且相隔一距离，所述相互平行的两榀拱形桁架通过缀板或缀条相连形成拱形桁架单元(1)，其特征是：
所述拱形桁架中上弦杆(11)和下弦杆(12)均呈拱形结构；
在地下厂房横向的上游侧和下游侧的岩壁外侧修筑的两个支撑柱(31,32)之间设置有一组所述拱形桁架单元(1)，所述一组拱形桁架单元(1)沿地下厂房的纵轴线方向间隔排布，所述拱形桁架单元(1)的两端分别与两个支撑柱相连；
所述一组拱形桁架单元的上方设置有一组檩条(4)或系杆，所述一组檩条(4)或系杆沿拱形桁架单元的上弦杆(11)的延伸方向间隔排布且每根檩条(4)或系杆分别与各个拱形桁架单元的上弦杆(11)相连，形成上层网格结构；
所述一组拱形桁架单元的下方设置有一组系杆(5)，所述一组系杆(5)沿拱形桁架单元的下弦杆(12)的延伸方向间隔排布且每根系杆(5)分别与各个拱形桁架单元的下弦杆(12)相连，形成下层网格结构；
所述拱形桁架单元上方设置有与拱形桁架单元相连的N行M列格构柱(101)，相邻两个格构柱的顶部之间连接有横梁(102)，各个格构柱(101)和横梁(102)共同形成风机检修平台本体，所述风机检修平台本体的顶面覆盖有钢板(103)；
所述拱形桁架单元(1)上方设置有覆盖整个地下厂房顶部的拱形板结构(2)，所述拱形板结构(2)与拱形桁架单元的弧形相适配，所述拱形板结构(2)通过拱形桁架单元支撑并与下方的上层网格结构中的檩条(4)或系杆通过自攻钉相连；
所述拱形板结构(2)的顶面与地下厂房的顶壁(119)之间的空间为风道，所述拱形板结构(2)的顶面与地下厂房的顶壁(119)之间连接有隔墙(115)，所述隔墙(115)沿地下厂房的纵轴线方向延伸，所述风道通过隔墙(115)分隔形成送风道(113)和排烟道(114)；
所述一组拱形桁架单元中位于端部的最外侧的三个拱形桁架单元形成拱形桁架端跨，所述拱形桁架端跨中的至少两个相邻的拱形桁架单元之间设置有一组桁架上弦杆水平支撑件(71)和一组桁架下弦杆水平支撑件(72)，所述桁架上弦杆水平支撑件(71)的一端与其中一个拱形桁架单元的上弦杆相连，所述桁架上弦杆水平支撑件(71)的另一端与另一个拱形桁架单元的上弦杆相连；所述桁架下弦杆水平支撑件(72)的一端与其中一个拱形桁架单元的下弦杆相连，所述桁架下弦杆水平支撑件(72)的另一端与另一个拱形桁架单元的下弦杆相连；
所述拱形桁架端跨中的至少两个相邻的拱形桁架单元之间设置有一组桁架垂直支撑件(73)，所述桁架垂直支撑件(73)的一端与上层网格结构中的檩条(4)或系杆相连，所述桁架垂直支撑件(73)的另一端与下层网格结构中的系杆(5)相连；
所述上弦杆，腹杆，下弦杆，檩条，系杆和桁架垂直支撑件由方形钢管制成，所述桁架上弦杆水平支撑件和桁架下弦杆水平支撑件由钢带制成。
2.如权利要求1所述的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，其特征是：所述拱形桁架单元的各个拱形桁架的上弦杆的两端和下弦杆的两端都设置有连接套筒(9)，所述连接套筒(9)的端部焊接有支座底板(91)，所述支座底板(91)与对应的支撑柱的顶部设置的预埋板(92)焊接，所述支撑柱的顶部通过锚杆(8)与支撑柱对应的岩壁(6)相连。
3.如权利要求1所述的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，其特征是：所述拱形桁架单元的外表面，檩条的外表面，系杆的外表面，桁架上弦杆水平支撑件的外表面，桁架下弦杆水平支撑件的外表面以及桁架垂直支撑件的外表面都设置有防火涂料层。
4.如权利要求1所述的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，其特征是：所述拱形桁架单元的外表面，檩条的外表面，系杆的外表面，桁架上弦杆水平支撑件的外表面，桁架下弦杆水平支撑件的外表面以及桁架垂直支撑件的外表面都设置有镀锌层。
5.如权利要求1所述的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，其特征是：所述拱形板结构由上而下依次包括上拱形板(21)，岩棉层(22)和下拱形板(23)。
6.如权利要求1所述的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，其特征是：相邻两个格构柱之间连接有格构柱斜支撑件(104)。
7.如权利要求1所述的水电站大跨度地下厂房轻型钢结构顶棚，其特征是：所述隔墙(115)的底部沿地下厂房的纵轴线方向间隔设置有一组排水管(116)，所述排水管(116)的一端与送风道(113)连通，形成进水端(117)，所述排水管(116)的进水端(117)的底面与拱形板结构(2)的顶面接触；所述排水管(116)的另一端与排烟道(114)连通，形成排水端(118)；所述进水端(117)高于排水端(118)，且排水端(118)的开口朝上，所述排水管(116)内通过承装水形成液封结构防止送风道(113)与排烟道(114)内的气流相互贯穿。
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