Кровельное покрытие воспринимает нагрузки от собственного веса с утеплителем и снега. В отдельных случаях к элементам покрытия подвешиваются монорельсы, трубопроводы, металлоконструкции. Кровельные покрытия, воспринимающие технологические нагрузки, конструктивно решаются как междуэтажные перекрытия.
Несущие конструкции кровельных покрытий выполняются обычно в виде балок или ферм, которые устанавливаются в зависимости от шага колонн через 6 или 12 м. По балкам и фермам укладываются панели. Наиболее распространены следующие пролеты сооружений ТЭС: 6, 9, 12, 15, 18, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 51 и 54 м. При всех пролетах используются унифицированные балки, фермы и панели.
Кровельные балки и фермы
При пролетах 12 и 18 м несущими конструкциями служат сборные железобетонные двускатные балки, а для пролетов 12 м — также и односкатные. Балки для пролетов 6 и 9 м выполняются без скатов (рис. 7.28). Такие балки обычно предусматриваются для вспомогательных зданий электростанций с шагом строительных конструкции 6 м. Характернстики кровельных балок приведены в табл. 7.19. Балки длиной 12 и 18 м выполняются предварительно напряженными со стержневой арматурой. Кровельные балки соответствуют номенклатуре.
При пролетах 24 м и более обычно используются металлические фермы. В отдельных случаях на электростанциях применялись и сборные железобетонные фермы (пролет до 36 м при шаге конструкций 6 м). Однако из-за значительных трудностей их изготовления и транспортирования, а также из-за утяжеления ферм при переходе с шага 6 на 12 м признано целесообразным при пролетах 24 м и более применять металлические фермы.
В сооружениях ТЭС применяются унифицированные фермы серии УМК-02, в которой предусмотрены фермы пролетом от 27 до 51 м (рис. 7.29). Фермы изготовляются двух типов: для машинного отделения без фонаря, для котельного — со щелевым фонарем. Щелевой фонарь представляет собой проем шириной 6—12 м по коньку фермы. Под проемом выполняется поддон для сбора и отвода дождевой воды. Для регулирования температурно-влажностного режима в котельной в кровле на участке проема устраиваются поворотные створки, с помощью которых регулируется открытие и закрытие проема.
Конструкции кровельного покрытия разработаны применительно к блочному монтажу. Размер укрупненного блока равен шагу машинного или котельного отделения (рис. 7.30).
В состав укрупненного блока входят две плоские фермы с системой связей и распорок, кровельные панели полной заводской готовности, кровельный ковер с гравийной засыпкой. В табл. 7.20 приведены массы укрупненных блоков кровельных покрытий. Общая жесткость и устойчивость укрупненного блока во время монтажа обеспечивается приваркой кровельных панелей к верхним поясам ферм во всех четырех углах и вертикальными связями, а также горизонтальными связями по нижним поясам ферм.
Для унификации элементов фермы разбивка решетки, уклон и высота фермы на опоре приняты одинаковыми для ферм разных пролетов.
Наиболее эффективным сечением для поясов ферм является тавровое, которое имеет наибольшую жесткость. Конструкции ферм разработаны в двух вариантах: пояс — таврового сечения, а решетка — из двух уголков; пояс и решетка — из одиночных уголков. Пояса ферм изготовляются из низколегированной стали марки 14Г2-6, решетка — из малоуглеродистой стали ВСт3пс6, связи — из стали ВСт3кп2.
Устанавливаемые на колонны парные фермы соединяются между собой по верхнему поясу при помощи накладок, привариваемых через 3 м. По нижнему поясу фермы соединяются при помощи накладок на болтах в местах установки распорок связей.
Фермы по серии УМК-02 запроектированы для шага 12 м. Предусмотрено применение облегченного кровельного покрытия из профилированного настила и эффективного утеплителя. Расчётная снеговая нагрузка принята по III району 1,5 кПа, учтена возможность образования снеговых мешков.
Кровельные панели
По кровельным балкам и фермам укладываются железобетонные панели с номинальными размерами 1,5X6; 3,0X6; 1,5X12 и 3,0X12 м (рис. 7.31). Зазоры между ними заливаются цементным раствором. Панели закрепляются в местах опирания на балки или фермы сваркой закладных деталей. В узле опирания четырех примыкающих плит привариваются три плиты. Приварка позволяет развязать сжатый пояс фермы или балки и повысить жесткость кровельного покрытия, на которое может передаваться ветровая нагрузка от торцевых стен. Характеристики кровельных панелей приведены в табл. 7.21, из которой следует, что панели шириной 3 м по сравнению с панелями шириной 1,5 м обеспечивают уменьшение расхода бетона и стали. Таким образом, следует считать целесообразным переход на более широкие панели, тем более что укрупнение панелей сокращает их общее число и снижает трудоемкость монтажа. Однако в связи с тем, что плиты шириной 3 м имеют меньшую расчетную нагрузку на 1 м2 покрытия, в местах возможного образования снегового мешка на участках кровли иногда укладываются панели шириной 1,5 м.
Кровельные панели выполняются с предварительно напряженной арматурой из стали класса А-IIIв, упрочненной вытяжкой. В панелях длиной 12 м возможно применение арматуры из холоднотянутой высокопрочной проволоки периодического профиля. При армировании прядевой арматурой кровельных панелей длиной 12 м общий расход стали уменьшается по сравнению с армированием стержневой арматурой на 20—30%.
Из новых видов конструкций следует отметить керамзитобетонные кровельные панели- размерами 1,5Х Хб и 1,5X12 м. В настоящее время такие панели рекомендованы для экспериментального строительства. Марка керамзитобетона должна быть не ниже 300. Для уменьшения обратного выгиба натяжение арматуры следует принимать не более 450 МПа (4500 кгс/см2). Применение керамзнтобетонных панелей вместо железобетонных позволяет уменьшить массу покрытия на 20 %, что в свою очередь позволяет облегчить фермы.
Кровельные покрытия с профилированным настилом
Эффективной конструкцией, облегчающей массу кровельных покрытий, является профилированный оцинкованный стальной настил, заменяющий крупнопанельные плиты. Настил изготовляется из стального листа 0,8—1,0 мм. При пролете 3—4 м высота настила 80 мм. При использовании настила целесообразно применять облегченную кровлю с эффективными утеплителями. При этом кровля состоит из настила, пароизоляции, утеплителя и рубероидного ковра.
Наиболее индустриальным прогрессивным решением покрытия с профилированным стальным настилом является устройство панелей размером 3X12 м полной заводской готовности с устройством утеплителя и кровли (рис. 7.32). Продольные ребра панелей выполняются из металлических ферм высотой 400 мм и пролетом 12 м. Эффективно применение гнутых профилей, а также широкополочных двутавров с перфорированными стенками (рис. 7.33).
Утеплитель желательно укладывать несгораемый или трудносгораемый. Применение пенополистирола увеличивает пожарную опасность как при строительстве, так и при эксплуатации. Поэтому с 1 января 1982 г. запрещено применение пенополистирола в качестве утеплителя для покрытий. Допускается применять в качестве утеплителя пенополиуретан (сгораемый материал) при условии выполнения монопанелей, в которых волны также заполняются пенополиуретаном. При его применении поверхность кровли должна разделяться на отсеки площадью до 3000 м2, которые отделяются один от другого зонами из несгораемых или трудносгораемых утеплителей. Кроме того, вся кровля поверху присыпается слоем гравия толщиной 20 мм.
Технико-экономическое сравнение покрытия машинного зала пролетом 45 м с панелями из профилированного стального настила и с железобетонными плитами приведено в табл. 7.22, из которой видно, что применение кровельных панелей из настила почти не вызывает увеличения расхода стали, в то же время масса покрытия в сравнении с железобетонными панелями снижается в 4,7 раза, трудозатраты сокращаются в 1,6 раза, стоимость уменьшается в 1,4 раза и полностью исключается расход бетона. Из сопоставления показателей панельного покрытия с полистироловым кровельным покрытием видно, что расход стали практически не меняется, но трудозатраты сокращаются в 1,8 раза, а стоимость — в 1,17 раза.
Снижение массы покрытия уменьшает нагрузки на колонны главного корпуса. Для колонн наружных стен машинного и котельного отделений это снижение достигает 10%, для колонн бункерно-деаэраториого отделения — 2—3% общей нагрузки на колонну. Таким образом, профилированный настил является эффективной конструкцией, способствующей индустриализации и удешевлению строительства.