进入21世纪以来，随着人类对电能的依赖程度日益增加，对大型火力发电厂的需求变得更为迫切。然而，火力发电厂的大量建设不仅对大气和水资源等会造成极大的污染，而且传统的火力发电厂水冷机组会消耗大量的水资源，而我国是一个水资源严重短缺且分布严重不均的国家。火力发电厂直接空气冷却技术的发展和应用，为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂既开辟了一条节水、经济、安全、可靠的途径，也保护了水资源。

直接空冷凝汽器系统的工作原理是，从汽轮机中排出的乏汽在空冷凝汽器中被空气冷却后凝结成水，而排汽与空气之间的热交换是在表面式空冷凝汽器内完成的。在直接空冷换热过程中，利用散热器翅片管外侧流过的冷空气，可将从凝汽器中处于真空状态下的汽轮机中排出的热介质饱和蒸汽冷凝，所凝结成的水经处理后被送回锅炉。为了提高冷却效率，一般在管束下面装有风扇机组进行强制通风或将管束建在自然通风塔内。在现有运行的机组中，强制通风方式由于其可调控性能较好等优点而被广泛应用。由于特点突出，世界各国都在开展直接空冷凝汽器的技术研究并逐步推广其应用。

直接空冷凝汽器系统是利用环境中的冷空气将进入翅片管的饱和蒸汽冷却。其结构设计的目的是按照工艺要求，将翅片管束及相关设备固定于指定的高度和位置，并保证在自重荷载、风荷载、地震等作用下稳定运行。根据当地温度、湿度、年平均风速、电厂装机容量，直接空气冷凝气器构筑物平台的高度在20～60m，且平台桁架（梁）的跨度在9～13m。

由于直接空冷构筑物上部的A型架、风机桥架等是根据工艺要求布置的，一旦工艺被确定后结构设计的可变化性就大大降低，因此，影响结构工程量的主要因素集中在支撑柱系统和平台桁架（梁）系统中。直接空冷结构平立面布置应力求规则，在平面上应使结构形心与结构设备重心重合，以减少结构的偏心作用。

直接空冷凝汽器系统由于采用大直径轴流风机，其结构跨度一般都较大（基本在12m左右，而特大结构则采用24m跨度），因此，其上部平台大多采用大跨度钢结构桁架支撑（个别工程采用混凝土梁），而下部结构则根据工艺要求可以采用钢柱支撑系统及混凝土柱支撑系统。

当换热面积被确定后直接空冷管束也随之确定。因此，对于直接空冷结构而言，其A型架、挡风墙、风机桥架的布置也随之确定。其工程量的变化对项目整体而言可被忽略不计。本次仅研究当下部支撑结构（包括柱子、支撑、梁）采用不同材料（混凝土、钢结构）时结构工程量的变化。

（1）首先采用全钢结构设计思路进行分析。在进行结构计算时采用钢结构设计软件3D3S 9.0。按照布置图给定的尺寸进行结构建模，并输入相应的恒荷载、活荷载、地震荷载、风荷载及荷载组合进行结构分析计算。通过调整构件的截面、支撑系统的方式，以及平台桁架的高度等最终得到满足《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）要求的稳定结构。结构第一平动周期T1=0.86，第一转动周期T2=0.46，满足结构周期比0.9的要求；位移比、层间受剪承载力比、刚重比、刚度比、剪重比等参数均满足相关规范的要求。通过统计可知，下部钢结构（支撑柱系统和平台桁架）需要的钢结构工程量为240t左右。其中，钢柱子15根，钢桁架22榀，钢支撑10跨。结构布置如图1-1所示。

图1-1　钢结构布置

（a）直接空冷构筑物平面图；（b）直接空冷构筑物立面图

（2）下部支撑结构采用全混凝土。在进行结构计算时采用中国建筑科学研究院的结构设计软件PKPM。按照布置图给定的尺寸进行结构建模，并输入相应的恒荷载、活荷载、地震荷载、风荷载及荷载组合进行结构分析计算。通过调整柱子、混凝土梁的截面等最终得到满足《混凝土设计规范》（GB 50010）要求的稳定结构。结构第一平动周期T1=1.15，第一转动周期T2=0.95，满足结构周期比0.9的要求；位移比、层间受剪承载力比、刚重比、刚度比、剪重比、轴压比等参数均满足《混凝土设计规范》（GB 50010）及《建筑抗震设计规范》（GB 50011）的要求。通过对下部混凝土结构（支撑柱系统和平台桁架）工程量进行统计知：柱需要混凝土72m3，梁需要混凝土225m3，大开空楼板需要混凝土30m3，总计需要混凝土327m3。

通过以上两个方案的比较不难看出，对小机组而言采用全钢结构比采用全混凝土结构所使用的原材料成本要增加很多。因两个方案的总体工程量都不是很大，总的工期相差不是很多，故推荐采用全混凝土结构体系（见图1-2）。(www.daowen.com)

图1-2　全混凝土结构体系

大机组与前述小机组构筑物在上部结构上区别不大，只是ACC单元数增加较多，ACC平台标高增加到40～50m，且其上部荷载基本与前述小机组类似。

（1）按照全混凝土结构（柱子、梁、大开孔楼板）并采用中国建筑科学研究院的结构设计软件PKPM 2005进行结构计算。最终需要的工程量为：柱子11 247m3，梁5 767.6m3，楼板609.5m3。按照《混凝土设计规范》（GB 50010）的要求，按框架结构的伸缩缝布置后如图1-3所示。

图1-3　全混凝土结构布置

（2）考虑采用全钢结构（钢柱、钢桁架、钢次梁）并采用同济大学钢结构设计软件3D3S 9.0进行结构计算。由于本构筑物柱子高度达到50m，钢柱采用大尺寸的矩形截面。通过初步分析发现，其用钢量巨大，对工程总体投资非常不经济，因此对大机组不建议采用此种方案。

（3）通过仔细讨论并查阅相关资料，确定采用大直径混凝土管柱加大跨度钢桁架的形式。此种方案很好地利用了钢筋混凝土结构的抗压性能和大跨度钢桁架的抗弯性能。本方案结构布置如图1-4所示。

图1-4　大直径混凝土管柱加大跨度钢桁架结构布置

（4）通过对比分析可知，对于大型空冷岛采用全钢结构或全混凝土结构都不是最经济合理的结构形式。充分利用混凝土抗压能力和钢结构抗拉能力的大直径混凝土圆管加大跨度钢桁架的结构形式能更好地满足工程需要。

通过以上两个项目的简单分析并结合国内外目前已经完成的项目情况，对于ACC平台高度小于15m、ACC单元数小于10个的小机组直接空冷构筑物，如果工期比较宽松且有很方便的场地进行混凝土结构施工，则下部支撑体系采用混凝土结构。其经济性比钢结构要好。对于ACC平台高度大于40m且单元数比较多的大机组直接空冷构筑物，建议采用底部大直径混凝土圆管柱与大跨度钢桁架结合的形式。介于两者之间的直接空冷构筑物最好采用全钢结构的形式。