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1、第十三章第十三章水电站厂房结构设计水电站厂房结构设计 水电站厂房结构设计的内容包括水电站厂房结构设计的内容包括：主厂房的结构布置设计；主厂房的结构布置设计；整体稳定分析、地基应力校核；整体稳定分析、地基应力校核；构件的强度和稳定计算。构件的强度和稳定计算。http:/ 2混凝土浇筑分层、分块混凝土浇筑分层、分块水电站厂房水下部分的混凝土属于大体积块体混凝土。水电站厂房水下部分的混凝土属于大体积块体混凝土。其特点是现场浇筑量大，结构几何形状复杂，基础高其特点是现场浇筑量大，结构几何形状复杂，基础高差大，对裂缝要求严格。由于受混凝土浇筑能力的限差大，对裂缝要求严格。由于受混凝土浇筑能力的限制和为了
2、适应厂房形状的变化，因此每期混凝土要分制和为了适应厂房形状的变化，因此每期混凝土要分层分块浇筑。层分块浇筑。混凝土浇筑分层、分块是为了便于施工和保证工程质混凝土浇筑分层、分块是为了便于施工和保证工程质量。量。http:/ 1 1分缝分缝 (1)(1)沉降伸缩缝沉降伸缩缝为防止厂房地基不均匀沉陷，减为防止厂房地基不均匀沉陷，减小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，沿厂小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，沿厂房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝(永久缝永久缝)。特点：特点：一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸缩缝才仅设在
3、水上部分，但也需每隔数道伸缩缝设一缩缝才仅设在水上部分，但也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。道贯通地基的沉降伸缩缝。http:/ 2止水止水厂房水上部分的永久缝中常填充一定弹性的防渗、防厂房水上部分的永久缝中常填充一定弹性的防渗、防水材料，以防止在施工或运行中被泥沙或杂物填死和水材料，以防止在施工或运行中被泥沙或杂物填死和风雨对厂房内部的侵袭。风雨对厂房内部的侵袭。厂房水下部的永久缝应设置止水，以防止沿缝隙的渗厂房水下部的永久缝应设置止水，以防止沿缝隙的渗漏，重要部位设两道止水，中间设沥青井。止水布置漏，重要部位设两道止水，中间设沥青井。止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特
4、性等，应采主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采用可靠、耐久而经济的止水型式。用可靠、耐久而经济的止水型式。http:/ 厂房整体稳定及地基应力厂房整体稳定及地基应力计算内容计算内容:沿地基面的抗滑稳定、抗浮稳定、厂基面垂直正应力沿地基面的抗滑稳定、抗浮稳定、厂基面垂直正应力 注：河床式厂房本身是挡水建筑物，厂房地基内部存注：河床式厂房本身是挡水建筑物，厂房地基内部存在软弱层面时，还应进行在软弱层面时，还应进行深层抗滑稳定计算。深层抗滑稳定计算。计算要求：计算要求：(1)(1)厂房在运行、施工和检修期间，在抗滑、抗倾与抗浮厂房在运行、施工和检修期间，在抗滑、抗倾与抗浮方面必须有足够的安
5、全系数，以保证厂房的整体稳定方面必须有足够的安全系数，以保证厂房的整体稳定(2)(2)厂房地基应力必须满足承载能力的要求，不允许发生厂房地基应力必须满足承载能力的要求，不允许发生有害的不均匀沉陷。有害的不均匀沉陷。http:/ (一一)荷载荷载 1 1基本荷载：基本荷载：（1 1）厂房结构及永久设备自重；）厂房结构及永久设备自重；（2 2）回填土石重；）回填土石重；（3 3）正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力；）正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力；（4 4）相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力；）相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力；（5 5）相应于正常蓄水位或设计洪水位情
6、况下的浪压力；）相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力；（6 6）淤沙压力；土压力；冰压力；）淤沙压力；土压力；冰压力；（7 7）其它出现机会较多的荷载。）其它出现机会较多的荷载。http:/ 2 2特殊荷载：特殊荷载：（1 1）校核洪水位或检修水位情况下的静水压力；）校核洪水位或检修水位情况下的静水压力；（2 2）相应于校核洪水位或检修水位情况下的扬压力；）相应于校核洪水位或检修水位情况下的扬压力；（3 3）相应于校核洪水位或检修水位情况下的浪压力；）相应于校核洪水位或检修水位情况下的浪压力；（4 4）地震力；）地震力；（5 5）其它出现机会较少的荷载。）其它出现机会较少的荷载。注：作用
7、在厂房上的静水压力应根据厂房在不同的运注：作用在厂房上的静水压力应根据厂房在不同的运行工况下的上、下游水位确定。行工况下的上、下游水位确定。http:/ 13-1 厂房整体稳定分析的荷载组合厂房整体稳定分析的荷载组合荷荷载载组组合合计算计算情况情况水水 位位 选选 取取荷荷 载载 类类 别别附附注注结结构构自自重重永永久久设设备备重重回回填填土土石石重重水水重重静静水水压压力力扬扬压压力力浪浪压压力力泥泥沙沙压压力力土土压压力力冰冰压压力力地地震震力力基基本本组组合合正常正常运行运行a a1 1上游正常蓄水位和下游最低水位上游正常蓄水位和下游最低水位 a a2 2上游设计洪水位和下游相应水位上
8、游设计洪水位和下游相应水位 b b下游设计洪水位下游设计洪水位 特特殊殊组组合合机组机组检修检修a a上游正常蓄水位和下游检修水位上游正常蓄水位和下游检修水位 b b下游检修水位下游检修水位 机组未机组未安装安装a a上游正常蓄水位或设计洪水位和下上游正常蓄水位或设计洪水位和下游相应水位游相应水位 b b下游设计洪水位下游设计洪水位 非常非常运行运行a a上游校核洪水位和下游校核水位上游校核洪水位和下游校核水位 b b下游校核洪水位下游校核洪水位 地震地震情况情况a a上游正常蓄水位和下游最低水位上游正常蓄水位和下游最低水位 b b下游满载运行水位下游满载运行水位 http:/ 注：表中注：表
9、中a a适用于河床厂房，适用于河床厂房，b b适用于坝后和引水厂房。适用于坝后和引水厂房。1正常运行正常运行河床厂房：河床厂房：a1组合情况下厂房承受的水头最大；组合情况下厂房承受的水头最大；a2组合情况下扬压力最大，对稳定不利。组合情况下扬压力最大，对稳定不利。坝后式厂房和引水式厂房：坝后式厂房和引水式厂房：引起稳定问题的水平荷载为下游水压力，因此正常运行情况中取引起稳定问题的水平荷载为下游水压力，因此正常运行情况中取下游设计洪水位进行组合。下游设计洪水位进行组合。2机组检修机组检修河床式厂房机组检修情况下机组设备重不考虑，厂房承受的水头河床式厂房机组检修情况下机组设备重不考虑，厂房承受的水
10、头大，而厂房的重量轻，只有结构自重和水重，对稳定不利。大，而厂房的重量轻，只有结构自重和水重，对稳定不利。http:/ 3 3机组未安装机组未安装 机组安装周期较长，如机组是分期安装，厂房的施工机组安装周期较长，如机组是分期安装，厂房的施工安装或更长，所以要进行机组未安装时的稳定计算。安装或更长，所以要进行机组未安装时的稳定计算。二期混凝土和设备重不计，厂房重量最轻，而厂房已二期混凝土和设备重不计，厂房重量最轻，而厂房已经承受水压，对抗滑和抗浮不利。经承受水压，对抗滑和抗浮不利。4 4厂房基础设有排水孔时，特殊组合中还要考虑排水厂房基础设有排水孔时，特殊组合中还要考虑排水失效的情况。失效的情况
11、。http:/ 厂房整体稳定和地基应力计算应以厂房整体稳定和地基应力计算应以中间机组段、边中间机组段、边机组段和安装间段作为一个独立的整体机组段和安装间段作为一个独立的整体，按荷载组合，按荷载组合分别进行。分别进行。边机组段和安装间段，边机组段和安装间段，除上下游水压力作用外，还除上下游水压力作用外，还可能受可能受侧向水压力侧向水压力的作用，所以必须的作用，所以必须核算双向水压力核算双向水压力作用下作用下的整体稳定性和地基应力。的整体稳定性和地基应力。http:/ 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f，C 滑动面的抗剪断摩擦系数及抗剪断粘结力，滑动面的抗剪
12、断摩擦系数及抗剪断粘结力，kPa；A基础面受压部分的计算面积，基础面受压部分的计算面积，m2；W 全部荷载对滑动面的法向分力（含扬压力），全部荷载对滑动面的法向分力（含扬压力），kN;P 全部荷载对滑动面的切向分力（含扬压力），全部荷载对滑动面的切向分力（含扬压力），kN。http:/ 滑动面的抗剪摩擦系数。滑动面的抗剪摩擦系数。岩基厂房整体抗滑稳定的安全系数不分等级按表岩基厂房整体抗滑稳定的安全系数不分等级按表13-2选用选用http:/ 抗滑稳定的安全系数抗滑稳定的安全系数抗滑稳定安抗滑稳定安全系数全系数荷荷载载组组合合基基本本组组合合特特殊殊组组合合无无地地震震有有地地震震 K1.101
13、.051.00K3.002.502.30http:/ 机组段的全部重量，机组段的全部重量，kN；U 作用于机组段的扬压力总和，作用于机组段的扬压力总和，kN。根据根据水电站厂房设计规范水电站厂房设计规范，抗浮稳定安全系数，抗浮稳定安全系数Kf在任何计算情况下不得小于在任何计算情况下不得小于1.1。http:/ 计算截面上任意点至形心轴的距离，计算截面上任意点至形心轴的距离，m；Jx，Jy计算截面对形心轴计算截面对形心轴x、y轴的惯性矩，轴的惯性矩，m4；A厂基面计算截面积，厂基面计算截面积，m2。式式(13-4)假定厂房基础为刚体，假定厂房基础为刚体，厂基面地基应力为线性分布。厂基面地基应力为
14、线性分布。http:/ 吊车梁及排架柱结构计算吊车梁及排架柱结构计算一、吊车梁一、吊车梁 吊车梁是直接承受吊车荷载的承重结构。吊车梁是直接承受吊车荷载的承重结构。1 1、桥式吊车特点：、桥式吊车特点：起吊容量大、工作间歇性大、操作速度起吊容量大、工作间歇性大、操作速度缓慢、使用率低缓慢、使用率低(只在机组进行安装和检修时才用只在机组进行安装和检修时才用)。2 2、吊车梁形式：、吊车梁形式：预应力钢筋混凝土、钢结构预应力钢筋混凝土、钢结构(较少采用较少采用)3 3、钢筋混凝土吊车梁分为：、钢筋混凝土吊车梁分为：现浇、预制和叠合梁等形式。现浇、预制和叠合梁等形式。现现浇浇吊吊车车梁梁可可分分：单单
15、跨跨简简支支和和多多跨跨连连续续结结构构(在在厂厂房房伸伸缩缩缝缝处必须分开处必须分开)。预制梁大多为单跨预应力混凝土结构。预制梁大多为单跨预应力混凝土结构。4 4、吊车梁截面截面形式：吊车梁截面截面形式：矩形、矩形、T T形和形和I I字形。字形。http:/ 向的平面结向的平面结构构分别进行计算。分别进行计算。由于纵向平面排架柱较多，刚度较大，荷载较小，往往可不必计算。由于纵向平面排架柱较多，刚度较大，荷载较小，往往可不必计算。横向平面排架柱由于荷载大，刚度相对较小，为排架计算的主要内容。横向平面排架柱由于荷载大，刚度相对较小，为排架计算的主要内容。主机间和安装间典型排架计算简图主机间和安
16、装间典型排架计算简图（a)a)主机间刚接排架主机间刚接排架(b)b)装配场刚接排架装配场刚接排架(c)c)主机间铰接排架主机间铰接排架(d)(d)装配场铰接排架装配场铰接排架http:/ 1 1计算单元计算单元 横向平面排架是由相邻柱距中线划出一个典型区段作为一个计算单元。横向平面排架是由相邻柱距中线划出一个典型区段作为一个计算单元。2 2计算简图计算简图 上上、下下柱柱截截面面不不等等，为为一一变变截截面面排排架架，计计算算简简图图根根据据柱柱与与屋屋面面大大梁梁、楼板和基础连接的实际情况选取。楼板和基础连接的实际情况选取。(1)(1)当当排排架架柱柱与与屋屋面面大大梁梁整整体体浇浇筑筑时时
17、，柱柱与与梁梁视视为为刚刚接接；屋屋盖盖采采用用厚厚板板结结构时，也为刚接；当屋盖采用屋架结构时，柱与屋架视为铰接。构时，也为刚接；当屋盖采用屋架结构时，柱与屋架视为铰接。(2)(2)排排架架柱柱与与基基础础连连接接。排排架架上上游游柱柱脚脚一一般般假假设设固固定定在在水水轮轮机机层层块块体体混混凝凝土土顶顶部部。如如上上游游墙墙较较厚厚，则则上上游游柱柱可可假假设设固固定定在在底底墙墙顶顶部部。当当厂厂房房下下游游墙墙为为与与尾尾水水闸闸墩墩整整体体浇浇筑筑的的厚厚墙墙时时，排排架架下下游游柱柱脚脚可可假假设设固固定定在在尾尾水闸墩顶部，否则按固定在水轮机层考虑。水闸墩顶部，否则按固定在水轮
18、机层考虑。http:/ 发电机的支承结构与风罩发电机的支承结构与风罩一、发电机的支承结构一、发电机的支承结构(机墩机墩)发电机的支承结构，其底部与蜗壳顶板联成一体，承受着发电机的支承结构，其底部与蜗壳顶板联成一体，承受着巨大的静、动荷载，必须具有足够的刚度、强度、稳定性巨大的静、动荷载，必须具有足够的刚度、强度、稳定性和耐久性和耐久性。(一一)作用在机墩上的荷载及荷载组合作用在机墩上的荷载及荷载组合1.垂直静荷载垂直静荷载A1：机墩自重，发电机层楼板重及其荷载，发电机定子、励磁机机墩自重，发电机层楼板重及其荷载，发电机定子、励磁机定子及附属设备等重，上机架、下机架重，定子基础板重，定子及附属设
19、备等重，上机架、下机架重，定子基础板重，下支架在顶起转子时的负荷。这些荷载通过定子基础板作下支架在顶起转子时的负荷。这些荷载通过定子基础板作用于机墩顶部。用于机墩顶部。http:/ 载载 组组 合合 机机 座座 荷荷 载载 组组 合合 表表 荷载组合荷载组合计算情况计算情况荷荷 载载 名名 称称A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4正正常常飞飞逸逸正正常常短短路路基本组合基本组合正常运行正常运行特殊组合特殊组合1 1短路时短路时2 2飞逸时飞逸时http:/ 风风罩罩墙墙一一般般是是钢钢筋筋混混凝凝土土薄薄壁壁圆圆筒筒结结构构，底底部部与与机机墩墩圆圆筒筒顶顶部部固固结结，顶顶部部与
20、与发发电电机机层层楼楼板板的的连连接接有整体式、简支式和分离式三种。有整体式、简支式和分离式三种。风风罩罩墙墙一一般般是是整整体体浇浇筑筑，也也可可用用预预制制构构件件分分片片组组合。合。http:/ R/)/)大大于于1010，并并且且高高度度较较大大时时，可可按按有有限限长长的的薄薄壁壁圆圆筒筒公公式式计计算算，底底部部固固结结，顶部自由或径向简支；顶部自由或径向简支；(2)(2)当当开开孔孔较较多多且且尺尺寸寸较较大大，破破坏坏圆圆筒筒整整体体性性时时，按按圆圆周周上上为为单单宽宽的的竖竖向向梁梁计计算算，底底部部固固结结，顶顶部部采采用用自自由由、铰铰支支、固固接接或或与与发发电电机机层层楼楼板板刚刚结结，风风罩罩墙墙与与发发电电机机层层楼楼板板一一起起按按型型框框架架计计算算，但但环环向向要要适适当当布布筋筋加强。加强。http:/