第2次课-第2章_水电站厂房结构设计

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1、第二章 水电站厂房结构设计 水电站厂房结构设计的内容包括： 主厂房的结构布置设计； 整体稳定分析、地基应力校核； 构件的强度和稳定计算。 第一节第一节 主厂房的结构布置设计主厂房的结构布置设计 水电站厂房的结构组成一、水电站厂房的结构组成及作用 (一) 上部结构 1、屋顶 (1) 屋面板：隔热、遮阳、避风雨； 预制钢筋混凝土大型屋面板+隔热层+防水层 +保护层 (2) 屋架或屋面大梁。 2、排架柱 承受屋架或屋面大梁、吊车梁、外墙传来的荷载和排架柱自重，并将它们传给厂房下部结构的大体积混凝土。 3、吊车梁 承受吊车荷载（包括起吊部件在厂房内部运行时的移动集中垂直荷载），以及吊车在起重部件时，启

2、动或制动时产生的纵、横向水平荷载，并将它们传给排架柱。 4、发电机层和安装间楼板 发电机层楼板承受着自重、机电设备静荷载和人的活荷载，传给梁并部分传发电机机座和水轮机层的排架柱。安装间楼板承受自重、检修或安装时机组荷载和活荷载，传到基础。 5、围护结构 (1) 外墙。承受风荷载，并将它传给排架柱或壁柱。 (2) 抗风柱。承受厂房两端山墙传来的风荷载，并将它传给屋面大梁和基础或厂房下部大体积混凝土块体。 (3) 圈梁和连系梁。承受梁上砖墙传下的荷载和自重，并传给排架柱或壁柱。一、水电站厂房的结构组成及作用 (二)下部结构 1、发电机机墩 承受从发电机层楼板传来的荷载和水轮发电机组等设备重量、水轮

3、机轴向水压力和机墩自重，并将它们传给座环和蜗壳外围混凝土。 2、蜗壳和水轮机座环（固定导叶） 将机墩传下来的荷载通过座环传到尾水管上，另外水轮机层的设备重量和活荷载通过蜗壳顶板也传到尾水管。 3、尾水管 承受水轮机座环和蜗壳顶板传来的荷载，经尾水管框架（尾水管顶板、闸墩、边墩和底板构成的）结构再传到基础上。一、水电站厂房的结构组成及作用二、厂房的受力和传力系统 (一) 厂房主要荷载 (1) 厂房结构自重，压力水管、蜗壳及尾水管内水重； (2) 厂房内机电设备自重，机组运转时的动荷载； (3) 静水压力： 尾水压力，基底扬压力，压力水管、蜗壳及尾水管内的水压力，永久缝内的水压力，河床式厂房的上游

4、水压力； (4) 厂房四周的土压力； (5) 活荷载：吊车运输荷载，人群荷载及运输工具荷载； (6) 温度荷载； (7) 风荷载； (8) 雪荷载； (9) 严寒地区的冰压力； (10) 地震力。(二) 厂房的传力系统三、厂房混凝土浇筑的分期和分块 1. 厂房混凝土浇筑的分期 分期目的：由于机组到货一般均迟于土建的施工期，为了适应水轮发电机组的安装要求，厂房中的混凝土需要分期浇筑，称为一期和二期混凝土。 一期混凝土：底板、尾水管、尾水闸墩、尾水平台、混凝土蜗壳外的混凝土、上下游边墙、厂房构架、吊车梁、部分楼板等，在施工时先期浇筑，以便利用吊车进行机组安装。 二期混凝土：为了机组安装和埋件需要而

5、预留的，要等到机组和有关设备到货后、尾水管圆锥钢板内衬和金属蜗壳安装完毕后，再进行浇筑。二期混凝土包括金属蜗壳外的部分混凝土、尾水管直锥段外包混凝土、机座、发电机风罩外壁、部分楼层的楼板。 2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。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。 混凝土浇筑分层、分块是为了便于施工和保证工程质量。厂房混凝土分期分块四、 厂房结构的分缝和止水 1分缝 (1) 沉降伸缩缝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

6、应力，沿厂房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝(永久缝)。 特点：一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸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。 主副厂房、安装间、尾水平台间的分缝 (2(2）施工缝）施工缝根据施工条件设置的混凝土浇筑缝根据施工条件设置的混凝土浇筑缝( (临临时缝时缝) )。 岩基上大型厂房通常一台机组段设一永久缝，中小岩基上大型厂房通常一台机组段设一永久缝，中小型水电站可增至型水电站可增至2 23 3台机组设一条永久缝。台机组设一条永久缝。 在安装间与主机房之间、主副厂房高低跨分界处，在安装间与主机房之间、主副厂房高低跨分界处，由于荷载悬殊，需设沉降

7、缝。由于荷载悬殊，需设沉降缝。 坝后式厂房的厂坝之间常沿整个厂房的上游外侧设坝后式厂房的厂坝之间常沿整个厂房的上游外侧设一条贯通地基的纵缝。一条贯通地基的纵缝。 永久缝的宽度一般为永久缝的宽度一般为1 12cm2cm，软基上可宽一些，但，软基上可宽一些，但不超过不超过6cm 6cm 2 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

8、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。第二节 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：

9、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。计算注意事项：(1) (1) 河床式厂房直接承受上游水压力，在确定地下轮廓河床式厂房直接承受上游水压力，在确定地下轮廓线、校核整体稳定性和地基应力时，以两个永久缝之线、校核整体稳定性和地基应力时，以两个永久缝之间或一个机组段长度为计算单元，进行稳定分析和

10、地间或一个机组段长度为计算单元，进行稳定分析和地基应力计算时，不能取单宽进行计算。基应力计算时，不能取单宽进行计算。(2) (2) 厂房有大量的二期混凝土，并可能有分期安装问题，厂房有大量的二期混凝土，并可能有分期安装问题，故在机组安装前后荷载变化较大，确定荷载与荷载组故在机组安装前后荷载变化较大，确定荷载与荷载组合时也有其特点。合时也有其特点。 一、荷载及其组合 ( (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

11、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。(一) 荷载 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