廠房結構設計原理

1、如有幫助，歡迎支持。廠房結構設計原理第一節(jié) 地面廠房整體穩(wěn)定和地基應力計算水電站廠房結構一般可分為三個組成部分。1 . 上部結構主廠房的上部結構包括各層樓板及其梁柱系統(tǒng)、吊車梁和構架、以及屋頂及圍護墻等。其作用主要為承受設備重量、活荷重和風雪荷載等，并傳遞給卞部結構。2 .下部結構廠房的下部結構包括蝸殼、尾水管和尾水墩墻等結構。對于河床式廠房， 下部結構中還包括進水口結構。其作用主要為承受水荷載的作用、構成廠房的基礎，承受上部結構、發(fā)電支承結構，將荷載分布傳給地基和防滲等。3 .發(fā)電機支承結構、發(fā)電機支承結構的作用是承受機組設備重以及動力荷載，傳給下部結構。根據教學大綱的要求，本章主要內容為廠

2、房整體穩(wěn)定和地基應力計算，發(fā)電機支承結構、蝸殼和尾水管結構的結構設計原理。如有幫助，歡迎支持。地面廠房在水平荷載如水壓力和土壓力等以及揚壓力的作用下應保持整體穩(wěn)定，廠基面上垂直正應力應滿足規(guī)范要求。穩(wěn)定不能保證、地基應力不滿足要求時，應采取措施，如設置灌漿帷幕和排水孔降低揚壓力， 對壩后式廠房可以考慮是否采用廠壩整體連接方式，利用壩體幫助穩(wěn)定。廠房整體穩(wěn)定和地基應力計算的內容一般包括沿地基面的抗滑穩(wěn)定、 抗浮穩(wěn)定和廠基面垂直正應力計算。河床式廠房本身是童水建筑物，廠房地基內部存在軟弱層面時，還應進行深層抗滑穩(wěn)定計算。一、計算情況和荷載組合廠房穩(wěn)定和地基應力計算要考慮廠房施工、運行和擴大檢修期的

3、各種不利情況，主要計算情況如下：1 . 正常運行對河床式廠房來說爭正常運行情況中應考慮兩種水位組合：(1)上游正常蓄水位和下游最低水位。這種組合情況廠房承受的水頭最大，但揚壓力不大。(2)上游設計洪水位和下游相應水位。這種情況揚壓力較大，對穩(wěn)定不利。對壩后式廠房和引水式廠房來說，引起穩(wěn)定問題的水平荷載為下游水壓力，正聲運行情況中取下游設計洪水位進行組合。廠房上游面作用的荷載有壓力管道和下部結構縱縫面上的水壓力，后者作用的面積與止水的布置方式有關，水壓力的壓強則與廠基面揚壓力分布圖有關，根據具體情況確定。如有幫助，歡迎支持。正常運行情況中廠房內有結構和設備重以及水重。2 .機組檢修河床式廠房機組

4、檢修情況計算中，上、下游水位分別一取上游正常蓄水位和下游檢修水位，機組設備重及流道內的水重均不考慮。在這種情況下，廠房承受的水頭大，而廠房的重量輕，只有結構自重，對穩(wěn)定不利。壩后式和引水式廠房機組檢修情況計算中，下游取檢修水位，其余同上。3 .施工情況廠房施工一般是先完成一期混凝土澆筑和上部結構，以后順序逐臺安裝機組并澆筑二期混凝土，機組安裝周期較長，如機組是分期安裝的，廠房的施上安裝期更長，所以要進行施工情況的穩(wěn)定計算。在這種計算情況中，二期混凝土和設備重不計，廠房重量最輕，而廠房已經承受水壓，對抗滑和抗浮不利。這種計算情況也稱為機組未安裝情況。河床式廠房機組未安裝情況的上游水位取正常蓄水位

5、或設計洪水位， 下游取相應最不利水位。壩后式和引水式廠房下游取設計洪水位。如廠房位于軟基上，地基承載力低，施工期還需考慮本臺機組已安裝，而吊車滿載通過的情況，如廠房尚未承受水壓，則廠基面無揚壓力作用，流道中也無水重。4 .非常運行情況河床式廠房非常運行情況時，上游取校核洪水位，下游取相應最如有幫助，歡迎支持。不利水位。壩后式和引水式廠房下游取校核洪水位。5 .地震情況河床式廠房地震情況時，上游取正常蓄水位，下游取最低尾水位。壩后式廠房和引水式廠房下游取滿載運行尾水位。以上所述各種情況中，正常運行情況的荷載組合為基本組合，其他為特殊組合。廠房基礎設有排水孔時，特殊組合中還要考慮排水失效的情況。以

6、上所述各種情況中，其他應考慮的荷載與混凝土重力壩穩(wěn)定計算中相同。廠房整體穩(wěn)定和地基應力計算應對中間機組段。邊機組段和裝配場段分別進行。邊機組段和裝配場段，除了有上下游水壓力作用外，還可能受側向水壓力的作用，或者還有側向土壓力存在，所以必須核算雙向水壓力作用下的整體穩(wěn)定性和地基應力。二、揚壓力的確定作用于廠房基礎的揚壓力，按全部計算面積考慮。河床式廠房的揚壓力計算圖形，按（SDJ21-78, 試行）混凝土重力壩設計規(guī)范補充規(guī)定來用。引水式廠房的揚壓力計算圖形，基礎無排水設施時廠房上下游水位相同，揚壓力圖形按浮托力確定，有排水設施時，可參照混凝土重力壩設計規(guī)范補充規(guī)定確定。壩后式廠房的揚壓力計算圖

7、形，應根據廠壩的連接方式和排水設施情況，與壩體共同考慮。山區(qū)河流，洪枯水位變幅大，洪水位具有暴漲暴落的特點，在水如有幫助，歡迎支持。位上升和下降的過程中，廠房地基內產生非恒定滲流，廠基面上各處 揚壓力最大值出現的時間滯后于廠房下游洪水位，峰值也減小。如前 所述，壩后式和引水式水電站廠房的整體穩(wěn)定性和地基應力在廠房下 游洪水位時最為不利，因而，如洪峰歷時短，廠基揚壓力計算圖形可 考慮非恒定滲流的時間效應，通過非恒定滲流計算酌予減小。三、計算方法和要求1.抗滑穩(wěn)定計算廠房抗滑穩(wěn)定性可按抗剪斷強度公式或抗剪強度公式計算(1)抗剪斷強度計算公式K = C194 )Z尸式中4,一按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)

8、定安全系數；廣、b 一滑動面的抗剪斷摩擦系數及抗剪斷粘結力；A一基礎面受壓部分的計算面積；Z型一全部荷載對滑動面的法向分值(含揚壓力)； N產一全部荷載對滑動面的切向分值(含揚壓力)。(2)抗剪強度計算公式式中K一按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數；f一滑動面的抗剪摩擦系數。(3)整體抗滑穩(wěn)定安全系數。根據(SD335-89 ,試行)水電站廠如有幫助，歡迎支持。房設計規(guī)范，廠房整體抗滑穩(wěn)定的安全系數不分等級按表18-1選用。 19-1抗滑，定安金系敖K執(zhí)揩厘定安全累依* ft里合- Jb A 1 I壽隨KM1,05L0K3,0*52.32 .抗浮穩(wěn)定性計算廠房抗浮穩(wěn)定性可按式(18-3)計算Yj

9、k(19.3), U式中與一抗浮穩(wěn)定安全系數；X取一計算段的全部重量；U一計算段揚壓力總和。根據水電站廠房設計規(guī)范，抗浮穩(wěn)定安全系數Kf在任何計算情況下不得小1.1。3 .地基應力計算(1)計算方法。廠基面上的垂直正應力可按下式計算cr = 一土金一匕 一LC19-4)A 二 人，式中(T一廠基面垂直正應力;如有幫助，歡迎支持。取一計算段上全部荷載在廠基面上的法向分力總和； z%、二取，一計算段上全部荷載對廠基面廿算截面形心軸 X、Y的力矩總和。x、y一計算截面上任意點對形心的坐標值；人、4一計算截面對形心軸X, Y軸的慣性矩，A一廠基面計算截面積。式(18-4)假定廠房基礎為剛體，廠基面地基

10、應力為線性分布。水電站廠房的基礎結構中，尾水管底板的厚度不大，底板相對地基的剛度較小時，其底面上的地基應力比周圍要小， 尤其是肘管段的 底板，在揚壓力的作用下，肘管段底板底面的中間部分甚至會與地基 脫開，這一部分也就無地基應為存在。因而，在進行地基應力計算時， 應根據具體情況，在計算截面確定時扣除部分面積。 尾水管擴散段底 板為分離式時，其面積也不包括在計算截面內。用尾水管底板有限元分析，可直接求得考慮底板柔度影響的廠基 面地基應力分布圖。(2)計算要求。廠房地基面上的垂直正應力應符合下列要求：1)廠房地基面上承受的最大垂直正應力， 不論是何種型式的廠房， 在任何情況下均不應超過基巖的允許壓應

11、力。在地震情況下基巖允許 壓應力可適當提高。2)廠房地基面上承受的最小垂直正應力(計入揚壓力)，對于河 床式廠房，不論是正常運行還是非常運行情況都應大于零， 只有在地 震情況下才允許出現不大于lONic的拉應力。如有幫助，歡迎支持。對于壩后式和引水式廠房，正常運行情況下，一般應大于零；非 常運行情況下，允許出現不大于10-20浦此一的局部拉應力。地震情 況下，如出現大于10-20葡,通,的拉應力，應進行專門論證。廠房整體穩(wěn)定和地基應力計算不滿足要求時，應在廠房地基中采 取防滲和排水措施，如圖18-2中的廠房。壩后式廠房可以考慮廠壩 整體連接，利用壩體幫助穩(wěn)定。第一節(jié)水電站廠房的功用和基本類型一

12、、水電站廠房的功用水電站廠房是將水能轉換為機械能進而轉換為電能的場所，它通 過一系列工程措施，將水流平順地引人及引出水輪機，將各種必需的 機電設備安置在恰當的位置，為這些設備的安裝、檢修和運行提供方 便有效的條件，也為運行人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。水電站廠房是建筑物及機械、電氣設備的綜合體，在廠房的設計、 施工、安裝和運行中需要各專業(yè)人員通力協(xié)作。 水工建筑專業(yè)人員主 要從事建筑物的設計、施工與運行，因而本教材著重從水工建筑的觀 點來研究水電站廠房。二、水電站廠房的基本類型根據廠房在水電站樞紐中的位置及其結構特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型：(1)壩后式廠房。廠房位于攔河壩下游壩趾處，廠房

13、與壩直接相連, 發(fā)電用水直接穿過壩體引人廠房，如圖 11-2所示的丹江口水電站廣如有幫助，歡迎支持。房。 興建中的三峽水電站廠房也是壩后式的。在壩后式廠房的基礎上，將廠壩關系適當調整，并將廠房結構加以局部變化后形成的廠房型式還包括：1) 挑越式廠房：廠房位于溢流壩壩趾處，溢流水舌挑越廠房頂泄人下游河道，如圖18-2 所示的貴州烏江渡水電站廠房。2)溢流式廠房：廠房位于溢流壩壩趾處，廠房頂兼作溢洪道，如圖 18-3 (a) 所示的浙江新安江水電站廠房。3)壩內式廠房：廠房移入壩體空腹內，如圖 18-3 (b)所示位于溢流壩壩體內的江西上猶江水電站廠房，或圖18-4 所示設置在空腹重力拱壩內的湖南

14、鳳灘水電站廠房。(2)河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起擋水作用，如圖11-4所示廣西西津水電站廠房。若廠房機組段內還布置有泄水道，則成為泄水式廠房(或稱混合式廠房)，如圖18-7 所示長江葛洲壩水利樞紐大江、二江電廠的廠房內均設有排沙用的泄水底孔。(3)引水式廠房。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引人廠房。當廠房設在河岸處時稱為引水式地面廠房，如圖16-1 所示浙江湖南鎮(zhèn)水電站廠房。引水式廠房也可以是半地下式的，如浙江百丈漈一級水電站廠房，或地下式的，如圖 18-10 所示的云南魯布革水電站廠房。此外，水電站廠房還可按機組類型分為豎軸機組廠房及橫軸機組廠房；按廠房上部結構的特點分為

15、露天式、半露天式和封閉式廠房；如有幫助，歡迎支持?；虬此娬举Y源的性質分為河川電站（常規(guī)水電站）廠房、潮汐電站 廠房以及抽水蓄能電站廠房等等。圖16-1湖南鎮(zhèn)水電站（引水式）廠房總體布置圖三、水電站廠房的設計程序我國大中型水電站設計一般分為四個階段：預可行性研究、可行性研究、招標設計及施工詳圖。預可行性研究的任務是在河流（河段）規(guī)劃和地區(qū)電力負荷發(fā)展預測的基礎上，對擬建水電站的建設條件進行研究， 論證該水電站在 近期興建的必要性、技術上的可行性和經濟上的合理性。 在這個階段 中，對廠房不進行具體設計，而只基本選定電站規(guī)模，初選樞紐布置 方式及廠房的型式，繪出廠房在樞紐中的位置，估算工程量?？尚行匝芯康娜蝿帐峭ㄟ^方案比較選定樞紐的總體布置及其參數，決定建筑物的型式和控制尺寸，選擇施工方案、進度和總布置， 并編制工程投資預算，闡明工程效益。在該階段中，對廠房設計的要 求是根據選定機組機型、電氣主結線圖及主要機電設備，初步決定廠 房的型式、布置及輪廓尺寸，繪出廠區(qū)及廠房布置圖，進行廠房穩(wěn)定 計算及必要的結構分析，提出廠房工程地質處理措施。10如有幫助，歡迎支持。招標設計中要對可行性研究中的遺留問題進行必要的修改與補充，落實選定方案工程建設的技術、施工措施，提出