水電站廠房畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄1. 緒論12. 下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置32.1 水輪發(fā)電機(jī)發(fā)外形尺寸的估算32.1.1水輪機(jī)主要尺寸估算32.1.2外形尺寸估算42.1.3軸向尺寸計(jì)算42.2 蝸殼斷面形式及尺寸計(jì)算52.2.1蝸殼進(jìn)口斷面流量52.2.2金屬蝸殼的斷面尺寸計(jì)算62.3 尾水管形式及其主要尺寸確定72.3.1進(jìn)口直錐段82.3.2中間彎肘段(肘管)82.3.3出口擴(kuò)散段82.4 主廠房主要尺寸的確定92.4.1機(jī)組段長度的確定92.4.2廠房寬度的確定92.4.3廠房各層高程的確定102.5 下部結(jié)構(gòu)的布置112.5.1發(fā)電機(jī)層布置112.5.2安裝間布置132.5.3水輪機(jī)層

2、布置133. 主廠房結(jié)構(gòu)計(jì)算143.1 鋼梁設(shè)計(jì)143.1.1結(jié)構(gòu)形式及布置143.1.2荷載計(jì)算143.1.3內(nèi)力分析與位移計(jì)算163.1.4構(gòu)件驗(yàn)算193.1.5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)233.2 吊車梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)253.2.1基本資料253.2.2荷載的計(jì)算263.2.3內(nèi)力計(jì)算263.2.4配筋計(jì)算273.2.5裂縫寬度驗(yàn)算333.2.6撓度驗(yàn)算353.3 排架設(shè)計(jì)373.3.1確定柱的截面尺寸373.3.2排架上的荷載計(jì)算373.3.3內(nèi)力計(jì)算393.3.4內(nèi)力的最不利組合463.3.5柱的截面承載力計(jì)算493.3.6柱裂縫寬度驗(yàn)算533.4 吊車梁下牛腿柱設(shè)計(jì)553.4.1牛腿幾何尺寸確定553.

3、4.2正截面強(qiáng)度計(jì)算563.4.3局部承壓強(qiáng)度計(jì)算57致謝58參考文獻(xiàn)59附錄一 英語論文及翻譯60691. 緒論 水電站廠房是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能的場所，它通過一系列工程措施，將水流平順地引入及引出水輪機(jī)，將各種必需的機(jī)電設(shè)備安置在恰當(dāng)?shù)奈恢?，為這些設(shè)備的安裝，檢修和運(yùn)行提供方便有效的條件，也為運(yùn)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(jī)械，電氣設(shè)備的綜合體，在廠房的設(shè)計(jì)，施工，安裝和運(yùn)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(shè)計(jì)，施工與運(yùn)行。論文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1. 水輪發(fā)電機(jī)發(fā)外形尺寸的估算 水輪發(fā)電機(jī)是水電事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備，隨著目前水電事業(yè)的迅速發(fā)

4、展，對水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造就顯得極其重要。水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸與主廠房的大小息息相關(guān)，所以水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸估算的準(zhǔn)確與否對主廠房的尺寸確定起著關(guān)鍵性的作用。其估算內(nèi)容包括：水輪機(jī)主要尺寸的估算、外形尺寸估算和軸向尺寸計(jì)算。2. 蝸殼設(shè)計(jì)蝸殼是水輪機(jī)的過流部分，它的尺寸和斷面形狀由制造廠家根據(jù)水利模型試驗(yàn)確定。此水電站屬于中水頭水電站，采用金屬蝸殼。設(shè)計(jì)的任務(wù)在于布置蝸殼外圍混凝土的結(jié)構(gòu)，選用混凝土材料標(biāo)號(hào)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和截面設(shè)計(jì)。3. 尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尾水管結(jié)構(gòu)布置，尾水管是水電站廠房水下部分的主要承重結(jié)構(gòu)之一，它的內(nèi)部形狀和尺寸由水輪機(jī)制造廠通過水利模型試驗(yàn)確定。為了減少水力損失和廠房開挖量

5、，目前多采用彎肘形尾水管。尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：確定周圍的混凝土的尺寸，進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，截面設(shè)計(jì)。4. 主廠房尺寸的確定主廠房的長度，寬度，高度的確定，主廠房的高度由水下部分高度(發(fā)電機(jī)層以下)和水上部分高度兩部分組成。水下部分高度取決于水輪機(jī)安裝高程，尾水管高度，蝸殼尺寸，座環(huán)的上環(huán)下緣面至基坑踏腳板距離，水輪機(jī)坑高度以及尾水管的高程等；水上部分高度取決于發(fā)電機(jī)的型式和尺寸，勵(lì)磁機(jī)的尺寸。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連軸長，水輪機(jī)轉(zhuǎn)子連軸長，吊車梁高度以及吊裝方式等。5. 水電站廠房布置(1)廠房內(nèi)部布置：發(fā)電機(jī)層布置，安裝間的布置，水輪機(jī)層的布置，蝸殼層及蝴蝶閥的布置，安裝間下層的布置，檢查(排水)

6、廊道及水泵室的布置，其他輔助生產(chǎn)房間的布置，副廠房的布置。(2)廠房結(jié)構(gòu)的布置：本電站主廠房的屋架采用鋼結(jié)構(gòu)，廠房排架，吊車梁及水下結(jié)構(gòu)布置采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。水電站廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括主廠房的屋面鋼梁設(shè)計(jì)，吊車梁設(shè)計(jì)，排架柱設(shè)計(jì)及牛腿設(shè)計(jì)。6. 水電站廠房屋面設(shè)計(jì) 屋面是水電站廠房不可缺少的部分，它起著防水、隔熱、防腐等作用。屋面系統(tǒng)主要有三部分組成：屋面板、檁條和屋面大梁。此設(shè)計(jì)主要進(jìn)行變截面鋼梁的設(shè)計(jì)，包括截面設(shè)計(jì)，強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性驗(yàn)算，變形驗(yàn)算及節(jié)點(diǎn)拼接設(shè)計(jì)。7. 水電站廠房吊車梁設(shè)計(jì)吊車梁系是直接承受荷載的承重結(jié)構(gòu)，吊車梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)行吊車梁的荷載計(jì)算，包括自重，鋼軌，及附件

7、重，吊車荷載等。吊車梁設(shè)計(jì)包括內(nèi)力的計(jì)算，截面的設(shè)計(jì)。8. 水電站廠房排架設(shè)計(jì)水電站廠房排架是廠房上部的主要承重結(jié)構(gòu)，它承受屋面(屋面大梁，檁條，屋面板)，吊車，風(fēng)雪等荷載。廠房排架采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括柱截面設(shè)計(jì)，牛腿設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)布置，荷載確定，內(nèi)力計(jì)算，施工詳圖。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)在廠房布置中通盤考慮，其中包括排架的型式，高度，跨度，間距和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。9. 繪制廠房橫剖面圖,廠房施工詳圖及排架柱的配筋圖。 2. 下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置 2.1 水輪發(fā)電機(jī)發(fā)外形尺寸的估算 本設(shè)計(jì)為中小型水電站，故采用中小型機(jī)組，采用立式SF1218/3600型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)如下表表2.1 發(fā)電機(jī)的主

8、要參數(shù)單機(jī)容量()功率因數(shù)()額定電壓()額定容量()120000.910.5133002.1.1水輪機(jī)主要尺寸估算1. 極距 (2.1) 式中： 發(fā)電機(jī)額定容量() 磁極對數(shù)(9) 系數(shù)，一般取，在這里取2. 定子內(nèi)徑 (2.2) 3. 定子鐵芯長度 (2.3) 式中：額定轉(zhuǎn)速( ) 定子內(nèi)徑 系數(shù)此處取4. 定子鐵芯外徑(機(jī)座號(hào)) (2.4) 2.1.2外形尺寸估算 平面尺寸估算(1)定子機(jī)座外徑 (2.5)(2)風(fēng)罩內(nèi)徑 (2.6)(3)轉(zhuǎn)子外徑 (2.7) 式中： 單邊空氣間隙，初步估算時(shí)可忽略不計(jì) (2.8)(4)下機(jī)座最大跨度 (2.9) 式中為水輪機(jī)基坑直徑,由水利機(jī)械查得： (

9、2.10)(5)推力軸承外徑和勵(lì)磁機(jī)外徑 查水利機(jī)械，2.1.3軸向尺寸計(jì)算1定子機(jī)座高度 (2.11)2 上機(jī)架高度 對于懸式承載機(jī)架 (2.12)3 推力軸承高度，勵(lì)磁機(jī)高度，副磁機(jī)高度，永磁機(jī)高度 , ,取 , 4 下機(jī)架高度懸式非承載機(jī)架： (2.13)5 定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離懸式非承載機(jī)架： (2.14)6 下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面之間的距離按已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，一般為，取7. 轉(zhuǎn)子磁軌軸向高度有風(fēng)扇時(shí)： (2.15)8. 發(fā)電機(jī)主軸高度 (2.16)式中：發(fā)電機(jī)總高度，即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度 (2.17) (2.18) 9. 定子鐵芯

10、水平中心線至主軸法蘭盤底面距離 (2.19)圖2.1 發(fā)電機(jī)示意圖1- 發(fā)電機(jī)定子；2-下機(jī)架；3-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；4-上機(jī)架；5-下導(dǎo)軸承；6-上導(dǎo)軸承；7-推力軸承；8-水輪機(jī)軸；9-勵(lì)磁機(jī)；10-風(fēng)道2.2 蝸殼斷面形式及尺寸計(jì)算 本電站最大工作水頭超過40,故采用金屬蝸殼，有線變化結(jié)構(gòu)簡單，水力損失大；拋物線變化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水利損失小。為了改善蝸殼的受力條件使水利損失最大，故采用拋物線變化規(guī)律的圓形斷面，圓形金屬蝸殼斷面包角通常采用f=。2.2.1蝸殼進(jìn)口斷面流量 1.蝸殼進(jìn)口引進(jìn)流量 (2.20) 2. 蝸殼進(jìn)口平均流速 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線查得：蝸殼進(jìn)口斷面平均流速 3. 蝸殼進(jìn)口斷面面積 ：

11、(2.21) 4. 斷面半徑： (2.22)5. 蝸殼進(jìn)口斷面半徑及中心距 由水力機(jī)械可查得金屬蝸殼座環(huán)尺寸，水頭在70以下其座環(huán)外徑 (2.23)2.2.2金屬蝸殼的斷面尺寸計(jì)算 蝸殼斷面半徑隨角度的變化情況見下表：表2.2 蝸殼斷面半徑隨角度的變化蝸殼包角f斷面半徑(m)R(m)3451.604.93001.174.052551.083.862100.983.661650.873.441200.743.18750.582.87300.371.74 金屬蝸殼的平面單線圖如圖2.2 圖2.2 金屬蝸殼的平面單線圖2.3 尾水管形式及其主要尺寸確定 尾水管的形式很多，但目前最常用的有直錐形，彎錐

12、形和彎肘形，根據(jù)本電站的總裝機(jī)容量為中小型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，具有良好的水力性能，采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管。彎肘型尾水管，是由進(jìn)口直錐段，中間肘管段和出口擴(kuò)散段三部分組成，其大致形狀如圖2.3所示，使用推薦的尾水管尺寸見表2.3所示，尾水管的主要尺寸參數(shù)見表2.4所示。表2.3本電站尾水管尺寸表肘管 形式適用 范圍 標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式2.64.52.7201.351.351.820.6751.22表2.4本電站尾水管尺寸參數(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)170cm442cm765cm462.4cm229.5cm114.75cm309.4cm207.4cm2.3.1進(jìn)口直錐段進(jìn)口直錐段是一段垂直的圓錐形擴(kuò)

13、散管，其內(nèi)壁設(shè)金屬里襯，以防止旋轉(zhuǎn)水流和渦流脈動(dòng)壓力對管壁的破壞。其單邊擴(kuò)散角的最優(yōu)值為：對于混流式水輪機(jī)。2.3.2中間彎肘段(肘管) 中間彎肘段常稱為肘管，它是一段轉(zhuǎn)彎的變截面彎管，其進(jìn)口斷面為圓形，出口斷面為矩形，水流在肘管中的運(yùn)動(dòng)很復(fù)雜。但是目前尚無法采用理論計(jì)算的辦法來完成肘管斷面形狀及尺寸的設(shè)計(jì)，目前采用一些定型的標(biāo)準(zhǔn)肘管。2.3.3出口擴(kuò)散段 出口擴(kuò)散段是一段水平放置，兩側(cè)平行，頂板上翹角的矩形擴(kuò)散管。其頂板仰角一般取,并考慮尾水門槽的需要，出口擴(kuò)散段內(nèi)通常不加金屬里襯。圖2.3 混流式水輪機(jī)尾水管2.4 主廠房主要尺寸的確定 主廠房主要尺寸的確定，主要有主廠房的總長，總高和寬度

14、的確定。主廠房的總長度包括機(jī)組段的長度(機(jī)組中心間距)，端機(jī)組段的長度和安裝場的長度，并考慮必要的水工結(jié)構(gòu)分縫要求的尺寸。2.4.1機(jī)組段長度的確定 裝有立軸反擊式機(jī)組的廠房機(jī)組段長度，主要由蝸殼，尾水管，發(fā)電機(jī)等設(shè)備在X軸方向的尺寸確定，同時(shí)還考慮機(jī)組附屬設(shè)備即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。 1. 每一機(jī)組段長度L1(可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算) L1=3.6D1+h (2.24)上式中D1水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑1.7m ； h金屬蝸殼取1.03.5m,水頭高的取小值，低的取大值；此次取2.9m；則L1=3.6D1+h=3.61.7+2.9=9m 2. 裝配廠長度L2 L2=(1.02.0)L1 (

15、2.25)上式中括號(hào)內(nèi)的系數(shù)，對機(jī)組臺(tái)數(shù)少的臥式機(jī)組中型電站，一般取1.0；對機(jī)組臺(tái)數(shù)多的立式機(jī)組大型電站，取2.0；一般電站平均取1.5；裝配廠的最后尺寸應(yīng)根據(jù)安裝、檢修的需要布置確定。此處取1.5，則L2=1.5L1=1.59=13.5m 3. 最后一臺(tái)機(jī)組的附加長度 (2.26)上式中括號(hào)內(nèi)的系數(shù)與裝配廠位置、機(jī)型和蝸殼型式有關(guān)。此處取1.0。 則 4. 主廠房長度 (2.27)上式中n機(jī)組臺(tái)數(shù)，此處取2。 則m 2.4.2廠房寬度的確定廠房水下部分寬度以機(jī)組縱軸線為界，由上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度兩部分寬度組成，下游側(cè)寬度決定于蝸殼尺寸和結(jié)構(gòu)厚度，上游一側(cè)決定于主閥和機(jī)組附屬設(shè)備以及鋼管伸

16、縮節(jié)等的布置。水上部分決定于發(fā)電機(jī)定子或風(fēng)道外徑。上游調(diào)速器，機(jī)旁盤的布置。下游主通道的布置。(其寬度不小于1.5-2.0)的布置等。然后結(jié)合吊車梁標(biāo)準(zhǔn)跨度，按照水上，水下寬度一致的原則確定。主廠房水下部分寬度計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)公式： (2.28) 式中 水輪機(jī)直徑(1.7m) 系數(shù)。當(dāng)時(shí)，利用差值法求得廠房的寬度 設(shè)計(jì)取 主廠房的寬度2.4.3廠房各層高程的確定 水電站廠房高度由水下部分和水上部分組成 1. 水輪機(jī)安裝高程的確定 在廠房設(shè)計(jì)中機(jī)組的安裝高程是一個(gè)控制性的標(biāo)高。 2. 尾水管底板的高程 (2.29) 式中： 水輪機(jī)安裝高程(553.2m) 導(dǎo)葉高度; 導(dǎo)葉高度相對，水頭越高的水輪機(jī)，

17、越小； 對于混流式水輪機(jī)，=0.10.39，取=0.3，=0.31.7=0.51； 底環(huán)頂面至尾水管底板的距離即尾水管的高,由前章節(jié)知： 3. 主廠房開挖高程 (2.30) 式中：尾水管的高，由前章節(jié)知： 尾水管的底板厚，由前章節(jié)知： 4. 水輪機(jī)層地面高程 (2.31) 式中：蝸殼進(jìn)口段半徑，由前面章節(jié)知： 蝸殼上部混凝土厚度，對金屬蝸殼可取 =553.2+1.6+1=555.8 5. 發(fā)電機(jī)層地面高程 (2.32) 式中：水輪機(jī)機(jī)坑進(jìn)人門高度取2.0 機(jī)坑進(jìn)入門上部應(yīng)該留的尺寸取6.0 =555.8+2+6=563.8 6. 吊車軌道頂?shù)母叱?(2.33) 式中：吊運(yùn)設(shè)備時(shí)需跨越的固定設(shè)備

18、或建筑物的高度取吊運(yùn)部件與固定物之間的垂直安全高度，取起吊設(shè)備的高度，取5.5吊柱鉤與吊運(yùn)部件之間的距離一般為，取吊車主鉤至軌頂?shù)淖钚【嚯x，取 =563.8+3+0.9+5.5+1+1.6=575.8 7. 廠房頂梁底高程 (2.34) 式中：吊車總高度即從小跑車頂?shù)降踯囓壍理數(shù)母叨龋⌒∨苘図數(shù)巾斄旱椎膬艨?，一般為，?=575.8+2.5+0.5=578.82.5 下部結(jié)構(gòu)的布置2.5.1發(fā)電機(jī)層布置發(fā)電機(jī)層為安裝水電站發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備和儀表表盤的場地。又是運(yùn)行人員巡回檢查機(jī)組，監(jiān)視儀表的場所。故要求發(fā)電層內(nèi)布置的整潔，明亮。并適當(dāng)考慮美觀，達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)，方便運(yùn)行的目的。發(fā)電機(jī)層設(shè)備布

19、置情況分別敘述如下: 發(fā)電機(jī)布置一般有定子埋入式布置，上機(jī)架埋入式布置及定子外露式布置等幾種方式。前兩種布置方式的發(fā)電機(jī)層要抬高，增加廠房高度，但發(fā)電機(jī)層顯得比較寬敞。水輪機(jī)層也由于層高加大。有空間可布置夾層，對設(shè)備布置和防潮有利。但后一種定子外露式布置目前國內(nèi)很少采用。勵(lì)磁機(jī)的布置有埋入式或外露的兩種。但考慮發(fā)電機(jī)層美觀和運(yùn)行人員檢監(jiān)方便等因素，一般傾向半外露式布置，近年來有些電站采用靜子勵(lì)磁方式。從而取消了勵(lì)磁機(jī)，在這種情況下可適當(dāng)降低廠房的高度。 在不增加主軸長度和廠房的高度的前提下，發(fā)電機(jī)層應(yīng)盡量布置在最高尾水位之上，并與安裝間同一高程。有的中型水電站因?yàn)槲菜惶?，采用同一高程布置?/p>

20、困難，這時(shí)，只得將發(fā)電機(jī)層的一部分地面和安裝間相同，抬高到最高尾水位之上，形成發(fā)電機(jī)層有兩個(gè)高程布置。對大型水電站來說，運(yùn)行方便和美觀的要求較高。一般不宜采用這種布置。 有的水電站采用不設(shè)發(fā)電機(jī)層樓板的島式布置，或只設(shè)部分樓板的半島式布置，或發(fā)電機(jī)全部外露的開敞式布置等方式，這些布置方式的優(yōu)點(diǎn)可以降低一些廠房高度，但帶來的設(shè)備擁擠，運(yùn)行不便的缺點(diǎn)，尤其對尾水位較高的電站不宜采用。 發(fā)電機(jī)可以布置在發(fā)電機(jī)層室的正中，也可偏向一側(cè)。在大型水電站中，發(fā)電機(jī)多數(shù)偏向上游一側(cè)，而把吊運(yùn)轉(zhuǎn)子的主通道放在下游一側(cè)。上游側(cè)樓面上布置有機(jī)旁盤，勵(lì)磁機(jī)，測速器及油壓裝置等。機(jī)旁盤主要是為了就近操作發(fā)電機(jī)開停機(jī)用的

21、，還用于機(jī)組檢修后調(diào)試機(jī)組，所以應(yīng)布置在發(fā)電機(jī)層靠近發(fā)電機(jī)的地方，機(jī)旁盤由機(jī)組自動(dòng)操作盤，保護(hù)盤，制動(dòng)盤等組成，每臺(tái)機(jī)組3-5塊(中型機(jī)組)，盤前空地至少要有1.8-2.0米過道，便于運(yùn)行人員的巡視操作，盤后離墻應(yīng)留有0.8-1.0米的檢修過道。對于采用直流勵(lì)磁方式的電站，一般均設(shè)有3-5塊勵(lì)磁盤。勵(lì)磁盤最好與機(jī)旁盤布置在一起，便于調(diào)試，監(jiān)視并節(jié)省電纜。也有電站將勵(lì)磁盤布置在于發(fā)電機(jī)層同一高度的生產(chǎn)副廠房內(nèi)的。調(diào)速器與機(jī)旁盤布置在同一側(cè)有利于運(yùn)行人員監(jiān)視。下游側(cè)樓面設(shè)備較少，可考慮作為主通道，寬度一般不小于1.5-2.0米并貫通全廠。上游側(cè)過道留得寬度較窄，為1.0-1.2米，這樣，在發(fā)電機(jī)通

22、風(fēng)道的樓蓋板上人走動(dòng)的機(jī)會(huì)可能多一些，實(shí)踐證明，維護(hù)的當(dāng)，對發(fā)電機(jī)運(yùn)行并無影響，但當(dāng)發(fā)電機(jī)檢修，風(fēng)道蓋板被吊出時(shí)會(huì)顯擁擠，因此大中型電站主廠房的過道不宜太窄。 發(fā)電機(jī)消防設(shè)施宜布置在發(fā)電機(jī)層，這樣對處理事故有利。發(fā)電機(jī)制動(dòng)閘一般都設(shè)在發(fā)電機(jī)層機(jī)旁盤或調(diào)速器附近，一便運(yùn)行人員操作。以往溫度信號(hào)器盤大多安在上機(jī)架上，這樣機(jī)組震動(dòng)會(huì)引起表記誤差，故宜單獨(dú)設(shè)在機(jī)旁盤側(cè)為好。 發(fā)電機(jī)層平面設(shè)備布置應(yīng)考慮在吊車主，副鉤的工作范圍線內(nèi)，致使樓面所有設(shè)備都能由廠內(nèi)吊車起吊，在吊鉤工作范圍線內(nèi)應(yīng)設(shè)有供安裝檢修必需的吊物孔，以溝通上下層的運(yùn)輸。大型電站最好每臺(tái)機(jī)組設(shè)一個(gè)吊物孔，這樣當(dāng)一臺(tái)機(jī)檢修時(shí)不致影響相鄰的機(jī)組

23、的正常運(yùn)行。吊物孔宜布置在設(shè)備較少的一側(cè)，平時(shí)用鐵蓋板蓋住。 主場房如有條件，應(yīng)在發(fā)電機(jī)層布置一主機(jī)值班室，值班室面積不用太大，并裝設(shè)電話，便于運(yùn)行人員工作，以往運(yùn)行電站無此值班室，不得不在發(fā)電機(jī)層安放臨時(shí)的值班桌椅，有礙美觀。2.5.2安裝間布置安裝間的面積與進(jìn)廠布置前已述及，再補(bǔ)充幾點(diǎn)如下：(1)安裝間是主廠房的一部分，其位置可在主廠房的一端，也可在主廠房的中間，位置確定主要取決于對外交通的路線，已建電站中多數(shù)在主廠房的一端，少數(shù)電站因地制宜，有布置在廠房中間的。(2)安裝間的高程應(yīng)與進(jìn)廠交通一致，并于發(fā)電機(jī)層最好在同一高程。安裝間還要考慮設(shè)置發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢修坑，孔的尺寸決定于主軸法蘭盤的大

24、小，并在每側(cè)多寬0.25米，有的電站在安裝間還設(shè)有水輪機(jī)轉(zhuǎn)子間。廠內(nèi)有兩臺(tái)吊車工作的安裝間要考慮安放平衡梁的位置。有的電站在安裝間設(shè)有地錨，供吊車作靜載實(shí)驗(yàn)用。(3)安裝間大門尺寸如通行標(biāo)準(zhǔn)軌距的火車，其寬度一般不小于4.2米，高度不小于5.4米，通行載重汽車的大門一般不小于3.3米，高度不小于4.5米，如大型平板車進(jìn)廠，大門寬度也不能小于4.2米?？傊獫M足運(yùn)輸車輛進(jìn)廠的要求。另外，有的電站主變壓器需進(jìn)廠檢修，則安裝間大門尚需要根據(jù)主變壓器尺寸確定。有時(shí)為了減少尺寸，主變壓器進(jìn)廠可采用底座輪子轉(zhuǎn)向，拆除周圍散熱器等措施。2.5.3水輪機(jī)層布置 水輪機(jī)層習(xí)慣上是指發(fā)電層以下，蝸殼大塊混凝土以

25、上的這部分空間。如空間較大，也可在中間布置夾層。水輪機(jī)層通常布置機(jī)電附屬設(shè)備及管線，因此最好能采用合理的分區(qū)布置方式，力求避免機(jī)電管線交叉現(xiàn)象。我國有不少電站采取了電與機(jī)分別布置在廠房縱軸線上，下游測的布置方式，不但維護(hù)檢修方便，同時(shí)也提高了運(yùn)行的可靠性，當(dāng)然，電氣布置在哪一側(cè)與發(fā)電機(jī)出線方向，變壓器的位置有關(guān)，水力機(jī)械的回復(fù)機(jī)構(gòu)要與調(diào)速器，作用筒的位置一致。3. 主廠房結(jié)構(gòu)計(jì)算3.1 屋面鋼梁設(shè)計(jì)3.1.1.結(jié)構(gòu)形式及布置 主廠房跨度為15m,柱高15m,柱距6m，屋面坡度1：10，檁條間距1.5m,鋼梁構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)連接板的鋼材質(zhì)為Q235B.F。其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為,抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為。Q235B.

26、F鋼材對應(yīng)采用E-43型焊條，采用手工焊接。3.1.2.荷載計(jì)算(1)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：(對水平投影面)屋面板及巖棉保溫層0.25KN/m²檁條及屋面支撐0.10 KN/m²總計(jì)0.35 KN/m²(2)可變荷載設(shè)計(jì)值屋面活載0.30 KN/m²雪荷載0.65 KN/m²取兩者較大值0.65 KN/m²(3)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 基本風(fēng)壓為:,地面粗糙類別為B類，風(fēng)荷載變化系數(shù)按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092001)的相關(guān)規(guī)定取值。左風(fēng)作用下的計(jì)算簡圖如下： 圖3.0 廠房計(jì)算簡圖 圖3.1 左風(fēng)荷載作用圖()表3.1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算表

27、構(gòu)件號(hào)基本風(fēng)壓()體型系數(shù)()風(fēng)壓高度變化系數(shù)()風(fēng)振系數(shù)()迎風(fēng)寬度(B)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值()10.40.81.141.062.3030.40.81.251.062.5250.40.61.251.061.8960.40.51.251.061.5720.40.51.141.061.4440.40.51.251.061.57(4)地震作用 地震烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地土類別為類。采用震型分解反應(yīng)譜法，主要考慮前三階段震型參與工作，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05(5)吊車荷載 選用50/10t輕級工作制橋式吊車，根據(jù)吊車產(chǎn)品目錄可知，吊車額定起重量Q501KN,吊車最大輪壓348KN,最小輪壓80

28、KN,吊車自重G493.129KN，吊車一側(cè)輪距W4800mm，吊車寬B6330mm，吊車跨度13.5m；其示意圖如下：圖3.2吊車荷載作用于支座處的剪力影響線示意圖 利用結(jié)構(gòu)力學(xué)影響線?？捎?jì)算出吊車的豎向輪壓標(biāo)準(zhǔn)值 (3.1) (3.2) 吊車的橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：每個(gè)輪子上的橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值： (3.3)利用影響線計(jì)算出每個(gè)輪子上的最大橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值 (3.4)(6)荷載效應(yīng)組合：由于本工程的抗震設(shè)防烈度為8度且相應(yīng)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.40KN/m²(0.35KN/m²)，用此風(fēng)荷載可不與地震作用同時(shí)組合，本設(shè)計(jì)由PKPM軟件自動(dòng)組合，在組合過程中各荷載分享系數(shù)和組

29、合系數(shù)見下表。表3.2荷載組合效應(yīng)表荷載工況荷載分項(xiàng)系數(shù)組合系數(shù)恒載1.05活載1.20.7左風(fēng)荷載1.30.6右風(fēng)荷載1.30.6吊車荷載1.10.7備注：地震作用時(shí)，活載組合系數(shù)取0.5; 計(jì)算過程中應(yīng)考慮活載的不利位置。3.1.3.內(nèi)力分析與位移計(jì)算（1） 建模：通過建模得到屋面鋼架的最終結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖如下圖所示: 圖3.3鋼架計(jì)算簡圖(2)結(jié)構(gòu)內(nèi)力：利用PKPM軟件求出鋼梁的內(nèi)力值如下圖所示： 恒載作用下的內(nèi)力圖 90.3 90.3圖3.4 彎矩圖() 23.5 26.87 -23.5圖3.5 剪力圖() 活載作用下的內(nèi)力圖 114.7 114.7 圖3.6 彎矩圖() 2926.87.

30、8 -29.8 圖3.7 剪力圖() 組合后的門式鋼架內(nèi)力圖 圖3.8 彎矩包絡(luò)圖()圖3.9 剪力包絡(luò)圖()圖3.10 軸力包絡(luò)圖()(3)橫梁撓度 由PKPM計(jì)算出的鋼梁撓度如下圖所示： 圖3.11 鋼梁撓度圖其中，跨中最大撓度35.50mm，則 (3.5) 滿足設(shè)計(jì)要求(4)柱頂側(cè)移 由PKPM計(jì)算出柱頂和牛腿位置的側(cè)移如下圖所示： 圖3.12 恒載和活載共同作用下的側(cè)移圖 左風(fēng)荷載作用下的鋼梁側(cè)移圖： 圖3.13 左風(fēng)荷載作用下的側(cè)移圖 吊車水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的鋼梁側(cè)移圖 圖3.14 吊車荷載作用下的側(cè)移圖其中，柱頂側(cè)移U13.7mm,則 (3.6)滿足設(shè)計(jì)要求。3.1.4.構(gòu)件驗(yàn)算

31、(1)鋼梁AB(H(350800) ×200×10×12鋼材彈性模量截面幾何特性： A端截面的幾何特性：A端截面尺寸：H350×200×10×12，截面面積與截面凈面積：， B端截面的幾何特性：H800×200×10×12，截面面積與截面凈面積 (2)單元內(nèi)力，考慮各種荷載效應(yīng)組合后，用電算得出桿件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值為： AB鋼梁的A端截面內(nèi)力：軸力：; 彎矩：; 剪力： AB鋼梁的B端截面內(nèi)力：軸力:; 彎矩：; 剪力：(3)單元計(jì)算長度： 平面內(nèi)計(jì)算長度：計(jì)算長度取橫梁長度7.54m 平面外計(jì)算長度： 考慮

32、屋面壓型鋼板與檁條牢固連接，且存在著“蒙皮效應(yīng)”，因此檁條可作為橫梁平面外的側(cè)向支撐點(diǎn)，但為安全起見，對于鋼架平面外的計(jì)算長度則應(yīng)根據(jù)隅撐的設(shè)置來確定，本工程的隅撐設(shè)置位置為兩檁距一個(gè)，故平面外計(jì)算長度取2倍檁條間距(檁距為1.5m)即3m。(4)AB梁的強(qiáng)度驗(yàn)算： 控制截面的強(qiáng)度驗(yàn)算：a、AB鋼梁A端的強(qiáng)度 (3.7)滿足強(qiáng)度要求 (3.8)滿足強(qiáng)度要求b、AB鋼梁B端的強(qiáng)度 (3.9)滿足強(qiáng)度要求 (3.10)滿足強(qiáng)度要求 抗剪承載力驗(yàn)算取梁端A截面進(jìn)行驗(yàn)算，由于梁的腹板不設(shè)加勁肋，所以5.34,由式 (3.11)由于,故抗剪承載力為： (3.12)滿足強(qiáng)度要求 抗彎承載力驗(yàn)算：由于 所以

33、 (3.13) 滿足抗彎承載力要求(5)鋼梁AB整體穩(wěn)定驗(yàn)算 平面內(nèi)整體穩(wěn)定 (3.14) (3.15)對于x軸，屬于Q235，按B類截面，查附表可得,則 (3.16) 滿足平面內(nèi)整體穩(wěn)定性要求 平面外整體穩(wěn)定 (3.17)對于y軸，屬于Q235，按B類截面，查附表可得,等效彎矩系數(shù) (3.18),且經(jīng)計(jì)算，于是 1.481 1.029 (3.19) (3.20) 4.030.6修正可得：取 (3.21)滿足平面外整體穩(wěn)定要求(6)AB鋼架局部穩(wěn)定驗(yàn)算 翼緣局部穩(wěn)定 (3.22) 腹板局部穩(wěn)定 (3.23)局部穩(wěn)定性滿足要求3.1.5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)橫梁與橫梁拼接點(diǎn)采用(10.9級)扭剪型摩擦型高強(qiáng)

34、螺栓連接，接觸面采用噴砂后生銹處理，摩擦面扛滑移系數(shù)M0.45,每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P155KN，如下圖所示： 圖3.15 屋面鋼梁拼接詳圖 端板厚度為30mm，連接處傳遞的內(nèi)力設(shè)計(jì)值如下：軸力：N12kN 彎矩：M232.4kN·M 剪力：V1.0kN(1)橫梁與橫梁連接點(diǎn)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算 最外排螺栓桿軸方向受拉驗(yàn)算 (3.24) 滿足連接強(qiáng)度要求 次外排螺栓桿軸方向受拉驗(yàn)算 (3.25) 76.65KN 0.8P124kN 滿足連接強(qiáng)度要求 外排螺栓抗剪承載力驗(yàn)算 (3.26) 滿足連接強(qiáng)度要求(2)端板厚度驗(yàn)算端板采用B.F 厚度為30mm，其材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f215 N/mm&#

35、178; 端支撐類端板(外伴式) (3.27)滿足設(shè)計(jì)要求 螺栓處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算由于 則 (3.28)滿足設(shè)計(jì)要求3.2 吊車梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 基本資料本設(shè)計(jì)吊車梁跨度為6m,選用兩臺(tái)50/10t軟鉤、輕級工作制橋式起重機(jī)。初擬該T形梁的梁高、梁肋寬計(jì)算寬度、翼緣計(jì)算寬度、翼緣計(jì)算高度，截面尺寸如圖3.16。 圖3.16 T形截面尺寸圖混凝土強(qiáng)度等級為C40：、受力鋼筋為HRB400鋼筋：箍筋為HPB235鋼筋： 砂漿容重：橋機(jī)計(jì)算跨度： 大車每側(cè)的輪子數(shù)： 橋機(jī)輪子的最大輪壓為： 橋機(jī)輪子的最小輪壓為： 額定起重量： 橋機(jī)寬度： 橋機(jī)每側(cè)輪距為： 依據(jù)的規(guī)范及參考文獻(xiàn)：DL/T 5057

36、2009 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 SL2662001 水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范 中國水利水電出版社 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)高等教育出版社 結(jié)構(gòu)力學(xué)DL 50771997 水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范水利電力出版社 水電站廠房設(shè)計(jì)3.2.2 荷載計(jì)算結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為：，因?yàn)槌志脿顩r，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)。 結(jié)構(gòu)系數(shù)： 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)：，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)：，動(dòng)力系數(shù)取為： 梁上作用的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：C30細(xì)石混凝土找平層標(biāo)準(zhǔn)值：鋼軌及附件重標(biāo)準(zhǔn)值：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值：均布荷載設(shè)計(jì)值：移動(dòng)荷載：由鋼梁荷載計(jì)算內(nèi)容可知豎向最大輪壓標(biāo)準(zhǔn)值：移動(dòng)(集中)荷載設(shè)計(jì)值：橫向水平荷載設(shè)計(jì)值：3.2.3 內(nèi)力計(jì)算(1)吊車

37、梁的計(jì)算長度取為：，跨中絕對最大彎矩的輪壓位置如下圖所示： 圖3.17 吊車梁的彎矩計(jì)算簡圖 跨中最大彎矩： (3.29) (2)支座處最大剪力(計(jì)算簡圖如下) 圖3.18 梁的剪力計(jì)算簡圖在集中力作用下支座A反力： (3.30)吊車梁支座處的最大剪力： (3.31)3.2.4 配筋計(jì)算 1. 正截面承載力計(jì)算該吊車梁采用預(yù)制梁，梁的截面尺寸參考同類的結(jié)構(gòu)初擬，梁高滿足梁跨的要求(梁高h(yuǎn)取為跨長的)，梁的高寬比也滿足要求(梁的高寬比為)，需要求受拉鋼筋截面面積。吊車預(yù)制T型梁高度、梁肋寬、翼緣計(jì)算寬度、翼緣計(jì)算高度。根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果可知，梁的下部配筋需根據(jù)內(nèi)力計(jì)算中的跨中彎矩值 進(jìn)行計(jì)算。已

38、知：混凝土強(qiáng)度等級為C40：、；受力鋼筋為HRB400鋼筋：；箍筋為HPB235鋼筋：；鑒別T型梁的所屬情況： 所以屬于第一種情況的T形梁 (3.32)選配鋼筋： 2. 斜截面承載力計(jì)算 (1)截面尺寸復(fù)核根據(jù)內(nèi)力計(jì)算可知：最大剪力值為。驗(yàn)算截面尺寸，由于，根據(jù)DL/T50572009水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式6.5.1-1得：故截面尺寸滿足抗剪要求。 (2)驗(yàn)算是否按計(jì)算配置腹筋 故應(yīng)按計(jì)算配置腹筋。 (3)腹筋計(jì)算假設(shè)不設(shè)彎起筋，初選四支箍筋。 (3.33)取，則所以配，a)驗(yàn)算配筋率：滿足最小配筋率的要求。b)計(jì)算： (3.34) 故構(gòu)件所配的鋼筋足以抵抗荷載引起的剪力，不需要彎起鋼

39、筋來抗剪。 3. 抗扭計(jì)算橫向水平剎車力T是通過大輪子傳給軌頂、由軌頂再傳給吊車梁的。力的方向?yàn)樗较颍Φ淖饔梦恢门c豎向輪壓相同，因此梁在橫向水平剎車力作用下的內(nèi)力計(jì)算與豎向一樣，只需將大車的一個(gè)輪子橫向水平剎車標(biāo)準(zhǔn)值代替豎向計(jì)算中的，而自重等均布恒載則不予考慮。根據(jù)SL/2662001水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范公式(4.2.4)計(jì)算作用于吊車梁的扭矩標(biāo)準(zhǔn)值： (3.35)式中:吊車軌道安裝偏心矩，一般取；吊車橫向水平剎車力T對吊車梁截面彎曲中心的距離，；軌道頂至吊車梁頂面的距離，??；吊車豎向輪壓動(dòng)力系數(shù)，1.05；吊車最大豎向輪壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN，。截面彎曲中心至截面頂面距離；吊車橫向水平作用標(biāo)準(zhǔn)值(

40、一個(gè)輪子)，kN，(m為作用在一側(cè)吊車梁上的輪子數(shù))。扭矩和剪力共同作用下的組合系數(shù)，。可求出截面彎曲中心至截面頂部的距離見圖3.17 (3.36) 梁的最大扭矩(產(chǎn)生在近支座截面處，和求單跨梁支座最大剪力的方法相同： (3.37)圖3.17 換算截面圖(單位：mm)(1)驗(yàn)算截面尺寸： T形截面各矩形分塊的抗扭剛度為：梁肋： (3.38)翼緣： (3.39)整個(gè)截面受扭塑性抵抗矩為： (3.40) (3.41) 截面尺寸滿足要求。(2)驗(yàn)算是否需按計(jì)算確定抗剪扭鋼筋 (3.42)應(yīng)按計(jì)算確定抗剪扭鋼筋。(3)抗彎縱筋計(jì)算：判別T型梁截面類型： (3.43) 屬于第一類T型截面，按矩形截面計(jì)算，與前面