項(xiàng)目5 任務(wù)八 泵房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

同學(xué)們大家好，歡迎大家走進(jìn)水泵與水泵站的課堂。在任務(wù)七中我們學(xué)習(xí)了泵房整體穩(wěn)定分析,它包括抗滑穩(wěn)定計(jì)算及地基應(yīng)力校核等內(nèi)容。泵房滿足穩(wěn)定要求后,才能進(jìn)行各部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本次課程將為大家介紹泵房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目五

泵房設(shè)計(jì)任務(wù)八泵房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)泵房滿足穩(wěn)定要求后,才能進(jìn)行各部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。泵房是由基礎(chǔ)墻體、樓板層、屋蓋、門窗幾大部分所組成的建筑物，不同結(jié)構(gòu)形式形成不同類型的泵房。下面介紹分基型、干室型、濕室型三種常見泵房的主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)組的基礎(chǔ)是用來固定水泵和電動(dòng)機(jī)的相對(duì)位置，承受機(jī)組重量及其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)力，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。臥式機(jī)組基礎(chǔ)多為墩式，立式機(jī)組基礎(chǔ)多為梁式。故分基型泵房除校核泵房地基應(yīng)力外，還需校核基礎(chǔ)的地基應(yīng)力。（一）分基型泵房1．基礎(chǔ)的尺寸在確定基礎(chǔ)平面尺寸時(shí),應(yīng)滿足水泵樣本中水泵安裝尺寸的要求，且螺孔中心離基礎(chǔ)邊緣的距離b應(yīng)不小于200mm，螺栓的埋置深度h2參照下表確定，螺栓的保護(hù)層厚度t不小于150～200mm

。為防止積水、便于安裝，基礎(chǔ)的最低頂面應(yīng)比室內(nèi)地坪高100～300mm，如下圖。小型機(jī)組帶有底座時(shí)，底座邊緣至基礎(chǔ)邊緣距離應(yīng)大于100mm

；對(duì)于電動(dòng)水泵機(jī)組，其墩基重應(yīng)大于機(jī)組總重的3倍；對(duì)于柴油機(jī)水泵機(jī)組，其墩基的重量應(yīng)大于機(jī)組總重量的5倍。2．地基應(yīng)力校核機(jī)組基礎(chǔ)除受到靜力作用外，還受到動(dòng)力作用，振動(dòng)過大會(huì)影響機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)、工作人員的健康，還會(huì)引起地基附加沉陷，引起泵房損壞，故基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使基礎(chǔ)應(yīng)力滿足地基允許承載力的要求。因?qū)嶋H上很難估計(jì)地基受動(dòng)力影響的效果，常按靜荷載下的地基允許承載力[R]乘以振動(dòng)折減系數(shù)ψ計(jì)算。式中

P——基礎(chǔ)底面應(yīng)力，kPa；G——基礎(chǔ)和機(jī)組重力，kN；F——基礎(chǔ)底面面積，㎡；ψ——振動(dòng)折減系數(shù)，可按0.8～1.0選用，高揚(yáng)程機(jī)組的基礎(chǔ)可采用小值，低揚(yáng)程機(jī)組的塊基型整體式基礎(chǔ)可采用大值。[R]——在靜荷載作用下的地基允許承載力，kPa。

干室型泵房水上部分同分基型泵房，水下部分由墻、底板、樓梯組成。下面分別討論其墻體和底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1．墻體干室型泵房水下墻體既承受泵房地面以上部分墻體傳來的垂直力、彎矩、剪力，又承受墻側(cè)的土壓力和水壓力。其計(jì)算方法根據(jù)上部墻體形式不同而不同。（二）干室型泵房當(dāng)其與上部墻體的剛度比值不大于5時(shí)，兩者視為個(gè)整體，按變截面的排架進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)剛度比值大于5時(shí)，下部墻體不受上部墻體變形影響，兩者可分開計(jì)算，荷載組合情況有:（1）地下室墻體已建，且已回填土，地下水位為最高水位時(shí)，按上端自由、下端固定的懸臂梁計(jì)算，如下圖

(a）。（2）泵房已成，室外未回填土，按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，如下圖

(b)。干室型泵房地下墻體荷載組合墻體常用鋼筋混凝土材料,其厚度和配筋按上面兩種荷載組合中最大應(yīng)力確定。當(dāng)上部荷載較小、地下水位較低時(shí)，也可采用磚墻結(jié)構(gòu)，但墻厚應(yīng)不小于490mm,并設(shè)有防潮設(shè)施。2．底板

(1)主要荷載有:①底板自重;②泵房上部屋面磚墻、下部墻體荷載;③泵房內(nèi)設(shè)備重;④土壓力、水壓力及地面活荷載對(duì)下部墻體底部產(chǎn)生的彎矩傳至底板;⑤揚(yáng)壓力;⑥風(fēng)荷載;⑦地基反力。(2)計(jì)算方法:常用倒置梁法，當(dāng)矩形底板長寬比大于2時(shí),沿泵房進(jìn)出水方向取單寬(1m)板條視為以墻為支撐的倒置梁計(jì)算簡圖，如圖所示。式中q均——地基平均應(yīng)力，kN／m；q揚(yáng)——底板承受的揚(yáng)壓力，kN／m；Q自——底板自重，kN／m。倒置梁法計(jì)算簡便，精度差，中小型泵房可用此法。由于干室型泵房地下墻體和底板經(jīng)常受到水壓力作用，故不允許出現(xiàn)裂縫，計(jì)算應(yīng)進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。（三）濕室型泵房電機(jī)層樓板以上的墻體及屋蓋同分基型泵房,其樓板常采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。1．樓板墩墻式濕室型泵房，電機(jī)層樓板為墩墻上的預(yù)制板，如圖所示；排架式濕室型泵房電機(jī)層樓板與排架柱整體澆筑，常用整澆板。樓板所受荷載為：（1）板自重q1

。（2）活荷載，包括人群荷載q2（均布）和設(shè)備安裝檢修荷載（按一臺(tái)最重的設(shè)備重量作為集中荷載P）。設(shè)計(jì)荷載組合采用q1+q2，校核荷載組合采用q2+P。2．電機(jī)梁電機(jī)梁為支撐電動(dòng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，是由主、次梁組成的井字梁系結(jié)構(gòu)，主梁之間、次梁之間間距由電動(dòng)機(jī)底座尺寸而定。主梁上承受的荷載有：(1)主梁自重q1,kN/m,靜荷載;(2)電機(jī)層樓板重q2,kN/m,靜荷載;(3)電機(jī)層樓板上的活荷載q3,kN/m,靜荷載(4)電動(dòng)機(jī)定子和底座的重量P1,kN，靜荷載，無資料時(shí)P1=60%G電動(dòng)機(jī);(5)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子重量P2,kN，動(dòng)荷載，無資料時(shí)P2=40%G電動(dòng)機(jī);(6)水泵泵軸和葉輪重P3,kN.動(dòng)荷載(7)作用在水泵葉輪上的軸向水壓力P4，kN;(8)另外電機(jī)梁還承受機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的正常扭矩Mz與短路停機(jī)時(shí)所產(chǎn)生短路扭矩MD，

P電

<500kw可不考慮。為簡化計(jì)算，將上述動(dòng)荷載乘以動(dòng)力系數(shù)(1.2-1.8)后按靜荷載計(jì)算,則當(dāng)主梁為簡支梁時(shí)，計(jì)算如圖所示。當(dāng)主梁為連續(xù)梁時(shí)，應(yīng)選用最不利情況:一些跨機(jī)組已運(yùn)行,另一些跨機(jī)組尚未安裝。3．水泵梁水泵梁為支撐泵殼等部件的支撐結(jié)構(gòu)，類似于電機(jī)梁，亦為井字梁系結(jié)構(gòu)。墩墻式泵房的水泵梁為單跨梁，根據(jù)梁、墩墻的剛度情況，按兩端固定或兩端簡支計(jì)算。計(jì)算如圖所示。兩端簡支計(jì)算圖連續(xù)梁計(jì)算圖排架式濕室型泵房的水泵梁與排架整體澆筑，按連續(xù)梁計(jì)算。作用荷載主要有：（1）水泵梁自重，均布靜荷載

，q，kN／m；（2）泵體重，包括喇叭段、導(dǎo)葉體、彎管等，G1

，kN；（3）部分水泵梁所承擔(dān)的出水彎管至后墻間水管及管中水重，G2

，kN；（4）水泵事故停機(jī)時(shí)，水倒流對(duì)水泵彎管管壁產(chǎn)生沖擊力，如圖，事故停機(jī)時(shí)，作用在一根主梁上的水平?jīng)_擊力Px

為4．墩墻及排架墩墻為墩墻式濕室型泵房的承重和圍護(hù)構(gòu)件，排架則為排架式濕室型泵房的承重構(gòu)件。1)墩墻墩墻包括邊墩、中墩和后墻，起圍護(hù)承重、防滲、擋水（土）作用。

邊墩為重力擋土墻的結(jié)構(gòu)型式，中墩類似于水閘的閘墩，后墻的結(jié)構(gòu)型式常用平板式或拱式，其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法隨墻的高寬比不同而異：（1）平板式：高寬比大于2時(shí)，按連續(xù)梁計(jì)算；高寬比小于2時(shí)，視后墻、邊墩、中墩及底板聯(lián)結(jié)情況按三邊固定、一邊自由或三邊簡支、

一邊自由的雙向板計(jì)算；（2）拱式：按無鉸圓弧拱計(jì)算，拱腳支撐于邊墻和中墩上，用混凝土封固。2）排架排架式濕室型泵房的下部排架由立柱、上下橫梁、柱基礎(chǔ)組成一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，為簡化計(jì)算,按平面結(jié)構(gòu)計(jì)算。順?biāo)鞣较驗(yàn)闄M排架，垂直水流方向?yàn)榭v排架。（1）橫排架

如圖計(jì)算單元取一跨，作用荷載有：①上橫梁自重及電機(jī)層樓板傳來的均布靜荷載q上

；②下橫梁自重q下

；③電機(jī)梁傳給上橫梁的集中荷載P電

；④水泵梁傳給下橫梁的集中荷載P泵；⑤上部墻柱（進(jìn)、出水側(cè)）傳給上橫梁的集中力P支及彎矩M1、M2

；⑥水平風(fēng)力P風(fēng)及彎矩M風(fēng)

（考慮左、右吹兩種情況）。（2）縱排架取出水側(cè)縱排架為計(jì)算單元，為一雙層多跨剛架，作用荷載有：①均布荷載q上

，q上

=q1+q2+q4其中q1為上縱梁自重，q2

為上縱梁電機(jī)層樓板自重，

q4為上縱梁上部磚墻及屋面系統(tǒng)荷載②電機(jī)層樓板均布活荷載q3

；③下縱梁自重q下；④集中荷載P，出水管及管中水重由縱梁支撐部分；⑤水平風(fēng)力P風(fēng)及彎矩M風(fēng)

（圖中假設(shè)為右吹）。注意:計(jì)算簡圖中q3及P的作用位置應(yīng)考慮最不利荷載組合。5．底板不同泵房結(jié)構(gòu)及不同地基條件決定了濕室型泵房的底板結(jié)構(gòu)型式不同。軟土地基：墩墻式濕室型泵房常采用帶齒坎的等厚平底板或板梁式平底板；硬土或承載力大的地基：墩墻式濕室型泵房采用條形基礎(chǔ)；排架式濕室型泵房，底板常用帶齒坎的等厚平底板或板梁式平底板，硬土基、巖基上用獨(dú)立基礎(chǔ)。1）墩墻式泵房帶齒坎等厚平底板計(jì)算為簡化計(jì)算,常近似地認(rèn)為地基反力在垂直水流方向上是均勻分布的，把底板按平面問題處理。由于邊墩、中墩的剛度在順?biāo)鞣较蜉^大，故底板的彎曲變形主要產(chǎn)生在垂直水流方向上，可在垂直于水流方向上截取具有代表性的單寬板條按連續(xù)梁設(shè)計(jì),常用方法為倒置梁法。取整個(gè)底板或相鄰兩沉陷縫之間的底板為計(jì)算單元，垂直水流方向取單寬板條,視為以邊墩和中墩為支點(diǎn)的連續(xù)梁，取幾個(gè)時(shí)期中荷載組合最大值為均布荷載q，如圖所示。式中

q地——地基反力，kN／m；q滲——滲透壓力，kN／m；q浮——浮托力，kN／m；q自——自重，kN／m；q水——水重，kN／m。2）排架式泵房底板計(jì)算為簡化計(jì)算，可簡化為平面問題。(1)帶齒坎的等厚底板。作用在底板上的設(shè)計(jì)荷載q可參照墩墻式計(jì)算方法，把底板無齒坎部分看作兩端為彈性固結(jié)于齒坎的單向板，再將底板迎水面和背水面的齒坎部分作為以排架立柱為支點(diǎn)的連續(xù)梁計(jì)算。（2）板梁式平底板其結(jié)構(gòu)形式一般有兩種，如圖所示。作用在平底板上的設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算方法同