水电站厂房的设计说明

绪论
水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。

厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。

通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。

所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。

其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。

水电站厂区包括：
（1）主厂房。

布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。

（2）副厂房。

布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。

（3）主变压器场。

装设主变压器的地方。

电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。

（4）开关站（户外高压配电装置）。

装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。

由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。

根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：
1. 坝后式厂房。

厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。

2. 河床式厂房。

厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如西津水电站厂房。

若厂房机组段还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。

3. 引水式厂房。

厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。

当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。

水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以
下的特点:
（1）厂房安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。

（2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。

（3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。

（4）厂房运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。

（5）水电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。

（6）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。

由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。

对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。

而且,全厂的机组台数不宜太多。

总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。

第一章水电站厂房的位置及形式选定
第一节水电站厂房的选择
根据报告审查会决定采用钢筋混凝土面板堆石坝为坝型，选中坝址建坝。

左岸河岸式溢洪道，右岸长隧洞引水，在桐子营大桥以下420米处河道右侧建岸边厂房的枢纽总体布置方案。

通过工程所在地区水文、地质、地形、地貌构造，初步拟定在桐子营大桥以下420米处，靠近贡水河的右岸桔园处建设厂房，采用引水式厂房布置形式，通过有压隧洞引水。

选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。

第二节厂房布置方岸的选定
方岸一：主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。

这个方岸的优点是（1）基础开挖几劈坡工程量小。

（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。

（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。

方岸二：副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。

这个方岸的优点是（1）靠近公路，交通便利。

（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。

对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。

第二章 下部结构的设计与布置
第一节 水轮机的计算
一、水轮机型号及主要参数选择：
1.水电站最大水头max H =65.89m ，设计水头r H =50.4m ，加权平均水头
av H =r H =50.4m,
最小水头min H =35.7m ，装机容量为24MV ，初步布置2台机组，则单机容量为12MV 。

2. 水轮机型号选择
根据该水电站的水头变化围35.7m~65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。

水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择
（1）转轮直径1D 计算
查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量'1Q =1110L/S=1.113m /s,效率m η=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1m Q ='1Q =1.113m /s,效率η=86.0%，设gr η=97% 水轮机的额定出力 r N =
gr
gr
N η=
12000
0.97
=12371KW,上述的'1Q 、η和r N =12371KW 、r H =50.4m 代入式 1D
=1.85m ﹙2.1﹚
选用与之接近而偏大的标称直径1D =2.0m （2）转速n 的计算
查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速'
10n =71.0r/min,初步假定'10m n ='10n =71.0r/min,将已知的'10n 和av H =50.4m ，1D =2.0m
代入式
n=11n D
==252.0r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=300r/min.
﹙2.2﹚
3.效率及单位参数修正
HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M η=90.7%，模型转轮直径为
1M D =0.404，根据式3-14 可得原型效率：
max
η=1-
(
)
5
max 1M η-=1-
(
)
5
10.907-=93.2%
﹙2.3﹚
则效率修正值为ηV =93.2%-90.7%=2.5%.
考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的η∆值中再减去一个修正值ξ。

先取ξ=1.7%，则可得效率修正值为η∆=1.7%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为max max 90.7%0.8%91.5%M ηηη=+∆=+=
85.2%0.8%86.0%M ηηη=+∆=+= （与上述假定值相同）
单位转速的修正值按下式计算：)
''
1101m
n n ∆= ﹙2.4﹚
则 '
1'10m
n n ∆
=
)
110.44%==
由于''
110/ 3.0%m n n ∆∆<，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量'1Q 也可不加修正。

由上可见原假定的η=86%、''11m Q Q =、''1010m n n =是正确的，那么上述计算及选用的结果
1 2.0D m =，300/min n r =是正确的。

4.工作围的检验
在选定1 2.0D m =，300/min n r =后，水轮机的'1max Q 及各特征水头相对应的'1n 即可计算出来。

水轮机在,r r H N 下工作时，其'1Q 即为'1max Q ，故 '1max
Q
=
=
=1.024<1.11
3
m /s
﹙2.5﹚
则水轮机的最大引用流量为'
231max 1max 1.024229.08/Q Q D m s ==⨯=
与特征水头max min ,H H 和r H 相对应的单位转速为
'1min 73.92/min n r =
==
﹙2.6﹚
'
1max 100.42n =
==r/min
'184.52/min r n r =
== 在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出'1max 1024/Q L S =，''
1max 1min 100.42/min,73.92/min n r n r ==的直线，这三根直线所围成的水轮机工作围（图
中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数1 2.0D m =，300/min n r =是合理的。

5.吸出高度s H 计算
由水轮机的设计工况参数'1r n =84.52r/min,'1max 1024/Q L S =,在图上可查得相应的
气蚀系数约为0.17σ=，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为0.025σ∆=，由此可求出水轮机的吸出高度为：
590
10()10(0.170.02550.40.48 4.0900900s H H m m σσ∇=--+∆=--+⨯=->-） ﹙2.7﹚
可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择
1. 转轮直径1D 的计算
查《水力机械》可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量'1Q =1150L/S=1.153m /s,效率m η=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1m Q ='1Q =1.153m /s,效率η=90.0%，设gr η=97% 水轮机的额定出力 r N =gr
gr N η=
12000
0.97
=12371KW 上
述
的
'
1Q 、η
和
r
N =12371KW 、
r
H =50.4m 代入式
1D
1.84m = 选用与之接近而偏大的标称直径1D =
2.0m
2. 转速n 的计算
《水力机械》查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速'
10n =70.0r/min,初步假定'10m n ='10n =70.0r/min,将已知的'10n 和av H =50.4m ，1D =2.0m 代入式
n=11n D
=248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.
3. 效率及单位参数修正
可得HL 230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M η=91.0%，模型转轮直径为1M D =0.46，根据式3-14 可得原型效率
max η=1-(
)
5
max 1M η-(
)5
10.91-=93.3% 则效率修正值为ηV =93.3%-91.0%=2.3%.
考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的η∆值中再减去一个修正值ξ。

先取ξ=1.3%，则可得效率修正值为η∆=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
max max 91.0% 1.0%92.0%M ηηη=+∆=+=
89.0% 1.0%90.0%M ηηη=+∆=+= （与上述假定值相同）
单位转速的修正值按下式计算：)
''
1101m
n n ∆=
则 '1'10m
n n ∆
=
)
110.55%⎫
==⎪⎪
⎭
由于''
110/ 3.0%m n n ∆∆<，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量'1Q 也可不加修正。

由上可见原假定的η=90.0%、''11m Q Q =、''1010m n n =是正确的，那么上述计算及选用的结
果1 2.0D m =，250/min n r =是正确的。

4. 工作围的检验
在选定1 2.0D m =，250/min n r =后，水轮机的'1max Q 及各特征水头相对应的'1n 即可计算出来。

水轮机在,r r H N 下工作时，其'1Q 即为'1max Q ，故 '
1max
Q
=3
m /s
则水轮机的最大引用流量为'
231max 1max 0.968227.49/Q Q D m s ==⨯=
与特征水头max min ,H H 和r H 相对应的单位转速为
'1min 61.60/min n r =
==
'1max 83.68/min n r =
==
'170.43/min r n r =
== 在H L230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出'1max 968/Q L S =，''
1max 1min 83.68/min,61.60/min n r n r ==的直线，这三根直线所围成的水轮机工作围（图中
阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL220型水轮机方案，所选定的参数1 2.0D m =，250/min n r =是合理的。

5. 吸出高度s H 计算
由水轮机的设计工况参数'1r n =70.4r/min,'1max 968/Q L S =,在图上可查得相应的气
蚀系数约为0.133σ=，并在图《水力机械》查得气蚀系数的修正值约为0.025σ∆=，由此可求出水轮机的吸出高度为：
590
10()10(0.1330.02550.4 1.38 4.0900900s H H m m σσ∇=--+∆=--+⨯=->-）
可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求
三、两种方案的比较分析
表2-1水轮机方案参照对照表
由表可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D 相同均为2.0m ，但HL220型水轮机方案的工作围包含了较多的高效率区域，运行效率较高、气蚀系数较小、有利于提高年发电量，而HL230型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸、降低发电机造价。

根据以上分析，在限制供货方面没有问题时，初步选用HL220型水轮机方案，故水轮机型号为 HL220—LJ —200。

第二节 水轮发电机的型式选择
本设计为大中型水电站，故采用大中型机组，采用立式SF12—18—3600型发电机
表2-2 发电机的主要参数
一、水轮机主要尺寸估算
1. 极距τ；
943.69K cm τ=== ﹙2.8﹚ 式中： f S —发电机额定容量（13333KVA ） P —磁极对数（12）
j K —系数，一般取（8-10）在这里取j K =9
2. 定子径i D
221243.69333.943.14i p D cm τπ⨯⨯=== ﹙2.9﹚
3. 定子铁芯长度t I
t I =
2f i e
S CD n
式中; e n _额定转速（r/min ） ﹙2.10﹚
i D _定子径
C-系数（4*6610~6.5*10--）此处取5*610-
t I =
2f i e
S CD n =
62
13333
95.65510333.94250
cm -=⨯⨯⨯ 333.940.0140.03595.65250
i t D I n ==<⨯ 所以采用悬式水轮发电机[]9
4. 定子铁芯外径a D （机座号）
250/min 166.7/min e n r r => a D =333.9443.69377.63i D cm τ+=+=
则取 a D =378cm ，故发电机型号为1212/378SF -
二、外形尺寸估算
1. 平面尺寸估算 （1）定子机座外径1D
Q 214250/min 300e n r ≤=< 1 1.20 1.20*378453.6a D D cm ∴=== （2）风罩径2D
20000f S KVA ≤Q 21 2.0453.6200653.6D D cm ∴=+=+= （3）转子外径
32i D D δ=-
δ-单边空气间隙，初步估算时可忽略不计
3333.94i D D cm ∴==
（4）下机座最大跨度4D
10000100000f S KVA ≤≤Q 450.6D D m ∴=+ 式中5D 为水轮机基坑直径[]9
5D =3.0m
450.6D D m ∴=+=3.0+0.6=3.6m=3600cm
（5）推力轴承外径6D 和励磁机外径7D 查《水利机械》6D =2400cm ，7D =1500cm
三、轴向尺寸计算
1．定子机座高度1h
250/min 214/min e n r r =>,1295.652*43.69183.03t h I cm τ=+=+=
2．上机架高度2h
对于悬式承载机架 2h =0.250.25*333.9483.48i D cm == 3．推力轴承高度3h ，励磁机高度4h 和永磁机高度6
h []
9
3h =1000mm, 4h =1500~1800,取1600mm ，其中机架高500~700，在这里取
600mm,5h =600mm, 6h =500mm
4．下机架高度7h
悬式非承载机架 7h =0.120.12333.9440.07i D cm =⨯= 5．定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离8h 悬式非承载机架 8h =0.120.15333.9450.09i D cm =⨯= 6．下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离9h
按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm,取9h =800mm 7．转子磁轨轴向高度10h
有风扇时，10(700~1000)956.58001756.5t h I mm mm =+=+= 8．发电机主轴高度11h
11(0.7~0.9)h H =， H —发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度
H=1h +2h +3h +4h +5h +6h +8h +9h =183.03+83.48+100+160+60+50+50.09+80=766.6cm
110.80.8766.6613.28h H cm ∴==⨯=
9．定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离12h
12h =0.461h +10h =0.46⨯183.03+175.65=259.84cm
四、水轮发电机重量估算
1. 发电机总重量f G （t ）
f G =22
3
3
1133338113.35250f e S K t n ⎛⎫⎛⎫
=⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
﹙2.11﹚
1K —系数，对悬式发电机取8~10，在此处取8 2. 发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2估算
113.35
56.67522
f G G t =
=
=
3. 发电机飞轮力矩
2 3.5 3.522 5.2 3.33940.9565333.47i t CD K D I tm ==⨯⨯= ﹙2.12﹚
2K —经验系数，可按[]9
选取 , 当100375e n ≤≤时，2 5.2K =
i D —定子铁芯长度（m ） t I —定子铁芯长度（m ）
第三节 蜗壳断面形式及尺寸计算
本电站最大工作水头超过40m,故采用金属蜗壳，有线变化结构简单，水力损失大：抛物线变化结构复杂，水利损失小。

为了改善蜗壳的受力条件使水利损失最大，故采用抛物线变化规律的圆形断面，圆形金属蜗壳断面包角通常采用f=345︒
一、蜗壳进口断面流量
3max 27.49
34526.34/360360
c i Q Q f m s ︒︒
=
⨯=⨯︒= ﹙2.13﹚ max Q —水轮机最大引用流量 1. 蜗壳进口平均流速[]2
蜗壳进口断面平均流速 5.8/c V m s = 则蜗壳进口断面面积 226.34
4.54
5.8
c c c Q F m V =
== ﹙2.14﹚ 断面半径
max 1.20m ρ=
=
==
由《水力机械》可查得金属蜗壳座环尺寸，水头在70m 一下其座环外径 3.4a D m =
/2 3.4/2 1.7a a R D m ∴===
R=22
a i D
ρ+=1.7+2⨯1.44=4.10m
表2-3 蜗壳断面半径随角度的变化
第四节 尾水管形式及其主要尺寸确定
根据本电站的总装机容量为大中型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准弯肘型尾水管。

弯肘型尾水管。

是由进口直锥段，肘管和出口扩散段三部分组成，其大致形状如图所示，使用推荐的尾水管尺寸[]2
表2-4 本电站尾水管尺寸参数
表2-5 本电站尾水管尺寸参数
尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在 肘管中转弯受到离心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。

一般推荐使用合理半径R=（0.6~1.0）4D ，外壁6R 用上限，壁7R 用下限，为了减少水流在 转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口做成收缩断面，并使断面的高度缩小，宽度增大，高宽比约为0.25，肘管进出口面积比约为1.3左右。

所以，外壁半径6R =1.0⨯2.7=2..7m, 壁半径7R =0.6⨯2.7=1.62m
图3-1混流式水轮机尾水管
第五节 主厂房主要尺寸的确定
主厂房主要尺寸的确定，即主厂房的总长，总高和宽度的确定。

主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心间距），端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。

一、机组段长度的确定
装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳，尾水管，发电机等设备在X 轴方向的尺寸确定，同时还考虑机组附属设备即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。

1. 机组段长度1L 可按下式计算
1x x L L L +-=+ 式中 x L +-机组段+X 方向的最大长度 ﹙2.15﹚
x L --机组段-X 方向的最大长度
x L +和x L -可按《水力机械》中的公式按尾水管，蜗壳层和发电机层分别计算，取其中的最大值。

（1） 蜗壳层： x L +=11R δ+=4.58+1.2=5.78m ﹙2.16﹚ x L -=21 3.36 1.2 4.56R m δ+=+=
1δ—蜗壳外部混凝土厚度，一般为1.2~1.5 ，这里取1.2
（2） 尾水管层：x L +=
52 5.44 1.2 3.9222B δ+=+= ﹙2.17﹚ x L - =52 5.44
1.2 3.9222
B δ+=+=
2δ—尾水管边墩混凝土厚度，一般为1.2~1.5 ，这里取1.2
5B —尾水管宽度
1R -蜗壳+X 方向最大平面尺寸 2R -蜗壳-X 方向最大平面尺寸
（3） 发电机层： x L +=
3
3 6.536 1.80.
4 4.5682222b ϕδ++=++= ﹙2.18﹚ x L -=33 6.536 1.8
0.4 4.5682222
b ϕδ++=++=
3ϕ-发电机风罩径
b —两台机组间风罩外壁的净距，一般为1.5~2.0m ，这里取1.8m 3δ—发电机风罩壁厚 一般为0.3~0.4m ，这里取0.4m 所以 发电机机组段长度 1max max 5.78 4.56810.348x x L L L m +-=+=+= 取11m. 2. 边机组段的附加长度L ∆（一般大型水电站厂房） L ∆=()10.2~1.00.82 1.6D m =⨯= 3. 安装间长度2L
2L =()111.0~2.0 1.5 1.51116.5L L m ==⨯=，对一般电站平均取1.5.
4. 主厂房长度L: 1221116.5 1.640.1L nL L L m =++∆=⨯++= 取40m. n-为机组台数
二、厂房宽度的确定
以机组中心线为界，厂房宽度B 可分为上游侧宽度2B 和下游侧宽度1B 两部分
1B —下游侧厂房宽度，亦即尾水管的长度取1B =()13.5~4.5 4.028.0D m =⨯= 2B —上右侧厂房宽度 2B =1 3.527.0D m α=⨯=
α—系数。

当1 6.0~10.0D m =时，α=1.8~6.0,这里取α=3.5
所以厂房的宽度B=1B +2B =8.0+7.0=15.0m
三、厂房各层高层的确定
1.水轮机安装高层∇的确定
对于立轴轮流式水轮机 0
2
w s b H ∇=∇++
w ∇—设计尾水位 可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得为551.57m
0b —导叶高度 0b =0.251D =0.25⨯2.0=0.5m
s H —水轮机吸出高度（1.38m ）
02
w s b H ∇=∇++=551.57+1.38+0.5
2=553.2m
在厂房设计中机组的安装高层是一个控制性的标高。

(因为把其计算出来后
其他高程在此基础上都能计算出来了)
2. 尾水管底板的高层1∇
012b
h ∇=∇-- 式中∇—水轮机安装高层 ﹙2.19﹚
0b —导叶高度
H —底环顶面至尾水管底板的距离即尾水管的高（5.2m ）
012b h ∇=∇--=553.2-0.5
5.2547.752m -=
3. 水轮机层地面高层4∇
423r h ∇=∇++ 式中 2r —蜗壳进口段半径（1.44m ） ﹙2.20﹚
3h —蜗壳上部混凝土厚度，对金属蜗壳可取1.0m
423r h ∇=∇++=553.2+1.44+1.0=555.64m
4. 发电机层地面高层5∇（即发电机楼板高程）
5445h h ∇=∇++ 式中 4h —水轮机机坑进人门高度取2.0m ﹙2.21﹚
5h —机坑进人门上部应留的尺寸取6.0m
5445h h ∇=∇++=555.64+2.0+6.0=563.64m
5. 吊车轨道顶的高层6∇
65678910h h h h h ∇=∇+++++ 式中 ﹙2.22﹚
6h —吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度取0.8m 7h —吊运部件与固定物之间的垂直安全高度，不小于0.3m 取0.6m 8h —起吊设备的高度（发电机主轴高度取6.2m ）
9h —吊柱钩与吊运部件之间的距离一般为0.8~1.0m,取0.9m
10h —吊车主钩至轨顶的最小距离取1.2m
65678910h h h h h ∇=∇+++++=563.64+0.8+0.6+6.2+0.9+1.2=573.3
6. 厂房顶梁底高层7∇
761112h h ∇=∇++ 式中 ﹙2.23﹚
11h —吊车总高度即从小跑车顶到吊车轨道顶的高度取3.8m
12h —小跑车顶到顶梁底的净空，一般为0.2~0.5m,取0.4m
761112h h ∇=∇++=573.34+3.8+0.4=577.54m
7. 主厂房的高度
主厂房的高度由上部结构高度s H 和下部结构高度x H 两部分组成。

s H =6789101112h h h h h h h ++++++=0.8+0.6+6.2+0.9+1.2+3.8+0.4=13.9m x H =2110.16 2.8 4.0D D ++=0.16⨯22⨯2.8⨯2+4.0=10.24m （外加发电机安装高程、厂房基础开挖高程）
第三章 主厂房构架计算 第一节 立柱的截面形式选择
水电站厂房中现浇的构架立柱大多采用矩形截面，当吊车起重能力在10吨以上时，下柱截面高度h 不小于2H /12~2H /14,截面宽度不小于2H /25,（在此2H 为下柱高度），一般要求b ≥40厘米。

柱子的高度h=厂房顶梁底高程-发电机层地面高程=577.54-563.64=13.9m
水电站厂房吊车梁的截面较大，梁的高跨比0h /L 一般取11
~47
，在该电站厂房
中取15，0h /L=15，L 为立柱的跨度为7.5m ，所以0h =1
5L=1.5m.下柱的高度2H =（吊
车轨道顶高程-发电机层地面高程）-0h =573.34-563.64-1.5=8.2m ，上柱的高度=13.9-8.2=5.7，因此，下柱截面高度h=28.2
0.6831212
H ==,截面宽度b=
28.2
0.3252525
H ==，下柱截面尺寸取 500m 700m ⨯,上柱截面尺寸取500500⨯。

第二节 厂房屋面板荷载计算及型号选择
该电站厂房（Ⅱ级安全级别）采用1.5 6.0m m ⨯的大型屋面板，抗震设计烈度为6度，
无悬挂荷载。

屋面荷载标准值计算如下：
防水层 0.35KN/2m
20mm 厚水泥砂浆找平层 0.40 KN/2m 150mm 厚加气混凝土 0.90 KN/2m 预应力混凝土屋面板及灌浆缝 1.50 KN/2m 屋面支撑及吊管自重 0.15 KN/2m 所以永久荷载标准值总计 0.30 KN/2m 风荷载 0.35 KN/2m 雪荷载 0.25 KN/2m 屋面活荷载 0.5 KN/2m
因为屋面活荷载与雪荷载部同时存在，屋面活荷载较大，故取屋面活荷载组合 可变荷载标准值q=1.35⨯3.30+1.4⨯0.5⨯0.7=4.945 KN/2m 无钢天窗架选用代号为a 檐口形状为两端外天沟代号为B
根据实际屋面荷载设计值，在表4中15m 跨屋面荷载设计值为q=5.0 KN/2m 一栏选取屋架荷载能力等级为3级
因此无天窗的屋架型号为WJ15—3Ba;并参照本图集页19、20.根据有关规标准，按抗震设防烈度为6度，布置屋架上，下弦支撑。

屋架技术经济指标，选用屋架自重5.48t.
第三节 吊车梁的结构设计
一、吊车梁的截面设计
T 形截面刚度较大，抗扭性能较好，便于固定轨道：检查走道较宽，适用于大中型吊车梁，所以该吊车梁选T 形截面。

梁的高跨比h/l 一般取11
~47
，梁的高宽比对T 形截面梁高与肋宽的比例可达6-7，
上翼缘宽度'1b 还应满足固定轨道要求，一般取11~32梁高，上翼缘的高度'1h 一般取11
~
58
梁高。

由于梁的跨度为7.5m, 11
,7.5 1.0777
h h m l =∴=⨯=，所以梁高取1.0m
取b=300m, '1b =1
0.333
h m =，取0.4m
图3-1 吊车梁的截面尺寸
二、吊车梁的荷载计算
因为G=56.675t ，13.5m ＜跨度﹤16.5m
表3-1 起重机尺寸
由表可知小车重量为23.5t ，起重机总重为59.2t ，本电站吊运最重部件为发电机转子为56.675t,大车轮距为6.25m ，吊车梁最大跨度为7.5m,吊车跨度13.5m ，主钩到吊车梁轨道最小距离为1.186m.
对预应力钢筋混凝土吊车梁，混凝土标号用40C ,钢筋用Ⅳ，混凝土容重为25KN/3mm ,吊车梁的荷载包括均布荷载、自重和钢轨及附件重，以及移动的集中荷载、吊车荷载。

1. 自重
111221()25(0.40.150.850.3)257.88/1.00.150.851.057.888.27/ 1.8/8.27 1.810.07/G K q b h h b KN m
h h h m
g g KN m
KN m q KN m γ'=⨯+⨯⨯=⨯+⨯⨯==-=-===⨯==+=其设计值为：钢轨及附件重由制造厂家提供材料，初估是可取所以由上可知均布荷载
2. 吊车梁集中荷载计算
本吊车为一台桥式吊车,可根据公式 1max 12311()2L L P G G G m L μ-⎡
⎤=++⎢⎥⎣
⎦ ﹙3.1﹚
3156.675)
35.7)
13.5m t G t L m
L --1一台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数目（为4）G -最大起吊重量（转子-台吊车自重（吊车自重为主钩到吊车梁轨道最小距离（1.186m)
1.1μ-其中：为系数
max 113.5 1.18611.1(56.67523.5)35.725.0225.0210250.2413.52P t KN
-⎡⎤
=⨯⨯+⨯+⨯==⨯=⎢⎥⎣⎦
其设计值为 max 1.2250.2300.24Q Q P KN γ==⨯= Q γ-可变荷载分项系数，取1.2
3. 横向水平制动()T KN 计算
1256.67523.5 1.0 1.010*******
10 1.212T G G T t KN
m Q KN
++=
===⨯=⨯=⨯=其设计值为 ﹙3.2﹚ 4. 纵向水平制动力0T 的计算
吊车制动时，产生纵向水平力，方向与吊车梁一致作用在轨顶。

0max 00.10.1250.24100.081.2100.08120.01Q T P KN T KN
γ==⨯⨯===⨯=∑0其设计值为：Q
三、吊车梁力计算
1. 吊车梁自重弯矩值计算 弯矩计算可根据公式2
101M 8
r f
q = 其中0r —结构重要性系数（Ⅱ,1.0）﹙3.3﹚
f —设计状况系数（吊车梁为持久状况，1.0） q —吊车梁均布荷载（10.07KN/M ） l —吊车梁的跨长（7.5m ）
将以上各值代入2101M 8r f q =中得211
1.0 1.010.077.570.88
M KN m =⨯⨯⨯⨯=g
2. 吊车梁集中荷载（最大轮压）弯矩值计算
图3-2 吊车梁荷载简图
设发生绝对最大弯矩时有2个荷载在梁上，其合力为2300.24600.48R F KN =⨯=
R F 至临界荷载的距离a 由合力矩定理求得0.84
0.422P P a ⨯=
= 使P 与R F 对称于梁的中点，此时梁上荷载与求合力时相符。

由
2
2
max
600.487.50.42M 01003.33.227.522R k F l a M KN M l ⎛⎫⎛⎫=--=--= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
﹙3.3﹚
所以吊车梁承受总弯矩设计值为1max M 70.81003.331047.13.M M KN M =+=+= 3. 吊车梁剪力设计值计算
根据公式
()010.862ql V r P ϕ⎡⎤
=++⎢⎥⎣⎦
﹙3.4﹚
q —吊车梁均布荷载设计值（10.07KN/M ）
0r —结构重要性系数取1.0
ϕ—设计状况系数（吊车梁为持久状况取1.0）
l —吊车梁跨度（7.5m ）
P —轮压设计值(300.24KN)
将以上各值代入()010.862ql V r P ϕ⎡⎤
=++⎢⎥⎣⎦
中得
9.67.51.0 1.0 1.86300.24594.452V KN ⨯⎛⎫
=⨯⨯+⨯= ⎪⎝⎭
四、吊车梁承受扭矩和抗扭钢筋计算
图3-3 吊车梁截面承受荷栽图
由于横向水平力0T 作用在轨顶，对截面重心由扭矩作用，同时考虑垂直轮压也可能会有2cm 的偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为()1010.9T Pe T e =+ ﹙3.5﹚ P —垂直方向轮压设计值（300.24KN ）
0T —横向水平制动力（12KN ） 1e —力P 的偏心矩 取2CM
2e —力0T 的偏心矩即轨道到T 型截面重心的距离
0.9—考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生时的荷载组合系数
a h —钢轨顶至吊车梁顶距离[]8
a y —截面弯曲中心至梁顶距离
()
()
()()'33'11
33''3'3
111 1.0
1.00.150.30.15220.35220.150.4 1.00.150.3
a h h h
b h y h b h h b --⨯=+=+=⨯+-⨯+-
﹙3.6﹚
所以20.350.130.48a a e h y =+=+=
将上述各值代入公式()1010.9T Pe T e =+=0.9⨯（300.24⨯0.02+12⨯0.48）=10.59KN.M
五、吊车梁配筋计算
''0150,300,1000,60,25,100060940f h mm b mm h mm a a mm c mm h h a mm =======-=-=承受弯矩设计值M=1074.13KN.M ，剪力设计值V=338KN ，扭矩设计值T=10.59KN.M,采用C30级混凝土，纵筋为Ⅲ级钢筋，箍筋用Ⅰ级钢筋。

1. 验算截面尺寸
将T 形截面划分成二块矩形截面，按式()()'22'
'3W 62
f tw tw f h b W h b b b =-=-及式计算截面受扭塑性抵抗矩：
腹板
()()22
73300331000300 4.051066
tw b W h b mm =-=⨯-=⨯
﹙3.7﹚
翼缘
()()'2
2'
'
63150400300 1.1251022
f tf
f
h W b b mm =-=-=⨯ ﹙3.8﹚
整个截面受扭塑性抵抗矩为()'66340.5 1.1251041.62510t tw tf W W W mm =+=+⨯=⨯
()()362
60594.451010.5910111.45/0.250.2515.0 3.125/30094041.62510 1.2c t d V T N mm f N mm bh W r ⨯⨯+=+=<=⨯=⨯⨯ d r —混凝土的结构系数取1.2
c f —混凝土强度设计值（C30,15.02/N mm ） 2. 验算是否需按计算确定抗剪扭钢筋 按式
()01
0.7t t d
V T f bh W r +≤验算 ﹙3.9﹚ ()()3622
60594.451010.5910111.45/0.70.7 1.50.875/30094041.62510 1.2t t d V T N mm f N mm bh W r ⨯⨯+=+=>=⨯=⨯⨯ 应按计算确定抗剪扭钢筋。

3. 抗弯纵筋计算 （1）判别T 形截面类型
'''01115015.0400150940648.75.1074.13.2 1.22f
c f f d
h f b h h KN M M KN M r ⎡⎤⎛⎫⎡⎤⎛⎫-=⨯⨯⨯-=<=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦⎢⎥⎝⎭⎣⎦
属于第二类T 形截面。

﹙3.10﹚
（2）求抗弯纵筋
6
'2
2
0 1.21074.13100.24315.0400940d s c f r M f b h α⨯⨯===⨯⨯ ﹙3.11﹚
110.2830.518b ξξ===<=[]7 ﹙3.12﹚
'20
min 015.0
0.2834009404433.67360
4433.67 1.57%0.15%300940
c s f y s f A b h mm f A bh ξρρ==⨯⨯⨯==
==>=⨯ ﹙3.13﹚
满足要求。

4. 腹板抗剪扭钢筋计算
（1）T 形截面的扭矩分配，由式：
腹板：
翼缘：
7
7
'6
'6
4.051010.5910.3.4.1625101.12510
10.590.286.41.62510
tw w t tf
f t
W T T KN M W W
T T KN M W ⨯==⨯=⨯⨯=
=
⨯=⨯ ﹙3.14﹚
（2）腹板的配筋按弯剪扭构件计算
由式
()011
0.0350.03515.0300.940123.3753381.2
c d f bh KN V KN r =⨯⨯⨯=<= 不能忽略V 的影响。

﹙3.15﹚ 由式
()611
0.1750.175 1.541.625109.10.10.59.1.2
t t d f W KN M KN M r =⨯⨯⨯⨯=< 不能忽略T 的影响，腹板应按弯、剪、扭构件计算。

﹙3.16﹚ 对集中荷载作用下的矩形截面，剪扭构件（包括作用由多种荷载，且其中集中荷对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况）应考虑剪跨比
λ的影响。

()
()36
60
1.5
1.5
0.350.5
3381041.6251010.17 1.510.172.55 1.510.5910300900
0.5
t t t VW Tbh βλβ=
=
=<⨯⨯⨯++++⨯
⨯⨯⨯=取
0 2.4 2.550.94
a h λλ-==计算剪跨比 = ﹙3.17﹚ 5. 求箍筋。

（1）腹板抗剪箍筋：
()()3
0020.071.5 1.2338100.07 1.50.515.03009401.25 1.25210940
0.444/d t c sv yv r V f bh A s f h mm mm
β--⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯==
⨯⨯= ﹙3.18﹚
（2）腹板抗扭箍筋：
67
120.256/st A s mm mm
=== ﹙3.19﹚ yv f —箍筋抗拉强度设计值 取210N/2mm
ς—通常取1.2为最佳[]7
所以 采用双支箍（n=2）,则腹板单位长度上单支箍总截面面积为： 2110.444
0.2560.478/2sv sv st A A A mm mm s ns s =+=+= 选用箍筋直径为218(50.3)sv A mm Φ=，则得箍筋间距为，
50.3
105.2,0.478s mm =
=取s=100mm 。

1min 250.30.34%0.15%300100sv sv st nA bs ρρ⨯===>=⨯ ﹙3.20﹚
满足箍筋要求，所以选配双支箍8@100φ。

6. 腹板纵筋计算
（1）腹板抗扭纵筋，由式
121 1.20.256210(250950)2
430360
st yv cor
yv cor st st v v A f u f u A A mm f s
s f ζ
ζ
⨯⨯⨯+⨯====
min 430
0.14%0.15%300100
st st st A bh ρρ=
==<=⨯，部 满足要求，按最小配筋率配筋。

2min 0.00153001000450st st A bh mm ρ==⨯⨯= ﹙3.21﹚
按构造要求，抗扭纵筋的间距不应大于300mm 或梁的宽度[]7
故沿梁高分三层布置纵筋：
上层：22450
150A 226)33st A mm mm φ===s 选212 （
中层：22450
15012A 452)33st s A mm mm φ=== 选4（
底层：2450
4433.674583.6733
st s A A mm +=+=
选2828(4926),s A mm φ=单根钢筋公称质量4.830Kg/M 。

（2）翼缘抗扭钢筋计算
受压翼缘一般按纯扭计算（不计V 的影响） 箍筋 ：
''66'
1
0.350.0040st r T f W A -=
==-<
故按构造配筋，选用
21'1
min 8@50(50.3)
50.30.34%0.15%
30050
st st st st A mm A bs φρρ====>=⨯ 满足要求。

纵筋：
'1'
2
21.250.32102(100350)
633.7836050
612(679)
st yv cor
st
v s A f u A mm f s
A mm ζ
φ⨯⨯⨯⨯+==
=⨯=选
图3-4 吊车梁截面配筋图
7. 吊车梁斜截面强度验算[]5。