水电站厂房结构设计

(三) 地基应力计算
2．计算要求
岩基上厂房地基面上的垂直正应力用材料力学计算时 应符合下列要求： (1) 厂房地基面上承受的最大垂直正应力，不论是何种
型式的厂房，在任何情况下均不应超过地基允许承载
力，在地震情况下地基允许承载力可适当提高。
2．计算要求
(2) 厂房地基面上承受的最小垂直正应力(计入扬压力)应满足下列条 件：
(一) 荷载
2．特殊荷载： （1）校核洪水位或检修水位情况下的静水压力； （2）相应于校核洪水位或检修水位情况下的扬压力； （3）相应于校核洪水位或检修水位情况下的浪压力； （4）地震力； （5）其它出现机会较少的荷载。 注：作用在厂房上的静水压力应根据厂房在不同的运 行工况下的上、下游水位确定。
注
重 √
正常 运行
a1
上游正常蓄水位和下游最低水位
a2
b
上游设计洪水位和下游相应水位
下游设计洪水位 上游正常蓄水位和下游检修水位 下游检修水位
√
√ √ √
√
√
√
√ √ √
√
√ √ √
√ √
√ √ √ √ √ √
√
√ √
√
特
机组 检修
a b
√
√ √ √
√
殊
组 合
机组未 安装
a
b
上游正常蓄水位或设计洪水位和下 游相应水位
主副厂房、安装间、尾水平台间的分缝
(2）施工缝——根据施工条件设置的混凝土浇筑缝(临时缝)。 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2～3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，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一条 贯通地基的纵缝。
第十三章 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 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；
永久缝的宽度一般为1~2cm，软基上可宽一些，但不超过
6cm
2．止水
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， 应采用可靠、耐久而经济的止水型式。
下游设计洪水位 上游校核洪水位和下游校核水位 下游校核洪水位 上游正常蓄水位和下游最低水位 下游满载运行水位
√
√ √ √ √ √ √ √ √ √
√
√ √ √ √ √
√
√ √ √ √ √
√ √
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √
√
√ √
√
√
非常 运行 地震 情况
a b a b
√
√ √ √
√
√ √ √
(二) 荷载组合
3．机组未安装 机组安装周期较长，如机组是分期安装，厂房的施工 安装或更长，所以要进行机组未安装时的稳定计算。 二期混凝土和设备重不计，厂房重量最轻，而厂房已
经承受水压，对抗滑和抗浮不利。
4．厂房基础设有排水孔时，特殊组合中还要考虑排水 失效的情况。
二、 计算方法和要求

厂房整体稳定和地基应力计算应以中间机组段、边 机组段和安装间段作为一个独立的整体，按荷载组合 分别进行。
第二节 厂房整体稳定及地基应力
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 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，还应进行深层抗滑稳定计算。
计算要求：
(1)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 (2)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。
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；
A —— 基础面受压部分的计算面积，m2；
∑W —— 全部荷载对滑动面的法向分力（含扬压力），kN; ∑P —— 全部荷载对滑动面的切向分力（含扬压力），kN。
(一) 抗滑稳定计算
2．抗剪强度计算公式
K f W P
式中K——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；
f ——滑动面的抗剪摩擦系数。
岩基厂房整体抗滑稳定的安全系数不分等级按表13-2 选用
(6) 温度荷载；
(8) 雪荷载； (10) 地震力。
(7) 风荷载；
(9) 严寒地区的冰压力；
(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

边机组段和安装间段，除上下游水压力作用外，
还可能受侧向水压力的作用，所以必须核算双向水压
力作用下的整体稳定性和地基应力。
河床厂房稳定分析受力图
(一) 抗滑稳定计算
厂房抗滑稳定性可按抗剪断强度公式或抗剪强度公式 计算
1．抗剪断强度计算公式
K f W C A P
式中K′ —— 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f′，C′ —— 滑动面的抗剪断摩擦系数及抗剪断粘结力，kPa；
一、水电站厂房的结构组成及作用
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。
表13-1
荷 载 组 合 基 本 组 合 计算 情况
厂房整体稳定分析的荷载组合
荷 水 位 选 取 结 构 自 重 √ 永 久 设 备 重 √ 回 填 土 石 重 √ 水 载 静 扬 水 压 压 力 力 √ √ 类 浪 压 力 √ 别 泥 土 沙 压 压 力 力 √ √ 冰 压 力 √ 地 震 力 附
表13-2 抗滑稳定的安全系数
荷 载 组 合
抗滑稳定安 全系数 K 基本组 合 1.10 特殊组合 无地震 1.05 有地震 1.00
K′
3.00
2.50
2.30
(二) 抗浮稳定性计算
厂房抗浮稳定性可按下式计算
K
f

W U
式中 Kf —— 抗浮稳定安全系数； ∑W —— 机组段的全部重量，kN； U —— 作用于机组段的扬压力总和，kN。 根据《水电站厂房设计规范》，抗浮稳定安全系数Kf 在任何计算情况下不得小于1.1。
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。
一、荷载及其组合
(一) 荷载
1．基本荷载： （1）厂房结构及永久设备自重； （2）回填土石重；
（3）正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力；
（4）相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力； （5）相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力； （6）淤沙压力；土压力；冰压力； （7）其它出现机会较多的荷载。
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。
第三节
吊车梁及排架柱结构计算
一、吊车梁
吊车梁是直接承受吊车荷载的承重结构。 1、桥式吊车特点：起吊容量大、工作间歇性大、操作速度 缓慢、使用率低(只在机组进行安装和检修时才用)。 2、吊车梁形式：预应力钢筋混凝土、钢结构(较少采用) 3、钢筋混凝土吊车梁分为：现浇、预制和叠合梁等形式。 现浇吊车梁可分：单跨简支和多跨连续结构(在厂房伸缩缝 处必须分开)。 预制梁大多为单跨预应力混凝土结构。 4、吊车梁截面截面形式：矩形、T形和I字形。
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，启动或制动时产 生的纵、横向水平荷载，并将它们传给排架柱。