混凝土蜗壳强度计算

FJD 35170 FJD

水电站厂房钢筋混凝土蜗壳技术 技术设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1996 年 3 月

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水电站技术设计阶段

厂房钢筋混凝土蜗壳设计大纲范本

主 编 单 位:

主编单位总工程师:

参 编 单 位:

主 要 编 写 人 员:

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软 件 编 写 人 员:

勘测设计研究院

年 月

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目 次

1. 引 言 (4)

2. 设计依据文件和规范 (4)

3. 基本资料 (4)

4. 内力计算及配筋 (7)

5. 构造要求 (9)

6. 观测设计 (9)

7. 专题研究（必要时） (9)

8. 工程量计算（必要时） (9)

9. 应提供的设计成果 (9)

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1 引 言

工程位于 ，是以 为主，兼有 等综合利用的水利水电枢纽工 程。电站总装机容量 MW，年发电量 MW×h，电站为 厂房，共装 台机，单 机容量 MW。厂房长 m，宽 m，高 m。

本工程初步设计报告于 年 月 日审查通过。

2 设计依据文件和规范

2.1 有关本工程的文件

(1) 工程初步设计报告；

(2) 工程初步设计报告审批文件；

(3) 工程技术设计任务书。

2.2 主要设计规范

(1) SDJ 20-78 水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）：

(2) SD 335-89 水电站厂房设计规范（试行）；

(3) SDJ 173-85 水力发电厂机电设计技术规范（试行）。

2.3 设计参考资料

(1) 建筑结构静力计算手册，1975 年，建筑出版社；

(2) 水电站厂房设计，顾鹏飞、喻远光编，1987 年，水利电力出版社。

3 基本资料

3.1 工程等别与建筑物级别

(1) 工程等别为 等；

(1) 建筑物级别为 级；

(3) 电站厂房级别 级。

3.2 水 位

上游：正常蓄水位 m： 下游：正常尾水位 m；

死 水 位 m； 最低尾水位 m;

设计洪水位 m； 设计洪水尾水位 m；

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校核洪水位 m； 校核洪水尾水位 m。

3.3 气温与水温

(1) 月（年）平均气温，见表 1。

表1月 (年) 平 均 气 温 表单位：℃ 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 平均气温

(2) 月（年）平均水温，见表 2。

表2月 (年) 平 均 水 温 表单位：℃ 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年

平均水温

3.4 荷 载

(1) 蜗壳进口水锤压力（最大压力上升值） MPa；

(2) 蜗壳进口顶板上部荷载 kN/m 2 ；

(3) 水轮机层活荷载 kN/m 2 ；

(4) 机墩传来荷载及位置

垂直集中力： kN；

弯 矩： kN×m；

位置（指机墩中心到座环的距离）： m。

3.5 水轮机及蜗壳参数

(1) 水轮机参数

额定水头 H r： m；

转轮直径 D1： m；

额定流量 Q r： m 3 /s；

座环外径 D a： mm；

座环内径 D b： mm； a

蝶形边宽 K： mm；d1

导叶高度 b o： mm。 B n

(2) 蜗壳参数(见图 1) m

蜗壳形式： ；d2

蜗壳包角： 度；

蜗壳上伸角d1： 度； 图 1 蜗壳断面形状

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蜗壳下伸角d2： 度；

蜗壳进口断面 a： mm；

蜗壳进口断面 b： mm；

蜗壳进口断面 n： mm；

蜗壳进口断面 m： mm。

提示：蜗壳参数符号含义见《水电站机电设计手册》（水力机械），水电站机电设计手册编 写组编制。

(3) 钢筋混凝土蜗壳单线图(厂家提供)。

3.6 材料特性及安全系数

3.6.1 混凝土

(1) 混凝土标号： ；

(2) 混凝土容重： kN/m 3 ；

(3) 混凝土泊桑比： ；

(4) 混凝土设计强度与弹性模量见表 3。

表3混 凝 土 设 计 强 度 与 弹 性 模 量单位:Mpa 混凝土标号 轴心抗压 弯曲抗压 抗 拉 抗 裂 弹性模量

3.6.2 钢 筋

(1) 钢筋设计强度与弹性模量见表 4。

表4钢 筋 设 计 强 度 与 弹 性 模 量单位：MPa

直 径

设 计 强 度

弹 性 模 量 钢 筋 种 类

mm 受拉钢筋 受压钢筋

(2) 泊桑比： 。

3.6.3 安全系数

(1) 强度安全系数见表 5。

表5安 全 系 数

荷 载 组 合 结 构 受 力 特 征

基 本 特 殊

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混凝土 按抗拉强度计算的受压、拉、弯杆件

钢 筋

轴心受压、偏心受压、局部承压、斜截面受剪、受扭构件

混凝土 轴心受拉、受弯、偏心受拉构件

(2) 抗裂安全系数 。

(3) 允许最大裂缝宽度 mm。

3.7 厂房布置和厂房结构体形图

4 内力计算及配筋

4.1 计算原则与假定

提示：混凝土蜗壳几何形状复杂，工程上常用以下几种方法进行内力分析和计算：

(1)平面框架法：本方法简便、实用，但只能确定顶板和侧墙径向内力和配筋，无法

计算环向应力；

(2)弹性力学法：蜗壳顶板按环形板公式计算；侧墙根据外形及边界条件近似地按单

向板或双向板计算，或同时截取单宽直条和水平梁，利用交叉点变位相等条件，求

垂直与水平方向的内力；尾水锥体按厚壁短圆筒进行计算。该方法计算复杂，计算

结果与实际差异较大；

(3)三维有限元法；

(4)结构模型试验；

一般简化为平面框架计算， 大型蜗壳或有条件时，可按三维有限元法计算或进行结构

模型试验。最终计算结果采用几种方法综合确定。

本计算原则与假定是针对平面框架法而言。

(1) 钢筋混凝土蜗壳应进行强度计算和裂缝宽度验算。

(2) 钢筋混凝土蜗壳为空间结构，本计算简化为平面问题，按结构力学方法计算。

(3) 蜗壳进口段取 1～2 剖面，垂直于水流方向切取单宽按单跨梁或连续梁或封闭框架 计算。

提示：采用哪种计算简图应视实际情况而定。

(4) 蜗壳段取 2～3 个剖面，沿径向切取单宽按 r 形框架计算。

提示：一般情况r形框架上端铰支，下端固定。

(5) 当蜗壳顶板高宽比大于 0.3 或侧墙厚高比大于 0.15 时，需考虑剪切变形及刚性节

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