水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 第十一章水电站厂房结构 ◆一、概述 ≤结构组成 上部结构圖 各层楼板及梁柱系统;吊车梁和构架;屋顶及围护墙 下部结构 崄水轮发电机机座、蜗壳、尾水管、混凝土块体结构 厂房荷载与传力系统 ◆厂房主要荷载 结构自重和压力水管、蜗壳及尾水管内水重;厂房内机电设备自重 机组运转时的动荷载; 水压力:尾水压力、基底扬压力、过水部件的内水压力、永久缝内 的水压力、上游水压力(河床式电站); 土压力; s活荷载;温度荷载;风荷载;雪荷载;地震力等
第十一章 水电站厂房结构 一、 概述 结构组成 上部结构 各层楼板及梁柱系统；吊车梁和构架；屋顶及围护墙 下部结构 水轮发电机机座、蜗壳、尾水管、混凝土块体结构 厂房荷载与传力系统 厂房主要荷载 结构自重和压力水管、蜗壳及尾水管内水重；厂房内机电设备自重、 机组运转时的动荷载； 水压力：尾水压力、基底扬压力、过水部件的内水压力、永久缝内 的水压力、上游水压力（河床式电站）； 土压力； 活荷载；温度荷载；风荷载；雪荷载；地震力等 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ◆厂房传力系统(图11-3) 厂房结构的分缝、止水和分期分层分块 分缝 设置伸缩缝、沉降缝,通常两缝合一,称沉降伸缩缝,为永久缝, 般贯通至地基;当地基较好时,伸缩缝可仅设在水上部分,但 也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。 多机组厂房通常将一台机组或两台机组用永久缝分开;装配场单 独设缝分开。坝后式厂房常在厂坝间沿厂房上游侧设一条贯通地 基的纵缝 s临时缝(施工缝):混凝土浇筑缝。 ◆止水 永久缝中常填充具有一定弹性的防渗材料,厂房水下部分设止水。 止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等,应采取 可靠、耐久而经济的止水型式。 第十一章
厂房传力系统（图11-3） 厂房结构的分缝、止水和分期分层分块 分缝 设置伸缩缝、沉降缝，通常两缝合一，称沉降伸缩缝，为永久缝， 一般贯通至地基；当地基较好时，伸缩缝可仅设在水上部分，但 也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。 多机组厂房通常将一台机组或两台机组用永久缝分开；装配场单 独设缝分开。坝后式厂房常在厂坝间沿厂房上游侧设一条贯通地 基的纵缝。 临时缝（施工缝）：混凝土浇筑缝。 止水 永久缝中常填充具有一定弹性的防渗材料，厂房水下部分设止水。 止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采取 可靠、耐久而经济的止水型式。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ◆分期 分一、二期混凝土进行浇筑。 ◆分层分块 原则 ◆必须保证主机组安装方便; ◆浇筑缝应设在构件内力最小的部位; 分块的大小应与混凝土的生产能力、浇筑方法与强 度相适应 分块必须尽量使工作过程具有最大的重复性,以简 化施工和便于模板的重复使用 第十一章
分期 分一、二期混凝土进行浇筑。 分层分块 原则 必须保证主机组安装方便； 浇筑缝应设在构件内力最小的部位； 分块的大小应与混凝土的生产能力、浇筑方法与强 度相适应； 分块必须尽量使工作过程具有最大的重复性，以简 化施工和便于模板的重复使用。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 厂房整体稳定及地基应力 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性 ◆厂房地基应力必须满足承载能力的要求,不允许发生有害 的不均匀沉降。地基中渗透坡降要小,不允许产生渗透变 形。 对岩基上不挡水的坝后式及引水式地面厂房,整体稳定问 题不大。当基岩较破碎时,要进行固结灌浆,保证地下轮 廓线。 对河床式厂房直接承受上游水压力,在确定地下轮廓线、 校核整体稳定性和地基应力时,基本原则与混凝土重力坝、 水闸、低扬程泵站相似。 第十一章
厂房整体稳定及地基应力 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性。 厂房地基应力必须满足承载能力的要求，不允许发生有害 的不均匀沉降。地基中渗透坡降要小，不允许产生渗透变 形。 对岩基上不挡水的坝后式及引水式地面厂房，整体稳定问 题不大。当基岩较破碎时，要进行固结灌浆，保证地下轮 廓线。 对河床式厂房直接承受上游水压力，在确定地下轮廓线、 校核整体稳定性和地基应力时，基本原则与混凝土重力坝、 水闸、低扬程泵站相似。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 厂房结构设计的一般方法 ◆上部结构按极限状态进行配筋计算,限制裂缝开展进行校 核。 ◆下部结构的截面设计根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》 进行。计算方法一般将其分为相互独立的板、梁、柱或简 单杆件和框架,用一般杆件系统结构力学方法按直接荷载 进行计算。该方法具有很大的近似性,且不甚符合实际情 况 ◆若按弹性力学方法进行理论求解,只能解决简单结构问 ◆对于形状不规则、尺寸较大、受力复杂的结构如尾水管、 蜗壳等,可采用有限元法,一般可获得较满意的结果 第十一章
厂房结构设计的一般方法 上部结构按极限状态进行配筋计算，限制裂缝开展进行校 核。 下部结构的截面设计根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》 进行。计算方法一般将其分为相互独立的板、梁、柱或简 单杆件和框架，用一般杆件系统结构力学方法按直接荷载 进行计算。该方法具有很大的近似性，且不甚符合实际情 况。 若按弹性力学方法进行理论求解，只能解决简单结构问题。 对于形状不规则、尺寸较大、受力复杂的结构如尾水管、 蜗壳等，可采用有限元法，一般可获得较满意的结果。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 水轮发电机机座的结构计算 6以圆筒式机座为例 哈机座结构计算内容 ◆拟定杋座外形轮廓与各部尺寸,确定荷载的性质、大小及其作用 进行动力计算 进行静力计算; ◆进行机座配筋,绘制机座结构图。 6主要作用荷载 ◆垂直荷载 崄结构自重及楼板传到机座上的荷载、风罩自重; 发电机固定部分重量,有定子重、主副励磁机固定部分重、机架重、 冷却器重、定子基础板重、下机架重、基础板重等。 s作用于定子螺栓处的动荷载,有:转子带轴重、转轮带轴重、主副励 磁机的转动部分重等 始轴向水推力。 第十一章
二、水轮发电机机座的结构计算 以圆筒式机座为例 机座结构计算内容 拟定机座外形轮廓与各部尺寸，确定荷载的性质、大小及其作用 点； 进行动力计算； 进行静力计算； 进行机座配筋，绘制机座结构图。 主要作用荷载 垂直荷载 结构自重及楼板传到机座上的荷载、风罩自重； 发电机固定部分重量，有定子重、主副励磁机固定部分重、机架重、 冷却器重、定子基础板重、下机架重、基础板重等。 作用于定子螺栓处的动荷载，有：转子带轴重、转轮带轴重、主副励 磁机的转动部分重等； 轴向水推力。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ◆扭矩 6机组正常运行扭矩; 机组三相短路扭矩。 水平推力 机组转动部分偏心引起的离心力,通过导轴承和 机架作用于机座 s机组正常运行时的水平推力; 机组飞逸时的水平推力 第十一章
扭矩 机组正常运行扭矩； 机组三相短路扭矩。 水平推力： 机组转动部分偏心引起的离心力，通过导轴承和 机架作用于机座。 机组正常运行时的水平推力； 机组飞逸时的水平推力。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 6动力计算 ◆机座的自振频率 把机座简化为单自由度无阻尼的弹性系统。 垂直自振频率:上端自由,下端固结的受压构件; 水平自振频率:上端自由、下端固结的悬臂梁; 哈扭转自振频率:质量集中于顶端的受扭构件 机座的强迫振动频率 机械不平衡引起的动力荷载,频率等于机组转速; 崄水力不平衡引起的振动频率与机组转速、导叶叶片数、转轮 叶片数有关。 ◆共振校核及动力系数、冲击系数、疲劳系数确定 式(1121)计算动力系数 s短路扭矩冲击系数; 动荷载作用下产生疲劳现象。 第十
动力计算 机座的自振频率 把机座简化为单自由度无阻尼的弹性系统。 垂直自振频率：上端自由，下端固结的受压构件； 水平自振频率：上端自由、下端固结的悬臂梁； 扭转自振频率：质量集中于顶端的受扭构件。 机座的强迫振动频率 机械不平衡引起的动力荷载，频率等于机组转速； 水力不平衡引起的振动频率与机组转速、导叶叶片数、转轮 叶片数有关。 共振校核及动力系数、冲击系数、疲劳系数确定 式（11-21）计算动力系数 短路扭矩冲击系数； 动荷载作用下产生疲劳现象。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ◆振幅验算 s垂直动荷载产生的垂直振幅; 水平动荷载产生的横向振幅; 6扭转动荷载产生的横向振幅。 6静力计算及配筋 ◆荷载组合 正常运行包括垂直荷载、正常扭矩和正常水平推力; 短路情况包括垂直荷载、短路扭矩、正常扭矩和正常水平推力; s飞逸情况包括垂直荷载和飞逸时的水平推力。 ◆荷载组合时,动力荷载应乘以动力系数;反复作用的动 载要乘以疲劳系数;冲击荷载乘以冲击系数。 第十一章
振幅验算 垂直动荷载产生的垂直振幅； 水平动荷载产生的横向振幅； 扭转动荷载产生的横向振幅。 静力计算及配筋 荷载组合 正常运行包括垂直荷载、正常扭矩和正常水平推力； 短路情况包括垂直荷载、短路扭矩、正常扭矩和正常水平推力； 飞逸情况包括垂直荷载和飞逸时的水平推力。 荷载组合时，动力荷载应乘以动力系数；反复作用的动荷 载要乘以疲劳系数；冲击荷载乘以冲击系数。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ◆垂直荷载作用下的轴向应力 机座较高时,按无限长薄壁圆筒计算; 机座较低时,按偏心受压柱计算。 ◆扭矩作用下水平截面圆周上的环向剪应力 ◆水平推力引起的水平截面上的环向剪应力 主应力和孔口应力 配筋 般配置轴向钢筋、水平环向钢筋及孔口钢筋。 ≤轴向钢筋按内力最大截面配置,直径一般不小于q16, 间距不超过20~30cm,沿内、外壁各布置一层。 ≤环向筋一般按构造配置,直径不小于q12,间距不大于 30cm。 第十一章
垂直荷载作用下的轴向应力 机座较高时，按无限长薄壁圆筒计算； 机座较低时，按偏心受压柱计算。 扭矩作用下水平截面圆周上的环向剪应力 水平推力引起的水平截面上的环向剪应力 主应力和孔口应力 配筋 一般配置轴向钢筋、水平环向钢筋及孔口钢筋。 轴向钢筋按内力最大截面配置，直径一般不小于φ16， 间距不超过20~30cm，沿内、外壁各布置一层。 环向筋一般按构造配置，直径不小于φ12，间距不大于 30cm。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING