吊车荷载计算
-第十三章水电站厂房构造分析水电站厂房构造设计的内容包括整体稳定分析、地基应力校核、构件的强度和稳定计算。第一节水电站厂房的构造特点一、水电站厂房的构造组成及作用水电站地面厂房构造可分为上部构造和下部构造两大局部。上部构造包括屋面系统、构架、吊车梁、围护构造(外墙)及楼板，根本上属板、梁、柱系统，通常为钢筋混凝土构造。上部构造设计方法与一般工业建筑一样；下部构造主要由机墩、蜗壳、尾水管、根底板和外墙组成，为大体积水工钢筋混凝土构造，其构造设计比拟复杂，要符合"水工钢筋混凝土标准"。水电站厂房构造组成如图12-1 所示。各组成构件的作用如下：图12-1水电站厂房构造组成1屋盖构造起着围护和承重等双重作用，包括： (1) 屋面板。它直接承受屋面荷载，如风、雨、雪和自重等，并将它们传给屋架或屋面大梁。 (2) 屋架或屋面大梁。它承受屋盖上的全部荷载包括风、雨、雪和屋面板等及屋架或屋面大梁自重，传到排架柱或壁柱上。 2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、横向水平制动荷载，并将它们传给排架柱或壁柱。 3排架柱或壁柱承受屋架或屋面大梁、吊车梁、外墙传来的荷载和排架柱或壁柱自重，并将它们传给厂房下部构造的大体积混凝土。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，传给梁并局部传到厂房下部构造的发电机机墩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，传到根底，当安装间没有下层时就传给排架柱。 5围护构造 (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，并将它传给屋架或屋面大梁和根底或厂房下部构造的大体积块体混凝土。(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。6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上。7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上。 8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、边墩和底板构成的构造再传到根底上。二、厂房的受力和传力(一) 厂房主要荷载(1) 厂房构造自重，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；(6) 温度荷载；(7) 风荷载；(8) 雪荷载；(9) 严寒地区的冰压力； (10) 地震力。厂房在施工安装期、运转期和检修期的荷载是不同的。在构造计算中应根据厂房在不同工作条件下可能同时发生的荷载进展组合，并取最不利的组合作为设计的控制情况。(二) 厂房的传力途径作用于厂房的各种静、动荷载，通过各承重构件的传力途径如下：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。一期混凝土包括底板、尾水管扩散段、尾水闸墩、尾水平台、上下游边墙、厂房构架、吊车梁、局部楼板等，在施工时先期浇筑，以便利用吊车进展机组安装。二期混凝土是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，再进展浇筑。二期混凝土包括蜗壳外围混凝土、尾水管直锥段外包混凝土、机墩、发电机风罩外壁、局部楼层的楼板。 2混凝土浇筑分层、分块水电站厂房水下局部的混凝土属于大体积块体混凝土。其特点是现场浇筑量大，构造几何形状复杂，根底高差大，对裂缝要求严格。由于受混凝土浇筑能力的限制和为了适应厂房形状的变化，因此每期混凝土要分层分块浇筑。厂房一、二期混凝土的浇筑分层、分块，视具体情况而定，一般原则如下：(1) 分层、分块必须保证机组安装方便；(2) 应分在构件内力最小部位，这常与施工方便有矛盾，不易做到；(3) 分块的大小应与混凝土的生产能力、震捣工作强度及浇筑方法相适应；(4) 在保证质量的前提下，混凝土分块尽量大些高些，以加快施工进度；(5) 分块必须尽量使工作过程具有最大的重复性，以简化施工和重复利用模板。同时最有效地利用机械设备。图12-2表示了厂房混凝土浇筑的分期和分块，图中数字“、“分别代表一、二期混凝土，其下标序数说明浇筑的先后次序。四、厂房构造的分缝和止水1分缝水电站厂房为防止不均匀沉陷，减小下部构造受根底约束产生的温度和干缩应力，必须沿厂房长度方向设置伸缩缝和沉降缝，如图12-3所示。通常两缝合一，称为沉降伸缩缝。此种缝一般都是贯穿至地基，只在地基相当好时，伸缩缝才仅设在水上局部，但也需每隔数道伸缩缝设一道贯穿地基的沉降伸缩缝。伸缩缝和沉降缝统称为永久缝；根据施工条件设置的混凝土浇筑缝，称为施工缝，是一种临时缝。图12-2厂房混凝土分期分块图图12-3主副厂房、安装间、尾水平台间的分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23台机组设一条永久缝。在安装间与主机房之间、主副厂房上下跨分界处，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穿地基的纵缝。永久缝的宽度一般为12cm，软基上可宽一些，但不超过6cm。2止水厂房水上局部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、构造特点、地基特性等，应采用可靠、耐久而经济的止水型式。第二节厂房整体稳定及地基应力厂房整体稳定和地基应力计算的内容一般包括沿地基面的抗滑稳定、抗浮稳定和厂基面垂直正应力计算。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，还应进展深层抗滑稳定计算。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平安系数，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陷。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，根本原则与混凝土重力坝及水闸相似。但因厂房机电设备多，构造形状复杂，故必须以两个永久缝之间或一个机组段长度为计算单元，进展稳定分析和地基应力计算时，不能取单宽进展计算。厂房有大量的二期混凝土，并可能有分期安装问题，故在机组安装前后荷载变化较大，确定荷载与荷载组合时也有其特点。一、荷载及其组合(一) 荷载作用在水电站厂房上的荷载可分为根本荷载和特殊荷载两类。1根本荷载：厂房构造及永久设备自重；回填土石重；正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力；淤沙压力；土压力；冰压力；其它出现时机较多的荷载。2特殊荷载：校核洪水位或检修水位情况下的静水压力；相应于校核洪水位或检修水位情况下的扬压力；相应于校核洪水位或检修水位情况下的浪压力；地震力；其它出现时机较少的荷载。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。(二) 荷载组合厂房整体稳定分析的荷载组合可按表12-1规定采用。厂房稳定和地基应力计算要考虑厂房施工、运行和扩大检修期的各种不利情况。1正常运行对河床厂房来说，a1组合情况下厂房承受的水头最大；a2组合情况下扬压力最大，对稳定不利。对坝后式厂房和引水式厂房来说，引起稳定问题的水平荷载为下游水压力，因此正常运行情况中取下游设计洪水位进展组合。表12-1 厂房整体稳定分析的荷载组合荷载组合计算情况水 位 选 取荷 载 类 别附注构造自重永久设备重回填土石重水重静水压力扬压力浪压力泥沙压力土压力冰压力地震力基本组合正常运行a1上游正常蓄水位和下游最低水位a2上游设计洪水位和下游相应水位b下游设计洪水位特殊组合机组检修a上游正常蓄水位和下游检修水位b下游检修水位机组未安装a上游正常蓄水位或设计洪水位和下游相应水位b下游设计洪水位非常运行a上游校核洪水位和下游校核洪水位b下游校核洪水位地震情况a上游正常蓄水位和下游最低水位b下游满载运行水位注：表中a适用于河床厂房，b适用于坝后和引水厂房。2机组检修河床式厂房机组检修情况下机组设备重不考虑，厂房承受的水头大，而厂房的重量轻，只有构造自重和水重，对稳定不利。3机组未安装厂房施工一般是先完成一期混凝土浇筑和上部构造，以后顺序逐台安装机组并浇筑二期混凝土，机组安装周期较长，如机组是分期安装的，厂房的施工安装或更长，所以要进展机组未安装时的稳定计算。在这种计算情况中，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。如厂房位于软基上，地基承载力低，施工期还需考虑本台机组已安装，而吊车满载通过的情况，如厂房尚未承受水压，则厂基面无扬压力作用，流道中也无水重。4厂房根底设有排水孔时，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，按荷载组合分别进展。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。图12-4 为河床式厂房稳定分析时的受力图。图12-4 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 (12-1)式中K按抗剪断强度计算的抗滑稳定平安系数；f，C滑动面的抗剪断摩擦系数及抗剪断粘结力，kPa；A根底面受压局部的计算面积，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。2抗剪强度计算公式 (12-2)式中K按抗剪强度计算的抗滑稳定平安系数；
