《水电站》13 水电站厂房结构分析.ppt

第十二章 水电站厂房结构分析,浙江水利水电专科学校 2007年7月,浙江水专国家精品课程《水电站》 水电站厂房的结构特点,水电站厂房的结构组成及作用,浙江水专国家精品课程《水电站》 上部结构 1、屋顶(1) 屋面板：隔热、遮阳、避风雨；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(构架)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浙江水专国家精品课程《水电站》 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，传给梁并部分传到厂房下部结构的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，传到基础浙江水专国家精品课程《水电站》 外墙承受风荷载，并将它传给排架柱或壁柱 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基础或厂房下部结构的大体积混凝土块体 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浙江水专国家精品课程《水电站》 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）结构再传到基础上二)、下部结构,浙江水专国家精品课程《水电站》 厂房主要荷载 厂房结构自重，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； 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，河床式厂房上游水压力； 厂房四周的土压力； 活荷载：吊车运输荷载，人群荷载及运输工具荷载； 温度荷载； ⑦ 风荷载； 雪荷载； ⑧ 严寒地区的冰压力； 地震力浙江水专国家精品课程《水电站》 厂房的传力系统,浙江水专国家精品课程《水电站》 厂房混凝土浇筑的分期 分期目的：机组到货一般均迟于土建施工期，为了适应机组安装要求，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：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、部分楼层的楼板浙江水专国家精品课程《水电站》 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，每期混凝土要分层分块浇筑 混凝土浇筑分层、分块是为了便于施工和保证工程质量浙江水专国家精品课程《水电站》 沉降伸缩缝——为防止厂房地基不均匀沉陷，减小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，沿厂房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝(永久缝)特点：一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸缩缝才仅设在水上部分，但也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝浙江水专国家精品课程《水电站》 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 永久缝的宽度一般为1~2cm，软基上可宽一些，但不超过6cm浙江水专国家精品课程《水电站》 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浙江水专国家精品课程《水电站》 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 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陷 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浙江水专国家精品课程《水电站》 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浙江水专国家精品课程《水电站》 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浙江水专国家精品课程《水电站》 （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、下游水位确定浙江水专国家精品课程《水电站》 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行组合浙江水专国家精品课程《水电站》 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结构，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，所以要进行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 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浙江水专国家精品课程《水电站》 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浙江水专国家精品课程《水电站》 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 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；A —— 基础面受压部分的计算面积；∑W —— 全部荷载对滑动面的法向分力（含扬压力）;∑P —— 全部荷载对滑动面的切向分力（含扬压力）。

浙江水专国家精品课程《水电站》 ——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，按表选用浙江水专国家精品课程《水电站》 抗浮稳定性计算,厂房抗浮稳定性可按下式计算式中 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浙江水专国家精品课程《水电站》 地基应力计算,1．计算方法 厂房地基面上的法向应力，可按下式计算式中 σ ——厂基面垂直正应力，kPa；∑W ——全部荷载在厂基面上的法向分力总和，kN；∑Mx，∑My——对计算截面形心轴x、y的力矩总和，kN.m；x、y ——计算截面上任意点至形心轴的距离，m；Jx， Jy——计算截面对形心轴x、y轴的惯性矩，m4；A——厂基面计算截面积，m2浙江水专国家精品课程《水电站》 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： 对于河床式厂房，除地震情况外都应大于零，在地震情况允许出现不大于0.1MPa的拉应力 对于坝后式和引水式厂房，正常运行情况下，一般应大于零；机组检修、机组未安装及非常运行情况下，允许出现不大于0.1~0.2MPa的局部拉应力。

地震情况下，如出现大于0.2MPa的拉应力，应进行专门论证 厂房整体稳定和地基应力计算不满足要求时，应在厂房地基中采取防渗和排水措施。