水电站厂房设计

绪论

水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。

水电站厂区包括：

（1）主厂房。布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。

（2）副厂房。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。

（3）主变压器场。装设主变压器的地方。电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。

（4）开关站（户外高压配电装置）。装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。

由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：

1. 坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。

2. 河床式厂房。厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。 3. 引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。

水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以

下的特点:

（1）厂房内安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。 （2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。

（3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。 （4）厂房内运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。 （5）水电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。

（6）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。

由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。而且,全厂的机组台数不宜太多。总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。

第一章 水电站厂房的位置及形式选定

第一节 水电站厂房的选择

根据报告审查会决定采用钢筋混凝土面板堆石坝为坝型，选中坝址建坝。左岸河岸式溢洪道，右岸长隧洞引水，在桐子营大桥以下420米处河道右侧建岸边厂房的枢纽总体布置方案。通过工程所在地区水文、地质、地形、地貌构造，初步拟定在桐子营大桥以下420米处，靠近贡水河的右岸桔园处建设厂房，采用引水式厂房布置形式，通过有压隧洞引水。选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。

第二节 厂房布置方岸的选定

方岸一：主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。这个方岸的优点是（1）基础开挖几劈坡工程量小。（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。

方岸二：副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。这个方岸的优点是（1）靠近公路，交通便利。（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。

对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。

第二章 下部结构的设计与布置

第一节 水轮机的计算

一、水轮机型号及主要参数选择：

1.水电站最大水头Hmax=65.89m，设计水头Hr=50.4m，加权平均水头

Hav=Hr=50.4m,

最小水头Hmin=35.7m，装机容量为24MV，初步布置2台机组，则单机容量为12MV。 2. 水轮机型号选择

根据该水电站的水头变化范围35.7m~65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。

水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择

（1）转轮直径D1计算

查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'=1110L/S=1.11m3/s,效率

m=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1'm=Q1'=1.11m3/s,效率

=86.0%，设gr=97%

水轮机的额定出力 Nr=

Ngr

gr

=

12000

=12371KW,上述的Q1'、和Nr=12371KW、Hr=50.4m0.97

代入式 D

1 ﹙2.1﹚

选用与之接近而偏大的标称直径D1=2.0m （2）转速n的计算

'

查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速n10=71.0r/min,初步假定'''n101=2.0mm=n10=71.0r/min,将已知的n10和Hav=50.4m，D

代入式

nn==252.0r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=300r/min. ﹙2.2﹚

D

1

3.效率及单位参数修正

HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为Mmax=90.7%，模型转轮直径为

D1M=0.404，根据式3-14 可得原型效率：

max=1-

1Mmax

5

5

=1-

10.907 ﹙2.3﹚

则效率修正值为=93.2%-90.7%=2.5%.

考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.7%，则可得效率修正值为=1.7%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为maxMmax90.7%0.8%91.5%

M85.2%0.8%86.0% （与上述假定值相同）

'

单位转速的修正值按下式计算：n1'n10m

1 ﹙2.4﹚





n1' 则 '=

n10m

110.44%



'''

由于n1/n101也可不加修正。 m3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q''由上可见原假定的=86%、Q1'Q1'm、n10n10m是正确的，那么上述计算及选用的结果

D12.0m，n300r/min是正确的。

4.工作范围的检验

' 在选定D12.0m，n300r/min后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的n1'即可

'计算出来。水轮机在Hr,Nr下工作时，其Q1'即为Q1max，故 '

Q

1max

3

m/s ﹙2.5﹚

'

D11.0242229.08m3/s 则水轮机的最大引用流量为QmaxQ1max

与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为

'

n1min

73.92r/min ﹙2.6﹚



100.42r/min '

n1max

n1'r

84.52r/min '在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1max1024L/S，

''

这三根直线所围成的水轮机工作范围（图n1max100.42r/min,n1min73.92r/min的直线，

中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数D12.0m，n300r/min是合理的。

5.吸出高度Hs计算

'

由水轮机的设计工况参数n1'r=84.52r/min,Q1max1024L/S,在图上可查得相应的气

蚀系数约为0.17，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为0.025，由此可求出水轮机的吸出高度为：

590

Hs10()H10(0.170.025）50.40.48m4.0m ﹙2.7﹚

900900可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择

1. 转轮直径D1的计算

查《水力机械》可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'=1150L/S=1.15m3/s,效率m=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1'm=Q1'=1.15m3/s,效率=90.0%，设gr=97% 水轮机的额定出力 Nr=上

述

的

Ngr

gr

=和

12000

=12371KW 0.97

Q1'

、

Nr

=12371KW、

Hr

=50.4m代入式

D

11.84m

选用与之接近而偏大的标称直径D1=2.0m

2. 转速n的计算

'

《水力机械》查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速n10=70.0r/min,初步'''假定n10代入式

1=2.0mm=n10=70.0r/min,将已知的n10和Hav=50.4m，D

nn==248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.

D

1

3. 效率及单位参数修正

可得HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为Mmax=91.0%，模型转轮直

径为D1M=0.46，根据式3-14 可得原型效率

max=1-

1Mmax

5

5

=1-

10.91则效率修正值为=93.3%-91.0%=2.3%.

考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.3%，则可得效率修正值为=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

maxMmax91.0%1.0%92.0%

M89.0%1.0%90.0% （与上述假定值相同）

'

单位转速的修正值按下式计算：n1'n10m

1





n1'则 '=

n10m

110.55%





'''

由于n1，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q/n103.0%1也可不加修正。 m

''由上可见原假定的=90.0%、Q1'Q1'm、n10n10m是正确的，那么上述计算及选用的结

果D12.0m，n250r/min是正确的。

4. 工作范围的检验

' 在选定D12.0m，n250r/min后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的n1'即可'计算出来。水轮机在Hr,Nr下工作时，其Q1'即为Q1max，故 '

Q

1max

3

m=0.968

'

D10.9682227.49m3/s 则水轮机的最大引用流量为QmaxQ1max

与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为

'

n1min



61.60r/min 

83.68r/min '

n1max

n1'r

70.43r/min

'

在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1max968L/S，

''

n1max83.68r/min,n1min61.60r/min的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图

中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL220型水轮机方案，所选定的参数D12.0m，n250r/min是合理的。

5. 吸出高度Hs计算

' 由水轮机的设计工况参数n1'r=70.4r/min,Q1max968L/S,在图上可查得相应的气蚀

系数约为0.133，并在图《水力机械》查得气蚀系数的修正值约为0.025，由此可求出水轮机的吸出高度为：

590

Hs10()H10(0.1330.025）50.41.38m4.0m

900900 可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求

三、两种方案的比较分析

由表可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D相同均为2.0m，但HL220型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高、气蚀系数较小、有利于提高年发电量，而HL230型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸、降低发电机造价。根据以上分析，在限制供货方面没有问题时，初步选用HL220型水轮机方案，故水轮机型号为 HL220—LJ—200。

第二节 水轮发电机的型式选择

本设计为大中型水电站，故采用大中型机组，采用立式SF12—18—3600型发电机

表2-2 发电机的主要参数

一、水轮机主要尺寸估算

1. 极距；

K943.69cm ﹙2.8﹚ 式中： Sf—发电机额定容量（13333KVA） P—磁极对数（12）

Kj—系数，一般取（8-10）在这里取Kj=9

2. 定子内径Di

2p21243.69Di333.94cm ﹙2.9﹚

3.143. 定子铁芯长度It It=

SfCDn

2ie

式中; ne_额定转速（r/min） ﹙2.10﹚

Di_定子内径

C-系数（4*106~6.5*106）此处取5*106

It=

SfCDi2ne

=

13333

95.65cm 62

510333.94250

Di333.940.0140.035 Itn95.65250

所以采用悬式水轮发电机

9

4. 定子铁芯外径Da（机座号）

ne250r/min166.7r/min Da=Di333.9443.69377.63cm 则取 Da=378cm，故发电机型号为SF1212/378

二、外形尺寸估算

1. 平面尺寸估算 （1）定子机座外径D1

 214ne250r/min300 D11.2D0a1.20*378c4m 53.（2）风罩内径D2

Sf20000KVA D2D12.0453.6200653.6cm （3）转子外径

D3Di2

单边空气间隙，初步估算时可忽略不计 D3Di333.94cm （4）下机座最大跨度D4 10000Sf

100K0V00 A D4D50.6m

式中D9

5为水轮机基坑直径D5=3.0m

D4D50.6m=3.0+0.6=3.6m=3600cm （5）推力轴承外径D6和励磁机外径D7 查《水利机械》D6=2400cm，D7=1500cm

三、轴向尺寸计算

1．定子机座高度h1

ne250r/min214r/min,h1It295.652*43.69183.03cm 2．上机架高度h2

对于悬式承载机架 h2=0.25Di0.25*333.9483.48cm 3．推力轴承高度h9

3，励磁机高度h4和永磁机高度h6

h3=1000mm, h4=1500~1800,取1600mm，其中机架高500~700，在这里取

6

600mm,h5=600mm, h6=500mm

4．下机架高度h7

悬式非承载机架 h7=0.12Di0.12333.9440.07cm 5．定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8 悬式非承载机架 h8=0.12Di0.15333.9450.09cm 6．下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9

按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm,取h9=800mm 7．转子磁轨轴向高度h10

有风扇时，h10It(700~1000)mm956.58001756.5mm 8．发电机主轴高度h11

h11(0.7~0.9)H， H—发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度 H=h1h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=183.03+83.48+100+160+60+50+50.09+80=766.6cmh110.8H0.8766.6613.28cm

9．定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12

h12=0.46h1h10=0.46183.03+175.65=259.84cm

四、水轮发电机重量估算

1. 发电机总重量Gf（t）

23

S13333

Gf=K1f8113.35t ﹙2.11﹚

250neK1—系数，对悬式发电机取8~10，在此处取8 2. 发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2估算

G

Gf2

113.35

56.675t 2

23

3. 发电机飞轮力矩

CD2K2Di3.5It5.23.33943.50.9565333.47tm2 ﹙2.12﹚ K2—经验系数，可按选取 , 当100ne375时，K25.2

9

Di—定子铁芯长度（m） It—定子铁芯长度（m）

第三节 蜗壳断面形式及尺寸计算

本电站最大工作水头超过40m,故采用金属蜗壳，有线变化结构简单，水力损失大：抛物线变化结构复杂，水利损失小。为了改善蜗壳的受力条件使水利损失最大，故采用抛物线变化规律的圆形断面，圆形金属蜗壳断面包角通常采用f=345

一、蜗壳进口断面流量

Qc

Qmax27.49

f34526.34m3/s ﹙2.13﹚ i

360360

2

Qmax—水轮机最大引用流量 1. 蜗壳进口平均流速

蜗壳进口断面平均流速 Vc5.8m/s 则蜗壳进口断面面积 Fc

Qc26.34

4.54m2 ﹙2.14﹚ Vc5.8

断面半径

max



1.20m

由《水力机械》可查得金属蜗壳座环尺寸，水头在70m一下其座环外径Da3.4m

RaDa/23.4/21.7m

D

R=a2i=1.7+21.44=4.10m

2

表2-3 蜗壳断面半径随角度的变化

第四节 尾水管形式及其主要尺寸确定

根据本电站的总装机容量为大中型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准弯肘型尾水管。弯肘型尾水管。是由进口直锥段，肘管和出口扩散段三部分组成，其大致形状如图所示，使用推荐的尾水管尺寸

2

表2-4 本电站尾水管尺寸参数

表2-5 本电站尾水管尺寸参数

尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在 肘管中转弯受到离心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。一般推荐使用合理半径R=（0.6~1.0）D4，外壁R6用上限，内壁R7用下限，为了减少水流在 转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口做成收缩断面，并使断面的高度缩小，宽度增大，高宽比约为0.25，肘管进出口面积比约为1.3左右。

所以，外壁半径R6=1.02.7=2..7m, 内壁半径R7=0.62.7=1.62m

图3-1混流式水轮机尾水管

第五节 主厂房主要尺寸的确定

主厂房主要尺寸的确定，即主厂房的总长，总高和宽度的确定。

主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心间距），端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。

一、机组段长度的确定

装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳，尾水管，发电机等设备在X轴方向的尺寸确定，同时还考虑机组附属设备即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。

1. 机组段长度L1可按下式计算

L1LxLx 式中 Lx机组段+X方向的最大长度 ﹙2.15﹚

Lx机组段-X方向的最大长度

Lx和Lx可按《水力机械》中的公式按尾水管，蜗壳层和发电机层分别计算，取

其中的最大值。

（1） 蜗壳层： Lx=R114.58+1.2=5.78m ﹙2.16﹚ Lx=R213.361.24.56m

1—蜗壳外部混凝土厚度，一般为1.2~1.5 ，这里取1.2

B55.4421.23.92 ﹙2.17﹚ 22B5.44

1.23.92 Lx =52

22

（2） 尾水管层：Lx=

2—尾水管边墩混凝土厚度，一般为1.2~1.5 ，这里取1.2

B5—尾水管宽度

R1蜗壳+X方向最大平面尺寸

R2蜗壳-X方向最大平面尺寸

b6.5361.8

30.44.568 ﹙2.18﹚ 2222b6.5361.8

0.44.568 Lx=33

2222

（3） 发电机层： Lx=

3



3发电机风罩内径

b—两台机组间风罩外壁的净距，一般为1.5~2.0m，这里取1.8m 3—发电机风罩壁厚 一般为0.3~0.4m，这里取0.4m 所以 发电机机组段长度 L1LxmaxLxmax5.784.56810.348m 取11m. 2. 边机组段的附加长度L（一般大型水电站厂房） L=0.2~1.0D10.821.6m 3. 安装间长度L2

L2=1.0~2.0L11.5L11.51116.5m，对一般电站平均取1.5.

4. 主厂房长度L: LnL1L2L21116.51.640.1m 取40m. n-为机组台数

二、厂房宽度的确定

以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度B2和下游侧宽度B1两部分

B1—下游侧厂房宽度，亦即尾水管的长度取B1=3.5~4.5D14.028.0m B2—上右侧厂房宽度 B2=D13.527.0m

—系数。当D16.0~10.0m时，=1.8~6.0,这里取=3.5

所以厂房的宽度B=B1+B2=8.0+7.0=15.0m

三、厂房各层高层的确定

1.水轮机安装高层的确定

对于立轴轮流式水轮机 wHs

b0

2

w—设计尾水位 可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得为551.57m

b0—导叶高度 b0=0.25D1=0.252.0=0.5m

Hs—水轮机吸出高度（1.38m）

b0.5

wHs0=551.57+1.38+=553.2m

22

在厂房设计中机组的安装高层是一个控制性的标高。(因为把其计算出来后

其他高程在此基础上都能计算出来了)

2. 尾水管底板的高层1

b

10h 式中—水轮机安装高层 ﹙2.19﹚

2 b0—导叶高度

H—底环顶面至尾水管底板的距离即尾水管的高（5.2m）

b0.5

10h=553.2-5.2547.75m

223. 水轮机层地面高层4

4r2h3 式中 r2—蜗壳进口段半径（1.44m） ﹙2.20﹚ h3—蜗壳上部混凝土厚度，对金属蜗壳可取1.0m

4r2h3=553.2+1.44+1.0=555.64m 4. 发电机层地面高层5（即发电机楼板高程）

54h4h5 式中 h4—水轮机机坑进人门高度取2.0m ﹙2.21﹚ h5—机坑进人门上部应留的尺寸取6.0m

54h4h5=555.64+2.0+6.0=563.64m 5. 吊车轨道顶的高层6

65h6h7h8h9h10 式中 ﹙2.22﹚

h6—吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度取0.8m h7—吊运部件与固定物之间的垂直安全高度，不小于0.3m取0.6m h8—起吊设备的高度（发电机主轴高度取6.2m）

h9—吊柱钩与吊运部件之间的距离一般为0.8~1.0m,取0.9m h10—吊车主钩至轨顶的最小距离取1.2m

65h6h7h8h9h10=563.64+0.8+0.6+6.2+0.9+1.2=573.3 6. 厂房顶梁底高层7

76h11h12 式中 ﹙2.23﹚ h11—吊车总高度即从小跑车顶到吊车轨道顶的高度取3.8m

h12—小跑车顶到顶梁底的净空，一般为0.2~0.5m,取0.4m

76h11h12=573.34+3.8+0.4=577.54m 7. 主厂房的高度

主厂房的高度由上部结构高度Hs和下部结构高度Hx两部分组成。 Hs=h6h7h8h9h10h11h12=0.8+0.6+6.2+0.9+1.2+3.8+0.4=13.9m Hx=0.16D122.8D14.0=0.16222.82+4.0=10.24m （外加发电机安装高程、厂房基础开挖高程）

第三章 主厂房构架计算 第一节 立柱的截面形式选择

水电站厂房中现浇的构架立柱大多采用矩形截面，当吊车起重能力在10吨以上时，下柱截面高度h不小于H2/12~H2/14,截面宽度不小于H2/25,（在此H2为下柱高度），一般要求b40厘米。

柱子的高度h=厂房顶梁底高程-发电机层地面高程=577.54-563.64=13.9m

11

水电站厂房吊车梁的截面较大，梁的高跨比h0/L一般取~，在该电站厂房

47

111

中取，h0/L=，L为立柱的跨度为7.5m，所以h0=L=1.5m.下柱的高度H2=（吊

555车轨道顶高程-发电机层地面高程）-h0=573.34-563.64-1.5=8.2m，上柱的高度=13.9-8.2=5.7，因此，下柱截面高度h=

H28.2

0.683,截面宽度1212

b=

H28.2

0.325，下柱截面尺寸取 500m700m,上柱截面尺寸取500500。 2525

第二节 厂房屋面板荷载计算及型号选择

该电站厂房（Ⅱ级安全级别）采用1.5m6.0m的大型屋面板，抗震设计烈度为6度，无悬挂荷载。

屋面荷载标准值计算如下：

防水层 0.35KN/m2

20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 KN/m2 150mm厚加气混凝土 0.90 KN/m2 预应力混凝土屋面板及灌浆缝 1.50 KN/m2 屋面支撑及吊管自重 0.15 KN/m2 所以永久荷载标准值总计 0.30 KN/m2 风荷载 0.35 KN/m2 雪荷载 0.25 KN/m2 屋面活荷载 0.5 KN/m2

因为屋面活荷载与雪荷载部同时存在，屋面活荷载较大，故取屋面活荷载组合 可变荷载标准值q=1.353.30+1.40.50.7=4.945 KN/m2 无钢天窗架选用代号为a 檐口形状为两端外天沟代号为B

根据实际屋面荷载设计值，在表4中15m跨屋面荷载设计值为q=5.0 KN/m2一栏选取屋架荷载能力等级为3级

因此无天窗的屋架型号为WJ15—3Ba;并参照本图集页19、20.根据有关规范标准，按抗震设防烈度为6度，布置屋架上，下弦支撑。

屋架技术经济指标，选用屋架自重5.48t.

第三节 吊车梁的结构设计

一、吊车梁的截面设计

T形截面刚度较大，抗扭性能较好，便于固定轨道：检查走道较宽，适用于大中型吊车梁，所以该吊车梁选T形截面。

11

~，梁的高宽比对T形截面梁高与肋宽的比例可达6-7，47

1111

上翼缘宽度b1'还应满足固定轨道要求，一般取~梁高，上翼缘的高度h1'一般取~

3258

梁高。

h11

由于梁的跨度为7.5m, ,h7.51.07m，所以梁高取1.0m

l77

1

取b=300m, b1'=h0.33m，取0.4m

3

梁的高跨比h/l一般取

图3-1 吊车梁的截面尺寸

二、吊车梁的荷载计算

因为G=56.675t，13.5m＜跨度﹤16.5m

表3-1 起重机尺寸

由表可知小车重量为23.5t，起重机总重为59.2t，本电站吊运最重部件为发电机转子为56.675t,大车轮距为6.25m，吊车梁最大跨度为7.5m,吊车跨度13.5m，主钩到吊车梁轨道最小距离为1.186m.

对预应力钢筋混凝土吊车梁，混凝土标号用C40,钢筋用Ⅳ，混凝土容重为25KN/mm3,吊车梁的荷载包括均布荷载、自重和钢轨及附件重，以及移动的集中荷载、吊车荷载。

1. 自重

q1(b1h1h2b)25(0.40.150.850.3)257.88KN/m

h2hh11.00.150.85m

其设计值为：gGgK1.057.888.27KN/m

钢轨及附件重由制造厂家提供材料，初估是可取1.8KN/m所以由上可知均布荷载q8.271.810.07KN/m2. 吊车梁集中荷载计算

本吊车为一台桥式吊车,可根据公式 Pmax

LL111

(GG)G3 ﹙3.1﹚ 12mL2

m一台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数目（为4）G1-最大起吊重量（转子56.675t)

G3-台吊车自重（35.7t)

L吊车自重为13.5m

L1主钩到吊车梁轨道最小距离（1.186m)

其中：为系数1.1

113.51.1861

Pmax1.1(56.67523.5)35.725.02t25.0210250.2KN

413.52

其设计值为 QQPmax1.2250.2300.24KN Q可变荷载分项系数，取1.2

3. 横向水平制动T(KN)计算

G1G256.67523.51.0t1.01010KN

﹙3.2﹚ 20m204

其设计值为QT101.212KN

T

4. 纵向水平制动力T0的计算

吊车制动时，产生纵向水平力，方向与吊车梁一致作用在轨顶。

T00.1Pmax0.1250.24100.08KN其设计值为：Q0QT01.2100.08120.01KN

三、吊车梁内力计算

1. 吊车梁自重弯矩值计算 弯矩计算可根据公式M1r0f

12

q 其中r0—结构重要性系数（Ⅱ,1.0）﹙3.3﹚ 8

f —设计状况系数（吊车梁为持久状况，1.0） q—吊车梁均布荷载（10.07KN/M） l—吊车梁的跨长（7.5m）

11

将以上各值代入M1r0fq2中得M11.01.010.077.5270.8KNm

88

2. 吊车梁集中荷载（最大轮压）弯矩值计算

图3-2 吊车梁荷载简图

设发生绝对最大弯矩时有2个荷载在梁上，其合力为FR2300.24600.48KN

P0.84

0.42 FR至临界荷载的距离a由合力矩定理求得a

2P使P与FR对称于梁的中点，此时梁上荷载与求合力时相符。 由Mmax

2

2

Fla600.487.50.42RMk01003.33KN.M ﹙3.3﹚ l227.522

所以吊车梁承受总弯矩设计值为MM1Mmax70.81003.331047.13KN.M 3. 吊车梁剪力设计值计算

ql

根据公式Vr010.86P ﹙3.4﹚

2

q—吊车梁均布荷载设计值（10.07KN/M） r0—结构重要性系数取1.0

—设计状况系数（吊车梁为持久状况取1.0）

l—吊车梁跨度（7.5m）

P—轮压设计值(300.24KN)

ql

将以上各值代入Vr010.86P中得

29.67.5

V1.01.01.86300.24594.45KN

2

四、吊车梁承受扭矩和抗扭钢筋计算

图3-3 吊车梁截面承受荷栽图

由于横向水平力T0作用在轨顶，对截面重心由扭矩作用，同时考虑垂直轮压也可能会有2cm的偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为T0.9Pe1T0e1 ﹙3.5﹚ P—垂直方向轮压设计值（300.24KN）

T0—横向水平制动力（12KN） e1—力P的偏心矩 取2CM

e2—力T0的偏心矩即轨道到T型截面重心的距离

0.9—考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生时的荷载组合系数

ha—钢轨顶至吊车梁顶距离

8

ya—截面弯曲中心至梁顶距离

h1.0hh1'b31.00.150.33h0.15ya'0.35 ﹙3.6﹚ 33'3'3

2h1b1hh1b20.150.41.00.150.3

'1



所以e2haya0.350.130.48

将上述各值代入公式T0.9Pe1T0e1=0.9（300.240.02+120.48）=10.59KN.M

五、吊车梁配筋计算

h'f150mm,b300mm,h1000mm,aa'60mm,c25mm,h0ha100060940mm承受弯矩设计值M=1074.13KN.M，剪力设计值V=338KN，扭矩设计值T=10.59KN.M,采用C30级混凝土，纵筋为Ⅲ级钢筋，箍筋用Ⅰ级钢筋。 1. 验算截面尺寸

h'f2'b2'

将T形截面划分成二块矩形截面，按式Wtw3hb及式Wtwbfb计算

62

截面受扭塑性抵抗矩：

b23002

腹板 Wtw3hb310003004.05107mm3 ﹙3.7﹚

66

1502

翼缘 Wbb4003001.125106mm3 ﹙3.8﹚ 22

'

tf

'f

h'f2

整个截面受扭塑性抵抗矩为WtWtwWtf'40.51.12510641.625106mm3

VT594.4510310.59106112

1.45N/mm0.25f0.2515.03.125N/mmc6bh0Wt30094041.62510rd1.2

rd—混凝土的结构系数取1.2

fc—混凝土强度设计值（C30,15.0N/mm2） 2. 验算是否需按计算确定抗剪扭钢筋 按式

VT1

0.7ft验算 ﹙3.9﹚ bh0Wtrd

VT594.4510310.591061122

1.45N/mm0.7f0.71.50.875N/mmtbh0Wt30094041.625106rd1.2

应按计算确定抗剪扭钢筋。

3. 抗弯纵筋计算 （1）判别T形截面类型

''h'f1150

h015.0400150940fcbfhf648.75KN.MM1074.13KN.M1.222

属于第二类T形截面。 ﹙3.10﹚

1rd

（2）求抗弯纵筋

rdM1.21074.13106

s0.243 ﹙3.11﹚

'22

fcbfh015.0400940

110.283b0.5187 ﹙3.12﹚ Asb'fh0

fc15.00.2834009404433.67mm2fy360



As4433.671.57%min0.15%bh0300940

﹙3.13﹚

满足要求。 4. 腹板抗剪扭钢筋计算

（1）T形截面的扭矩分配，由式：

腹板：

7

Wtw4.0510TwT10.597

Wt4.162510

1KN0.3M0.KN28M6

.

翼缘：

Tf'

Wtf'Wt

T

1.12510

10.59

41.625610

6

﹙3.14﹚

.

（2）腹板的配筋按弯剪扭构件计算

由式

11

0.035fcbh00.03515.0300.940123.375KNV338KN rd1.2

不能忽略V的影响。 ﹙3.15﹚ 由式

11

0.175ftWt0.1751.541.6251069.10KN.M10.59KN.M rd1.2

不能忽略T的影响，腹板应按弯、剪、扭构件计算。 ﹙3.16﹚

对集中荷载作用下的矩形截面，剪扭构件（包括作用由多种荷载，且其中集中荷对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况）应考虑剪跨比

的影响。

t

1.5

10.171.5

VWt

Tbh0



1.5

0.350.536

3381041.62510

10.172.551.5

10.59106300900

取t0.5

计算剪跨比 =

5. 求箍筋。

a2.42.55 ﹙3.17﹚ h00.94

（1）腹板抗剪箍筋：

3

AsvrdV0.071.5tfcbh01.2338100.071.50.515.0300940s1.25fyvh01.25210940

0.444mm2/mm

﹙3.18﹚

（2）腹板抗扭箍筋：

Ast167

s ﹙3.19﹚ 0.256mm2/mm

fyv—箍筋抗拉强度设计值 取210N/mm2

—通常取1.2为最佳7

所以 采用双支箍（n=2）,则腹板单位长度上单支箍总截面面积为： Asv1AsvAst10.444

0.2560.478mm2/mm snss2选用箍筋直径为8(Asv150.3mm2)，则得箍筋间距为，

50.3

105.2mm,取s=100mm。 0.478nA250.3svsv10.34%stmin0.15% ﹙3.20﹚

bs300100s

满足箍筋要求，所以选配双支箍8@100。 6. 腹板纵筋计算

（1）腹板抗扭纵筋，由式

Ast

Ast1fyvucor

fvs



Ast1fyvucor1.20.256210(250950)2

430mm2

sfv360

st

Ast430

0.14%stmin0.15%，部 满足要求，按最小配筋率配筋。 bh300100

7

Aststminbh0.00153001000450mm2 ﹙3.21﹚ 按构造要求，抗扭纵筋的间距不应大于300mm或梁的宽度 故沿梁高分三层布置纵筋：

A450

150mm2 选212 （As226mm2) 上层：st

33A450

150mm2 选412（As452mm2) 中层：st

33A450

4433.674583.67mm2 底层：stAs

33

选828(As4926mm2),单根钢筋公称质量4.830Kg/M。 （2）翼缘抗扭钢筋计算

受压翼缘一般按纯扭计算（不计V的影响） 箍筋 ：

A

'

st1

rT'0.35fW'660.0040

8@50(Ast150.3mm2)

故按构造配筋，选用

' 满足要求。 Ast50.31

st0.34%stmin0.15%

bs30050

纵筋：

A

'st

'Ast1fyvucor

fvs



1.250.32102(100350)

633.78mm2

36050

选612(As679mm2)

图3-4 吊车梁截面配筋图

7. 吊车梁斜截面强度验算

5

a60mm,则h0ha100060940mm,则hwh0h'f940150790mmhw790

2.64.0

b30011

0.25fcbh00.2515.0300940881.25KNV338KN，则满足要求rd1.28. 裂缝宽度验算

查《钢筋混凝土设计规范》钢筋混凝土吊车梁尚应验算裂缝开展宽度短期组合

最大裂缝宽度不大于0.4mm.

T形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件最大裂缝宽度Wmax可分别按下列公式计算。Wmax123

ss

d

3c0.10 式中 ﹙3.22﹚ Este

1—考虑构件受力特征的系数，对受弯和偏心受压构件，取1=1.0 2—考虑钢筋表面形状的系数，对光面钢筋，取2=1.4

3—考虑荷载长期作用影响的系数，对荷载效应的短期组合，取3=1.5

C—最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（25mm）

d—钢筋直径（28mm）

te—纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（c=25mm）

Ate—有效受拉混凝土截面面积，Ate2asb

as2528301497mm,b300mm,所以Ate2973005.28104mm24583.67te0.079

5.82104

ss按荷载效应的短期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力

Es2.010N/mm

5

2

受拉构件：ss

MS1003.33

267.66N/mm2

0.87h0Hs0.879404583.67

d

)1.01.41.5

267.6628

(3250.10)0.31mm0.4mm,5

2.0100.079

Wmax123

ss

Es

(3c0.10

te

裂缝开展宽度满足要求

9. 挠度验算

吊车梁尚应验算挠度是否在允许范围之内，以保证吊车的正常行驶，吊车梁的最

l

大许可挠度为

600

5ql4

单跨简支吊车梁在均布荷载作用下中点挠度fd

384Bd



Bd—构件的刚度，对出现裂缝时Bd=0.65EhI

Eh—混凝土弹性模量为3.25104N/mm2 I—截面对x轴惯性矩，经计算：

0.40.1530.1520.30.8530.852I(0.40.15)(0.35)(0.850.3)(0.65)0.0329124

122122

Bd0.653.251070.03291240.069527107KNmm2

510.077.54

fd0.5967103m7

3840.06952710

1Pl31250.27.533

跨中承受集中荷载时fd3.162810m7

48Bd480.06952710

7.5103

fmax2(fdfd)2(0.59673.1628)7.52mm12.5mm

600



所以挠度满足要求。

第四节 立柱牛腿的设计

一、牛腿截面尺寸拟定

1

b500mm,h800mm,h13h,且不应小于200mm,取h1400mm

45,chh1tan800400400mm

h0h1sctan40040400760mma10020120mm0.3h

0,取a0.3760228mm

图3-5 牛腿截面尺寸

Fvs—由荷载标准值按荷载效应短期组合计算作用于牛腿顶部的竖向力值 Fv—作用在牛腿顶部的竖向力设计值 Fh—作用在牛腿顶部的水平拉力设计值

一轮压位于支座处时，支座产生最大剪力

Fv10.776300.2410.073.75570.99KNFh21224KNFFh

hs

r24.020KNQ1.2

Fvs1.29.593.751.86250.2501.3KN

根据下式对初拟高度验算FFvs10.5hs

ftkbh0

式中; 

Fvs0.5h0

3.23﹚ ﹙

—裂缝控制系数，对水电站厂房立柱的牛腿，取=0.70 ftk—混凝土轴心抗拉强度标准值（C30，ftk=2.00N/mm2）

a—竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，应考虑安装偏差20mm。竖向力作用点位于下柱以内，取a=0（a0.3760228mm）

Fhsftkbh0202.0500760)0.70(10.5)651.70KNFvs501.3KN

Fvs0.5501.30.5

h0760

(10.5

尺寸满足要求。 ﹙3.24﹚ 1. 受力钢筋

由承受竖向力所需的受拉钢筋和承受水平拉力所需的锚筋组成的受力钢筋的总面积As按下式计算

Asd(

FvaF

1.2h) ﹙3.25﹚

0.85fyh0fy

式中：d—钢筋混凝土结构的结构系数，d=1.2 fy—钢筋抗拉强度设计值（360N/mm2）

FvaFh570.9910322824103

Asd(1.2)1.2(1.2)639.79mm

0.85fyh0fy0.85360760360



As639.790.14%min0.2%bh0600760

按构造配筋，配筋率取min=0.2%

Asminbh00.2%500760760mm2 承受竖向力的受拉钢筋选用614(As924mm2)

承受水平拉力的锚筋应焊在预埋件上，不应少于2根。选314,As603mm2 2.水平箍筋和弯起钢筋

水平箍筋采用双肢箍，选用8@100,As50.3mm2

且在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2.

As250.3540/100543.24mm2As/2456mm2故满足箍筋设置要求 因牛腿的剪跨比a/h00.3，故按构造配置弯起钢筋 故Asbminbh00.15%500760570mm2 选用318(As763mm2)

弯起钢筋宜采用变形钢筋，宜设置在牛腿上部l/6~l/3之间的范围内，其

22

As763mm2As912608mm2故满足要求

33

图3-6 牛腿配筋图

第五节 排架设计

一、确定柱的截面尺寸

柱截面尺寸,几何特性，下部柱子高度和牛腿尺寸及其有关参数，选6m为计算单元

表3-2 A、B柱参数（H13.9m,Hu5.7m,Ht8.2m）

图3-7 柱截面尺寸

计算单元

图3-8 排架计算单元

二、荷载计算

1.恒荷载

屋面荷载标准值计算如下： 防水层 0.35KN/㎡

20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 KN/㎡ 150mm厚加气混凝土 0.90 KN/㎡ 预应力混凝土屋面板及灌浆缝 1.50 KN/㎡ 屋面支撑及吊管自重 0.15 KN/㎡ 所以永久荷载标准值总计 3.30 KN/㎡ 风荷载 0.35 KN/㎡ 雪荷载 0.25 KN/㎡

屋面活荷载标准值： 0.5 KN/㎡ 屋架自重 54.8KN

11

故G1=6163.3054.8185.5KN

222.上柱自重G2

钢筋混凝土容重为25KN/M,上柱截面尺寸500mm500mm。h上5.7m

G2=0.50.55.725=35.625KN 3.下柱自重G3

下柱截面尺寸500mm700mm,h下8.2m， 1

牛腿重=0.40.80.40.5253.0KN

2 G30.50.78.2253.074.75KN 4.吊车梁及轨道自重G4

在吊车梁部分已算 q=10.07KN/M,G410.07660.42KN 5.屋面活荷载Q1

1

Q11660.524KN

2

三、吊车荷载

1.吊车竖向荷载Dmax,Dmin。

DmaxPmax0.9440.832250.20.9440.832444.36KNPminDmin

G1G3mPmax566.75592250.24

39.49KN

m4

Pmin0.9440.83270.13KN

﹙3.26﹚

Dmax和Dmin换算成作用在下柱顶面的轴心压力和力矩

2.吊车横向水平荷载Tmax

吊车在排架上产生最大横向水平荷载值Tmax与产生Dmax,Dmin相同。

故Tmax0.9440.832T00.081.776101.42KN 3.吊车纵向水平荷载

nP1250.2T0max,对于一般四轮吊车，n1,T025.02KN

1010

四、风荷载

垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值WK(KN/m2)

WKzszW0

W0基本风压值（0.35KN/m2）

zz高度处的风振系数，对单层厂房，z1.0

﹙3.27﹚ s风荷载体型系数，如图所示z风压高度变化系数为1.0

tan

23501650

5.315

7500

则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：

WK1zs1mzW01.00.81.00.350.28KN/m2WK2zs1mzW01.00.41.00.350.14KN/m2q11.30.287.52.73KN/mq21.30.147.51.365KN/m

水平集中风荷载：

FwkQ(s1s2)h1(s3s4)hzzzW0B1.3(0.80.5)1.65(0.60.5)(2.351.65)1.01.00.357.51.31.31.650.10.70.3565.66KN

﹙3.28﹚

五、抗震计算

对于单自由度排架FEcahm ﹙3.29﹚

ah水平向设计地震加速度代表值，ah0.05g0.059.810.4905 c综合影响系数，经内插计算为0.34

-动力放大系数，与结构自身的自振周期T,max(

对于Ⅱ类场地，Tg

0.3s

T厂房结构的自振周期，T2TgT

)0.9对于面板堆石坝max

31 1(n1)CI

cc

33

前面已计算0.41，n0.364,C02.68

11

13110.4131

n0.364



柔度系数，

cIc

H313.933

2.3410

C0EcIt2.683.010714.29103

m屋架自重吊车自重柱子自重0.37屋面活荷载/g

54.810.077.535.62574.7520.374.9457.515/9.8178.32t

T223.142.688s

T0.3

maxg2.250.313s0.22.250.45s,取0.45s

2.688T

Fzcahm0.340.49050.4578.325.88KN

0.9

0.9

第六节 排架结构设计

用剪力分配法进行单排架的内力计算。

表3-4厂房构架作用效应组合

经计算的内力经过组合的内力组合表如下： 表3-5排架内力组合表

控制截面一般取弯矩，轴力最大的截面和弯矩，轴力突变的截面，经选取Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ、 截面为控制截面，经引入荷载分项系数，结构重要系数及设计状况系数进行内力组合值计算后对各控制截面选取了 两组内力组合设计值，即+M及相对应的N值，-M及相对应的N值，其计算结果列于表.

表3-6 内力总结表

一、配筋计算

1.截面Ⅲ—Ⅲ，弯矩设计值M=531.40KN.M,轴力设计值N=843.90，b=500MM,h=700MM,取a=a'=40MM（一类环境条件），h0ha70040660MM， C30混凝土，

fc15.0N/mm2,Ⅲ级钢筋，fyfy'360 N/mm2，结构系数rd=1.2，下柱计算

长度，根据规范l0H28.2m.

l0/h8200/70011.78,需考虑纵向弯曲影响。

h700M531.40

23.3mm 0.63m=630mm>求值;e0

3030N843.90

1

0.5fcA0.515.0500700

2.59,取11.0 ﹙3.30﹚ 3

rdN1.2843.910

因l0/h15，取21.0

11282001l0/h1211.01.01.103 ﹙3.31﹚ 1400e0/h07001400

660

2

判断大小偏心，因为e01.103630694.89mm>0.3h0198mm,所以按大偏心受压构件计算ee0

h700a694.89401004.89mm. ﹙3.32﹚ 22

对于Ⅲ级钢筋查《水工钢筋混凝土结构学》得sb0.384。

rdNefcsbbh021.2843.91031004.8915.00.3845006602

A0﹙3.33﹚

36066040fy'h0a''

s

所以按最小配筋率计算As'，查附录四表3知min0.2%

As'=minbh00.002500660660mm2.选用318As'763mm2。 ﹙3.34﹚

s

rdNefy'As'h0a'

fcbh02

1.2843.91031004.89360763660400.259 2

15.0500

660

110.305b0.518 ﹙3.35﹚ xh00.305660201.3mm2a'24080mm

As

fcbh0fy'As'rdN

fy

15.00.3055006603607631.2843.9103

360﹙3.36﹚

2143.75mmminbh0660mm2

选用625As2945mm2

在负向弯矩作用下，立柱外侧受拉，所以必须通过配筋计算来保证柱得外侧受拉强度。 已知M=-535.38KN.M,N=439.73KN, As'=2945mm2(即正向弯矩时配置得As)

按上述同样方法计算得知e01217.5mm,1.053,e01282.03mm，按大偏心受压构

件计算：ee0

's

h700a1282.03401592.03mm 22

rdNefcsbbh021.2439.731031592.0315.00.3845006602

A0 ''

36066040fyh0as

rdNefy'As'h0a'

fcbh02

1.2439.731031592.0336076366040

0.205

15.0500

6602

110.232b0.518 xh00.232660153.12mm2a'24080mm

As

fcbh0fy'As'rdN

fy

15.00.2325006603607631.2439.73103

360

2487.23mm2minbh0660mm2

选用625As2945mm2

2.截面Ⅱ-Ⅱ，因截Ⅱ-Ⅱ面得两组内力设计值均小于截面Ⅲ-Ⅲ两组对应内力设计值，配筋时只需将截面Ⅲ-Ⅲ配置得钢筋直通至截面Ⅲ-Ⅲ即可，不用作配筋计算。

3.截面Ⅰ-Ⅰ，已知M=-111.77KN.M, N=262.50KN, b=h=500MM，取a=a'=40MM，其余资料同截面Ⅲ-Ⅲ。

上柱计算长度l02Hs25.711.4m，l0/h11400/50022.88 所以需要考虑纵向弯曲得影响。

h500M111.77

16.67mm 0.426m=426mm>求值;e0

3030N262.50

1

0.5fcA0.515.0500500

5.95,取11.0 3

rdN1.2262.5010

因l0/h15，取21.0

112114001l0/h1211.01.01.40 4261400e0/h05001400

460

2

判断大小偏心，因为e01.40426596.4mm>0.3h0138mm,所以按大偏心受压构件计算ee0

h500a596.440806.40mm. 22

对于Ⅲ级钢筋查《水工钢筋混凝土结构学》得sb0.384。

rdNefcsbbh021.2262.50103806.415.00.3845004602

A0 36046040fy'h0a''

s

所以按最小配筋率计算As'，查附录四表3知min0.2%

As'=minbh00.002500460460mm2.选用318As'763mm2。

srdNefy'As'h0a'

fcbh021.2262.50103806.40360763460400.087 15.0500

4602

110.091b0.518

xh00.09146041.86mm2a'24080mm h50040386.40mm e'e0a1.442622

rdNe'1.2262.5103386.422Asy805mmbh460mm min036046040fh0a'选用320As942mm2

在正向弯矩M=5.03KN.M及相应轴力N=236.25KN作用下，经计算承载力满足要求。

4.箍筋配置 Hn57006.23，取3 ，上柱2h2460

82006.213，取3。 下柱2660剪跨比因为Ⅰ-Ⅰ截面最大剪力V=-39.40KN,N=262.50KN

Ⅱ-Ⅱ截面最大剪力V=7.82KN，N=773.26KN

Ⅲ-Ⅲ截面最大剪力V=-58.08KN，N=439.73KN

10.210.2fbh0.07N15.0500460c00.07773.26 rd1.51.231.5

181.9KNV7.82KN

10.20.2fbh0.07N15.0500660c00.07439.73 1.51.231.5

214.11KNV58.08KN1rd

所以按构造配箍筋：根据规范柱中非加密区选用双肢箍10@200，加密区配置双肢箍10@100。

所以Asv157mm2,s200mm，svAsv1570.16%svmin0.12% bs500200

经验算满足箍筋最小配筋率得要求。

为了防止中间纵向钢筋得曲凸，还需添置附加箍筋。

Ⅰ-Ⅰ

图3-9 柱配筋图

总 结

这次我所做的设计题目是水电站厂房设计。

设计开始的第一周，从图书馆和老师那里得到了很多所需的参考资料，图纸和规范。从第二周开始，进行了厂房的位置选择和型式拟定，根据老师给出的地质、水文、气象及地震等级资料并综合考虑当地、经济条件和施工难度等因素,结合工程有关条件,选择在桐子营大桥以下420米桔园平坦处建厂房，采用引水式厂房布置形式。

从第三周开始，我就开始厂房下部结构的计算。根据原始资料给定的水位和装机容量来进行厂房内部计算，其中厂房的水轮机通过两种方案的比较，最终选定水轮机的型号，紧接着又进行厂房尺寸的拟定，后来又进行厂房的平面布置。

从第七周开始我开始对厂房上部结构进行设计，其中有吊车梁，牛腿和排架结构的设计和配筋，经过裂缝开展宽度和挠度检算各项指标都符合规范要求。在这个阶段的设计过程中难度最大的是排架的结构计算，由于以前对荷载组合方面在以前的学习中只是有所涉及但未深入学习，所以在这个方面花费的时间比较多，最后经过杨老师的耐心指导，多次返工后，才完成了此项计算。经过验算，各项指标都符合规范要求。从而圆满的完成了该水电站厂房设计。

致谢

首先对XXX老师表示真挚的谢意。

在杨老师的细心指导和帮助下，使我的毕业设计顺利完成，通过毕业设计使我对所学课程进行了综合运用，基本掌握了水电站厂房的设计思路，在设计过程中，自己获益非浅。因为本次设计工作量比较大,有些知识以前未曾涉及,所以在设计的过程中遇到的困难也较多,在设计指导过程中季老师循循善诱和一丝不苟的态度也深深地影响了我。在做毕业设计期间，天天都有老师的身影，处处都是老师的叮咛。当大家在设计过程出现疑问和困惑时老师们都会详细解答。再次对杨老师的辛勤指导表示感谢，请老师接受我诚挚的谢意。

在设计的最后一段时间里,杨老师给我们提供了优越的设计环境,再次感谢老师给我们提供了有些研究生还得不到的待遇；老师给我们悉心指导，随时答疑，这是别人没有得到的学习条件。我们同组的伙伴也随时交换思想，研究出最合理的解决方案，使设计更加合理。老师不仅对于我们提出的问题随时解答,同时教我们做人的道理。在设计

的日子里。我们和老师朝夕相处,这使我深深的感受到老师积极向上的人生态度,严谨的治学要求, 渊博的理论知识,丰富的实践经验无一不是我今后的努力方向和追求的目标。

再次要感谢我的同组伙伴们。在做设计的日子里,我们相互帮助，相互讨论，我们是一个团队,所以为了顺利完成设计任务,我们共同努力，共同进步。在做设计的同时，我的团队合作能力也得到了很大的提高.

再次衷心的感谢XXX老师孜孜不倦的教导和同组伙伴们对我的鼓励和帮助，也感谢在设计的过程中所有关心和帮助过自己的老师和同学。

主要参考文献

[1]刘启钊.水电站.北京：中国水利水电出版社，1998年5月

[2]水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册（水力机械）.北京：水利电力出版社， 1983年11月

[3]于英乐，申建红，牛腾飞.工程结构.北京：化学工业出版社，2006年6月

[4]河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学.水工钢筋混凝土结构学.北京：中国水利水电出版社，1996年10月

[5]李廉锟.结构力学.北京：高等教育出版社，2005年1月

[6]张光斗，王光纶. 专门水工建筑物.上海：上海科学技术出版社，1999年12月

[7]马善定，汪如泽.水电站建筑物.北京：中国水利水电出版社，1996年10月

[8]西北勘查设计研究院.水工混凝土结构设计规范（SL∕T 191-96）.北京：中国水利水电出版社，1997年3月

[9]许良乾，殷佩生.画法几何及水利工程制图.北京：高等教育出版社.2001年7月

[10]张文香，曾立云，张丽萍等. 工程制图基础 兰州：甘肃教育出版社，2003年10月

[11]张治滨，季奎等. 水电站建筑物设计参考资料. 北京：中国水利水电出版社，1997年6月

[12]华东水利学院等. 水工钢筋混凝土结构学（下）. 北京：水利电力出版社，1975年10月

[13]左东启，顾兆勋等. 水工设计手册 北京：中国水利水电出版社，1989年5月

[14]林继镛 水工建筑物 天津：中国水利水电出版社，2006年5月

绪论

水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。

水电站厂区包括：

（1）主厂房。布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。

（2）副厂房。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。

（3）主变压器场。装设主变压器的地方。电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。

（4）开关站（户外高压配电装置）。装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。

由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：

1. 坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。

2. 河床式厂房。厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。 3. 引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。

水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以

下的特点:

（1）厂房内安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。 （2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。

（3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。 （4）厂房内运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。 （5）水电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。

（6）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。

由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。而且,全厂的机组台数不宜太多。总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。

第一章 水电站厂房的位置及形式选定

第一节 水电站厂房的选择

根据报告审查会决定采用钢筋混凝土面板堆石坝为坝型，选中坝址建坝。左岸河岸式溢洪道，右岸长隧洞引水，在桐子营大桥以下420米处河道右侧建岸边厂房的枢纽总体布置方案。通过工程所在地区水文、地质、地形、地貌构造，初步拟定在桐子营大桥以下420米处，靠近贡水河的右岸桔园处建设厂房，采用引水式厂房布置形式，通过有压隧洞引水。选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。

第二节 厂房布置方岸的选定

方岸一：主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。这个方岸的优点是（1）基础开挖几劈坡工程量小。（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。

方岸二：副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。这个方岸的优点是（1）靠近公路，交通便利。（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。

对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。

第二章 下部结构的设计与布置

第一节 水轮机的计算

一、水轮机型号及主要参数选择：

1.水电站最大水头Hmax=65.89m，设计水头Hr=50.4m，加权平均水头

Hav=Hr=50.4m,

最小水头Hmin=35.7m，装机容量为24MV，初步布置2台机组，则单机容量为12MV。 2. 水轮机型号选择

根据该水电站的水头变化范围35.7m~65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。

水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择

（1）转轮直径D1计算

查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'=1110L/S=1.11m3/s,效率

m=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1'm=Q1'=1.11m3/s,效率

=86.0%，设gr=97%

水轮机的额定出力 Nr=

Ngr

gr

=

12000

=12371KW,上述的Q1'、和Nr=12371KW、Hr=50.4m0.97

代入式 D

1 ﹙2.1﹚

选用与之接近而偏大的标称直径D1=2.0m （2）转速n的计算

'

查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速n10=71.0r/min,初步假定'''n101=2.0mm=n10=71.0r/min,将已知的n10和Hav=50.4m，D

代入式

nn==252.0r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=300r/min. ﹙2.2﹚

D

1

3.效率及单位参数修正

HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为Mmax=90.7%，模型转轮直径为

D1M=0.404，根据式3-14 可得原型效率：

max=1-

1Mmax

5

5

=1-

10.907 ﹙2.3﹚

则效率修正值为=93.2%-90.7%=2.5%.

考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.7%，则可得效率修正值为=1.7%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为maxMmax90.7%0.8%91.5%

M85.2%0.8%86.0% （与上述假定值相同）

'

单位转速的修正值按下式计算：n1'n10m

1 ﹙2.4﹚





n1' 则 '=

n10m

110.44%



'''

由于n1/n101也可不加修正。 m3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q''由上可见原假定的=86%、Q1'Q1'm、n10n10m是正确的，那么上述计算及选用的结果

D12.0m，n300r/min是正确的。

4.工作范围的检验

' 在选定D12.0m，n300r/min后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的n1'即可

'计算出来。水轮机在Hr,Nr下工作时，其Q1'即为Q1max，故 '

Q

1max

3

m/s ﹙2.5﹚

'

D11.0242229.08m3/s 则水轮机的最大引用流量为QmaxQ1max

与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为

'

n1min

73.92r/min ﹙2.6﹚



100.42r/min '

n1max

n1'r

84.52r/min '在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1max1024L/S，

''

这三根直线所围成的水轮机工作范围（图n1max100.42r/min,n1min73.92r/min的直线，

中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数D12.0m，n300r/min是合理的。

5.吸出高度Hs计算

'

由水轮机的设计工况参数n1'r=84.52r/min,Q1max1024L/S,在图上可查得相应的气

蚀系数约为0.17，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为0.025，由此可求出水轮机的吸出高度为：

590

Hs10()H10(0.170.025）50.40.48m4.0m ﹙2.7﹚

900900可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择

1. 转轮直径D1的计算

查《水力机械》可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'=1150L/S=1.15m3/s,效率m=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1'm=Q1'=1.15m3/s,效率=90.0%，设gr=97% 水轮机的额定出力 Nr=上

述

的

Ngr

gr

=和

12000

=12371KW 0.97

Q1'

、

Nr

=12371KW、

Hr

=50.4m代入式

D

11.84m

选用与之接近而偏大的标称直径D1=2.0m

2. 转速n的计算

'

《水力机械》查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速n10=70.0r/min,初步'''假定n10代入式

1=2.0mm=n10=70.0r/min,将已知的n10和Hav=50.4m，D

nn==248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.

D

1

3. 效率及单位参数修正

可得HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为Mmax=91.0%，模型转轮直

径为D1M=0.46，根据式3-14 可得原型效率

max=1-

1Mmax

5

5

=1-

10.91则效率修正值为=93.3%-91.0%=2.3%.

考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.3%，则可得效率修正值为=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

maxMmax91.0%1.0%92.0%

M89.0%1.0%90.0% （与上述假定值相同）

'

单位转速的修正值按下式计算：n1'n10m

1





n1'则 '=

n10m

110.55%





'''

由于n1，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q/n103.0%1也可不加修正。 m

''由上可见原假定的=90.0%、Q1'Q1'm、n10n10m是正确的，那么上述计算及选用的结

果D12.0m，n250r/min是正确的。

4. 工作范围的检验

' 在选定D12.0m，n250r/min后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的n1'即可'计算出来。水轮机在Hr,Nr下工作时，其Q1'即为Q1max，故 '

Q

1max

3

m=0.968

'

D10.9682227.49m3/s 则水轮机的最大引用流量为QmaxQ1max

与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为

'

n1min



61.60r/min 

83.68r/min '

n1max

n1'r

70.43r/min

'

在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1max968L/S，

''

n1max83.68r/min,n1min61.60r/min的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图

中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL220型水轮机方案，所选定的参数D12.0m，n250r/min是合理的。

5. 吸出高度Hs计算

' 由水轮机的设计工况参数n1'r=70.4r/min,Q1max968L/S,在图上可查得相应的气蚀

系数约为0.133，并在图《水力机械》查得气蚀系数的修正值约为0.025，由此可求出水轮机的吸出高度为：

590

Hs10()H10(0.1330.025）50.41.38m4.0m

900900 可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求

三、两种方案的比较分析

由表可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D相同均为2.0m，但HL220型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高、气蚀系数较小、有利于提高年发电量，而HL230型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸、降低发电机造价。根据以上分析，在限制供货方面没有问题时，初步选用HL220型水轮机方案，故水轮机型号为 HL220—LJ—200。

第二节 水轮发电机的型式选择

本设计为大中型水电站，故采用大中型机组，采用立式SF12—18—3600型发电机

表2-2 发电机的主要参数

一、水轮机主要尺寸估算

1. 极距；

K943.69cm ﹙2.8﹚ 式中： Sf—发电机额定容量（13333KVA） P—磁极对数（12）

Kj—系数，一般取（8-10）在这里取Kj=9

2. 定子内径Di

2p21243.69Di333.94cm ﹙2.9﹚

3.143. 定子铁芯长度It It=

SfCDn

2ie

式中; ne_额定转速（r/min） ﹙2.10﹚

Di_定子内径

C-系数（4*106~6.5*106）此处取5*106

It=

SfCDi2ne

=

13333

95.65cm 62

510333.94250

Di333.940.0140.035 Itn95.65250

所以采用悬式水轮发电机

9

4. 定子铁芯外径Da（机座号）

ne250r/min166.7r/min Da=Di333.9443.69377.63cm 则取 Da=378cm，故发电机型号为SF1212/378

二、外形尺寸估算

1. 平面尺寸估算 （1）定子机座外径D1

 214ne250r/min300 D11.2D0a1.20*378c4m 53.（2）风罩内径D2

Sf20000KVA D2D12.0453.6200653.6cm （3）转子外径

D3Di2

单边空气间隙，初步估算时可忽略不计 D3Di333.94cm （4）下机座最大跨度D4 10000Sf

100K0V00 A D4D50.6m

式中D9

5为水轮机基坑直径D5=3.0m

D4D50.6m=3.0+0.6=3.6m=3600cm （5）推力轴承外径D6和励磁机外径D7 查《水利机械》D6=2400cm，D7=1500cm

三、轴向尺寸计算

1．定子机座高度h1

ne250r/min214r/min,h1It295.652*43.69183.03cm 2．上机架高度h2

对于悬式承载机架 h2=0.25Di0.25*333.9483.48cm 3．推力轴承高度h9

3，励磁机高度h4和永磁机高度h6

h3=1000mm, h4=1500~1800,取1600mm，其中机架高500~700，在这里取

6

600mm,h5=600mm, h6=500mm

4．下机架高度h7

悬式非承载机架 h7=0.12Di0.12333.9440.07cm 5．定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8 悬式非承载机架 h8=0.12Di0.15333.9450.09cm 6．下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9

按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm,取h9=800mm 7．转子磁轨轴向高度h10

有风扇时，h10It(700~1000)mm956.58001756.5mm 8．发电机主轴高度h11

h11(0.7~0.9)H， H—发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度 H=h1h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=183.03+83.48+100+160+60+50+50.09+80=766.6cmh110.8H0.8766.6613.28cm

9．定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12

h12=0.46h1h10=0.46183.03+175.65=259.84cm

四、水轮发电机重量估算

1. 发电机总重量Gf（t）

23

S13333

Gf=K1f8113.35t ﹙2.11﹚

250neK1—系数，对悬式发电机取8~10，在此处取8 2. 发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2估算

G

Gf2

113.35

56.675t 2

23

3. 发电机飞轮力矩

CD2K2Di3.5It5.23.33943.50.9565333.47tm2 ﹙2.12﹚ K2—经验系数，可按选取 , 当100ne375时，K25.2

9

Di—定子铁芯长度（m） It—定子铁芯长度（m）

第三节 蜗壳断面形式及尺寸计算

本电站最大工作水头超过40m,故采用金属蜗壳，有线变化结构简单，水力损失大：抛物线变化结构复杂，水利损失小。为了改善蜗壳的受力条件使水利损失最大，故采用抛物线变化规律的圆形断面，圆形金属蜗壳断面包角通常采用f=345

一、蜗壳进口断面流量

Qc

Qmax27.49

f34526.34m3/s ﹙2.13﹚ i

360360

2

Qmax—水轮机最大引用流量 1. 蜗壳进口平均流速

蜗壳进口断面平均流速 Vc5.8m/s 则蜗壳进口断面面积 Fc

Qc26.34

4.54m2 ﹙2.14﹚ Vc5.8

断面半径

max



1.20m

由《水力机械》可查得金属蜗壳座环尺寸，水头在70m一下其座环外径Da3.4m

RaDa/23.4/21.7m

D

R=a2i=1.7+21.44=4.10m

2

表2-3 蜗壳断面半径随角度的变化

第四节 尾水管形式及其主要尺寸确定

根据本电站的总装机容量为大中型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准弯肘型尾水管。弯肘型尾水管。是由进口直锥段，肘管和出口扩散段三部分组成，其大致形状如图所示，使用推荐的尾水管尺寸

2

表2-4 本电站尾水管尺寸参数

表2-5 本电站尾水管尺寸参数

尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在 肘管中转弯受到离心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。一般推荐使用合理半径R=（0.6~1.0）D4，外壁R6用上限，内壁R7用下限，为了减少水流在 转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口做成收缩断面，并使断面的高度缩小，宽度增大，高宽比约为0.25，肘管进出口面积比约为1.3左右。

所以，外壁半径R6=1.02.7=2..7m, 内壁半径R7=0.62.7=1.62m

图3-1混流式水轮机尾水管

第五节 主厂房主要尺寸的确定

主厂房主要尺寸的确定，即主厂房的总长，总高和宽度的确定。

主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心间距），端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。

一、机组段长度的确定

装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳，尾水管，发电机等设备在X轴方向的尺寸确定，同时还考虑机组附属设备即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。

1. 机组段长度L1可按下式计算

L1LxLx 式中 Lx机组段+X方向的最大长度 ﹙2.15﹚

Lx机组段-X方向的最大长度

Lx和Lx可按《水力机械》中的公式按尾水管，蜗壳层和发电机层分别计算，取

其中的最大值。

（1） 蜗壳层： Lx=R114.58+1.2=5.78m ﹙2.16﹚ Lx=R213.361.24.56m

1—蜗壳外部混凝土厚度，一般为1.2~1.5 ，这里取1.2

B55.4421.23.92 ﹙2.17﹚ 22B5.44

1.23.92 Lx =52

22

（2） 尾水管层：Lx=

2—尾水管边墩混凝土厚度，一般为1.2~1.5 ，这里取1.2

B5—尾水管宽度

R1蜗壳+X方向最大平面尺寸

R2蜗壳-X方向最大平面尺寸

b6.5361.8

30.44.568 ﹙2.18﹚ 2222b6.5361.8

0.44.568 Lx=33

2222

（3） 发电机层： Lx=

3



3发电机风罩内径

b—两台机组间风罩外壁的净距，一般为1.5~2.0m，这里取1.8m 3—发电机风罩壁厚 一般为0.3~0.4m，这里取0.4m 所以 发电机机组段长度 L1LxmaxLxmax5.784.56810.348m 取11m. 2. 边机组段的附加长度L（一般大型水电站厂房） L=0.2~1.0D10.821.6m 3. 安装间长度L2

L2=1.0~2.0L11.5L11.51116.5m，对一般电站平均取1.5.

4. 主厂房长度L: LnL1L2L21116.51.640.1m 取40m. n-为机组台数

二、厂房宽度的确定

以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度B2和下游侧宽度B1两部分

B1—下游侧厂房宽度，亦即尾水管的长度取B1=3.5~4.5D14.028.0m B2—上右侧厂房宽度 B2=D13.527.0m

—系数。当D16.0~10.0m时，=1.8~6.0,这里取=3.5

所以厂房的宽度B=B1+B2=8.0+7.0=15.0m

三、厂房各层高层的确定

1.水轮机安装高层的确定

对于立轴轮流式水轮机 wHs

b0

2

w—设计尾水位 可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得为551.57m

b0—导叶高度 b0=0.25D1=0.252.0=0.5m

Hs—水轮机吸出高度（1.38m）

b0.5

wHs0=551.57+1.38+=553.2m

22

在厂房设计中机组的安装高层是一个控制性的标高。(因为把其计算出来后

其他高程在此基础上都能计算出来了)

2. 尾水管底板的高层1

b

10h 式中—水轮机安装高层 ﹙2.19﹚

2 b0—导叶高度

H—底环顶面至尾水管底板的距离即尾水管的高（5.2m）

b0.5

10h=553.2-5.2547.75m

223. 水轮机层地面高层4

4r2h3 式中 r2—蜗壳进口段半径（1.44m） ﹙2.20﹚ h3—蜗壳上部混凝土厚度，对金属蜗壳可取1.0m

4r2h3=553.2+1.44+1.0=555.64m 4. 发电机层地面高层5（即发电机楼板高程）

54h4h5 式中 h4—水轮机机坑进人门高度取2.0m ﹙2.21﹚ h5—机坑进人门上部应留的尺寸取6.0m

54h4h5=555.64+2.0+6.0=563.64m 5. 吊车轨道顶的高层6

65h6h7h8h9h10 式中 ﹙2.22﹚

h6—吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度取0.8m h7—吊运部件与固定物之间的垂直安全高度，不小于0.3m取0.6m h8—起吊设备的高度（发电机主轴高度取6.2m）

h9—吊柱钩与吊运部件之间的距离一般为0.8~1.0m,取0.9m h10—吊车主钩至轨顶的最小距离取1.2m

65h6h7h8h9h10=563.64+0.8+0.6+6.2+0.9+1.2=573.3 6. 厂房顶梁底高层7

76h11h12 式中 ﹙2.23﹚ h11—吊车总高度即从小跑车顶到吊车轨道顶的高度取3.8m

h12—小跑车顶到顶梁底的净空，一般为0.2~0.5m,取0.4m

76h11h12=573.34+3.8+0.4=577.54m 7. 主厂房的高度

主厂房的高度由上部结构高度Hs和下部结构高度Hx两部分组成。 Hs=h6h7h8h9h10h11h12=0.8+0.6+6.2+0.9+1.2+3.8+0.4=13.9m Hx=0.16D122.8D14.0=0.16222.82+4.0=10.24m （外加发电机安装高程、厂房基础开挖高程）

第三章 主厂房构架计算 第一节 立柱的截面形式选择

水电站厂房中现浇的构架立柱大多采用矩形截面，当吊车起重能力在10吨以上时，下柱截面高度h不小于H2/12~H2/14,截面宽度不小于H2/25,（在此H2为下柱高度），一般要求b40厘米。

柱子的高度h=厂房顶梁底高程-发电机层地面高程=577.54-563.64=13.9m

11

水电站厂房吊车梁的截面较大，梁的高跨比h0/L一般取~，在该电站厂房

47

111

中取，h0/L=，L为立柱的跨度为7.5m，所以h0=L=1.5m.下柱的高度H2=（吊

555车轨道顶高程-发电机层地面高程）-h0=573.34-563.64-1.5=8.2m，上柱的高度=13.9-8.2=5.7，因此，下柱截面高度h=

H28.2

0.683,截面宽度1212

b=

H28.2

0.325，下柱截面尺寸取 500m700m,上柱截面尺寸取500500。 2525

第二节 厂房屋面板荷载计算及型号选择

该电站厂房（Ⅱ级安全级别）采用1.5m6.0m的大型屋面板，抗震设计烈度为6度，无悬挂荷载。

屋面荷载标准值计算如下：

防水层 0.35KN/m2

20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 KN/m2 150mm厚加气混凝土 0.90 KN/m2 预应力混凝土屋面板及灌浆缝 1.50 KN/m2 屋面支撑及吊管自重 0.15 KN/m2 所以永久荷载标准值总计 0.30 KN/m2 风荷载 0.35 KN/m2 雪荷载 0.25 KN/m2 屋面活荷载 0.5 KN/m2

因为屋面活荷载与雪荷载部同时存在，屋面活荷载较大，故取屋面活荷载组合 可变荷载标准值q=1.353.30+1.40.50.7=4.945 KN/m2 无钢天窗架选用代号为a 檐口形状为两端外天沟代号为B

根据实际屋面荷载设计值，在表4中15m跨屋面荷载设计值为q=5.0 KN/m2一栏选取屋架荷载能力等级为3级

因此无天窗的屋架型号为WJ15—3Ba;并参照本图集页19、20.根据有关规范标准，按抗震设防烈度为6度，布置屋架上，下弦支撑。

屋架技术经济指标，选用屋架自重5.48t.

第三节 吊车梁的结构设计

一、吊车梁的截面设计

T形截面刚度较大，抗扭性能较好，便于固定轨道：检查走道较宽，适用于大中型吊车梁，所以该吊车梁选T形截面。

11

~，梁的高宽比对T形截面梁高与肋宽的比例可达6-7，47

1111

上翼缘宽度b1'还应满足固定轨道要求，一般取~梁高，上翼缘的高度h1'一般取~

3258

梁高。

h11

由于梁的跨度为7.5m, ,h7.51.07m，所以梁高取1.0m

l77

1

取b=300m, b1'=h0.33m，取0.4m

3

梁的高跨比h/l一般取

图3-1 吊车梁的截面尺寸

二、吊车梁的荷载计算

因为G=56.675t，13.5m＜跨度﹤16.5m

表3-1 起重机尺寸

由表可知小车重量为23.5t，起重机总重为59.2t，本电站吊运最重部件为发电机转子为56.675t,大车轮距为6.25m，吊车梁最大跨度为7.5m,吊车跨度13.5m，主钩到吊车梁轨道最小距离为1.186m.

对预应力钢筋混凝土吊车梁，混凝土标号用C40,钢筋用Ⅳ，混凝土容重为25KN/mm3,吊车梁的荷载包括均布荷载、自重和钢轨及附件重，以及移动的集中荷载、吊车荷载。

1. 自重

q1(b1h1h2b)25(0.40.150.850.3)257.88KN/m

h2hh11.00.150.85m

其设计值为：gGgK1.057.888.27KN/m

钢轨及附件重由制造厂家提供材料，初估是可取1.8KN/m所以由上可知均布荷载q8.271.810.07KN/m2. 吊车梁集中荷载计算

本吊车为一台桥式吊车,可根据公式 Pmax

LL111

(GG)G3 ﹙3.1﹚ 12mL2

m一台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数目（为4）G1-最大起吊重量（转子56.675t)

G3-台吊车自重（35.7t)

L吊车自重为13.5m

L1主钩到吊车梁轨道最小距离（1.186m)

其中：为系数1.1

113.51.1861

Pmax1.1(56.67523.5)35.725.02t25.0210250.2KN

413.52

其设计值为 QQPmax1.2250.2300.24KN Q可变荷载分项系数，取1.2

3. 横向水平制动T(KN)计算

G1G256.67523.51.0t1.01010KN

﹙3.2﹚ 20m204

其设计值为QT101.212KN

T

4. 纵向水平制动力T0的计算

吊车制动时，产生纵向水平力，方向与吊车梁一致作用在轨顶。

T00.1Pmax0.1250.24100.08KN其设计值为：Q0QT01.2100.08120.01KN

三、吊车梁内力计算

1. 吊车梁自重弯矩值计算 弯矩计算可根据公式M1r0f

12

q 其中r0—结构重要性系数（Ⅱ,1.0）﹙3.3﹚ 8

f —设计状况系数（吊车梁为持久状况，1.0） q—吊车梁均布荷载（10.07KN/M） l—吊车梁的跨长（7.5m）

11

将以上各值代入M1r0fq2中得M11.01.010.077.5270.8KNm

88

2. 吊车梁集中荷载（最大轮压）弯矩值计算

图3-2 吊车梁荷载简图

设发生绝对最大弯矩时有2个荷载在梁上，其合力为FR2300.24600.48KN

P0.84

0.42 FR至临界荷载的距离a由合力矩定理求得a

2P使P与FR对称于梁的中点，此时梁上荷载与求合力时相符。 由Mmax

2

2

Fla600.487.50.42RMk01003.33KN.M ﹙3.3﹚ l227.522

所以吊车梁承受总弯矩设计值为MM1Mmax70.81003.331047.13KN.M 3. 吊车梁剪力设计值计算

ql

根据公式Vr010.86P ﹙3.4﹚

2

q—吊车梁均布荷载设计值（10.07KN/M） r0—结构重要性系数取1.0

—设计状况系数（吊车梁为持久状况取1.0）

l—吊车梁跨度（7.5m）

P—轮压设计值(300.24KN)

ql

将以上各值代入Vr010.86P中得

29.67.5

V1.01.01.86300.24594.45KN

2

四、吊车梁承受扭矩和抗扭钢筋计算

图3-3 吊车梁截面承受荷栽图

由于横向水平力T0作用在轨顶，对截面重心由扭矩作用，同时考虑垂直轮压也可能会有2cm的偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为T0.9Pe1T0e1 ﹙3.5﹚ P—垂直方向轮压设计值（300.24KN）

T0—横向水平制动力（12KN） e1—力P的偏心矩 取2CM

e2—力T0的偏心矩即轨道到T型截面重心的距离

0.9—考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生时的荷载组合系数

ha—钢轨顶至吊车梁顶距离

8

ya—截面弯曲中心至梁顶距离

h1.0hh1'b31.00.150.33h0.15ya'0.35 ﹙3.6﹚ 33'3'3

2h1b1hh1b20.150.41.00.150.3

'1



所以e2haya0.350.130.48

将上述各值代入公式T0.9Pe1T0e1=0.9（300.240.02+120.48）=10.59KN.M

五、吊车梁配筋计算

h'f150mm,b300mm,h1000mm,aa'60mm,c25mm,h0ha100060940mm承受弯矩设计值M=1074.13KN.M，剪力设计值V=338KN，扭矩设计值T=10.59KN.M,采用C30级混凝土，纵筋为Ⅲ级钢筋，箍筋用Ⅰ级钢筋。 1. 验算截面尺寸

h'f2'b2'

将T形截面划分成二块矩形截面，按式Wtw3hb及式Wtwbfb计算

62

截面受扭塑性抵抗矩：

b23002

腹板 Wtw3hb310003004.05107mm3 ﹙3.7﹚

66

1502

翼缘 Wbb4003001.125106mm3 ﹙3.8﹚ 22

'

tf

'f

h'f2

整个截面受扭塑性抵抗矩为WtWtwWtf'40.51.12510641.625106mm3

VT594.4510310.59106112

1.45N/mm0.25f0.2515.03.125N/mmc6bh0Wt30094041.62510rd1.2

rd—混凝土的结构系数取1.2

fc—混凝土强度设计值（C30,15.0N/mm2） 2. 验算是否需按计算确定抗剪扭钢筋 按式

VT1

0.7ft验算 ﹙3.9﹚ bh0Wtrd

VT594.4510310.591061122

1.45N/mm0.7f0.71.50.875N/mmtbh0Wt30094041.625106rd1.2

应按计算确定抗剪扭钢筋。

3. 抗弯纵筋计算 （1）判别T形截面类型

''h'f1150

h015.0400150940fcbfhf648.75KN.MM1074.13KN.M1.222

属于第二类T形截面。 ﹙3.10﹚

1rd

（2）求抗弯纵筋

rdM1.21074.13106

s0.243 ﹙3.11﹚

'22

fcbfh015.0400940

110.283b0.5187 ﹙3.12﹚ Asb'fh0

fc15.00.2834009404433.67mm2fy360



As4433.671.57%min0.15%bh0300940

﹙3.13﹚

满足要求。 4. 腹板抗剪扭钢筋计算

（1）T形截面的扭矩分配，由式：

腹板：

7

Wtw4.0510TwT10.597

Wt4.162510

1KN0.3M0.KN28M6

.

翼缘：

Tf'

Wtf'Wt

T

1.12510

10.59

41.625610

6

﹙3.14﹚

.

（2）腹板的配筋按弯剪扭构件计算

由式

11

0.035fcbh00.03515.0300.940123.375KNV338KN rd1.2

不能忽略V的影响。 ﹙3.15﹚ 由式

11

0.175ftWt0.1751.541.6251069.10KN.M10.59KN.M rd1.2

不能忽略T的影响，腹板应按弯、剪、扭构件计算。 ﹙3.16﹚

对集中荷载作用下的矩形截面，剪扭构件（包括作用由多种荷载，且其中集中荷对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况）应考虑剪跨比

的影响。

t

1.5

10.171.5

VWt

Tbh0



1.5

0.350.536

3381041.62510

10.172.551.5

10.59106300900

取t0.5

计算剪跨比 =

5. 求箍筋。

a2.42.55 ﹙3.17﹚ h00.94

（1）腹板抗剪箍筋：

3

AsvrdV0.071.5tfcbh01.2338100.071.50.515.0300940s1.25fyvh01.25210940

0.444mm2/mm

﹙3.18﹚

（2）腹板抗扭箍筋：

Ast167

s ﹙3.19﹚ 0.256mm2/mm

fyv—箍筋抗拉强度设计值 取210N/mm2

—通常取1.2为最佳7

所以 采用双支箍（n=2）,则腹板单位长度上单支箍总截面面积为： Asv1AsvAst10.444

0.2560.478mm2/mm snss2选用箍筋直径为8(Asv150.3mm2)，则得箍筋间距为，

50.3

105.2mm,取s=100mm。 0.478nA250.3svsv10.34%stmin0.15% ﹙3.20﹚

bs300100s

满足箍筋要求，所以选配双支箍8@100。 6. 腹板纵筋计算

（1）腹板抗扭纵筋，由式

Ast

Ast1fyvucor

fvs



Ast1fyvucor1.20.256210(250950)2

430mm2

sfv360

st

Ast430

0.14%stmin0.15%，部 满足要求，按最小配筋率配筋。 bh300100

7

Aststminbh0.00153001000450mm2 ﹙3.21﹚ 按构造要求，抗扭纵筋的间距不应大于300mm或梁的宽度 故沿梁高分三层布置纵筋：

A450

150mm2 选212 （As226mm2) 上层：st

33A450

150mm2 选412（As452mm2) 中层：st

33A450

4433.674583.67mm2 底层：stAs

33

选828(As4926mm2),单根钢筋公称质量4.830Kg/M。 （2）翼缘抗扭钢筋计算

受压翼缘一般按纯扭计算（不计V的影响） 箍筋 ：

A

'

st1

rT'0.35fW'660.0040

8@50(Ast150.3mm2)

故按构造配筋，选用

' 满足要求。 Ast50.31

st0.34%stmin0.15%

bs30050

纵筋：

A

'st

'Ast1fyvucor

fvs



1.250.32102(100350)

633.78mm2

36050

选612(As679mm2)

图3-4 吊车梁截面配筋图

7. 吊车梁斜截面强度验算

5

a60mm,则h0ha100060940mm,则hwh0h'f940150790mmhw790

2.64.0

b30011

0.25fcbh00.2515.0300940881.25KNV338KN，则满足要求rd1.28. 裂缝宽度验算

查《钢筋混凝土设计规范》钢筋混凝土吊车梁尚应验算裂缝开展宽度短期组合

最大裂缝宽度不大于0.4mm.

T形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件最大裂缝宽度Wmax可分别按下列公式计算。Wmax123

ss

d

3c0.10 式中 ﹙3.22﹚ Este

1—考虑构件受力特征的系数，对受弯和偏心受压构件，取1=1.0 2—考虑钢筋表面形状的系数，对光面钢筋，取2=1.4

3—考虑荷载长期作用影响的系数，对荷载效应的短期组合，取3=1.5

C—最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（25mm）

d—钢筋直径（28mm）

te—纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（c=25mm）

Ate—有效受拉混凝土截面面积，Ate2asb

as2528301497mm,b300mm,所以Ate2973005.28104mm24583.67te0.079

5.82104

ss按荷载效应的短期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力

Es2.010N/mm

5

2

受拉构件：ss

MS1003.33

267.66N/mm2

0.87h0Hs0.879404583.67

d

)1.01.41.5

267.6628

(3250.10)0.31mm0.4mm,5

2.0100.079

Wmax123

ss

Es

(3c0.10

te

裂缝开展宽度满足要求

9. 挠度验算

吊车梁尚应验算挠度是否在允许范围之内，以保证吊车的正常行驶，吊车梁的最

l

大许可挠度为

600

5ql4

单跨简支吊车梁在均布荷载作用下中点挠度fd

384Bd



Bd—构件的刚度，对出现裂缝时Bd=0.65EhI

Eh—混凝土弹性模量为3.25104N/mm2 I—截面对x轴惯性矩，经计算：

0.40.1530.1520.30.8530.852I(0.40.15)(0.35)(0.850.3)(0.65)0.0329124

122122

Bd0.653.251070.03291240.069527107KNmm2

510.077.54

fd0.5967103m7

3840.06952710

1Pl31250.27.533

跨中承受集中荷载时fd3.162810m7

48Bd480.06952710

7.5103

fmax2(fdfd)2(0.59673.1628)7.52mm12.5mm

600



所以挠度满足要求。

第四节 立柱牛腿的设计

一、牛腿截面尺寸拟定

1

b500mm,h800mm,h13h,且不应小于200mm,取h1400mm

45,chh1tan800400400mm

h0h1sctan40040400760mma10020120mm0.3h

0,取a0.3760228mm

图3-5 牛腿截面尺寸

Fvs—由荷载标准值按荷载效应短期组合计算作用于牛腿顶部的竖向力值 Fv—作用在牛腿顶部的竖向力设计值 Fh—作用在牛腿顶部的水平拉力设计值

一轮压位于支座处时，支座产生最大剪力

Fv10.776300.2410.073.75570.99KNFh21224KNFFh

hs

r24.020KNQ1.2

Fvs1.29.593.751.86250.2501.3KN

根据下式对初拟高度验算FFvs10.5hs

ftkbh0

式中; 

Fvs0.5h0

3.23﹚ ﹙

—裂缝控制系数，对水电站厂房立柱的牛腿，取=0.70 ftk—混凝土轴心抗拉强度标准值（C30，ftk=2.00N/mm2）

a—竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，应考虑安装偏差20mm。竖向力作用点位于下柱以内，取a=0（a0.3760228mm）

Fhsftkbh0202.0500760)0.70(10.5)651.70KNFvs501.3KN

Fvs0.5501.30.5

h0760

(10.5

尺寸满足要求。 ﹙3.24﹚ 1. 受力钢筋

由承受竖向力所需的受拉钢筋和承受水平拉力所需的锚筋组成的受力钢筋的总面积As按下式计算

Asd(

FvaF

1.2h) ﹙3.25﹚

0.85fyh0fy

式中：d—钢筋混凝土结构的结构系数，d=1.2 fy—钢筋抗拉强度设计值（360N/mm2）

FvaFh570.9910322824103

Asd(1.2)1.2(1.2)639.79mm

0.85fyh0fy0.85360760360



As639.790.14%min0.2%bh0600760

按构造配筋，配筋率取min=0.2%

Asminbh00.2%500760760mm2 承受竖向力的受拉钢筋选用614(As924mm2)

承受水平拉力的锚筋应焊在预埋件上，不应少于2根。选314,As603mm2 2.水平箍筋和弯起钢筋

水平箍筋采用双肢箍，选用8@100,As50.3mm2

且在上部2h0/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的1/2.

As250.3540/100543.24mm2As/2456mm2故满足箍筋设置要求 因牛腿的剪跨比a/h00.3，故按构造配置弯起钢筋 故Asbminbh00.15%500760570mm2 选用318(As763mm2)

弯起钢筋宜采用变形钢筋，宜设置在牛腿上部l/6~l/3之间的范围内，其

22

As763mm2As912608mm2故满足要求

33

图3-6 牛腿配筋图

第五节 排架设计

一、确定柱的截面尺寸

柱截面尺寸,几何特性，下部柱子高度和牛腿尺寸及其有关参数，选6m为计算单元

表3-2 A、B柱参数（H13.9m,Hu5.7m,Ht8.2m）

图3-7 柱截面尺寸

计算单元

图3-8 排架计算单元

二、荷载计算

1.恒荷载

屋面荷载标准值计算如下： 防水层 0.35KN/㎡

20mm厚水泥砂浆找平层 0.40 KN/㎡ 150mm厚加气混凝土 0.90 KN/㎡ 预应力混凝土屋面板及灌浆缝 1.50 KN/㎡ 屋面支撑及吊管自重 0.15 KN/㎡ 所以永久荷载标准值总计 3.30 KN/㎡ 风荷载 0.35 KN/㎡ 雪荷载 0.25 KN/㎡

屋面活荷载标准值： 0.5 KN/㎡ 屋架自重 54.8KN

11

故G1=6163.3054.8185.5KN

222.上柱自重G2

钢筋混凝土容重为25KN/M,上柱截面尺寸500mm500mm。h上5.7m

G2=0.50.55.725=35.625KN 3.下柱自重G3

下柱截面尺寸500mm700mm,h下8.2m， 1

牛腿重=0.40.80.40.5253.0KN

2 G30.50.78.2253.074.75KN 4.吊车梁及轨道自重G4

在吊车梁部分已算 q=10.07KN/M,G410.07660.42KN 5.屋面活荷载Q1

1

Q11660.524KN

2

三、吊车荷载

1.吊车竖向荷载Dmax,Dmin。

DmaxPmax0.9440.832250.20.9440.832444.36KNPminDmin

G1G3mPmax566.75592250.24

39.49KN

m4

Pmin0.9440.83270.13KN

﹙3.26﹚

Dmax和Dmin换算成作用在下柱顶面的轴心压力和力矩

2.吊车横向水平荷载Tmax

吊车在排架上产生最大横向水平荷载值Tmax与产生Dmax,Dmin相同。

故Tmax0.9440.832T00.081.776101.42KN 3.吊车纵向水平荷载

nP1250.2T0max,对于一般四轮吊车，n1,T025.02KN

1010

四、风荷载

垂直于厂房各部分表面的风荷载标准值WK(KN/m2)

WKzszW0

W0基本风压值（0.35KN/m2）

zz高度处的风振系数，对单层厂房，z1.0

﹙3.27﹚ s风荷载体型系数，如图所示z风压高度变化系数为1.0

tan

23501650

5.315

7500

则由上式可得排架迎风面及背风面的风荷载标准值分别为：

WK1zs1mzW01.00.81.00.350.28KN/m2WK2zs1mzW01.00.41.00.350.14KN/m2q11.30.287.52.73KN/mq21.30.147.51.365KN/m

水平集中风荷载：

FwkQ(s1s2)h1(s3s4)hzzzW0B1.3(0.80.5)1.65(0.60.5)(2.351.65)1.01.00.357.51.31.31.650.10.70.3565.66KN

﹙3.28﹚

五、抗震计算

对于单自由度排架FEcahm ﹙3.29﹚

ah水平向设计地震加速度代表值，ah0.05g0.059.810.4905 c综合影响系数，经内插计算为0.34

-动力放大系数，与结构自身的自振周期T,max(

对于Ⅱ类场地，Tg

0.3s

T厂房结构的自振周期，T2TgT

)0.9对于面板堆石坝max

31 1(n1)CI

cc

33

前面已计算0.41，n0.364,C02.68

11

13110.4131

n0.364



柔度系数，

cIc

H313.933

2.3410

C0EcIt2.683.010714.29103

m屋架自重吊车自重柱子自重0.37屋面活荷载/g

54.810.077.535.62574.7520.374.9457.515/9.8178.32t

T223.142.688s

T0.3

maxg2.250.313s0.22.250.45s,取0.45s

2.688T

Fzcahm0.340.49050.4578.325.88KN

0.9

0.9

第六节 排架结构设计

用剪力分配法进行单排架的内力计算。

表3-4厂房构架作用效应组合

经计算的内力经过组合的内力组合表如下： 表3-5排架内力组合表

控制截面一般取弯矩，轴力最大的截面和弯矩，轴力突变的截面，经选取Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ、 截面为控制截面，经引入荷载分项系数，结构重要系数及设计状况系数进行内力组合值计算后对各控制截面选取了 两组内力组合设计值，即+M及相对应的N值，-M及相对应的N值，其计算结果列于表.

表3-6 内力总结表

一、配筋计算

1.截面Ⅲ—Ⅲ，弯矩设计值M=531.40KN.M,轴力设计值N=843.90，b=500MM,h=700MM,取a=a'=40MM（一类环境条件），h0ha70040660MM， C30混凝土，

fc15.0N/mm2,Ⅲ级钢筋，fyfy'360 N/mm2，结构系数rd=1.2，下柱计算

长度，根据规范l0H28.2m.

l0/h8200/70011.78,需考虑纵向弯曲影响。

h700M531.40

23.3mm 0.63m=630mm>求值;e0

3030N843.90

1

0.5fcA0.515.0500700

2.59,取11.0 ﹙3.30﹚ 3

rdN1.2843.910

因l0/h15，取21.0

11282001l0/h1211.01.01.103 ﹙3.31﹚ 1400e0/h07001400

660

2

判断大小偏心，因为e01.103630694.89mm>0.3h0198mm,所以按大偏心受压构件计算ee0

h700a694.89401004.89mm. ﹙3.32﹚ 22

对于Ⅲ级钢筋查《水工钢筋混凝土结构学》得sb0.384。

rdNefcsbbh021.2843.91031004.8915.00.3845006602

A0﹙3.33﹚

36066040fy'h0a''

s

所以按最小配筋率计算As'，查附录四表3知min0.2%

As'=minbh00.002500660660mm2.选用318As'763mm2。 ﹙3.34﹚

s

rdNefy'As'h0a'

fcbh02

1.2843.91031004.89360763660400.259 2

15.0500

660

110.305b0.518 ﹙3.35﹚ xh00.305660201.3mm2a'24080mm

As

fcbh0fy'As'rdN

fy

15.00.3055006603607631.2843.9103

360﹙3.36﹚

2143.75mmminbh0660mm2

选用625As2945mm2

在负向弯矩作用下，立柱外侧受拉，所以必须通过配筋计算来保证柱得外侧受拉强度。 已知M=-535.38KN.M,N=439.73KN, As'=2945mm2(即正向弯矩时配置得As)

按上述同样方法计算得知e01217.5mm,1.053,e01282.03mm，按大偏心受压构

件计算：ee0

's

h700a1282.03401592.03mm 22

rdNefcsbbh021.2439.731031592.0315.00.3845006602

A0 ''

36066040fyh0as

rdNefy'As'h0a'

fcbh02

1.2439.731031592.0336076366040

0.205

15.0500

6602

110.232b0.518 xh00.232660153.12mm2a'24080mm

As

fcbh0fy'As'rdN

fy

15.00.2325006603607631.2439.73103

360

2487.23mm2minbh0660mm2

选用625As2945mm2

2.截面Ⅱ-Ⅱ，因截Ⅱ-Ⅱ面得两组内力设计值均小于截面Ⅲ-Ⅲ两组对应内力设计值，配筋时只需将截面Ⅲ-Ⅲ配置得钢筋直通至截面Ⅲ-Ⅲ即可，不用作配筋计算。

3.截面Ⅰ-Ⅰ，已知M=-111.77KN.M, N=262.50KN, b=h=500MM，取a=a'=40MM，其余资料同截面Ⅲ-Ⅲ。

上柱计算长度l02Hs25.711.4m，l0/h11400/50022.88 所以需要考虑纵向弯曲得影响。

h500M111.77

16.67mm 0.426m=426mm>求值;e0

3030N262.50

1

0.5fcA0.515.0500500

5.95,取11.0 3

rdN1.2262.5010

因l0/h15，取21.0

112114001l0/h1211.01.01.40 4261400e0/h05001400

460

2

判断大小偏心，因为e01.40426596.4mm>0.3h0138mm,所以按大偏心受压构件计算ee0

h500a596.440806.40mm. 22

对于Ⅲ级钢筋查《水工钢筋混凝土结构学》得sb0.384。

rdNefcsbbh021.2262.50103806.415.00.3845004602

A0 36046040fy'h0a''

s

所以按最小配筋率计算As'，查附录四表3知min0.2%

As'=minbh00.002500460460mm2.选用318As'763mm2。

srdNefy'As'h0a'

fcbh021.2262.50103806.40360763460400.087 15.0500

4602

110.091b0.518

xh00.09146041.86mm2a'24080mm h50040386.40mm e'e0a1.442622

rdNe'1.2262.5103386.422Asy805mmbh460mm min036046040fh0a'选用320As942mm2

在正向弯矩M=5.03KN.M及相应轴力N=236.25KN作用下，经计算承载力满足要求。

4.箍筋配置 Hn57006.23，取3 ，上柱2h2460

82006.213，取3。 下柱2660剪跨比因为Ⅰ-Ⅰ截面最大剪力V=-39.40KN,N=262.50KN

Ⅱ-Ⅱ截面最大剪力V=7.82KN，N=773.26KN

Ⅲ-Ⅲ截面最大剪力V=-58.08KN，N=439.73KN

10.210.2fbh0.07N15.0500460c00.07773.26 rd1.51.231.5

181.9KNV7.82KN

10.20.2fbh0.07N15.0500660c00.07439.73 1.51.231.5

214.11KNV58.08KN1rd

所以按构造配箍筋：根据规范柱中非加密区选用双肢箍10@200，加密区配置双肢箍10@100。

所以Asv157mm2,s200mm，svAsv1570.16%svmin0.12% bs500200

经验算满足箍筋最小配筋率得要求。

为了防止中间纵向钢筋得曲凸，还需添置附加箍筋。

Ⅰ-Ⅰ

图3-9 柱配筋图

总 结

这次我所做的设计题目是水电站厂房设计。

设计开始的第一周，从图书馆和老师那里得到了很多所需的参考资料，图纸和规范。从第二周开始，进行了厂房的位置选择和型式拟定，根据老师给出的地质、水文、气象及地震等级资料并综合考虑当地、经济条件和施工难度等因素,结合工程有关条件,选择在桐子营大桥以下420米桔园平坦处建厂房，采用引水式厂房布置形式。

从第三周开始，我就开始厂房下部结构的计算。根据原始资料给定的水位和装机容量来进行厂房内部计算，其中厂房的水轮机通过两种方案的比较，最终选定水轮机的型号，紧接着又进行厂房尺寸的拟定，后来又进行厂房的平面布置。

从第七周开始我开始对厂房上部结构进行设计，其中有吊车梁，牛腿和排架结构的设计和配筋，经过裂缝开展宽度和挠度检算各项指标都符合规范要求。在这个阶段的设计过程中难度最大的是排架的结构计算，由于以前对荷载组合方面在以前的学习中只是有所涉及但未深入学习，所以在这个方面花费的时间比较多，最后经过杨老师的耐心指导，多次返工后，才完成了此项计算。经过验算，各项指标都符合规范要求。从而圆满的完成了该水电站厂房设计。

致谢

首先对XXX老师表示真挚的谢意。

在杨老师的细心指导和帮助下，使我的毕业设计顺利完成，通过毕业设计使我对所学课程进行了综合运用，基本掌握了水电站厂房的设计思路，在设计过程中，自己获益非浅。因为本次设计工作量比较大,有些知识以前未曾涉及,所以在设计的过程中遇到的困难也较多,在设计指导过程中季老师循循善诱和一丝不苟的态度也深深地影响了我。在做毕业设计期间，天天都有老师的身影，处处都是老师的叮咛。当大家在设计过程出现疑问和困惑时老师们都会详细解答。再次对杨老师的辛勤指导表示感谢，请老师接受我诚挚的谢意。

在设计的最后一段时间里,杨老师给我们提供了优越的设计环境,再次感谢老师给我们提供了有些研究生还得不到的待遇；老师给我们悉心指导，随时答疑，这是别人没有得到的学习条件。我们同组的伙伴也随时交换思想，研究出最合理的解决方案，使设计更加合理。老师不仅对于我们提出的问题随时解答,同时教我们做人的道理。在设计

的日子里。我们和老师朝夕相处,这使我深深的感受到老师积极向上的人生态度,严谨的治学要求, 渊博的理论知识,丰富的实践经验无一不是我今后的努力方向和追求的目标。

再次要感谢我的同组伙伴们。在做设计的日子里,我们相互帮助，相互讨论，我们是一个团队,所以为了顺利完成设计任务,我们共同努力，共同进步。在做设计的同时，我的团队合作能力也得到了很大的提高.

再次衷心的感谢XXX老师孜孜不倦的教导和同组伙伴们对我的鼓励和帮助，也感谢在设计的过程中所有关心和帮助过自己的老师和同学。

主要参考文献

[1]刘启钊.水电站.北京：中国水利水电出版社，1998年5月

[2]水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册（水力机械）.北京：水利电力出版社， 1983年11月

[3]于英乐，申建红，牛腾飞.工程结构.北京：化学工业出版社，2006年6月

[4]河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学.水工钢筋混凝土结构学.北京：中国水利水电出版社，1996年10月

[5]李廉锟.结构力学.北京：高等教育出版社，2005年1月

[6]张光斗，王光纶. 专门水工建筑物.上海：上海科学技术出版社，1999年12月

[7]马善定，汪如泽.水电站建筑物.北京：中国水利水电出版社，1996年10月

[8]西北勘查设计研究院.水工混凝土结构设计规范（SL∕T 191-96）.北京：中国水利水电出版社，1997年3月

[9]许良乾，殷佩生.画法几何及水利工程制图.北京：高等教育出版社.2001年7月

[10]张文香，曾立云，张丽萍等. 工程制图基础 兰州：甘肃教育出版社，2003年10月

[11]张治滨，季奎等. 水电站建筑物设计参考资料. 北京：中国水利水电出版社，1997年6月

[12]华东水利学院等. 水工钢筋混凝土结构学（下）. 北京：水利电力出版社，1975年10月

[13]左东启，顾兆勋等. 水工设计手册 北京：中国水利水电出版社，1989年5月

[14]林继镛 水工建筑物 天津：中国水利水电出版社，2006年5月