1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論水電站廠房是水電站主要建筑物之一，是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施。廠房中安裝水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備。通過能量轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，經(jīng)變壓器、開關(guān)站等輸入電網(wǎng)送往用戶。所以說水電站廠房是水、機(jī)、電的綜合體，又是運(yùn)行人員進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的場(chǎng)所。其任務(wù)是滿足主、輔設(shè)備及其聯(lián)絡(luò)的線、纜和管道布置的要求與安裝、運(yùn)行、維修的需要；為運(yùn)行人員創(chuàng)造良好的工作條件；以美觀的建筑造型協(xié)調(diào)與美化自然環(huán)境。水電站廠區(qū)包括：（1）主廠房。布置著水電站的主要?jiǎng)恿υO(shè)備（水輪發(fā)電機(jī)組）和各種輔助設(shè)備的主機(jī)室（主機(jī)間），及組裝、檢修設(shè)備的裝配場(chǎng)（安裝間），是水電站廠房的主要組成部分。

2、（2）副廠房。布置著控制設(shè)備、電氣設(shè)備和輔助設(shè)備，是水電站的運(yùn)行、控制、監(jiān)視、通訊、試驗(yàn)、管理和運(yùn)行人員工作的房間。（3）主變壓器場(chǎng)。裝設(shè)主變壓器的地方。電能經(jīng)過主變壓器升高到規(guī)定的電壓后引到開關(guān)站。（4）開關(guān)站（戶外高壓配電裝置）。裝設(shè)高壓開關(guān)、高壓母線和保護(hù)措施等高壓電氣設(shè)備的場(chǎng)所，高壓輸電線由此將電能輸往用戶，要求占地面積較大。由于水電站的開發(fā)方式、樞紐布置、水頭、流量、裝機(jī)容量、水輪發(fā)電機(jī)組形式等因素，及水文、地質(zhì)、地形等條件的不同，加上政治、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及國(guó)防等因素的影響，廠房的布置方式也各不相同，所以廠房的類型有各種不同的劃分，例如按機(jī)組工作特點(diǎn)可分為立式機(jī)組廠房、臥式機(jī)組廠房。根據(jù)

3、廠房在水電站樞紐中的位置及其結(jié)構(gòu)特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型：1. 壩后式廠房。廠房位于攔河壩下游壩趾處，廠房與壩直接相連，發(fā)電用水直接穿過壩體引人廠房。    2. 河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起擋水作用，如廣西西津水電站廠房。若廠房機(jī)組段內(nèi)還布置有泄水道，則成為泄水式廠房（或稱混合式廠房），。    3. 引水式廠房。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引人廠房。當(dāng)廠房設(shè)在河岸處時(shí)稱為引水式地面廠房。 水電站廠房是專門的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其設(shè)計(jì)有以下的特點(diǎn): （1）廠房?jī)?nèi)安裝水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備,以及控

4、制操作和進(jìn)行量測(cè)的設(shè)備,主要任務(wù)是發(fā)電,所以廠房設(shè)計(jì)必須保證機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行和提供良好的維護(hù)條件。 （2）水電站廠房是水工、機(jī)械和電機(jī)以及自動(dòng)控制、電子設(shè)備的綜合體,在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中,必須把幾個(gè)方面配合好,使綜合體優(yōu)化。 （3）水電站廠房設(shè)計(jì)應(yīng)力求緊湊和簡(jiǎn)單,使建筑上美觀,運(yùn)行方便,而不求豪華。 （4）廠房?jī)?nèi)運(yùn)行管理人員應(yīng)力求精簡(jiǎn),應(yīng)保證他們有良好工作條件和衛(wèi)生環(huán)境。 （5）水電站廠房多建在偏僻地區(qū),而機(jī)電設(shè)備一般既大又重,所以必須有較好的對(duì)外交通運(yùn)輸條件。 （6）設(shè)計(jì)水電站廠房時(shí),要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)和水文條件,既考慮安排好壓力輸水管的進(jìn)水和尾水管的出水條件,又要考慮到廠房與變壓器和

5、開關(guān)站在布置上的配合要求。 由上述特點(diǎn)可見,水電站廠房設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的,其中最關(guān)鍵的是要選擇好水輪發(fā)電機(jī)組,即要盡可能選用轉(zhuǎn)速高、尺寸小、重量輕的機(jī)組,因?yàn)閺S房尺寸和起重設(shè)備的規(guī)模等都是隨著機(jī)組的尺寸而定的。對(duì)于一般的地面式廠房,選擇合適的吸出高度也是非常重要的。而且,全廠的機(jī)組臺(tái)數(shù)不宜太多。總之,在設(shè)計(jì)中要做多個(gè)比較布置方案,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理綜合比較,以選擇確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。第一章 水電站廠房的位置及形式選定第一節(jié) 水電站廠房的選擇 根據(jù)報(bào)告審查會(huì)決定采用鋼筋混凝土面板堆石壩為壩型，選中壩址建壩。左岸河岸式溢洪道，右岸長(zhǎng)隧洞引水，在桐子營(yíng)大橋以下420米處河道右側(cè)建岸邊廠房的樞紐總體布

6、置方案。通過工程所在地區(qū)水文、地質(zhì)、地形、地貌構(gòu)造，初步擬定在桐子營(yíng)大橋以下420米處，靠近貢水河的右岸桔園處建設(shè)廠房，采用引水式廠房布置形式，通過有壓隧洞引水。選此處是因?yàn)樵摰貐^(qū)位于角礫巖、粉砂巖巖基上，地基比較好，地勢(shì)平坦、開闊，廠房容易布置，從而工程開挖量小，交通便利，可節(jié)省材料和費(fèi)用，便于工程的施工，另外，該地區(qū)靠近汞水河，從而比較容易泄水。第二節(jié) 廠房布置方岸的選定 方岸一：主廠房位于桔園平坦處，副廠房位于主廠房上游一側(cè)，升壓站緊接副廠房，尾水渠布置在主廠房下游，斜對(duì)河岸。這個(gè)方岸的優(yōu)點(diǎn)是（1）基礎(chǔ)開挖幾劈坡工程量小。（2）尾水出口與河道斜交，免受下泄洪水的頂托。（3）升壓站緊接副廠

7、房，縮短了引出線的長(zhǎng)度。 方岸二：副廠房位于主廠房的兩側(cè)，位于進(jìn)廠公路的一側(cè)，升壓站位于主廠房的左側(cè)，尾水渠布置在主廠房的下游。這個(gè)方岸的優(yōu)點(diǎn)是（1）靠近公路，交通便利。（2）升壓站遠(yuǎn)離副廠房，延長(zhǎng)了引出線的長(zhǎng)度。 對(duì)于上述兩個(gè)方岸的比較，可以得出結(jié)論：方岸一，工程量小，主副廠房布置緊湊，廠區(qū)布置合理，雖有一些不足之處，但較方案二是利多弊少，故采用方案一。第二章 下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置第一節(jié) 水輪機(jī)的計(jì)算一、水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)選擇： 1.水電站最大水頭=65.89m，設(shè)計(jì)水頭=50.4m，加權(quán)平均水頭=50.4m,最小水頭=35.7m，裝機(jī)容量為24MV，初步布置2臺(tái)機(jī)組，則單機(jī)容量為12MV

8、。 2. 水輪機(jī)型號(hào)選擇根據(jù)該水電站的水頭變化范圍35.7m65.89m,在水輪機(jī)系列型譜表3-4，查出合適的機(jī)型有HL230和HL220,現(xiàn)將這兩種水輪機(jī)作為初選方案，分別求出其有關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行分析。水輪機(jī)HL230型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 （1）轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算 查表3-6可得HL230型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量=1110L/S=1.11/s,效率=85.2%，由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量=1.11/s,效率=86.0%，設(shè)=97%水輪機(jī)的額定出力 =12371KW,上述的、和=12371KW、=50.4m代入式 =1.85m 2.1選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑=2.0m

9、（2）轉(zhuǎn)速n的計(jì)算 查表3-4可得HL230水輪機(jī)在最有工況下單位轉(zhuǎn)速=71.0r/min,初步假定=71.0r/min,將已知的和=50.4m，=2.0m代入式 n=252.0r/min,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=300r/min. 2.23.效率及單位參數(shù)修正HL230型水輪機(jī)在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為=90.7%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.404，根據(jù)式3-14 可得原型效率：=1-=1-=93.2% 2.3 則效率修正值為=93.2%-90.7%=2.5%. 考慮到模型與原型水輪機(jī)在 制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再減去一個(gè)修正值。先取=1.7%，則可得效率修正值為=1.7

10、%，由此可得原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為 （與上述假定值相同）單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計(jì)算： 2.4 則 =由于，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量也可不加修正。由上可見原假定的=86%、是正確的，那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果，是正確的。4.工作范圍的檢驗(yàn) 在選定，后，水輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可計(jì)算出來。水輪機(jī)在下工作時(shí)，其即為，故=1.024<1.11/s 2.5則水輪機(jī)的最大引用流量為與特征水頭和相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為 2.6r/min在HL230型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖上分別繪出，的直線，這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)

11、，所以對(duì)于HL230型水輪機(jī)方案，所選定的參數(shù)，是合理的。5.吸出高度計(jì)算 由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)=84.52r/min,在圖上可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)約為，并在圖2-26上查得氣蝕系數(shù)的修正值約為，由此可求出水輪機(jī)的吸出高度為： 2.7可見HL230型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求。二、水輪機(jī)HL220型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 1. 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算查水力機(jī)械可得HL220型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量=1150L/S=1.15/s,效率=89.0%，由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量=1.15/s,效率=90.0%，設(shè)=97%水輪機(jī)的額定出力 =12371KW上述的、和=12371

12、KW、=50.4m代入式 =選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑=2.0m2. 轉(zhuǎn)速n的計(jì)算 水力機(jī)械查表3-4可得HL220水輪機(jī)在最有工況下單位轉(zhuǎn)速=70.0r/min,初步假定=70.0r/min,將已知的和=50.4m，=2.0m代入式n=248.5r/min,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min.3. 效率及單位參數(shù)修正 可得HL230型水輪機(jī)在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為=91.0%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.46，根據(jù)式3-14 可得原型效率=1-=1-=93.3%則效率修正值為=93.3%-91.0%=2.3%. 考慮到模型與原型水輪機(jī)在 制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再

13、減去一個(gè)修正值。先取=1.3%，則可得效率修正值為=1.0%，由此可得原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為 （與上述假定值相同）單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計(jì)算：則 =由于，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量也可不加修正。由上可見原假定的=90.0%、是正確的，那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果，是正確的。4. 工作范圍的檢驗(yàn) 在選定，后，水輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可計(jì)算出來。水輪機(jī)在下工作時(shí)，其即為，故=0.968<1.15/s則水輪機(jī)的最大引用流量為與特征水頭和相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為在HL230型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖上分別繪出，的直線，這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍（圖中陰影部分）基本

14、上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對(duì)于HL220型水輪機(jī)方案，所選定的參數(shù)，是合理的。5. 吸出高度計(jì)算 由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)=70.4r/min,在圖上可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)約為，并在圖水力機(jī)械查得氣蝕系數(shù)的修正值約為，由此可求出水輪機(jī)的吸出高度為： 可見HL220型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求三、兩種方案的比較分析表2-1水輪機(jī)方案參照對(duì)照表序號(hào)項(xiàng)目HL230HL2201推薦使用的水頭范圍356550852最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速71703模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)（最優(yōu)單位流量）91310004最高效率90.791.05氣蝕系數(shù)0.170.1336工作水頭范圍（m）50.465.8950.465.897轉(zhuǎn)輪直

15、徑2.02.08轉(zhuǎn)速n(r/min)3002509最高效率91.592.010額定出力123711237111最大引用流量29.0827.4912吸出高度0.481.38由表可見，兩種機(jī)型方案的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D相同均為2.0m，但HL220型水輪機(jī)方案的工作范圍包含了較多的高效率區(qū)域，運(yùn)行效率較高、氣蝕系數(shù)較小、有利于提高年發(fā)電量，而HL230型水輪機(jī)方案的機(jī)組轉(zhuǎn)速較高，有利于減小發(fā)電機(jī)尺寸、降低發(fā)電機(jī)造價(jià)。根據(jù)以上分析，在限制供貨方面沒有問題時(shí)，初步選用HL220型水輪機(jī)方案，故水輪機(jī)型號(hào)為 HL220LJ200。第二節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)的型式選擇 本設(shè)計(jì)為大中型水電站，故采用大中型機(jī)組，采用立式

16、SF12183600型發(fā)電機(jī)表2-2 發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)單機(jī)容量(KW)功率因數(shù)（）額定電壓額定容量（KVA）120000.910.513333一、水輪機(jī)主要尺寸估算1. 極距； 2.8式中： 發(fā)電機(jī)額定容量（13333KVA） P磁極對(duì)數(shù)（12） 系數(shù)，一般?。?-10）在這里取=92. 定子內(nèi)徑 2.93. 定子鐵芯長(zhǎng)度 = 式中; _額定轉(zhuǎn)速（r/min） 2.10 _定子內(nèi)徑 C-系數(shù)（4*）此處取5*=所以采用懸式水輪發(fā)電機(jī)4. 定子鐵芯外徑（機(jī)座號(hào)） =則取 =378cm，故發(fā)電機(jī)型號(hào)為二、外形尺寸估算1. 平面尺寸估算（1）定子機(jī)座外徑 （2）風(fēng)罩內(nèi)徑 （3）轉(zhuǎn)子外徑 單邊空氣間隙

17、，初步估算時(shí)可忽略不計(jì)（4）下機(jī)座最大跨度 式中為水輪機(jī)基坑直徑=3.0m=3.0+0.6=3.6m=3600cm（5）推力軸承外徑和勵(lì)磁機(jī)外徑 查水利機(jī)械=2400cm，=1500cm三、軸向尺寸計(jì)算1定子機(jī)座高度,2 上機(jī)架高度對(duì)于懸式承載機(jī)架 =3 推力軸承高度，勵(lì)磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度=1000mm, =15001800,取1600mm，其中機(jī)架高500700，在這里取600mm,=600mm, =500mm4 下機(jī)架高度懸式非承載機(jī)架 =0.125 定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離懸式非承載機(jī)架 =0.126 下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面之間的距離按已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料

18、，一般為7001500mm,取=800mm7 轉(zhuǎn)子磁軌軸向高度有風(fēng)扇時(shí)，8 發(fā)電機(jī)主軸高度， H發(fā)電機(jī)總高度，即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度H=+=183.03+83.48+100+160+60+50+50.09+80=766.6cm9 定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離=0.46=0.46183.03+175.65=259.84cm四、水輪發(fā)電機(jī)重量估算1. 發(fā)電機(jī)總重量（t）= 2.11系數(shù)，對(duì)懸式發(fā)電機(jī)取810，在此處取82. 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量一般可按發(fā)電機(jī)總重量的1/2估算3. 發(fā)電機(jī)飛輪力矩 2.12經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可按選取 , 當(dāng)時(shí)，定子鐵芯長(zhǎng)度（m）定子鐵芯長(zhǎng)度（m）第三節(jié) 蝸

19、殼斷面形式及尺寸計(jì)算 本電站最大工作水頭超過40m,故采用金屬蝸殼，有線變化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力損失大：拋物線變化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水利損失小。為了改善蝸殼的受力條件使水利損失最大，故采用拋物線變化規(guī)律的圓形斷面，圓形金屬蝸殼斷面包角通常采用f=一、蝸殼進(jìn)口斷面流量 2.13水輪機(jī)最大引用流量1. 蝸殼進(jìn)口平均流速 蝸殼進(jìn)口斷面平均流速 則蝸殼進(jìn)口斷面面積 2.14斷面半徑 由水力機(jī)械可查得金屬蝸殼座環(huán)尺寸，水頭在70m一下其座環(huán)外徑 R=1.7+21.44=4.10m表2-3 蝸殼斷面半徑隨角度的變化蝸殼包角f斷面半徑（m）R(m)3451.204.103001.123.942551.033.772100

20、.943.581650.833.361200.713.12750.562.82300.352.40第四節(jié) 尾水管形式及其主要尺寸確定 根據(jù)本電站的總裝機(jī)容量為大中型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管。彎肘型尾水管。是由進(jìn)口直錐段，肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成，其大致形狀如圖所示，使用推薦的尾水管尺寸表2-4 本電站尾水管尺寸參數(shù)肘管形式適用范圍h/L/標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式2.64.52.721.350.6751.821.22表2-5 本電站尾水管尺寸參數(shù)參數(shù)hL標(biāo)準(zhǔn)2.05.29.05.442.71.353.642.44 尾水管肘管是一90度變斷面，起出口為矩形，斷面水流由于

21、在 肘管中轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，由于曲率越小，半徑越小，產(chǎn)生的離心力越大。一般推薦使用合理半徑R=（0.61.0），外壁用上限，內(nèi)壁用下限，為了減少水流在 轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，因此將肘管出口做成收縮斷面，并使斷面的高度縮小，寬度增大，高寬比約為0.25，肘管進(jìn)出口面積比約為1.3左右。所以，外壁半徑=1.02.7=2.7m, 內(nèi)壁半徑=0.62.7=1.62m圖3-1混流式水輪機(jī)尾水管第五節(jié) 主廠房主要尺寸的確定 主廠房主要尺寸的確定，即主廠房的總長(zhǎng)，總高和寬度的確定。主廠房的總長(zhǎng)度包括機(jī)組段的長(zhǎng)度（機(jī)組中心間距），端機(jī)組段的長(zhǎng)度和安裝場(chǎng)的長(zhǎng)度，并考慮必要的水工結(jié)構(gòu)分縫要求的尺寸。一、機(jī)組

22、段長(zhǎng)度的確定 裝有立軸反擊式機(jī)組的廠房機(jī)組段長(zhǎng)度，主要由蝸殼，尾水管，發(fā)電機(jī)等設(shè)備在X軸方向的尺寸確定，同時(shí)還考慮機(jī)組附屬設(shè)備即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。1. 機(jī)組段長(zhǎng)度可按下式計(jì)算 式中 機(jī)組段+X方向的最大長(zhǎng)度 2.15 機(jī)組段-X方向的最大長(zhǎng)度和可按水力機(jī)械中的公式按尾水管，蝸殼層和發(fā)電機(jī)層分別計(jì)算，取其中的最大值。（1） 蝸殼層： =4.58+1.2=5.78m 2.16 =蝸殼外部混凝土厚度，一般為1.21.5 ，這里取1.2（2） 尾水管層：= 2.17 =尾水管邊墩混凝土厚度，一般為1.21.5 ，這里取1.2尾水管寬度蝸殼+X方向最大平面尺寸蝸殼-X方向最大平面尺寸（

23、3） 發(fā)電機(jī)層： = 2.18 =發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑 b兩臺(tái)機(jī)組間風(fēng)罩外壁的凈距，一般為1.52.0m，這里取1.8m 發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚 一般為0.30.4m，這里取0.4m所以 發(fā)電機(jī)機(jī)組段長(zhǎng)度 取11m.2. 邊機(jī)組段的附加長(zhǎng)度（一般大型水電站廠房） =3. 安裝間長(zhǎng)度 =，對(duì)一般電站平均取1.5.4. 主廠房長(zhǎng)度L: 取40m. n-為機(jī)組臺(tái)數(shù) 二、廠房寬度的確定以機(jī)組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度兩部分下游側(cè)廠房寬度，亦即尾水管的長(zhǎng)度取=上右側(cè)廠房寬度 =系數(shù)。當(dāng)時(shí)，=1.86.0,這里取=3.5所以廠房的寬度B=+=8.0+7.0=15.0m三、廠房各層高層的確定 1.

24、水輪機(jī)安裝高層的確定 對(duì)于立軸輪流式水輪機(jī) 設(shè)計(jì)尾水位 可根據(jù)水輪機(jī)的過流量從下游水位與流量關(guān)系曲線中查得為551.57m導(dǎo)葉高度 =0.25=0.252.0=0.5m水輪機(jī)吸出高度（1.38m）=551.57+1.38+=553.2m在廠房設(shè)計(jì)中機(jī)組的安裝高層是一個(gè)控制性的標(biāo)高。(因?yàn)榘哑溆?jì)算出來后其他高程在此基礎(chǔ)上都能計(jì)算出來了)2. 尾水管底板的高層 式中水輪機(jī)安裝高層 2.19 導(dǎo)葉高度 H底環(huán)頂面至尾水管底板的距離即尾水管的高（5.2m）=553.2-3. 水輪機(jī)層地面高層 式中 蝸殼進(jìn)口段半徑（1.44m） 2.20 蝸殼上部混凝土厚度，對(duì)金屬蝸殼可取1.0m=553.2+1.44

25、+1.0=555.64m4. 發(fā)電機(jī)層地面高層（即發(fā)電機(jī)樓板高程） 式中 水輪機(jī)機(jī)坑進(jìn)人門高度取2.0m 2.21 機(jī)坑進(jìn)人門上部應(yīng)留的尺寸取6.0m=555.64+2.0+6.0=563.64m5. 吊車軌道頂?shù)母邔?式中 2.22吊運(yùn)設(shè)備時(shí)需跨越的固定設(shè)備或建筑物的高度取0.8m吊運(yùn)部件與固定物之間的垂直安全高度，不小于0.3m取0.6m起吊設(shè)備的高度（發(fā)電機(jī)主軸高度取6.2m）吊柱鉤與吊運(yùn)部件之間的距離一般為0.81.0m,取0.9m吊車主鉤至軌頂?shù)淖钚【嚯x取1.2m=563.64+0.8+0.6+6.2+0.9+1.2=573.36. 廠房頂梁底高層 式中 2.23吊車總高度即從小跑車

26、頂?shù)降踯囓壍理數(shù)母叨热?.8m小跑車頂?shù)巾斄旱椎膬艨?，一般?.20.5m,取0.4m=573.34+3.8+0.4=577.54m7. 主廠房的高度 主廠房的高度由上部結(jié)構(gòu)高度和下部結(jié)構(gòu)高度兩部分組成。 =0.8+0.6+6.2+0.9+1.2+3.8+0.4=13.9m =0.162.82+4.0=10.24m（外加發(fā)電機(jī)安裝高程、廠房基礎(chǔ)開挖高程）第三章 主廠房構(gòu)架計(jì)算第一節(jié) 立柱的截面形式選擇 水電站廠房中現(xiàn)澆的構(gòu)架立柱大多采用矩形截面，當(dāng)?shù)踯嚻鹬啬芰υ?0噸以上時(shí)，下柱截面高度h不小于/12/14,截面寬度不小于/25,（在此為下柱高度），一般要求b40厘米。 柱子的高度h=廠房頂梁

27、底高程-發(fā)電機(jī)層地面高程=577.54-563.64=13.9m 水電站廠房吊車梁的截面較大，梁的高跨比/L一般取，在該電站廠房中取，/L=，L為立柱的跨度為7.5m，所以=L=1.5m.下柱的高度=（吊車軌道頂高程-發(fā)電機(jī)層地面高程）-=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=,截面寬度b=，下柱截面尺寸取 500m,上柱截面尺寸取。第二節(jié) 廠房屋面板荷載計(jì)算及型號(hào)選擇 該電站廠房（級(jí)安全級(jí)別）采用的大型屋面板，抗震設(shè)計(jì)烈度為6度，無懸掛荷載。 屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下：防水層 0.35KN/20mm厚水泥砂漿找平層 0.40

28、KN/150mm厚加氣混凝土 0.90 KN/預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板及灌漿縫 1.50 KN/屋面支撐及吊管自重 0.15 KN/所以永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值總計(jì) 0.30 KN/風(fēng)荷載 0.35 KN/雪荷載 0.25 KN/屋面活荷載 0.5 KN/因?yàn)槲菝婊詈奢d與雪荷載部同時(shí)存在，屋面活荷載較大，故取屋面活荷載組合可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值q=1.353.30+1.40.50.7=4.945 KN/無鋼天窗架選用代號(hào)為a檐口形狀為兩端外天溝代號(hào)為B根據(jù)實(shí)際屋面荷載設(shè)計(jì)值，在表4中15m跨屋面荷載設(shè)計(jì)值為q=5.0 KN/一欄選取屋架荷載能力等級(jí)為3級(jí)因此無天窗的屋架型號(hào)為WJ153Ba;并參照本圖集頁(yè)19、20.

29、根據(jù)有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，按抗震設(shè)防烈度為6度，布置屋架上，下弦支撐。屋架技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選用屋架自重5.48t.第三節(jié) 吊車梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、吊車梁的截面設(shè)計(jì) T形截面剛度較大，抗扭性能較好，便于固定軌道：檢查走道較寬，適用于大中型吊車梁，所以該吊車梁選T形截面。 梁的高跨比h/l一般取，梁的高寬比對(duì)T形截面梁高與肋寬的比例可達(dá)6-7，上翼緣寬度還應(yīng)滿足固定軌道要求，一般取梁高，上翼緣的高度一般取梁高。由于梁的跨度為7.5m, ，所以梁高取1.0m取b=300m, = 圖3-1 吊車梁的截面尺寸二、吊車梁的荷載計(jì)算因?yàn)镚=56.675t，13.5m跨度16.5m 表3-1 起重機(jī)尺寸起重機(jī)（t）跨度（m

30、）起升高 度(m)最大輪 壓（t）起重機(jī)的重量小車軌距小車輪距大車輪距K大梁底面至軌頂距離F起重機(jī)最大寬度B主鉤副鉤主鉤副鉤752013.5202226.659.2440026006250-88616由表可知小車重量為23.5t，起重機(jī)總重為59.2t，本電站吊運(yùn)最重部件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為56.675t,大車輪距為6.25m，吊車梁最大跨度為7.5m,吊車跨度13.5m，主鉤到吊車梁軌道最小距離為1.186m.對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土吊車梁，混凝土標(biāo)號(hào)用,鋼筋用，混凝土容重為25KN/,吊車梁的荷載包括均布荷載、自重和鋼軌及附件重，以及移動(dòng)的集中荷載、吊車荷載。1. 自重2. 吊車梁集中荷載計(jì)算本吊車為

31、一臺(tái)橋式吊車,可根據(jù)公式 3.1 其設(shè)計(jì)值為 3. 橫向水平制動(dòng)計(jì)算 3.24. 縱向水平制動(dòng)力的計(jì)算吊車制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生縱向水平力，方向與吊車梁一致作用在軌頂。三、吊車梁內(nèi)力計(jì)算1. 吊車梁自重彎矩值計(jì)算彎矩計(jì)算可根據(jù)公式 其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)（,1.0）3.3 f 設(shè)計(jì)狀況系數(shù)（吊車梁為持久狀況，1.0） q吊車梁均布荷載（10.07KN/M） l吊車梁的跨長(zhǎng)（7.5m）將以上各值代入中得2. 吊車梁集中荷載（最大輪壓）彎矩值計(jì)算圖3-2 吊車梁荷載簡(jiǎn)圖設(shè)發(fā)生絕對(duì)最大彎矩時(shí)有2個(gè)荷載在梁上，其合力為至臨界荷載的距離a由合力矩定理求得使P與對(duì)稱于梁的中點(diǎn)，此時(shí)梁上荷載與求合力時(shí)相符。由 3.3所以

32、吊車梁承受總彎矩設(shè)計(jì)值為3. 吊車梁剪力設(shè)計(jì)值計(jì)算根據(jù)公式 3.4吊車梁均布荷載設(shè)計(jì)值（10.07KN/M）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0設(shè)計(jì)狀況系數(shù)（吊車梁為持久狀況取1.0）吊車梁跨度（7.5m）P輪壓設(shè)計(jì)值(300.24KN)將以上各值代入中得四、吊車梁承受扭矩和抗扭鋼筋計(jì)算圖3-3 吊車梁截面承受荷栽圖由于橫向水平力作用在軌頂，對(duì)截面重心由扭矩作用，同時(shí)考慮垂直輪壓也可能會(huì)有2cm的偏心，因而吊車梁截面上受到扭矩為 3.5P垂直方向輪壓設(shè)計(jì)值（300.24KN）橫向水平制動(dòng)力（12KN）力P的偏心矩 取2CM力的偏心矩即軌道到T型截面重心的距離0.9考慮橫向水平力與垂直輪壓偏心同時(shí)產(chǎn)生時(shí)的荷載

33、組合系數(shù)鋼軌頂至吊車梁頂距離截面彎曲中心至梁頂距離 3.6所以將上述各值代入公式=0.9（300.240.02+120.48）=10.59KN.M五、吊車梁配筋計(jì)算承受彎矩設(shè)計(jì)值M=1074.13KN.M，剪力設(shè)計(jì)值V=338KN，扭矩設(shè)計(jì)值T=10.59KN.M,采用C30級(jí)混凝土，縱筋為級(jí)鋼筋，箍筋用級(jí)鋼筋。1. 驗(yàn)算截面尺寸將T形截面劃分成二塊矩形截面，按式計(jì)算截面受扭塑性抵抗矩：腹板 3.7翼緣 3.8整個(gè)截面受扭塑性抵抗矩為 混凝土的結(jié)構(gòu)系數(shù)取1.2混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（C30,15.0）2. 驗(yàn)算是否需按計(jì)算確定抗剪扭鋼筋按式驗(yàn)算 3.9 應(yīng)按計(jì)算確定抗剪扭鋼筋。3. 抗彎縱筋計(jì)算（1

34、）判別T形截面類型 屬于第二類T形截面。 3.10（2）求抗彎縱筋 3.11 3.12 3.13滿足要求。4. 腹板抗剪扭鋼筋計(jì)算（1）T形截面的扭矩分配，由式：腹板： 翼緣： 3.14（2）腹板的配筋按彎剪扭構(gòu)件計(jì)算由式 不能忽略V的影響。 3.15由式不能忽略T的影響，腹板應(yīng)按彎、剪、扭構(gòu)件計(jì)算。 3.16對(duì)集中荷載作用下的矩形截面，剪扭構(gòu)件（包括作用由多種荷載，且其中集中荷對(duì)支座截面或節(jié)點(diǎn)邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75%以上的情況）應(yīng)考慮剪跨比的影響。 3.175. 求箍筋。（1）腹板抗剪箍筋： 3.18 （2）腹板抗扭箍筋： 3.19箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 取210N/通常取1.2為最

35、佳所以 采用雙支箍（n=2）,則腹板單位長(zhǎng)度上單支箍總截面面積為：選用箍筋直徑為，則得箍筋間距為，。 3.20滿足箍筋要求，所以選配雙支箍。6. 腹板縱筋計(jì)算（1）腹板抗扭縱筋，由式，部 滿足要求，按最小配筋率配筋。 3.21按構(gòu)造要求，抗扭縱筋的間距不應(yīng)大于300mm或梁的寬度故沿梁高分三層布置縱筋：上層：中層：底層：選單根鋼筋公稱質(zhì)量4.830Kg/M。（2）翼緣抗扭鋼筋計(jì)算受壓翼緣一般按純扭計(jì)算（不計(jì)V的影響）箍筋 ：故按構(gòu)造配筋，選用 滿足要求?？v筋：圖3-4 吊車梁截面配筋圖7. 吊車梁斜截面強(qiáng)度驗(yàn)算 8. 裂縫寬度驗(yàn)算查鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范鋼筋混凝土吊車梁尚應(yīng)驗(yàn)算裂縫開展寬度短期組合

36、最大裂縫寬度不大于0.4mm.T形截面的鋼筋混凝土受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件最大裂縫寬度可分別按下列公式計(jì)算。 式中 3.22考慮構(gòu)件受力特征的系數(shù)，對(duì)受彎和偏心受壓構(gòu)件，取=1.0考慮鋼筋表面形狀的系數(shù)，對(duì)光面鋼筋，取=1.4考慮荷載長(zhǎng)期作用影響的系數(shù)，對(duì)荷載效應(yīng)的短期組合，取=1.5C最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離（25mm）d鋼筋直徑（28mm）縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離（c=25mm）有效受拉混凝土截面面積，裂縫開展寬度滿足要求9. 撓度驗(yàn)算吊車梁尚應(yīng)驗(yàn)算撓度是否在允許范圍之內(nèi)，以保證吊車的正常行駛，吊車梁的最大許可撓度為單跨簡(jiǎn)支吊車梁在均布荷載作用下中點(diǎn)撓度構(gòu)件的

37、剛度，對(duì)出現(xiàn)裂縫時(shí)=混凝土彈性模量為I截面對(duì)x軸慣性矩，經(jīng)計(jì)算：所以撓度滿足要求。第四節(jié) 立柱牛腿的設(shè)計(jì)一、牛腿截面尺寸擬定 圖3-5 牛腿截面尺寸由荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載效應(yīng)短期組合計(jì)算作用于牛腿頂部的豎向力值 作用在牛腿頂部的豎向力設(shè)計(jì)值 作用在牛腿頂部的水平拉力設(shè)計(jì)值一輪壓位于支座處時(shí)，支座產(chǎn)生最大剪力根據(jù)下式對(duì)初擬高度驗(yàn)算 式中; 3.23裂縫控制系數(shù)，對(duì)水電站廠房立柱的牛腿，取=0.70混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（C30，=2.00N/）豎向力作用點(diǎn)至下柱邊緣的水平距離，應(yīng)考慮安裝偏差20mm。豎向力作用點(diǎn)位于下柱以內(nèi)，取a=0（） 尺寸滿足要求。 3.241. 受力鋼筋 由承受豎向力所需的

38、受拉鋼筋和承受水平拉力所需的錨筋組成的受力鋼筋的總面積按下式計(jì)算 3.25式中：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)系數(shù)，=1.2 鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（）按構(gòu)造配筋，配筋率取=0.2%承受豎向力的受拉鋼筋選用承受水平拉力的錨筋應(yīng)焊在預(yù)埋件上，不應(yīng)少于2根。選2.水平箍筋和彎起鋼筋水平箍筋采用雙肢箍，選用且在上部范圍內(nèi)的水平箍筋總截面面積不應(yīng)小于承受豎向力的受拉鋼筋截面面積的1/2.故滿足箍筋設(shè)置要求因牛腿的剪跨比，故按構(gòu)造配置彎起鋼筋故選用彎起鋼筋宜采用變形鋼筋，宜設(shè)置在牛腿上部l/6l/3之間的范圍內(nèi)，其故滿足要求圖3-6 牛腿配筋圖第五節(jié) 排架設(shè)計(jì)一、確定柱的截面尺寸柱截面尺寸,幾何特性，下部柱子高度和牛

39、腿尺寸及其有關(guān)參數(shù)，選6m為計(jì)算單元 表3-2 A、B柱參數(shù)（,）0.410.364 圖3-7 柱截面尺寸 圖3-8 排架計(jì)算單元 二、荷載計(jì)算1.恒荷載屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下：防水層 0.35KN/20mm厚水泥砂漿找平層 0.40 KN/150mm厚加氣混凝土 0.90 KN/預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板及灌漿縫 1.50 KN/屋面支撐及吊管自重 0.15 KN/所以永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值總計(jì) 3.30 KN/風(fēng)荷載 0.35 KN/雪荷載 0.25 KN/屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 0.5 KN/屋架自重 54.8KN故=2.上柱自重鋼筋混凝土容重為25KN/M,上柱截面尺寸。=0.50.55.725=35.6

40、25KN3.下柱自重下柱截面尺寸， 4.吊車梁及軌道自重在吊車梁部分已算 q=10.07KN/M,5.屋面活荷載三、吊車荷載1.吊車豎向荷載。 3.262.吊車橫向水平荷載吊車在排架上產(chǎn)生最大橫向水平荷載值與產(chǎn)生相同。故 3.吊車縱向水平荷載四、風(fēng)荷載垂直于廠房各部分表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 3.27則由上式可得排架迎風(fēng)面及背風(fēng)面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別為： 水平集中風(fēng)荷載： 3.28五、抗震計(jì)算 對(duì)于單自由度排架 3.29 對(duì)于類場(chǎng)地，第六節(jié) 排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用剪力分配法進(jìn)行單排架的內(nèi)力計(jì)算。表3-3排架內(nèi)力計(jì)算表荷載類型序號(hào)MKN.MNKNVKNMKN.MNKNVKNMKN.MNKNVKN恒載-4.312

41、21.430.765.61281.850.76-1.03356.60-0.76屋面荷載1.1425.00.21.36250.20.28250.2吊車豎向荷載在A柱上-70.510-12.37196.11444.36-12.3794.68444.36-12.37在B柱上-70.510-12.37-28.43-28.4370.13-129.8670.13-12.37吊車橫向水平荷載-200+20+200+20-1840+20吊車橫向水平荷載+200-20-200-20+1840-20風(fēng)載向右吹53.350+0.0753.3500.07197.5204.74向左吹-44.070-10.72-44.0

42、70-10.72-167.300-19.33地震力-17.580+3.08+17.580+3.08-42.880+3.08+17.580-3.08-17.580-3.08+42.880-3.08表3-4廠房構(gòu)架作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)狀況極限狀態(tài)作用效應(yīng)組合計(jì)算情況作用名稱結(jié)構(gòu)自重屋面活載吊車荷載風(fēng)荷載地震荷載豎向荷載水平荷載持久狀況 承載能力極限狀態(tài)基本組合(一)吊車滿載短暫狀況基本組合(二)吊車滿載+風(fēng)荷載偶然狀況偶然組合吊車荷載+地震荷載荷載分項(xiàng)系數(shù)1.051.21.21.21.31.0經(jīng)計(jì)算的內(nèi)力經(jīng)過組合的內(nèi)力組合表如下：表3-5排架內(nèi)力組合表截面組合目的組合方式被組合內(nèi)力項(xiàng)序號(hào)MNV相應(yīng)NA

43、1.0×1.0×1.05×+1.2×(+)-63.77262.508.60相應(yīng)NA 1.0×1.0×1.05×+1.2×(+)-111.77262.50-39.40相應(yīng)NB1.0×0.9×1.05×+1.2×(+)+1.3×5.03236.257.82相應(yīng)NB1.0×0.9×1.05×+1.2×(+)+1.3×-152.15236.25-48.00相應(yīng)NC1.0×0.8×1.05×+1.

44、2×(+)+1.0×-36.95210.009.35相應(yīng)NC1.0×0.8×1.05×+1.2×(+)+1.0×-103.48210.00-33.99相應(yīng)NA1.0×1.0×1.05×+1.2×(+)266.38859.178.60相應(yīng)NA1.0×1.0×1.05×+1.2×(+)-51.07410.10-39.40相應(yīng)NB1.0×0.9×1.05×+1.2×(+)+1.3×302.16773.2

45、67.82相應(yīng)NB1.0×0.9×1.05×+1.2×(+)+1.3×-97.52369.09-48.00相應(yīng)NC1.0×0.8×1.05×+1.2×(+)+1.0×227.17687.349.35相應(yīng)NC1.0×0.8×1.05×+1.2×(+)+1.0×-54.92328.08-33.99相應(yīng)NA1.0×1.0×1.05×+1.2×(+)333.6737.668.60相應(yīng)NA1.0×1.0×1.05×+1.2×(+)-377.38488.59-39.40相應(yīng)NB1.0×0.9×1.05×+1.2×(+)+1.3×531.40843.9013.28相應(yīng)NB1.0×0.9×1.05×+1.2×(+)+1.3×-535.38439.73-58.08相應(yīng)NC1.0×0.8×1.05×+1.2×(+)+1.0×301.24