1、中华人民共和国行业标准水电站厂房设计规范试行发布实施中华人民共和国能源部水利部发布中华人民共和国能源部水利部关于颁发水电站厂房设计规范试行的通知能源水规号根据国家计委关于编制设计规范的要求原水电部委托天津勘测设计院会同有关设计院和高等院校等个单位编制了水电站厂房设计规范试行现已审定批准自年月日起颁发试行在试行中如有意见请函告水利水电规划设计管理局和天津勘测设计院年月日前言本规范系根据原水利电力部水利水电规划设计院水规设字第号文通知进行编制的本规范编制组由原水利电力部天津勘测设计院东北勘测设计院西北勘测设计院成都勘测设计院中南勘测设计院华东勘测设计院北京勘测设计院贵阳勘测设计院长江流域规划办公室
2、黄河水利委员会勘测设计院武汉水利电力学院清华大学天津大学河海大学等个单位组成规范在编制过程中得到全国许多水利水电设计施工运行科研单位和高等院校的工程技术人员及专家的积极支持整个编制工作经历了编制提纲调查研究专题编写和规范编制四个阶段进行了规范提纲专题论文规范初稿和送审稿四次讨论审查会议规范共分章条和个附录主要编写单位如下西北勘测设计院编写第二章第一节第四章第一二节第三节及附录四中南勘测设计院编写第二章第二节第五章第三节坝内厂房及第六章华东勘测设计院编写第三章第一二节第五章第三节溢流厂房及有关开关站的条文东北勘测设计院编写第五章第二节和附录七成都勘测设计院编写第五章第一节贵阳勘测设计院编写第三章
3、第三节北京勘测设计院编写第五章第三节抽水蓄能电站黄委勘测设计院编写第七章长江流域规划办公室编写第四章有关温度应力条文天津勘测设计院编写第一章第四章第三节第四节及附录一二三五六八规范由天津勘测设计院负责汇总修改和补充水电站厂房设计规范在国内是第一次编制国外有关水电站厂房的规程规范也极少我们经验不多总结不够全面不妥之处请指正编写单位和有关人员名单一主编单位天津勘测设计院李必如张北祥陆宗磐包云龙二参编单位中南勘测设计院刘令娴常浚江沈鹤熙肖传豹西北勘测设计院干城林一榕郑芝芬东北勘测设计院吴新邦洪曼霞刘文灏华东勘测设计院章子华韩祖恒张含辉成都勘测设计院盛佩若北京勘测设计院张云贵阳勘测设计院兰春杰黄委勘测
4、设计院王法西长江流域规划办公室黄启知武汉水利电力学院俞裕泰清华大学王树人天津大学王日宣河海大学徐关泉三审稿人员曹楚生魏永晖干城吴新邦苗琴生陶三顾俞兆栋刘大中刘肇祯王官振王树人郑颖人四主审人员董育坚李浩钧侯建功袁玖张钟禄杨艾娟水电站厂房设计规范试行目次前言第一章总则第二章地面厂房布置第一节厂区布置第二节厂房内部布置第三章厂房整体稳定及地基应力计算第一节荷载及其组合第二节整体稳定及地基应力计算第三节厂房基础处理第四章地面厂房结构设计第一节一般规定第二节荷载及其组合第三节结构设计上部结构机墩与风罩下部结构第四节构造设计第五章地下厂房及其它型式厂房设计第一节地下厂房布置第二节地下厂房结构设计第三节其它
5、型式厂房的布置及结构设计第六章建筑设计第七章观测设计第一节一般规定第二节观测项目附录一楼面均布活荷载附录二机墩与风罩静力计算附录三机墩动力计算附录四考虑框架剪切变形和刚性节点的计算附录五分离式底板内力和锚筋计算附录六地下洞室锚喷支护设计参考附录附录七地下厂房围岩分类参考附录附录八本规范用词说明水电站厂房设计规范试行第一章总则第条本规范适用于大中型水利水电枢纽工程中岩基上的级水电站厂房各阶段的土建设计第条水电站厂房设计必须做到因地制宜技术先进经济合理安全可靠管理方便美观大方第条水电站厂房设计应符合水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区丘陵区部分试行水力发电厂机电设计技术规范试行水工钢筋混凝土结构
6、设计规范试行等有关标准及规范的要求河床式坝后式坝内式及厂顶溢流式的厂房设计还应符合闸坝及溢洪道设计规范的要求厂房抗震设计应符合水工建筑物抗震设计规范试行的要求第条水电站厂房按结构及布置特点分为地面式包括河床式坝后式岸边式地下式包括地下式半地下式窑洞式坝内式厂顶溢流式及厂前挑流式等形式第条水电站厂房包括厂区建筑物应按其级别及挡水条件采用以下相应的洪水标准一壅水厂房如河床式厂房设计采用的洪水标准应按水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区丘陵区部分及其补充规定以下简称等级标准的规定确定并和枢纽拦河坝闸设计采用的洪水标准协调二非壅水厂房设计采用的洪水标准可按等级标准补充规定的表采用三主副厂房和主变压器
7、场开关站进厂铁路及公路的防淹标准可参照非壅水厂房的洪水标准确定第条水电站厂房设计应妥善解决以下问题一根据工程具体情况解决好分期建设或初期运转的要求二统筹安排运行管理所必须的生产辅助设施三做好主体与其它建筑物的建筑艺术处理美化环境四在不断总结实践经验和科学实验的基础上积极慎重地采用新技术使设计不断创新有所前进第条凡本规范未包括的问题或由于某种原因发现本规范某些规定不尽适宜时可通过论证提出补充意见报设计审批部门批准后执行并抄报本规范审批单位备案第二章地面厂房布置第一节厂区布置第条厂区布置是水利水电枢纽总体布置的一部分应通过对整个枢纽的工程技术经济论证选定一应合理布置主厂房副厂房主变压器场开关站高压
8、引出线进厂交通发电引水及尾水等使电站运行安全管理和维护方便二应妥善解决厂房与其它建筑物包括泄洪排沙通航过竹木过鱼等布置及运用的相互协调避免干扰保证电站安全和正常运行三应考虑建筑物检修的必要条件水电站厂房设计规范试行四应少占或不占农田保护天然植被保护环境五应合理安排施工程序及导流满足发电工期要求第条扩建和改建水电站厂房新老建筑物及设施要协调一致确保老建筑物安全施工期尽量不影响或少影响发电第条河床式厂房的进水部分设计应结合枢纽布置情况妥善解决泥沙漂浮物和冰凌等对发电的影响第条坝后式厂房通常在厂坝之间设永久变形缝为满足厂坝整体稳定或有其它要求时经论证可采用厂坝整体连接的形式第条当压力管道采用明敷方式
9、时为减轻或避免非常事故对厂房的灾害宜将厂房避开事故水流的主要方向或采取其它措施厂房位置宜避开冲沟口否则应研究山洪淤积影响并采取相应防御设施厂房位于高陡坡下时对边坡稳定要有充分的论证并应设有安全保护措施及排水第条尾水渠应根据机组运行条件地形地质河道流向泄洪泥沙及其它建筑物影响等情况加以布置对可能发生淘刷部位应加强保护措施应考虑下游梯级回水及枢纽各泄水建筑物泄水引起河床变化所造成的影响第条应防止因弃渣而抬高厂房下游河道水位施工弃渣应按施工组织设计拟定的地点堆弃竣工前围堰应清除干净第条副厂房的位置和组成应注意与主变压器场主厂房的位置关系及环境要求经技术经济综合比较确定在满足运行方便管理的前提下宜利用
10、一切可利用的空间并使通风采光条件好和对外交通方便第条主变压器位置及开关站站址应根据安装检修运输通道进线出线通风散热和防火防爆等因地制宜地选定主变压器位置尽量靠近发电机并宜与安装间同一高程主变压器的防火防爆及冷却通风要求应符合有关规范规定开关站尽量靠近主变压器和中央控制室选择地基及边坡稳定地段或利用其它合适的部位进行布置其进出线应避免跨越泄洪建筑的水跃区射流区开关站位置要尽量避开冲沟口否则应对山洪泥石流等采取预防措施开关站土建工程宜一次建成第条为保证主副厂房和主变压器场地及开关站在各设防水位条件下不受淹没和防意外情况受淹可采取下列措施一采取可靠措施防止洪水倒灌二厂区的排水量沟网布置排出方式及排水
11、设施应根据本地区暴雨强度及其它可能的集水量综合考虑三按常年和季节盛行风向考虑泄洪雾化对厂区不利影响四对可能导致水淹厂房的孔洞管沟通道预留缺口等采取必要的封堵措施五处理好边坡渗水第条对厂区内交通应根据近期和远景规模全面规划统筹安排并应满足机电设备重件大件的运输运行人员上下班方便的要求一主要交通在正常运用洪水标准条件下应保证畅通在非常运用洪水标准条件下应保证进出厂人行交通不致阻断二铁路公路应伸入主厂房安装间厂前应有平直段水电站厂房设计规范试行三铁路和公路的设计要求应符合有关专业规范规定最大纵坡铁路宜小于公路宜小于第条专用线铁路一般从下游侧引入厂房并垂直于厂房纵轴线方向布置如确因地形地质和枢纽布置等
12、条件限制必须由厂房端部而平行于厂房纵轴线方向进厂时应在轨道末端设置阻进器并同时在厂外设置警戒道叉厂区铁路一般可采用明渣道床但当铁路与道路平交或重合时铁路进厂前的路段宜用暗道床铁路与道路尽量避免交叉如需平面交叉时应设置了望条件良好的道口第二节厂房内部布置第条主厂房主机间及安装间和副厂房应根据水电站规模厂房型式机电设备环境特点土建设计等情况进行布置确定其各部分的尺寸及空间分配第条主厂房主机间的长度和宽度应按机组台数水轮机过流部件发电机及风道尺寸起重机吊运方式进水阀及调速器位置厂房结构要求运行维修和厂内交通等确定一水轮机过流部件应按制造厂提供的资料结合水工结构要求选择二机组段尺寸由水轮机蜗壳尺寸控制
13、时蜗壳的壁厚由强度及构造确定如为金属蜗壳尚需满足安装蜗壳所需空间要求三机组段长度由发电机及其风道控制时两台机组风道盖板的距离除满足设备布置要求外应保留必要的通道四坝后式厂房机组段长度一般与坝体分缝一致对隧洞引水厂房还应满足各机组引水洞之间最小岩壁厚度的要求五当机组段有泄水排沙孔时应同时满足各孔口的结构强度构造及施工要求六主机间的长度和宽度应满足起重机吊钩工作范围进水阀调速器等设备布置和厂内交通及结构尺寸需要第条安装间面积一般按一台机组扩大性检修需要确定并需符合水力发电厂机电设计技术规范的规定多机组的水电站其安装间面积可根据需要加大或加设副安装间一安装间地面高程宜与发电机层高程相同如因下游洪水尾
14、水位高于发电机层也可抬高安装间高程二安装间可布置于厂房的一端两端或中间段应满足运输设备或器材的车辆入厂及装卸的需要三安装间应与主厂房宽度相同第条主厂房尺寸宜结合上层结构体系统一考虑确定以利于采用标准构件和预制件第条主厂房起重机的工作范围应满足机组部件吊装的需要厂内设有进水阀时宜考虑其中心线位于起重机副钩工作范围以内为满足起重机运行及维修的需要厂房结构布置应考虑一起重机顶与吊顶或屋架下弦灯具底的净距不小于二在厂房顶适当部位应有可供拆装起重机的减速器盖卷筒电动机等部件的必要空间可考虑利用屋盖大梁之间的空间或将局部屋盖做成可拆卸的结构三起重机端边至墙内侧的距离除满足大车行走外应在适当部位留有大车走轮
15、机构的安装及水电站厂房设计规范试行检修需要的净空和让车位置四吊车梁顶面宽度应满足运行人员通行要求并应设置可供司机上下起重机的便梯五吊装中的部件与已安装的设备结构物及地面的安全距离应满足水力发电厂机电设计技术规范的规定第条厂内交通设施包括楼梯转梯爬梯吊物孔及水平通道廊道等主要交通应便利管理检修处理故障迅速满足防火防潮通风需要发电机层及水轮机层主要通道尺寸及楼梯宽度坡度安全出口应符合机电设计规范的要求宜考虑一发电机层及水轮机层有贯穿全长的直线水平通道二主要楼层间每一至二个机组段宜设置一个楼梯第条水轮机机坑的布置及尺寸应满足机组安装维修要求封闭式机坑应设进出通道第条主厂房内各层高程布置应满足机组及附
16、属设备布置安装检修结构尺寸及建筑空间等要求一水轮机安装高程应根据制造厂家提供的机组特性资料及水轮机工况结合厂房位置的地形地质条件及尾水位等确定二水轮机层地面高程由安装高程加水轮机蜗壳上半部安装高程至蜗壳顶最大尺寸再加蜗壳顶板厚度决定三发电机层地面高程除应满足发电机布置要求外并应考虑水轮机层设备布置及母线电缆的敷设和下游洪水位影响如主厂房空间许可发电机层下或电缆密集部位可增设电缆夹层夹层净空应满足安装维护防火的要求油气水管路等布置应清晰紧凑协调且宜分区布置尽量避免交叉混杂四起重机轨顶高程应根据起重机规格机组安装及检修时吊装需要确定并应满足进出厂运输车辆的货物装卸的要求五屋顶高程根据屋面结构尺寸确
17、定并应满足起重机部件安装检修厂房吊顶照明设施等要求第条尾水平台宽度应满足尾水闸门及启门设备布置交通道和下游防洪设施对结构尺寸的要求亦可考虑利用尾水平台上布置主变压器或副厂房如布置以上设施引起尾水管扩散段或尾水闸墩的长度增加则需进行技术经济论证第条水斗式水轮发电机组厂房布置原则一卧式机组一般机组轴线沿厂房纵向布置发电机定子为分瓣结构时机组间距由机组总长度和两台机组间的通道约决定安装高程由设计最高尾水位排出高度指转轮下沿和各种可能运行条件下尾水槽中最高水位之差和转轮直径之和而定厂房如分上下两层上层高度由机组安装及检修时吊运发电机转子水轮机转轮发电机定子等设备决定下层高度应满足发电机空气冷却器运行维
18、护和运出检修的需要同时必须满足油气水管道和电气设备的布置尺寸水电站厂房设计规范试行厂房宽度机组中心线上游侧根据机组尺寸包括机壳针阀及其控制机构调速设备和电气设备墙柱厚度等确定引水管高压阀宜布置在主厂房外专设的室内当球阀布置在室内时尚应满足球阀布置安装和检修要求下游侧宽度主要由机组尺寸及安全通道决定厂房宽度应结合吊车工作范围线一起考虑二立式机组机组中心距应根据引水管喷嘴布置水轮机机壳尺寸机壳间混凝土厚度交通要求和发电机电气设备的布置等确定安装高程由设计最高尾水位排出高度和水斗宽度之和确定第条水斗式水轮机尾水槽设计要求一应保证转轮水斗在各种可能运行条件下足够的通气净空二在射流骤然偏转时尾水槽内的涌
19、浪水面不超过转轮下沿三尾水槽的边壁及底板应做好抗冲蚀设计为防止高速水流冲击转向下游尾水槽应具有消力池的功能第条中央控制室位置应按电站运行操作维护监视方便消除故障迅速控制电缆短满足分期发电等综合考虑一靠近主机间位于主机和开关站之间与主变压器场开关站主机间的交通应方便二周围不宜布置有空气压缩机通风机等噪声大的设备三设置在尾水管上的中控室应采取有效的防振措施四良好的通风采光条件并避免阳光直射五周围有良好排水条件六当位置高于发电机层时宜设置能了望发电机层的观察窗或观察平台第条副厂房的面积和布置应根据机电设备布置维修试验及管理需要结合具体条件综合考虑确定副厂房既可集中也可分散布置应因地制宜对关系密切联系
20、多的房间宜布置在紧邻一部分房间如透平油罐和油处理室空气压缩机室水泵房等可利用安装间下部或其它高程低的部位布置当厂内面积有限时部分试验检修辅助生产的房间可移到厂外第三章厂房整体稳定及地基应力计算第一节荷载及其组合第条作用在水电站厂房上的荷载可分为永久荷载可变荷载及偶然荷载三类各类荷载列于表第条厂房各部分结构自重应按其几何尺寸及容重计算第条厂房内机电设备重量只计算固定的主要设备不考虑附属设备及非固定设备重量第条水重应按实际体积及容重计算对于多泥沙河流的水容重应考虑实际含沙量的影响第条作用于厂房基础的扬压力应按全部计算截面积考虑一河床式厂房的扬压力计算图形应按混凝土重力坝设计规范试行补充规定采用水电
21、站厂房设计规范试行二坝后式与岸边式厂房的扬压力计算图形可根据厂房基础的地质条件及防渗和排水等情况参照混凝土重力坝设计规范补充规定采用当厂坝整体连接或永久变形缝已用止水封闭的坝后式厂房扬压力的计算图形应与坝体共同考虑当洪峰历时短时水电站厂房扬压力的计算图形可考虑时间效应经论证研究确定表厂房承受荷载分类表序号荷载分类荷载名称永久荷载结构自重永久机电设备重回填土石重泥沙压力土压力其他的永久荷载可变荷载水重静水压力扬压力包括浮托力和渗透压力浪压力冰压力其它的可变荷载偶然荷载地震力第条作用于厂房的填土及堆碴的侧向压力一般按主动土压力或静止土压力计算填土及堆碴的容重和内摩擦角或侧压力系数可根据试验成果或工
22、程类比确定第条泥沙压力浪压力冰压力可按混凝土重力坝设计规范试行的规定采用第条地震力包括地震惯性力地震动水压力地震动土压力等各种地震力应按水工建筑物抗震设计规范试行的规定采用第条荷载组合厂房承受的荷载组合情况可分为基本组合及特殊组合两种基本组合是厂房在正常运行情况下的荷载组合特殊组合是厂房在非常运行情况下的荷载组合荷载组合一般应按表规定进行计算必要时考虑其它可能的不利组合表荷载组合荷载组合计算情况上下游水位荷载名称结构自重永久设备重水重回填土石重静水压力扬压力浪压力泥沙压力土压力冰压力地震力附注基本组合正常运行上游正常蓄水位下游最低水位上游设计洪水位下游相应水位下游设计洪水位土压力需根据厂房外是
23、否填有土石而定下同水电站厂房设计规范试行续表荷载组合计算情况上下游水位荷载名称结构自重永久设备重水重回填土石重静水压力扬压力浪压力泥沙压力土压力冰压力地震力附注特殊组合机组检修上游正常蓄水位下游检修水位下游检修水位水重应根据实际情况扣除机组未安装上游正常蓄水位或设计洪水位下游相应水位下游设计洪水位蜗壳二期混凝土未浇水重应根据实际情况扣除非常运行上游校核洪水位下游校核洪水位下游校核洪水位地震情况上游正常蓄水位下游最低水位下游满载运行水位上下游水位若有其他论证时可另作规定注表中适用于河床式厂房适用于坝后式及岸边式厂房浪压力与冰压力非同时存在可根据实际情况选择一种计算其它荷载按实际作用的可能性进行组
24、合施工期的情况应作必要的核算可作为特殊组合厂房基础设有排水孔时如考虑排水失效情况可作为特殊组合正常运行及机组未安装中的下游相应水位是指当上游发生正常蓄水位或设计洪水位时可能出现的对厂房建筑物最不利的水位包括枢纽溢洪或不溢洪情况非常运行的下游校核洪水位是指当上游发生校核洪水位时下游可能出现对厂房建筑物最不利的水位包括枢纽溢洪或不溢洪情况第二节整体稳定及地基应力计算第条厂房整体稳定及地基应力计算的内容一般包括沿地基面的抗滑稳定和厂房基础面上的垂直正应力当厂房地基内部存在不利于厂房整体稳定的软弱层面时还应进行厂房深层抗滑稳定性计算对高尾水位的厂房必要时还应验算其抗浮稳定性第条厂房整体稳定及地基应力计
25、算应分别以中间机组段边机组段及安装间段作为一个独立的整体按第条规定的荷载组合分别进行每段计算的整体稳定性及地基应力必须满足所规定的安全度边机组段及安装间段有侧向水压力作用时还必须核算双向水压力作用下的整体稳定性及地基应力第条厂房整体抗滑稳定性可按下列抗剪断强度公式或抗剪强度公式计算对于河床式厂房及与坝体有联合作用的坝后式厂房其计算公式选择及安全系数宜与枢纽中拦河坝闸相协调一抗剪断强度的计算公式式中按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数按本规范第条规定采用滑动面的抗剪断摩擦系数及抗剪断凝聚力水电站厂房设计规范试行基础面受压部分的计算截面积全部荷载对滑动面的法向分值包括扬压力全部荷载对滑动面的切向分值
26、包括扬压力二抗剪强度的计算公式式中按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数按本规范第条规定采用滑动面的抗剪摩擦系数及值应参考室内试验及野外试验的成果结合有关因素分析研究确定第条厂房整体抗滑稳定安全系数不分建筑物等级应满足表的规定表抗滑稳定安全系数抗滑稳定安全系数荷载组合基本组合特殊组合无地震有地震第条厂房抗浮稳定性可按下列公式计算式中抗浮稳定安全系数任何情况下不得小于机组段或安装间段的全部重量作用于机组段或安装间段的扬压力总和抗浮稳定性计算可选择表中特殊组合的机组检修机组未安装非常运行三种情况中最不利的情况进行第条厂房地基面上的垂直应力可按下列公式计算式中厂房地基面上垂直正应力作用于机组段或安装间段上
27、全部荷载包括或不包括扬压力在计算截面上法向分力的总和分别为作用于机组段或安装间段上全部荷载包括或不包括扬压力对计算截面形心轴的力矩总和分别为计算截面上计算点至形心轴的距离分别为计算截面对形心轴的惯性矩基础面受压部分的计算截面积如尾水底板为分离式或厚度较薄不能将荷载传递到其下地基时则此部分底板不应计入计算水电站厂房设计规范试行截面当地基条件较复杂又不宜用本条规定的方法计算时可采用有限元法或其他合适的方法进行计算第条厂房地基面上的垂直正应力应符合下列要求一厂房地基面上所承受的最大垂直正应力不论是何种形式的厂房在任何情况下均不应超过基岩的允许压应力在地震情况下基岩允许压应力可适当提高二厂房地基面上所
28、承受的最小垂直正应力计入扬压力对于河床式厂房不论正常运行或非常运行情况都应大于零只有在地震情况下才允许出现不大于拉应力对坝后式及岸边式的厂房正常运行情况一般应大于零非常运行情况允许出现不大于的局部拉应力地震情况如出现大于拉应力应进行专门论证第三节厂房基础处理第条厂房基础经处理后必须符合下列要求一具有足够的强度以满足承载力的要求二能满足厂房抗滑稳定和沉陷控制的要求三能满足防渗及渗透稳定性的要求四具有足够的耐久性以防止在水的长期作用下岩体性质发生恶化第条厂房基础的具体开挖深度及其基坑形状应根据厂房布置和结构要求以及地形地质条件并结合基础的处理措施确定为使基岩开挖不致受到爆破破坏或产生不良的后果应对
29、爆破开挖方式提出相应的要求对易风化泥化的岩石应提出相应的保护措施第条厂房基础的防渗排水及加固设计可参照混凝土重力坝设计规范的规定进行重要的防渗及排水设施宜考虑可进行检修的条件第四章地面厂房结构设计第一节一般规定第条厂房结构应在强度变形稳定抗裂抗渗抗冻防震和耐久性等方面满足使用要求力求形式简单和便于施工在结构设计中应根据具体条件尽量采用装配式和预应力混凝土构件第条厂房所有结构构件一般均应进行强度计算并在必要时验算其稳定性吊车梁厂房构架以及需要控制变形值的构件尚应进行变形验算对承受水压力的下部结构构件如钢筋混凝土蜗壳闸墩胸墙及挡水墙等应进行裂缝宽度验算对使用上需要限制裂缝宽度的上部结构构件也应进行
30、裂缝宽度验算第条厂房结构的一般构件均只作静力计算但对直接承受设备振动荷载的构件如发电机支承结构等必要时还应进行动力计算第二节荷载及其组合第条厂房结构设计所用的荷载及其分类列于表水电站厂房设计规范试行表厂房结构荷载分类表序号荷载分类荷载名称永久荷载结构自重含回填土石及水体等永久机电设备重土压力可变荷载水压力扬压力楼面活荷载吊车荷载屋面活荷载风荷载雪荷载温度影响力机电设备动力荷载施工或安装荷载偶然荷载地震力第条永久机电设备重及动力荷载按制造厂家资料确定第条在机组运行检修或安装时主厂房各层楼面的局部和集中荷载由设备部件的组装搬运等引起均应按实际情况考虑或用等效均布活荷载代替在初步设计阶段或缺乏资料时
31、主副厂房各层楼面活荷载可参照附录一采用第条吊车荷载一般按制造厂家资料采用缺乏资料时可按下列规定计算一吊车竖向轮压上两式中吊车最大竖向轮压吊车最小竖向轮压吊车一侧轮数吊车跨度实际起吊物中心至吊车轨道的极限距离吊车总重量小车及吊具重量起吊物重量二吊车横向水平制动力由两边轨道上的各轮平均传至轨顶方向与轨道垂直并考虑正反两个方向水电站厂房设计规范试行对于软钩吊车对于硬钩吊车三吊车纵向水平制动力吊车纵向水平制动力作用于制动轮与轨道的接触点方向与轨道一致式中一边所有制动轮最大轮压之和制动轮数按厂家资料确定第条屋面活荷载雪荷载及风荷载按工业与民用建筑结构荷载规范有关规定选用第条温度变化产生的温度影响力一般包
32、括均匀温升温降和内外温差两部分一计算温度影响力时暴露在大气水中的构件表面其温升温降值一般可取当地最热月最冷月平均气温水温与结构封闭时温度或多年平均温度水温之差必要时可考虑气温月变幅的影响二室内构件或构件内侧表面的温升温降值应根据室内环境温度情况确定三在计算构件的温度场时温度的年变化规律采用正弦曲线构件内无应力温度场即零应力温度场可采用多年平均值或用正弦曲线与基准线相交点对应时段的温度场第条施工或安装荷载应按照工程施工的各阶段及对厂房结构的影响视实际情况分析计算第条地震力的计算应符合有关规程规范的规定第条对直接承受动荷载作用的结构在进行静力计算时应考虑动力系数其值可按表采用考虑动力系数增加的荷载
33、仅分布于直接承受动力荷重的结构其它部分计算时可不考虑表动力系数表序号动荷载种类动力系数备注变压器门机轮压吊车竖向轮压吊车水平制动力不乘动力系数机动车辆轮压包括汽车火车拖车轮压搬运装卸重物电动机通风机水轮发电机垂直水平动荷载圆筒式机墩取小值环形梁柱式构架式机墩取大值第条设计厂房结构和构件时应根据使用过程中可能同时作用的荷载进行组合并取其最不利情况进行计算荷载组合分为基本组合和特殊组合两类对分期施工和分期投入运行的结构构件应计算施工各阶段的荷载第条几种荷载同时作用时应遵守下列荷载组合原则一校核洪水位时水压力不与雪荷载及温度影响力组合也不与地震力组合二屋面活荷载不与雪荷载组合三温度影响力不与地震力组
34、合水电站厂房设计规范试行第三节结构设计上部结构图扭矩计算简图第条水电站地面厂房上部结构通常由下列构件组成一屋盖系统二吊车梁三厂房构架四围护结构五各层楼板第条厂房安装间楼板设计荷载应按机组安装检修时各部件堆放位置分区确定在计算楼板的主次梁时可将楼面均布活荷载乘以的折减系数第条吊车梁所承受的荷载有梁自重钢轨及其附件重吊车最大竖向轮压和吊车横向及纵向水平制动力钢轨及其附件重应根据厂家资料确定初步计算时可取第条吊车梁截面上受到的扭矩图可按下式计算式中一个轮子产生的扭矩吊车最大竖向轮压吊车横向水平制动力一个轮子吊车竖向轮压动力系数的偏心距一般取的偏心距轨道顶到截面弯曲中心的距离第条吊车梁应验算挠度电动桥
35、式吊车的吊车梁最大许可挠度钢筋混凝土为钢结构为为吊车梁跨度钢筋混凝土吊车梁尚应验算裂缝开展宽度最大裂缝宽度不大于当纵向钢筋在排和排以上时要求不大于水电站厂房吊车属轻级工作制吊车梁可不验算疲劳强度第条吊车梁与柱连接的设计应满足支座局部承压抗扭及抗倾覆要求第条厂房构架的结构布置应满足下列要求一厂房下部一期混凝土完成后即能进行构架施工二柱网布置应满足机电设备的安装和检修要求并应与机组段分缝相适应分缝处一般宜设置双柱经专门论证后也可采用单柱布置形式三柱距应尽量统一以便屋面板吊车梁的预制四立柱宜避免直接落在尾水管蜗壳或钢管的顶板上五厂房构架应具有足够的刚度在各种情况下吊车梁轨顶的侧向位移不得超过吊车正常
36、运行所允许的限度一般不超过第条厂房构架承受的荷载及其组合可按表采用水电站厂房设计规范试行表厂房构架荷载组合表荷载组合计算情况荷载名称结构自重屋面永久机电设备重屋面活荷载或雪荷载发电机层楼板荷载水压力吊车荷载设计洪水位校核洪水位吊车自重轮压吊车满载轮压吊车水平制动力风荷载温度影响力施工荷载地震力基本组合吊车满载吊车空载风荷载特殊组合吊车满载风荷载温度影响力吊车空载温度影响力施工荷载吊车空载地震力吊车空载校核洪水水压力第条厂房构架一般可按平面构架进行计算其计算简图按下列规定确定一厂房构架的横梁采用桁架或与相对刚度较小的柱刚接时可视为与柱铰接二横向跨度以轴线为准对阶形变截面柱轴线通过最小截面中点三下
37、柱高度取柱固定端至牛腿顶面的距离上柱高度铰接时取牛腿顶面至柱顶面的距离刚接时取牛腿顶面至横梁中心的距离四发电机层梁板与柱简支连接可不考虑梁板对柱的支承约束作用若梁柱整体连接一般按不动铰支座或刚接处理五当厂房构架横梁两端有加腋时若加腋最大截面高度不超过跨中截面的倍则可不考虑对横梁的刚度影响第条厂房纵向框架或排架主要承受结构自重地震力纵向风荷载吊车纵向水平制动力和由相邻吊车梁反力差产生的纵向偏心弯矩纵向偏心弯矩可按下式近似计算式中相邻吊车梁的反力差对柱中心的偏心距机墩与风罩第条设计机墩与风罩时应取得下列资料一发电机水轮机的总装图基础图以及基础荷载的大小和位置二发电机出力正常转速飞逸转速功率因数及暂
38、态电抗三发电机的总重及定子转子机架励磁机和附属设备重四水轮机导叶叶片数和转轮叶片数五水轮机转轮连轴重六轴向水推力水电站厂房设计规范试行七机组转动部分质量中心与机组中心的偏心距八发电机冷却的循环空气温度第条风罩承受的荷载及其组合可按表采用表风罩荷载组合表荷载组合计算情况荷载名称结构自重发电机层楼板荷载温度影响力发电机上机架千斤顶推力施工荷载基本组合正常运行特殊组合正常运行温度影响力施工期注施工荷载包括发电机安装调圆时传给风罩的荷载第条风罩为一有限长的薄壁圆筒结构其底部为固端顶部视风罩与发电机层楼板连接方式而定当风罩与楼板整体或简支连接时顶部可视为铰支若采用分离式连接则视为自由端风罩内力可按附录二
39、中薄壁圆筒公式计算当发电机层楼板采用无梁楼板并于风罩整体连接时风罩也可切取竖向单宽按形框架计算第条作用在机墩上的荷载应根据水轮发电机组的形式结构及传力方式分析确定一般情况下机墩承受的荷载有一垂直静荷结构自重发电机定子重机架及附属设备重等二垂直动荷发电机转子连轴重励磁机转子重水轮机转轮连轴重及轴向水推力三水平动荷由机组转动部分质量中心和机组中心偏心距引起的水平离心力可按下式计算正常运行时飞逸时式中机组转动部分总重机组额定转速机组飞逸转速四正常扭矩由下式计算式中发电机容量发电机功率因数五短路扭矩由下式计算式中发电机暂态电抗第条机墩荷载组合可按表采用水电站厂房设计规范试行表机墩荷载组合表荷载组合计算
40、情况荷载名称垂直静荷垂直动荷水平动荷扭矩正常飞逸正常短路基本组合正常运行特殊组合短路时飞逸时第条机墩结构应满足机组在正常运行短路及飞逸时刚度和强度要求直接承受集中荷载的支座应验算局部承压强度并配置钢筋网第条机墩和风罩上的孔洞或切口应考虑孔边应力集中适当加强配筋第条机墩的动力计算包括振幅计算和动力系数验算计算方法可参照附录三机墩强迫振动的最大振幅应满足垂直振幅不大于水平横向与扭转振幅之和不大于下部结构第条水电站厂房下部结构主要包括蜗壳尾水管水下墙墩和基础底板等一般可分成几个独立部分进行设计进行各独立部分结构设计时应考虑相互之间力的传递及变形协调第条切取框架计算时杆件计算长度一般以中心线为准当结构
41、中任一杆件满足下列条件之一时即需考虑剪切变形及刚性节点的影响一两端固结的杆件不小于为杆件截面高度为杆件净跨长度二一端固结一端铰结的杆件不小于按附录四方法计算结构内力时如柔性端弯矩比刚性节点处的弯矩削减很多甚至改变了正负号时则柔性端弯矩宜按下式进行调整式中柔性端调整后的弯矩刚性节点处的弯矩杆件净跨长度杆件的中心线长度第条蜗壳分为金属蜗壳及钢筋混凝土蜗壳两种当水头在以上时宜采用金属蜗壳若采用钢筋混凝土蜗壳则应有技术经济论证钢筋混凝土蜗壳设计不能满足规定的限裂要求时蜗壳内壁应增设防渗层金属或非金属第条金属蜗壳外围混凝土结构一般只承受结构自重和上部结构传来的荷载内水压力全部由金属蜗壳承担当有技术经济论
42、证也可考虑蜗壳与其外围混凝土联合作用第条钢筋混凝土蜗壳及金属蜗壳外围混凝土结构承受的荷载和组合可按表采用第条金属蜗壳外围混凝土结构的内力一般选择几个控制断面切取平面框架计算水电站厂房设计规范试行表蜗壳荷载组合表蜗壳形式荷载组合计算情况荷载名称结构自重机墩传来荷载水轮机层地面活荷载内水压力外水压力温度影响力金属蜗壳外围混凝土基本组合正常运行钢筋混凝土蜗壳基本组合正常运行特殊组合正常运行温度影响力蜗壳放空校核洪水运行指内水压力全部由金属蜗壳承担的外围混凝土结构包括水击压力第条钢筋混凝土蜗壳结构的内力一般简化为平面框架计算顶板及边墙的环向力也可简化为环形板筒计算对于进口段尚应考虑中墩及上游墙的约束作
43、用大型蜗壳结构的内力分析宜进行三维有限元计算或进行结构模型试验第条尾水管承受的荷载及组合可按表采用第条尾水管结构的内力计算一般简化为平面问题考虑垂直水流方向内力可沿水流方向分区切若干剖面按平面框架计算河床式厂房厂坝整体连接的坝后式厂房溢流式厂房及高尾水位的厂房还应验算底板及支墩的顺水流方向的强度表尾水管荷载组合表荷载组合计算情况荷载名称结构自重上部结构及设备重内水压力外水压力扬压力正常尾水位校核洪水尾水位正常尾水位校核洪水尾水位检修尾水位正常尾水位校核洪水尾水位检修尾水位基本组合正常运行特殊组合检修期校核洪水运行施工期第条厂房基岩完整坚硬时尾水管扩散段底板宜采取分离式分离式底板一般设有可靠排水
44、设施此时作用在底板上的浮托力可折减分离式底板和锚筋设计可参照附录五第条厂房基岩软弱破碎或有较大断层通过时尾水管扩散段底板宜采用整体式当切取平面框架计算时其地基反力允许作如下假定当底板刚度较小时按三角形分布当底板刚度较大时按均匀分布当底板刚度中等时地基反力呈曲线分布为底板净跨长度按下式计算水电站厂房设计规范试行式中底板计算宽度基岩弹性抗力系数混凝土弹性模量底板截面惯性矩第条尾水管肘管段底板内力分析可视实际情况将肘管底板简化为矩形或梯形平板计算当边墙与底板刚度接近时也可按倒框架计算第条尾水管顶板一般较厚当单孔断面高跨比大于或双孔及多孔断面高跨比大于时顶板内力分析即可按深梁进行计算边墩及中墩视作深梁
45、的简支支座尾水管顶板采用预制倒梁作承重模板时应考虑顶板分层浇筑引起的应力叠加第条尾水管上锥段为变厚度圆锥体可近似地按等厚等高上端自由下端固定的短圆筒进行计算第四节构造设计第条水电站厂房的结构分缝形式主要有永久变形缝包括伸缩缝和沉陷缝和施工缝两种第条机组段与大坝安装间及副厂房等相邻建筑物之间一般应设置永久变形缝机组段永久变形缝的间距主要取决于地基情况和厂房布置一般为经论证后可放宽到第条永久变形缝的缝宽应根据建筑物在正常运转期间可能发生的温度变形以及建筑物的预计沉降变形等条件确定一般情况下下部结构的缝宽为上部结构的缝宽可适当加大第条为满足建筑物的整体稳定或应力需要必要时可对厂房下部结构的全部或部分
46、永久变形缝进行灌浆灌浆部位和时间需经论证确定第条为防止水通过永久变形缝渗入厂房缝中应设置可靠的止水止水布置应考虑有利于结构的受力条件第条止水设施有紫铜片塑料或橡胶止水带沥青井等可根据缝的变形水压力地区气温及缝的部位选定必要时可在止水设施后加设排水孔以排泄渗水第条向下延伸至基岩的止水必须与基岩妥善连接止水片一般埋入基岩内沥青井也宜埋入基岩内第条厂房两侧若与陡立的边坡相连时其临水面宜设置止水键体一般可在岩壁上挖槽回填混凝土同时埋设止水片止水键体的深度一般采用并需用插筋锚入岩壁必要时可在键体结合面灌浆以加强防渗第条承受水压的竖向施工缝应设止水水平施工缝一般不必设置止水但水力梯度较大且接缝处一旦漏水会
47、影响电站的正常运用时则应设置止水第条厂房一二期混凝土划分的原则如下一应满足机电设备的安装和埋设的需要金属蜗壳周围二期混凝土厚度不宜小于二对于机组分期安装分期运行的厂房预留后期安装的机组段其一期混凝土结构应满足初期运行时稳定强度和防渗等要求特别是厂房水下墙和构架在厂房二期混凝土未浇前就应具备承受荷载的能力水电站厂房设计规范试行第条厂房混凝土浇筑分层分块应根据厂房结构形式和尺寸施工进度浇筑能力及温控措施等情况确定其基本要求如下一施工缝应不影响结构受力条件和整体性应尽量避免设在应力较大的部位几何形状力求避免锐角和薄片二施工缝一般采用错缝避免上下层垂直缝贯通错缝水平搭接长度一般取浇筑层厚度且不宜小于三
48、分层分块应有利于减少混凝土温度应力和干缩应力四分层分块应满足设备安装和埋件埋设要求并有利于简化施工工序和加快施工进度第条浇筑层厚度基础块一般为在基础约束范围以外一般采用第条在竖向施工缝面上应设置横向键槽键槽面积约为总面积的在有抗剪要求的水平施工缝面上一般设置凸形键槽施工缝表面处理应遵循水工混凝土施工规范的有关规定第条为减少厂房结构的施工期温度应力混凝土块体浇筑如尾水管顶板蜗壳等部位可设封闭块或预留宽槽待块体的温度降至接近于年平均气温以后再进行回填第条厂房混凝土的强度抗渗抗冻抗冲抗侵蚀抗裂等性能除遵守本规范的规定外还应参照水工钢筋混凝土结构设计规范的有关规定厂房混凝土的强度一般用天龄期对于有其他
49、要求的可根据需要确定第条水电站厂房各部位混凝土标号应满足表的要求表厂房结构各部位混凝土标号序号结构部位标号天龄期备注尾水管金属蜗壳外围混凝土尾水管闸墩等钢筋混凝土蜗壳机墩风罩水下墙各层梁板及厂房构架等预制钢筋混凝土吊车梁屋架等采用级钢筋时不低于号预应力钢筋混凝土构件第条对挟沙水流的过流表面如尾水管排沙底孔等部位宜采用高标号抗冲耐磨混凝土或其他抗磨层第条为避免尾水管中墩冲刷破坏在中墩上游端部宜采用金属或非金属衬护第条在金属蜗壳的上半部一般设弹性垫层及排水设施使金属蜗壳与外围混凝土结构隔开钢筋混凝土蜗壳当采用薄钢板衬护时需设置足够的肋板及拉筋以保证与混凝土的连接第条埋设在混凝土中的管道穿过永久变形缝时应考虑建筑物变形的影响采取适当措施以防拉裂第条永久性钢结构及钢筋混凝土结构的钢构件外露部分均应做好防锈蚀处理第五章地下厂房及其它形式厂房设计第一节地下厂房布置第条地下厂房布置方式的选择应根据电站枢纽布置水文气象地形地质条件施工条件运行要求及环境保护等因素通过技术经济综合比较确定一般有下列一些布置方式水电站厂房设计规范试行一以厂房在引水道上的位置划分有首部式中部式尾部式二以厂
