第十一章 水电站厂房结构
? 一,概述
? 结构组成
? 上部结构
? 各层楼板及梁柱系统；吊车梁和构架；屋顶及围护墙
? 下部结构
? 水轮发电机机座、蜗壳、尾水管、混凝土块体结构
? 厂房荷载与传力系统
? 厂房主要荷载
? 结构自重和压力水管、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；
? 水压力：尾水压力、基底扬压力、过水部件的内水压力、永久缝内
的水压力、上游水压力（河床式电站）；
? 土压力；
? 活荷载；温度荷载；风荷载；雪荷载；地震力等
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?厂房传力系统（图 11-3）
? 厂房结构的分缝、止水和分期分层分块
?分缝
? 设置伸缩缝、沉降缝，通常两缝合一，称沉降伸缩缝，为永久缝，
一般贯通至地基；当地基较好时，伸缩缝可仅设在水上部分，但
也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。
? 多机组厂房通常将一台机组或两台机组用永久缝分开；装配场单
独设缝分开。坝后式厂房常在厂坝间沿厂房上游侧设一条贯通地
基的纵缝。
? 临时缝（施工缝）：混凝土浇筑缝。
?止水
? 永久缝中常填充具有一定弹性的防渗材料，厂房水下部分设止水。
止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采取
可靠、耐久而经济的止水型式。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?分期
? 分一、二期混凝土进行浇筑。
?分层分块
? 原则
?必须保证主机组安装方便；
?浇筑缝应设在构件内力最小的部位；
?分块的大小应与混凝土的生产能力、浇筑方法与强
度相适应；
?分块必须尽量使工作过程具有最大的重复性，以简
化施工和便于模板的重复使用。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 厂房整体稳定及地基应力
?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
的不均匀沉降。地基中渗透坡降要小，不允许产生渗透变
形。
?对岩基上不挡水的坝后式及引水式地面厂房，整体稳定问
题不大。当基岩较破碎时，要进行固结灌浆，保证地下轮
廓线。
?对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，基本原则与混凝土重力坝、
水闸、低扬程泵站相似。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 厂房结构设计的一般方法
?上部结构按极限状态进行配筋计算，限制裂缝开展进行校
核。
?下部结构的截面设计根据, 水工钢筋混凝土结构设计规范,
进行。计算方法一般将其分为相互独立的板、梁、柱或简
单杆件和框架，用一般杆件系统结构力学方法按直接荷载
进行计算。该方法具有很大的近似性，且不甚符合实际情
况。
?若按弹性力学方法进行理论求解，只能解决简单结构问题。
?对于形状不规则、尺寸较大、受力复杂的结构如尾水管、
蜗壳等，可采用有限元法，一般可获得较满意的结果。
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? 二、水轮发电机机座的结构计算
? 以圆筒式机座为例
? 机座结构计算内容
? 拟定机座外形轮廓与各部尺寸，确定荷载的性质、大小及其作用
点；
? 进行动力计算；
? 进行静力计算；
? 进行机座配筋，绘制机座结构图。
? 主要作用荷载
? 垂直荷载
? 结构自重及楼板传到机座上的荷载、风罩自重；
? 发电机固定部分重量，有定子重、主副励磁机固定部分重、机架重、
冷却器重、定子基础板重、下机架重、基础板重等。
? 作用于定子螺栓处的动荷载，有：转子带轴重、转轮带轴重、主副励
磁机的转动部分重等；
? 轴向水推力。
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?扭矩
? 机组正常运行扭矩；
? 机组三相短路扭矩。
?水平推力,
机组转动部分偏心引起的离心力，通过导轴承和
机架作用于机座。
? 机组正常运行时的水平推力；
? 机组飞逸时的水平推力。
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? 动力计算
?机座的自振频率
? 把机座简化为单自由度无阻尼的弹性系统。
? 垂直自振频率：上端自由，下端固结的受压构件；
? 水平自振频率：上端自由、下端固结的悬臂梁；
? 扭转自振频率：质量集中于顶端的受扭构件。
?机座的强迫振动频率
? 机械不平衡引起的动力荷载，频率等于机组转速；
? 水力不平衡引起的振动频率与机组转速、导叶叶片数、转轮
叶片数有关。
?共振校核及动力系数、冲击系数、疲劳系数确定
? 式（ 11-21）计算动力系数
? 短路扭矩冲击系数；
? 动荷载作用下产生疲劳现象。
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?振幅验算
? 垂直动荷载产生的垂直振幅；
? 水平动荷载产生的横向振幅；
? 扭转动荷载产生的横向振幅。
? 静力计算及配筋
?荷载组合
? 正常运行包括垂直荷载、正常扭矩和正常水平推力；
? 短路情况包括垂直荷载、短路扭矩、正常扭矩和正常水平推力；
? 飞逸情况包括垂直荷载和飞逸时的水平推力。
?荷载组合时，动力荷载应乘以动力系数；反复作用的动荷
载要乘以疲劳系数；冲击荷载乘以冲击系数。
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?垂直荷载作用下的轴向应力
? 机座较高时，按无限长薄壁圆筒计算；
? 机座较低时，按偏心受压柱计算。
?扭矩作用下水平截面圆周上的环向剪应力
?水平推力引起的水平截面上的环向剪应力
?主应力和孔口应力
?配筋
? 一般配置轴向钢筋、水平环向钢筋及孔口钢筋。
? 轴向钢筋按内力最大截面配置，直径一般不小于 φ16，
间距不超过 20~30cm，沿内、外壁各布置一层。
? 环向筋一般按构造配置，直径不小于 φ12，间距不大于
30cm。
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? § 11.3 蜗壳的结构计算（课后阅读）
? 钢蜗壳外围混凝土结构
?荷载及受力情况
?内力计算及配筋
? 钢筋混凝土蜗壳
?荷载与受力情况
?内力计算及配筋
? 平面框架法
? 环行板墙法
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? § 11.4 尾水管的结构计算（课后阅读）
? 荷载组合：正常运行及正常尾水管检修
? 钢筋砼蜗壳尾水管的内力计算
? 钢蜗壳的尾水管内力计算
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? 单层厂房钢筋混凝土骨架及主要构件
装配过程演示
思考题
? 1、水电站厂房结构的组成及特点?
? 2、水电站厂房结构的受力及传力系统?
? 3、一、二期混凝土的划分原则?二期混凝土包括
哪些主要部件?
? 4、在校核整体稳定和地基应力时，河床式厂房
和重力坝有何差异?
? 5、作用在机墩上的动荷载和静荷载有哪些?如何
计算动力系数？
? 6、进行机墩强度计算时，如何考虑荷载组合?
? 7、钢蜗壳和钢筋混凝土蜗壳的结构特点和适用
条件是什么?
思考题
? 8、试绘出钢蜗壳外围混凝土结构的计算简图?
? 9、在尾水管扩散段，沿垂直水流方向切取几个
有代表性的平面框架，根据其位置不同说明其计
算简图各有什么特点?荷载有何不同?内力计算和
配筋有什么差异?
? 10、水电站厂房构架的结构布置应考虑哪些原则?
? 11、吊车梁的荷载及内力计算?
? 12、发电机层楼板的结构布置?
? 13、卧式机组厂房结构设计特点?
? 一,概述
? 结构组成
? 上部结构
? 各层楼板及梁柱系统；吊车梁和构架；屋顶及围护墙
? 下部结构
? 水轮发电机机座、蜗壳、尾水管、混凝土块体结构
? 厂房荷载与传力系统
? 厂房主要荷载
? 结构自重和压力水管、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；
? 水压力：尾水压力、基底扬压力、过水部件的内水压力、永久缝内
的水压力、上游水压力（河床式电站）；
? 土压力；
? 活荷载；温度荷载；风荷载；雪荷载；地震力等
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?厂房传力系统（图 11-3）
? 厂房结构的分缝、止水和分期分层分块
?分缝
? 设置伸缩缝、沉降缝，通常两缝合一，称沉降伸缩缝，为永久缝，
一般贯通至地基；当地基较好时，伸缩缝可仅设在水上部分，但
也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。
? 多机组厂房通常将一台机组或两台机组用永久缝分开；装配场单
独设缝分开。坝后式厂房常在厂坝间沿厂房上游侧设一条贯通地
基的纵缝。
? 临时缝（施工缝）：混凝土浇筑缝。
?止水
? 永久缝中常填充具有一定弹性的防渗材料，厂房水下部分设止水。
止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采取
可靠、耐久而经济的止水型式。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?分期
? 分一、二期混凝土进行浇筑。
?分层分块
? 原则
?必须保证主机组安装方便；
?浇筑缝应设在构件内力最小的部位；
?分块的大小应与混凝土的生产能力、浇筑方法与强
度相适应；
?分块必须尽量使工作过程具有最大的重复性，以简
化施工和便于模板的重复使用。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 厂房整体稳定及地基应力
?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
的不均匀沉降。地基中渗透坡降要小，不允许产生渗透变
形。
?对岩基上不挡水的坝后式及引水式地面厂房，整体稳定问
题不大。当基岩较破碎时，要进行固结灌浆，保证地下轮
廓线。
?对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，基本原则与混凝土重力坝、
水闸、低扬程泵站相似。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 厂房结构设计的一般方法
?上部结构按极限状态进行配筋计算，限制裂缝开展进行校
核。
?下部结构的截面设计根据, 水工钢筋混凝土结构设计规范,
进行。计算方法一般将其分为相互独立的板、梁、柱或简
单杆件和框架，用一般杆件系统结构力学方法按直接荷载
进行计算。该方法具有很大的近似性，且不甚符合实际情
况。
?若按弹性力学方法进行理论求解，只能解决简单结构问题。
?对于形状不规则、尺寸较大、受力复杂的结构如尾水管、
蜗壳等，可采用有限元法，一般可获得较满意的结果。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 二、水轮发电机机座的结构计算
? 以圆筒式机座为例
? 机座结构计算内容
? 拟定机座外形轮廓与各部尺寸，确定荷载的性质、大小及其作用
点；
? 进行动力计算；
? 进行静力计算；
? 进行机座配筋，绘制机座结构图。
? 主要作用荷载
? 垂直荷载
? 结构自重及楼板传到机座上的荷载、风罩自重；
? 发电机固定部分重量，有定子重、主副励磁机固定部分重、机架重、
冷却器重、定子基础板重、下机架重、基础板重等。
? 作用于定子螺栓处的动荷载，有：转子带轴重、转轮带轴重、主副励
磁机的转动部分重等；
? 轴向水推力。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?扭矩
? 机组正常运行扭矩；
? 机组三相短路扭矩。
?水平推力,
机组转动部分偏心引起的离心力，通过导轴承和
机架作用于机座。
? 机组正常运行时的水平推力；
? 机组飞逸时的水平推力。
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? 动力计算
?机座的自振频率
? 把机座简化为单自由度无阻尼的弹性系统。
? 垂直自振频率：上端自由，下端固结的受压构件；
? 水平自振频率：上端自由、下端固结的悬臂梁；
? 扭转自振频率：质量集中于顶端的受扭构件。
?机座的强迫振动频率
? 机械不平衡引起的动力荷载，频率等于机组转速；
? 水力不平衡引起的振动频率与机组转速、导叶叶片数、转轮
叶片数有关。
?共振校核及动力系数、冲击系数、疲劳系数确定
? 式（ 11-21）计算动力系数
? 短路扭矩冲击系数；
? 动荷载作用下产生疲劳现象。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?振幅验算
? 垂直动荷载产生的垂直振幅；
? 水平动荷载产生的横向振幅；
? 扭转动荷载产生的横向振幅。
? 静力计算及配筋
?荷载组合
? 正常运行包括垂直荷载、正常扭矩和正常水平推力；
? 短路情况包括垂直荷载、短路扭矩、正常扭矩和正常水平推力；
? 飞逸情况包括垂直荷载和飞逸时的水平推力。
?荷载组合时，动力荷载应乘以动力系数；反复作用的动荷
载要乘以疲劳系数；冲击荷载乘以冲击系数。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?垂直荷载作用下的轴向应力
? 机座较高时，按无限长薄壁圆筒计算；
? 机座较低时，按偏心受压柱计算。
?扭矩作用下水平截面圆周上的环向剪应力
?水平推力引起的水平截面上的环向剪应力
?主应力和孔口应力
?配筋
? 一般配置轴向钢筋、水平环向钢筋及孔口钢筋。
? 轴向钢筋按内力最大截面配置，直径一般不小于 φ16，
间距不超过 20~30cm，沿内、外壁各布置一层。
? 环向筋一般按构造配置，直径不小于 φ12，间距不大于
30cm。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? § 11.3 蜗壳的结构计算（课后阅读）
? 钢蜗壳外围混凝土结构
?荷载及受力情况
?内力计算及配筋
? 钢筋混凝土蜗壳
?荷载与受力情况
?内力计算及配筋
? 平面框架法
? 环行板墙法
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? § 11.4 尾水管的结构计算（课后阅读）
? 荷载组合：正常运行及正常尾水管检修
? 钢筋砼蜗壳尾水管的内力计算
? 钢蜗壳的尾水管内力计算
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 单层厂房钢筋混凝土骨架及主要构件
装配过程演示
思考题
? 1、水电站厂房结构的组成及特点?
? 2、水电站厂房结构的受力及传力系统?
? 3、一、二期混凝土的划分原则?二期混凝土包括
哪些主要部件?
? 4、在校核整体稳定和地基应力时，河床式厂房
和重力坝有何差异?
? 5、作用在机墩上的动荷载和静荷载有哪些?如何
计算动力系数？
? 6、进行机墩强度计算时，如何考虑荷载组合?
? 7、钢蜗壳和钢筋混凝土蜗壳的结构特点和适用
条件是什么?
思考题
? 8、试绘出钢蜗壳外围混凝土结构的计算简图?
? 9、在尾水管扩散段，沿垂直水流方向切取几个
有代表性的平面框架，根据其位置不同说明其计
算简图各有什么特点?荷载有何不同?内力计算和
配筋有什么差异?
? 10、水电站厂房构架的结构布置应考虑哪些原则?
? 11、吊车梁的荷载及内力计算?
? 12、发电机层楼板的结构布置?
? 13、卧式机组厂房结构设计特点?
