水電站廠房畢業(yè)設計

1、蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）目錄1. 緒論12. 下部結構的設計與布置32.1 水輪發(fā)電機發(fā)外形尺寸的估算32.1.1水輪機主要尺寸估算32.1.2外形尺寸估算42.1.3軸向尺寸計算42.2 蝸殼斷面形式及尺寸計算52.2.1蝸殼進口斷面流量52.2.2金屬蝸殼的斷面尺寸計算62.3 尾水管形式及其主要尺寸確定72.3.1進口直錐段82.3.2中間彎肘段(肘管)82.3.3出口擴散段82.4 主廠房主要尺寸的確定92.4.1機組段長度的確定92.4.2廠房寬度的確定92.4.3廠房各層高程的確定102.5 下部結構的布置112.5.1發(fā)電機層布置112.5.2安裝間布置132.5.3水輪機層

2、布置133. 主廠房結構計算143.1 鋼梁設計143.1.1結構形式及布置143.1.2荷載計算143.1.3內(nèi)力分析與位移計算163.1.4構件驗算193.1.5節(jié)點設計233.2 吊車梁的結構設計253.2.1基本資料253.2.2荷載的計算263.2.3內(nèi)力計算263.2.4配筋計算273.2.5裂縫寬度驗算333.2.6撓度驗算353.3 排架設計373.3.1確定柱的截面尺寸373.3.2排架上的荷載計算373.3.3內(nèi)力計算393.3.4內(nèi)力的最不利組合463.3.5柱的截面承載力計算493.3.6柱裂縫寬度驗算533.4 吊車梁下牛腿柱設計553.4.1牛腿幾何尺寸確定553.

3、4.2正截面強度計算563.4.3局部承壓強度計算57致謝58參考文獻59附錄一 英語論文及翻譯60691. 緒論 水電站廠房是將水能轉換為機械能進而轉換為電能的場所，它通過一系列工程措施，將水流平順地引入及引出水輪機，將各種必需的機電設備安置在恰當?shù)奈恢?，為這些設備的安裝，檢修和運行提供方便有效的條件，也為運行人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。水電站廠房是建筑物及機械，電氣設備的綜合體，在廠房的設計，施工，安裝和運行中需要各專業(yè)人員通力協(xié)作。水工建筑專業(yè)人員主要從事建筑物的設計，施工與運行。論文設計的主要內(nèi)容1. 水輪發(fā)電機發(fā)外形尺寸的估算 水輪發(fā)電機是水電事業(yè)發(fā)展的關鍵設備，隨著目前水電事業(yè)的迅速發(fā)

4、展，對水輪發(fā)電機的設計、制造就顯得極其重要。水輪發(fā)電機外形尺寸與主廠房的大小息息相關，所以水輪發(fā)電機外形尺寸估算的準確與否對主廠房的尺寸確定起著關鍵性的作用。其估算內(nèi)容包括：水輪機主要尺寸的估算、外形尺寸估算和軸向尺寸計算。2. 蝸殼設計蝸殼是水輪機的過流部分，它的尺寸和斷面形狀由制造廠家根據(jù)水利模型試驗確定。此水電站屬于中水頭水電站，采用金屬蝸殼。設計的任務在于布置蝸殼外圍混凝土的結構，選用混凝土材料標號，進行結構計算和截面設計。3. 尾水管結構設計尾水管結構布置，尾水管是水電站廠房水下部分的主要承重結構之一，它的內(nèi)部形狀和尺寸由水輪機制造廠通過水利模型試驗確定。為了減少水力損失和廠房開挖量

5、，目前多采用彎肘形尾水管。尾水管結構設計的主要內(nèi)容是：確定周圍的混凝土的尺寸，進行結構應力分析，截面設計。4. 主廠房尺寸的確定主廠房的長度，寬度，高度的確定，主廠房的高度由水下部分高度(發(fā)電機層以下)和水上部分高度兩部分組成。水下部分高度取決于水輪機安裝高程，尾水管高度，蝸殼尺寸，座環(huán)的上環(huán)下緣面至基坑踏腳板距離，水輪機坑高度以及尾水管的高程等；水上部分高度取決于發(fā)電機的型式和尺寸，勵磁機的尺寸。發(fā)電機轉子連軸長，水輪機轉子連軸長，吊車梁高度以及吊裝方式等。5. 水電站廠房布置(1)廠房內(nèi)部布置：發(fā)電機層布置，安裝間的布置，水輪機層的布置，蝸殼層及蝴蝶閥的布置，安裝間下層的布置，檢查(排水)

6、廊道及水泵室的布置，其他輔助生產(chǎn)房間的布置，副廠房的布置。(2)廠房結構的布置：本電站主廠房的屋架采用鋼結構，廠房排架，吊車梁及水下結構布置采用鋼筋混凝土整體結構。水電站廠房結構設計包括主廠房的屋面鋼梁設計，吊車梁設計，排架柱設計及牛腿設計。6. 水電站廠房屋面設計 屋面是水電站廠房不可缺少的部分，它起著防水、隔熱、防腐等作用。屋面系統(tǒng)主要有三部分組成：屋面板、檁條和屋面大梁。此設計主要進行變截面鋼梁的設計，包括截面設計，強度剛度穩(wěn)定性驗算，變形驗算及節(jié)點拼接設計。7. 水電站廠房吊車梁設計吊車梁系是直接承受荷載的承重結構，吊車梁采用鋼筋混凝土結構，進行吊車梁的荷載計算，包括自重，鋼軌，及附件

7、重，吊車荷載等。吊車梁設計包括內(nèi)力的計算，截面的設計。8. 水電站廠房排架設計水電站廠房排架是廠房上部的主要承重結構，它承受屋面(屋面大梁，檁條，屋面板)，吊車，風雪等荷載。廠房排架采用鋼筋混凝土結構。設計內(nèi)容包括柱截面設計，牛腿設計，結構布置，荷載確定，內(nèi)力計算，施工詳圖。結構布置應在廠房布置中通盤考慮，其中包括排架的型式，高度，跨度，間距和圍護結構等。9. 繪制廠房橫剖面圖,廠房施工詳圖及排架柱的配筋圖。 2. 下部結構的設計與布置 2.1 水輪發(fā)電機發(fā)外形尺寸的估算 本設計為中小型水電站，故采用中小型機組，采用立式SF1218/3600型發(fā)電機，發(fā)電機的主要參數(shù)如下表表2.1 發(fā)電機的主

8、要參數(shù)單機容量()功率因數(shù)()額定電壓()額定容量()120000.910.5133002.1.1水輪機主要尺寸估算1. 極距 (2.1) 式中： 發(fā)電機額定容量() 磁極對數(shù)(9) 系數(shù)，一般取，在這里取2. 定子內(nèi)徑 (2.2) 3. 定子鐵芯長度 (2.3) 式中：額定轉速( ) 定子內(nèi)徑 系數(shù)此處取4. 定子鐵芯外徑(機座號) (2.4) 2.1.2外形尺寸估算 平面尺寸估算(1)定子機座外徑 (2.5)(2)風罩內(nèi)徑 (2.6)(3)轉子外徑 (2.7) 式中： 單邊空氣間隙，初步估算時可忽略不計 (2.8)(4)下機座最大跨度 (2.9) 式中為水輪機基坑直徑,由水利機械查得： (

9、2.10)(5)推力軸承外徑和勵磁機外徑 查水利機械，2.1.3軸向尺寸計算1定子機座高度 (2.11)2 上機架高度 對于懸式承載機架 (2.12)3 推力軸承高度，勵磁機高度，副磁機高度，永磁機高度 , ,取 , 4 下機架高度懸式非承載機架： (2.13)5 定子支座支承面至下機架支承面或下?lián)躏L板之間的距離懸式非承載機架： (2.14)6 下機架支承面至主軸法蘭底面之間的距離按已生產(chǎn)的發(fā)電機統(tǒng)計資料，一般為，取7. 轉子磁軌軸向高度有風扇時： (2.15)8. 發(fā)電機主軸高度 (2.16)式中：發(fā)電機總高度，即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機頂部的高度 (2.17) (2.18) 9. 定子鐵芯

10、水平中心線至主軸法蘭盤底面距離 (2.19)圖2.1 發(fā)電機示意圖1- 發(fā)電機定子；2-下機架；3-發(fā)電機轉子；4-上機架；5-下導軸承；6-上導軸承；7-推力軸承；8-水輪機軸；9-勵磁機；10-風道2.2 蝸殼斷面形式及尺寸計算 本電站最大工作水頭超過40,故采用金屬蝸殼，有線變化結構簡單，水力損失大；拋物線變化結構復雜，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=。2.2.1蝸殼進口斷面流量 1.蝸殼進口引進流量 (2.20) 2. 蝸殼進口平均流速 根據(jù)經(jīng)驗曲線查得：蝸殼進口斷面平均流速 3. 蝸殼進口斷面面積 ：

11、(2.21) 4. 斷面半徑： (2.22)5. 蝸殼進口斷面半徑及中心距 由水力機械可查得金屬蝸殼座環(huán)尺寸，水頭在70以下其座環(huán)外徑 (2.23)2.2.2金屬蝸殼的斷面尺寸計算 蝸殼斷面半徑隨角度的變化情況見下表：表2.2 蝸殼斷面半徑隨角度的變化蝸殼包角f斷面半徑(m)R(m)3451.604.93001.174.052551.083.862100.983.661650.873.441200.743.18750.582.87300.371.74 金屬蝸殼的平面單線圖如圖2.2 圖2.2 金屬蝸殼的平面單線圖2.3 尾水管形式及其主要尺寸確定 尾水管的形式很多，但目前最常用的有直錐形，彎錐

12、形和彎肘形，根據(jù)本電站的總裝機容量為中小型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，具有良好的水力性能，采用標準彎肘型尾水管。彎肘型尾水管，是由進口直錐段，中間肘管段和出口擴散段三部分組成，其大致形狀如圖2.3所示，使用推薦的尾水管尺寸見表2.3所示，尾水管的主要尺寸參數(shù)見表2.4所示。表2.3本電站尾水管尺寸表肘管 形式適用 范圍 標準混凝土肘管混流式2.64.52.7201.351.351.820.6751.22表2.4本電站尾水管尺寸參數(shù)參數(shù)標準170cm442cm765cm462.4cm229.5cm114.75cm309.4cm207.4cm2.3.1進口直錐段進口直錐段是一段垂直的圓錐形擴

13、散管，其內(nèi)壁設金屬里襯，以防止旋轉水流和渦流脈動壓力對管壁的破壞。其單邊擴散角的最優(yōu)值為：對于混流式水輪機。2.3.2中間彎肘段(肘管) 中間彎肘段常稱為肘管，它是一段轉彎的變截面彎管，其進口斷面為圓形，出口斷面為矩形，水流在肘管中的運動很復雜。但是目前尚無法采用理論計算的辦法來完成肘管斷面形狀及尺寸的設計，目前采用一些定型的標準肘管。2.3.3出口擴散段 出口擴散段是一段水平放置，兩側平行，頂板上翹角的矩形擴散管。其頂板仰角一般取,并考慮尾水門槽的需要，出口擴散段內(nèi)通常不加金屬里襯。圖2.3 混流式水輪機尾水管2.4 主廠房主要尺寸的確定 主廠房主要尺寸的確定，主要有主廠房的總長，總高和寬度

14、的確定。主廠房的總長度包括機組段的長度(機組中心間距)，端機組段的長度和安裝場的長度，并考慮必要的水工結構分縫要求的尺寸。2.4.1機組段長度的確定 裝有立軸反擊式機組的廠房機組段長度，主要由蝸殼，尾水管，發(fā)電機等設備在X軸方向的尺寸確定，同時還考慮機組附屬設備即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。 1. 每一機組段長度L1(可按下列經(jīng)驗公式計算) L1=3.6D1+h (2.24)上式中D1水輪機轉輪直徑1.7m ； h金屬蝸殼取1.03.5m,水頭高的取小值，低的取大值；此次取2.9m；則L1=3.6D1+h=3.61.7+2.9=9m 2. 裝配廠長度L2 L2=(1.02.0)L1 (

15、2.25)上式中括號內(nèi)的系數(shù)，對機組臺數(shù)少的臥式機組中型電站，一般取1.0；對機組臺數(shù)多的立式機組大型電站，取2.0；一般電站平均取1.5；裝配廠的最后尺寸應根據(jù)安裝、檢修的需要布置確定。此處取1.5，則L2=1.5L1=1.59=13.5m 3. 最后一臺機組的附加長度 (2.26)上式中括號內(nèi)的系數(shù)與裝配廠位置、機型和蝸殼型式有關。此處取1.0。 則 4. 主廠房長度 (2.27)上式中n機組臺數(shù)，此處取2。 則m 2.4.2廠房寬度的確定廠房水下部分寬度以機組縱軸線為界，由上游側寬度和下游側寬度兩部分寬度組成，下游側寬度決定于蝸殼尺寸和結構厚度，上游一側決定于主閥和機組附屬設備以及鋼管伸

16、縮節(jié)等的布置。水上部分決定于發(fā)電機定子或風道外徑。上游調速器，機旁盤的布置。下游主通道的布置。(其寬度不小于1.5-2.0)的布置等。然后結合吊車梁標準跨度，按照水上，水下寬度一致的原則確定。主廠房水下部分寬度計算，按經(jīng)驗公式： (2.28) 式中 水輪機直徑(1.7m) 系數(shù)。當時，利用差值法求得廠房的寬度 設計取 主廠房的寬度2.4.3廠房各層高程的確定 水電站廠房高度由水下部分和水上部分組成 1. 水輪機安裝高程的確定 在廠房設計中機組的安裝高程是一個控制性的標高。 2. 尾水管底板的高程 (2.29) 式中： 水輪機安裝高程(553.2m) 導葉高度; 導葉高度相對，水頭越高的水輪機，

17、越??； 對于混流式水輪機，=0.10.39，取=0.3，=0.31.7=0.51； 底環(huán)頂面至尾水管底板的距離即尾水管的高,由前章節(jié)知： 3. 主廠房開挖高程 (2.30) 式中：尾水管的高，由前章節(jié)知： 尾水管的底板厚，由前章節(jié)知： 4. 水輪機層地面高程 (2.31) 式中：蝸殼進口段半徑，由前面章節(jié)知： 蝸殼上部混凝土厚度，對金屬蝸殼可取 =553.2+1.6+1=555.8 5. 發(fā)電機層地面高程 (2.32) 式中：水輪機機坑進人門高度取2.0 機坑進入門上部應該留的尺寸取6.0 =555.8+2+6=563.8 6. 吊車軌道頂?shù)母叱?(2.33) 式中：吊運設備時需跨越的固定設備

18、或建筑物的高度取吊運部件與固定物之間的垂直安全高度，取起吊設備的高度，取5.5吊柱鉤與吊運部件之間的距離一般為，取吊車主鉤至軌頂?shù)淖钚【嚯x，取 =563.8+3+0.9+5.5+1+1.6=575.8 7. 廠房頂梁底高程 (2.34) 式中：吊車總高度即從小跑車頂?shù)降踯囓壍理數(shù)母叨龋⌒∨苘図數(shù)巾斄旱椎膬艨?，一般為，?=575.8+2.5+0.5=578.82.5 下部結構的布置2.5.1發(fā)電機層布置發(fā)電機層為安裝水電站發(fā)電機組及其輔助設備和儀表表盤的場地。又是運行人員巡回檢查機組，監(jiān)視儀表的場所。故要求發(fā)電層內(nèi)布置的整潔，明亮。并適當考慮美觀，達到安全經(jīng)濟，方便運行的目的。發(fā)電機層設備布

19、置情況分別敘述如下: 發(fā)電機布置一般有定子埋入式布置，上機架埋入式布置及定子外露式布置等幾種方式。前兩種布置方式的發(fā)電機層要抬高，增加廠房高度，但發(fā)電機層顯得比較寬敞。水輪機層也由于層高加大。有空間可布置夾層，對設備布置和防潮有利。但后一種定子外露式布置目前國內(nèi)很少采用。勵磁機的布置有埋入式或外露的兩種。但考慮發(fā)電機層美觀和運行人員檢監(jiān)方便等因素，一般傾向半外露式布置，近年來有些電站采用靜子勵磁方式。從而取消了勵磁機，在這種情況下可適當降低廠房的高度。 在不增加主軸長度和廠房的高度的前提下，發(fā)電機層應盡量布置在最高尾水位之上，并與安裝間同一高程。有的中型水電站因為尾水位太高，采用同一高程布置有

20、困難，這時，只得將發(fā)電機層的一部分地面和安裝間相同，抬高到最高尾水位之上，形成發(fā)電機層有兩個高程布置。對大型水電站來說，運行方便和美觀的要求較高。一般不宜采用這種布置。 有的水電站采用不設發(fā)電機層樓板的島式布置，或只設部分樓板的半島式布置，或發(fā)電機全部外露的開敞式布置等方式，這些布置方式的優(yōu)點可以降低一些廠房高度，但帶來的設備擁擠，運行不便的缺點，尤其對尾水位較高的電站不宜采用。 發(fā)電機可以布置在發(fā)電機層室的正中，也可偏向一側。在大型水電站中，發(fā)電機多數(shù)偏向上游一側，而把吊運轉子的主通道放在下游一側。上游側樓面上布置有機旁盤，勵磁機，測速器及油壓裝置等。機旁盤主要是為了就近操作發(fā)電機開停機用的

21、，還用于機組檢修后調試機組，所以應布置在發(fā)電機層靠近發(fā)電機的地方，機旁盤由機組自動操作盤，保護盤，制動盤等組成，每臺機組3-5塊(中型機組)，盤前空地至少要有1.8-2.0米過道，便于運行人員的巡視操作，盤后離墻應留有0.8-1.0米的檢修過道。對于采用直流勵磁方式的電站，一般均設有3-5塊勵磁盤。勵磁盤最好與機旁盤布置在一起，便于調試，監(jiān)視并節(jié)省電纜。也有電站將勵磁盤布置在于發(fā)電機層同一高度的生產(chǎn)副廠房內(nèi)的。調速器與機旁盤布置在同一側有利于運行人員監(jiān)視。下游側樓面設備較少，可考慮作為主通道，寬度一般不小于1.5-2.0米并貫通全廠。上游側過道留得寬度較窄，為1.0-1.2米，這樣，在發(fā)電機通

22、風道的樓蓋板上人走動的機會可能多一些，實踐證明，維護的當，對發(fā)電機運行并無影響，但當發(fā)電機檢修，風道蓋板被吊出時會顯擁擠，因此大中型電站主廠房的過道不宜太窄。 發(fā)電機消防設施宜布置在發(fā)電機層，這樣對處理事故有利。發(fā)電機制動閘一般都設在發(fā)電機層機旁盤或調速器附近，一便運行人員操作。以往溫度信號器盤大多安在上機架上，這樣機組震動會引起表記誤差，故宜單獨設在機旁盤側為好。 發(fā)電機層平面設備布置應考慮在吊車主，副鉤的工作范圍線內(nèi)，致使樓面所有設備都能由廠內(nèi)吊車起吊，在吊鉤工作范圍線內(nèi)應設有供安裝檢修必需的吊物孔，以溝通上下層的運輸。大型電站最好每臺機組設一個吊物孔，這樣當一臺機檢修時不致影響相鄰的機組

23、的正常運行。吊物孔宜布置在設備較少的一側，平時用鐵蓋板蓋住。 主場房如有條件，應在發(fā)電機層布置一主機值班室，值班室面積不用太大，并裝設電話，便于運行人員工作，以往運行電站無此值班室，不得不在發(fā)電機層安放臨時的值班桌椅，有礙美觀。2.5.2安裝間布置安裝間的面積與進廠布置前已述及，再補充幾點如下：(1)安裝間是主廠房的一部分，其位置可在主廠房的一端，也可在主廠房的中間，位置確定主要取決于對外交通的路線，已建電站中多數(shù)在主廠房的一端，少數(shù)電站因地制宜，有布置在廠房中間的。(2)安裝間的高程應與進廠交通一致，并于發(fā)電機層最好在同一高程。安裝間還要考慮設置發(fā)電機轉子檢修坑，孔的尺寸決定于主軸法蘭盤的大

24、小，并在每側多寬0.25米，有的電站在安裝間還設有水輪機轉子間。廠內(nèi)有兩臺吊車工作的安裝間要考慮安放平衡梁的位置。有的電站在安裝間設有地錨，供吊車作靜載實驗用。(3)安裝間大門尺寸如通行標準軌距的火車，其寬度一般不小于4.2米，高度不小于5.4米，通行載重汽車的大門一般不小于3.3米，高度不小于4.5米，如大型平板車進廠，大門寬度也不能小于4.2米?？傊獫M足運輸車輛進廠的要求。另外，有的電站主變壓器需進廠檢修，則安裝間大門尚需要根據(jù)主變壓器尺寸確定。有時為了減少尺寸，主變壓器進廠可采用底座輪子轉向，拆除周圍散熱器等措施。2.5.3水輪機層布置 水輪機層習慣上是指發(fā)電層以下，蝸殼大塊混凝土以

25、上的這部分空間。如空間較大，也可在中間布置夾層。水輪機層通常布置機電附屬設備及管線，因此最好能采用合理的分區(qū)布置方式，力求避免機電管線交叉現(xiàn)象。我國有不少電站采取了電與機分別布置在廠房縱軸線上，下游測的布置方式，不但維護檢修方便，同時也提高了運行的可靠性，當然，電氣布置在哪一側與發(fā)電機出線方向，變壓器的位置有關，水力機械的回復機構要與調速器，作用筒的位置一致。3. 主廠房結構計算3.1 屋面鋼梁設計3.1.1.結構形式及布置 主廠房跨度為15m,柱高15m,柱距6m，屋面坡度1：10，檁條間距1.5m,鋼梁構件及節(jié)點連接板的鋼材質為Q235B.F。其強度設計值為,抗剪強度設計值為。Q235B.

26、F鋼材對應采用E-43型焊條，采用手工焊接。3.1.2.荷載計算(1)永久荷載標準值：(對水平投影面)屋面板及巖棉保溫層0.25KN/m²檁條及屋面支撐0.10 KN/m²總計0.35 KN/m²(2)可變荷載設計值屋面活載0.30 KN/m²雪荷載0.65 KN/m²取兩者較大值0.65 KN/m²(3)風荷載標準值 基本風壓為:,地面粗糙類別為B類，風荷載變化系數(shù)按現(xiàn)行建筑結構荷載規(guī)范(GB500092001)的相關規(guī)定取值。左風作用下的計算簡圖如下： 圖3.0 廠房計算簡圖 圖3.1 左風荷載作用圖()表3.1風荷載標準值計算表

27、構件號基本風壓()體型系數(shù)()風壓高度變化系數(shù)()風振系數(shù)()迎風寬度(B)風荷載標準值()10.40.81.141.062.3030.40.81.251.062.5250.40.61.251.061.8960.40.51.251.061.5720.40.51.141.061.4440.40.51.251.061.57(4)地震作用 地震烈度為8度，設計地震分組為第一組，場地土類別為類。采用震型分解反應譜法，主要考慮前三階段震型參與工作，結構阻尼比為0.05(5)吊車荷載 選用50/10t輕級工作制橋式吊車，根據(jù)吊車產(chǎn)品目錄可知，吊車額定起重量Q501KN,吊車最大輪壓348KN,最小輪壓80

28、KN,吊車自重G493.129KN，吊車一側輪距W4800mm，吊車寬B6330mm，吊車跨度13.5m；其示意圖如下：圖3.2吊車荷載作用于支座處的剪力影響線示意圖 利用結構力學影響線?？捎嬎愠龅踯嚨呢Q向輪壓標準值 (3.1) (3.2) 吊車的橫向水平荷載標準值：每個輪子上的橫向水平荷載標準值： (3.3)利用影響線計算出每個輪子上的最大橫向水平荷載標準值 (3.4)(6)荷載效應組合：由于本工程的抗震設防烈度為8度且相應風荷載標準值為0.40KN/m²(0.35KN/m²)，用此風荷載可不與地震作用同時組合，本設計由PKPM軟件自動組合，在組合過程中各荷載分享系數(shù)和組

29、合系數(shù)見下表。表3.2荷載組合效應表荷載工況荷載分項系數(shù)組合系數(shù)恒載1.05活載1.20.7左風荷載1.30.6右風荷載1.30.6吊車荷載1.10.7備注：地震作用時，活載組合系數(shù)取0.5; 計算過程中應考慮活載的不利位置。3.1.3.內(nèi)力分析與位移計算（1） 建模：通過建模得到屋面鋼架的最終結構計算簡圖如下圖所示: 圖3.3鋼架計算簡圖(2)結構內(nèi)力：利用PKPM軟件求出鋼梁的內(nèi)力值如下圖所示： 恒載作用下的內(nèi)力圖 90.3 90.3圖3.4 彎矩圖() 23.5 26.87 -23.5圖3.5 剪力圖() 活載作用下的內(nèi)力圖 114.7 114.7 圖3.6 彎矩圖() 2926.87.

30、8 -29.8 圖3.7 剪力圖() 組合后的門式鋼架內(nèi)力圖 圖3.8 彎矩包絡圖()圖3.9 剪力包絡圖()圖3.10 軸力包絡圖()(3)橫梁撓度 由PKPM計算出的鋼梁撓度如下圖所示： 圖3.11 鋼梁撓度圖其中，跨中最大撓度35.50mm，則 (3.5) 滿足設計要求(4)柱頂側移 由PKPM計算出柱頂和牛腿位置的側移如下圖所示： 圖3.12 恒載和活載共同作用下的側移圖 左風荷載作用下的鋼梁側移圖： 圖3.13 左風荷載作用下的側移圖 吊車水平荷載標準值作用下的鋼梁側移圖 圖3.14 吊車荷載作用下的側移圖其中，柱頂側移U13.7mm,則 (3.6)滿足設計要求。3.1.4.構件驗算

31、(1)鋼梁AB(H(350800) ×200×10×12鋼材彈性模量截面幾何特性： A端截面的幾何特性：A端截面尺寸：H350×200×10×12，截面面積與截面凈面積：， B端截面的幾何特性：H800×200×10×12，截面面積與截面凈面積 (2)單元內(nèi)力，考慮各種荷載效應組合后，用電算得出桿件的內(nèi)力設計值為： AB鋼梁的A端截面內(nèi)力：軸力：; 彎矩：; 剪力： AB鋼梁的B端截面內(nèi)力：軸力:; 彎矩：; 剪力：(3)單元計算長度： 平面內(nèi)計算長度：計算長度取橫梁長度7.54m 平面外計算長度： 考慮

32、屋面壓型鋼板與檁條牢固連接，且存在著“蒙皮效應”，因此檁條可作為橫梁平面外的側向支撐點，但為安全起見，對于鋼架平面外的計算長度則應根據(jù)隅撐的設置來確定，本工程的隅撐設置位置為兩檁距一個，故平面外計算長度取2倍檁條間距(檁距為1.5m)即3m。(4)AB梁的強度驗算： 控制截面的強度驗算：a、AB鋼梁A端的強度 (3.7)滿足強度要求 (3.8)滿足強度要求b、AB鋼梁B端的強度 (3.9)滿足強度要求 (3.10)滿足強度要求 抗剪承載力驗算取梁端A截面進行驗算，由于梁的腹板不設加勁肋，所以5.34,由式 (3.11)由于,故抗剪承載力為： (3.12)滿足強度要求 抗彎承載力驗算：由于 所以

33、 (3.13) 滿足抗彎承載力要求(5)鋼梁AB整體穩(wěn)定驗算 平面內(nèi)整體穩(wěn)定 (3.14) (3.15)對于x軸，屬于Q235，按B類截面，查附表可得,則 (3.16) 滿足平面內(nèi)整體穩(wěn)定性要求 平面外整體穩(wěn)定 (3.17)對于y軸，屬于Q235，按B類截面，查附表可得,等效彎矩系數(shù) (3.18),且經(jīng)計算，于是 1.481 1.029 (3.19) (3.20) 4.030.6修正可得：取 (3.21)滿足平面外整體穩(wěn)定要求(6)AB鋼架局部穩(wěn)定驗算 翼緣局部穩(wěn)定 (3.22) 腹板局部穩(wěn)定 (3.23)局部穩(wěn)定性滿足要求3.1.5.節(jié)點設計橫梁與橫梁拼接點采用(10.9級)扭剪型摩擦型高強

34、螺栓連接，接觸面采用噴砂后生銹處理，摩擦面扛滑移系數(shù)M0.45,每個高強螺栓的預拉力P155KN，如下圖所示： 圖3.15 屋面鋼梁拼接詳圖 端板厚度為30mm，連接處傳遞的內(nèi)力設計值如下：軸力：N12kN 彎矩：M232.4kN·M 剪力：V1.0kN(1)橫梁與橫梁連接點螺栓強度驗算 最外排螺栓桿軸方向受拉驗算 (3.24) 滿足連接強度要求 次外排螺栓桿軸方向受拉驗算 (3.25) 76.65KN 0.8P124kN 滿足連接強度要求 外排螺栓抗剪承載力驗算 (3.26) 滿足連接強度要求(2)端板厚度驗算端板采用B.F 厚度為30mm，其材料強度設計值 f215 N/mm&#

35、178; 端支撐類端板(外伴式) (3.27)滿足設計要求 螺栓處腹板強度驗算由于 則 (3.28)滿足設計要求3.2 吊車梁的結構設計3.2.1 基本資料本設計吊車梁跨度為6m,選用兩臺50/10t軟鉤、輕級工作制橋式起重機。初擬該T形梁的梁高、梁肋寬計算寬度、翼緣計算寬度、翼緣計算高度，截面尺寸如圖3.16。 圖3.16 T形截面尺寸圖混凝土強度等級為C40：、受力鋼筋為HRB400鋼筋：箍筋為HPB235鋼筋： 砂漿容重：橋機計算跨度： 大車每側的輪子數(shù)： 橋機輪子的最大輪壓為： 橋機輪子的最小輪壓為： 額定起重量： 橋機寬度： 橋機每側輪距為： 依據(jù)的規(guī)范及參考文獻：DL/T 5057

36、2009 水工混凝土結構設計規(guī)范 SL2662001 水電站廠房設計規(guī)范 中國水利水電出版社 水工鋼筋混凝土結構學高等教育出版社 結構力學DL 50771997 水工建筑物荷載設計規(guī)范水利電力出版社 水電站廠房設計3.2.2 荷載計算結構重要性系數(shù)為：，因為持久狀況，設計狀況系數(shù)。 結構系數(shù)： 永久荷載分項系數(shù)：，可變荷載分項系數(shù)：，動力系數(shù)取為： 梁上作用的均布荷載標準值：梁自重標準值：C30細石混凝土找平層標準值：鋼軌及附件重標準值：均布荷載標準值：均布荷載設計值：移動荷載：由鋼梁荷載計算內(nèi)容可知豎向最大輪壓標準值：移動(集中)荷載設計值：橫向水平荷載設計值：3.2.3 內(nèi)力計算(1)吊車

37、梁的計算長度取為：，跨中絕對最大彎矩的輪壓位置如下圖所示： 圖3.17 吊車梁的彎矩計算簡圖 跨中最大彎矩： (3.29) (2)支座處最大剪力(計算簡圖如下) 圖3.18 梁的剪力計算簡圖在集中力作用下支座A反力： (3.30)吊車梁支座處的最大剪力： (3.31)3.2.4 配筋計算 1. 正截面承載力計算該吊車梁采用預制梁，梁的截面尺寸參考同類的結構初擬，梁高滿足梁跨的要求(梁高h取為跨長的)，梁的高寬比也滿足要求(梁的高寬比為)，需要求受拉鋼筋截面面積。吊車預制T型梁高度、梁肋寬、翼緣計算寬度、翼緣計算高度。根據(jù)以上的計算結果可知，梁的下部配筋需根據(jù)內(nèi)力計算中的跨中彎矩值 進行計算。已

38、知：混凝土強度等級為C40：、；受力鋼筋為HRB400鋼筋：；箍筋為HPB235鋼筋：；鑒別T型梁的所屬情況： 所以屬于第一種情況的T形梁 (3.32)選配鋼筋： 2. 斜截面承載力計算 (1)截面尺寸復核根據(jù)內(nèi)力計算可知：最大剪力值為。驗算截面尺寸，由于，根據(jù)DL/T50572009水工混凝土結構設計規(guī)范中的公式6.5.1-1得：故截面尺寸滿足抗剪要求。 (2)驗算是否按計算配置腹筋 故應按計算配置腹筋。 (3)腹筋計算假設不設彎起筋，初選四支箍筋。 (3.33)取，則所以配，a)驗算配筋率：滿足最小配筋率的要求。b)計算： (3.34) 故構件所配的鋼筋足以抵抗荷載引起的剪力，不需要彎起鋼

39、筋來抗剪。 3. 抗扭計算橫向水平剎車力T是通過大輪子傳給軌頂、由軌頂再傳給吊車梁的。力的方向為水平向，力的作用位置與豎向輪壓相同，因此梁在橫向水平剎車力作用下的內(nèi)力計算與豎向一樣，只需將大車的一個輪子橫向水平剎車標準值代替豎向計算中的，而自重等均布恒載則不予考慮。根據(jù)SL/2662001水電站廠房設計規(guī)范公式(4.2.4)計算作用于吊車梁的扭矩標準值： (3.35)式中:吊車軌道安裝偏心矩，一般??；吊車橫向水平剎車力T對吊車梁截面彎曲中心的距離，；軌道頂至吊車梁頂面的距離，??；吊車豎向輪壓動力系數(shù)，1.05；吊車最大豎向輪壓標準值，kN，。截面彎曲中心至截面頂面距離；吊車橫向水平作用標準值(

40、一個輪子)，kN，(m為作用在一側吊車梁上的輪子數(shù))。扭矩和剪力共同作用下的組合系數(shù)，?？汕蟪鼋孛鎻澢行闹两孛骓敳康木嚯x見圖3.17 (3.36) 梁的最大扭矩(產(chǎn)生在近支座截面處，和求單跨梁支座最大剪力的方法相同： (3.37)圖3.17 換算截面圖(單位：mm)(1)驗算截面尺寸： T形截面各矩形分塊的抗扭剛度為：梁肋： (3.38)翼緣： (3.39)整個截面受扭塑性抵抗矩為： (3.40) (3.41) 截面尺寸滿足要求。(2)驗算是否需按計算確定抗剪扭鋼筋 (3.42)應按計算確定抗剪扭鋼筋。(3)抗彎縱筋計算：判別T型梁截面類型： (3.43) 屬于第一類T型截面，按矩形截面計算，與前面