所属栏目：电力论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:675
副标题#e#【关键词】电站厂房设计结构布置计算比较
水电十四局科研设计院孔伟
[摘要]中小型水电站的地面发电主厂房结构一般均采用钢筋混凝土刚架结构或钢筋混凝土排架结构，本文通过我院所设计的两个小电站厂房的设计计算结果进行比较，并就此浅谈自己的一些认识。
[关键词]电站厂房设计结构布置
一、 概述
湾塘、倮姑电站是引水式电站，卧式机组，装机分别为2x6.3MW及2x6.5MW,主厂房宽分别为：14.50米及15.00米。主厂房的结构布置形式为钢筋混凝土排架结构，并与刚架结构计算比较。湾塘电站、倮姑电站是位于云南省红河州屏边县境内的南溪河流域的两个梯级径流引水式电站。
湾塘电站建于南溪河中游偏上游的河段上，选择的坝址距河源约68KM，在四岔河入汇口下游约4.5KM处，装机2×6300KW。厂区主、副厂房长×宽=51.67×14.5m，建筑在中厚状的砾状灰岩地基上，基岩裂隙不发育，完整性好，强度高。
倮姑电站位于云南省红河州屏边县新华乡境内，昆河铁路倮姑车站附近，修建在南溪河中游河段上。厂房位于块状，中厚状砾状灰岩上。裂隙不发育，因此深度浅，完整性好。
湾塘电站位于云南省红河州屏边县湾塘乡境内，昆河铁路湾塘车站附近。厂房位于基岩风化的为中厚层板岩。
湾塘电站厂房内设一台20/5吨手动双梁、双钩桥式吊车，厂房跨度为（柱外边距）为14.50米，高10.55米。倮姑电站厂房内设一台20/5吨手动双梁、双钩桥式吊车，厂房跨度为（柱外边距）为15.00米，高10.85米。
二、 结构设计
1、湾塘电站厂房内设一台20/5吨手动双梁、双钩桥式吊车，厂房跨度为（柱外边距）为14.50米，高10.55米，柱距为7米。
所在地区基本地震烈度为6度，设计地震烈度为7度。厂房基础全部坐落于中等风化的基岩上。结构形式拟采用现浇钢筋混凝土排架结构，并以现浇钢筋混凝土刚架结构作为计算比较。
所承受的荷载为：
主厂房屋面梁板结构的自重、屋面防水层、板面及板底的抹灰层荷载，屋面上人的检修活荷载。
牛腿位置处所受荷载有：行车梁自重、行车起吊额定起重量时移动活荷载。
所受水平力为：
按7度抗震设防烈度计算的水平地震力，按0.3kn/m2计算的水平风荷载，行车起吊额定起重量横向移动时对结构的水平力。
由于屋面主梁跨度为14.50米，对普通钢筋混凝土结构来说略显偏大，但荷载略偏小，只承担屋面自重及很小的上人检修荷载，故采用现浇钢筋混凝土排架结构，或现浇钢筋混凝土刚架结构都可行，结构计算结果如下。
A、 用排架结构
计算简图如下：
内力包络图如下：
按内力包络图计算，配筋图如下：
实际配筋计算，因屋面主梁为简支梁，为使结构符合正常使用要求，主梁跨中下部受拉钢筋配筋率较大，在此状态下，验算该结构的变形及裂缝宽度：验算最大裂缝宽度为0.26毫米，小于规范允许最大宽度（0.3毫米），屋面主梁最大挠度为45.2毫米，大于允许挠度L/400=34.25毫米（L为屋面主梁跨度），采用施工中模板预先起拱的方法可满足要求，起拱值为45毫米。调整屋面主梁的配筋后，配筋图如下：
B、 用刚架结构
计算简图同上。
内力包络图如下：
按内力包络图计算，配筋图如下：
实际配筋计算，因主梁为刚接，跨中配筋相对较小，但梁端部负弯矩及上柱所受负弯矩较大，为使结构符合正常使用要求，梁端部及上柱所配钢筋较大，在此状态下，验算该结构的变形及裂缝宽度：验算最大裂缝宽度为0.22毫米，小于规范允许最大宽度（0.3毫米），屋面主梁最大挠度为38.9毫米，大于允许挠度L/400=34.25毫米（L为屋面主梁跨#p#副标题#e#度），拟采用施工中摸板预先起拱的方法可满足要求，起拱值为45毫米。调整屋面主梁的配筋后，所配钢筋抵抗弯矩图如下：
2、倮姑电站厂房与弯塘电站相仿，内设一台20/5吨手动双梁、双钩桥式吊车，厂房跨度为（柱外边距）为15.0米，高10.85米，柱距也为7米。所在地区基本地震烈度为6度，设计地震烈度为7度。厂房基础全部坐落于中等风化的基岩上。结构形式同样拟采用现浇钢筋混凝土排架结构，并以现浇钢筋混凝土刚架结构作为计算比较。
A、采用排架结构
计算简图如下：
内力包络图如下：
按内力包络图计算，所配钢筋抵抗弯矩图如下：
实际配筋计算，因屋面主梁为简支梁，为使结构符合正常使用要求，主梁跨中下部受拉钢筋配筋率较大，在此状态下，验算该结构的变形及裂缝宽度：验算最大裂缝宽度为0.28毫米，小于规范允许最大宽度（0.3毫米），屋面主梁最大挠度为51.2毫米，大于允许挠度L/400=34.25毫米（L为屋面主梁跨度），采用施工中摸板预先起拱的方法可满足要求，起拱值为50毫米。调整屋面主梁的配筋后，配筋图如下：
B、 采用刚架结构
计算简图同上。
内力包络图如下：
按内力包络图计算，所配钢筋抵抗弯矩图如下：
实际配筋计算，因主梁为刚接，跨中配筋相对较小，但梁端部负弯矩及上柱所受负弯矩较大，为使结构符合正常使用要求，在此状态下，验算该结构的变形及裂缝宽度：验算最大裂缝宽度为0.23毫米，小于规范允许最大宽度（0.3毫米），屋面主梁最大挠度为41.5毫米，大于允许挠度L/400=34.25毫米（L为屋面主梁跨度），采用施工中模板预先起拱的方法可满足要求，起拱值为45毫米。调整屋面主梁的配筋后，所配钢筋抵抗弯矩图如下：
3、两种结构形式计算结果的比较：
由以上计算可得，无论采用排架或是刚架结构，通过调整配筋，在结构正常使用状态下，裂缝宽度验算均满足要求，挠度也可采用施工中预先起拱的方法使其满足要求。故，各个部分的配筋率计算采用按内力包络图计算的配筋率。列表如下：
主筋配筋率 湾塘电站 倮姑电站
主梁铰接
（排架） 主梁刚接
（刚架） 主梁铰接
（排架） 主梁刚接
（刚架）
主梁配筋率（跨中） 0.96% 0.78% 0.98% 0.79%
主梁配筋率（端部） 按构造 1.32% 按构造 按构造
上柱段
配筋率 1.56% 2.1% 1.58% 2.2%
下柱段
配筋率 0.92% 1.56% 0.93% 1.58%
注：柱配筋率中，计入了垂直于弯矩作用方向的钢筋。
实际设计施工图中采用的结构构件尺寸略有加大，实配钢筋见下表：
项目 湾塘电站 倮姑电站
下柱 上柱 梁端 梁跨中 下柱 上柱 梁端 梁跨中
尺寸 800x500 500x550&nb#p#副标题#e#sp; 1100x400 1400x400 800x500 500x550 1100x350 1450x350
实配钢筋 8φ22
（两受力侧）
4φ22
（两长边） 8φ22
（两受力侧）
4φ22
（两长边） 3φ25
（上部） 11φ25
（下部） 8φ22
（两受力侧）
4φ16
（两长边） 8φ22
（两受力侧）
4φ16
（两长边） 2φ25
（上部） 10φ25
（下部）
配筋率 1.14％ 1.66％ 0.33％ 0.96％ 0.96％ 1.398％ 0.255％ 0.967％
三、 两种结构形式的比较
1． 从设计、计算的角度比较
由计算结果可知，两个电站厂房所承受的荷载相近，厂房的跨度相近，计算跨度均为14米左右，均采用现浇钢筋混凝土。
1）采用梁、柱铰接体系：
主梁为简支结构，跨中弯矩较大，柱的受力较小，尤其是上柱段的受力较小。虽然主梁受力最大，但可采取加大梁高，采用预应力结构或钢结构等其他措施，使受力条件得到改善，同时厂房柱受力较小，配筋率较小，有利于结构受力。但该结构的薄弱处为梁柱连接处，设计中应加强强度及连接构造，从而使整体结构安全可靠。
实际设计中，采用梁柱铰接结构，计算中，因采用普通钢筋混凝土结构时，主梁的配筋率较大，如采用高强度混凝土加预应力钢筋或钢绞线的预应力屋面梁，可有效地减小梁截面尺寸，减小屋盖结构自重，从而减小弯矩，提高主梁的安全度，并减小配筋率，柱采用普通钢筋混凝土结构，且配筋率适中，有利于提高柱的安全度。从结构抗震的要求来说，梁、柱铰接体系的薄弱部位是梁和柱的连接部位，实际工程中，该部位的处理已有很成熟的经验，且处理的方法比较多，连接可靠性可以得到保证。梁、柱铰接体系能有效的减小一些不利因素对于主体结构的影响，如：厂房两侧柱由于不均匀沉降及一些变形不均匀等等而产生的不利于主体结构受力的因素。
2）采用梁、柱刚接体系：
采用梁、柱刚接体系时，主梁由于两端受柱的约束，跨中弯矩较简支结构小，柱的受力较大一些。但由于主梁的跨度偏大，而两端的柱截面较小，对梁的约束作用小，而使梁的跨中弯矩减少的不多，相反，柱的受力较大，尤以上柱段的弯矩及轴力都较大，为大偏心受压。实际设计中，采用普通钢筋混凝土结构时，主梁的配筋率也较大，上柱段配筋率为整个结构中最大的，如厂房跨度较大时，该段配筋率将大于规范规定的配筋率，成为薄弱环节。虽然可采取加大柱截面尺寸来改善受力，但造成主体结构工程量增加，给人感觉结构构件尺寸过于肥大。从结构抗震的要求来说，梁、柱刚接体系的薄弱部位是柱的上段，该段由于弯矩和轴力都较大，配筋率也较大，对其采取加强措施也很有限，不利于柱的受力及安全。同时，梁、柱刚接体系对厂房两侧柱由于不均匀沉降及一些变形不均匀而产生的内力较大，不利于主体结构受力。
2． 从施工算的角度比较
采用梁、柱铰接体系，在施工中结合水电站厂房的特点，可在施工完厂房柱后，就可安装轨道行车，及发电机组等设备，安装过程中在进行屋面梁、板的施工。如屋盖#p#副标题#e#结构为混凝土结构，也可一次性浇筑至厂房屋面板，待结构封顶后再安装轨道行车及发电机组设备。如屋盖结构为预制结构或钢结构，则可大幅减小施工所需时间，施工安排较灵活。
采用梁、柱刚接体系，主要应用于较小的电站厂房，由于其机组设备尺寸较小，厂房跨度也较小，施工安排中，须待厂房主体结构封顶后，再进行发电机组设备安装。整个建筑、安装工期较长。
四、总结
总体上说，对于机组较小，小跨度的厂房，由于跨度较小，各个部分的配筋率都适中，当对工期的安排较宽裕，施工安排过程中能满足各项要求时，采用梁、柱铰接体系的优势不是很明显。
而对于机组尺寸较大，厂房跨度较大时，采用梁柱铰接体系较为方便、灵活、经济。尤其是对于有条件采用预制屋面梁、板结构的厂房。施工中如采用预应力薄腹梁、预应力屋架、钢屋架、钢网架等大跨度屋面维护结构，由于施工中是采用预制、安装的施工方法，从而可以有效地缩短发电厂房的建设周期。对多数的水利发电站来说，发电厂房是控制总工期的关键工程，缩短发电厂房的建设周期就能使电站提前投入运行，提前产生效益。所以，对于跨度较大的情况下，现场施工条件适合时，应采用此结构体系。