厂顶溢流式厂房设计

1FJD35060FJD水利水电工程技术设计阶段厂顶溢流式厂房设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1996年3月2水电站技术设计阶段厂顶溢流式厂房设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目次1引言42设计依据文件和规范43设计条件和基本资料54厂房布置设计105厂房建筑物结构设计106混凝土浇筑分块及温控157厂房基础处理（见坝后式厂房设计大纲范本）168观测设计169专题研究（必要时）1610工程量计算1611应提供的设计成果1641引言11工程概况工程位于,是以为主,兼有等综合利用的水利水电枢纽工程。总装机容量MW,年发电量MWH。坝址控制流域面积KM2。共装机台；单机容量MW；单机引用流量M3/S。本工程初步设计报告于年月日审查通过。12编写说明本设计大纲内容除厂房布置和厂区布置之外,结构设计仅包含主厂房的机组段、安装间段及其与坝体连接等部分。厂房内机墩、蜗壳外围混凝土、尾水管、水下挡水墙,上部结构的吊车梁及牛腿等构件设计与坝后式厂房以及有关设计大纲雷同,本大纲省略。此外,布置在主厂房以外的副厂房和开关站,属于单体构筑物,其结构设计内容及要求,本大纲也未列。提示溢流式厂房与坝体连接方式有整体、半整体、分离等的多种方式,本大纲系按分离的连接方式编写。2设计依据文件和规范21有关本工程的文件1工程初步设计报告及附图、附件；2工程初步设计报告审批文件；3工程技术设计任务书；4有关会议纪要或文件,厂家资料或协议文件；5有关专题报告。提示报告、文件要写出全名、编制地点、单位、年月。22主要设计规范1SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区、丘陵区部分试行及补充规定；2GB5020194防洪标准；53SD33589水电站厂房设计规范试行；4SDJ17385水力发电厂机电设计技术规范试行；5SDJ27890水利水电工程设计防火规范；6SDJQ184水力发电厂厂房采暖通风和空气调节技术规范；7SDJ34189溢洪道设计规范；8SDJ1078水工建筑物抗震设计规范试行；9SDJ2078水工钢筋混凝土结构设计规范试行；10SDJ2178混凝土重力坝设计规范试行及补充规定；1188水规设字第8号文水利水电工程设计量计算规定试行。3设计条件和基本资料31工程等级和建筑物级别本工程为等工程；大坝建筑物按级设计；厂房建筑物按级设计；尾水渠挡土墙、护坡按级设计。32场地地震基本烈度和建筑物设防烈度表1地震烈度烈度类别烈度，度重现期，A基岩峰值加速度，G场地基本烈度建筑物大坝设计主厂房烈度尾水渠挡土墙及护坡提示地震基本烈度与设防烈度系指一般以50期限内,可能遇超越概率为10的烈度值。33水库特征水位和洪水标准1坝顶高程M；2正常蓄水位M；3汛期防洪限制水位M；4死水位发电最低运行水位M；65设计洪水标准见表2。表2建筑物设计洪水标准表洪水标准建筑物类别运用情况洪水重现期A坝址入库洪峰重现量M3/S最高库水位M最大下泄洪水流量M3/S相应下游水位M主坝及泄正常运用洪建筑物非常运用下游消能正常运用防护构筑物非常运用厂房、主变场正常运用及开关站非常运用提示泄洪建筑物指泄洪洞、底孔及厂房顶溢流部分等。34枢纽泄流能力和运行条件1泄流能力见表3。表3枢纽泄流能力表单位M3/S库水位M泄洪洞ABC底孔ABC厂顶溢流表孔ABC电站过机泄量台总泄流能力注表中A为相应孔数,BC为相应孔口的尺寸宽高,表示孔口底槛高程。2运行条件提示主要说明各建筑物在正常运用和非常运用工况时,枢纽泄流孔口投入组合及机组参加泄流情况。35电站设计尾水位指厂房尾水管出口断面1校核洪水尾水位M重现期为A,QM3/S；2设计洪水尾水位M重现期为A,QM3/S；3正常尾水位M台机组运行,QM3/S；4最低尾水位M台机组运行,QM3/S；5尾水位下游流量关系曲线。36水库泥沙1入库多年平均输沙量T,年径流GM3；多年平均汛期至月含沙量KG/M3；非汛期至月含沙量KG/M3；72坝前泥沙淤积高程M；3过机含沙量汛期平均KG/M3；最大KG/M3；非汛期平均KG/M3；最大KG/M3；4泥沙矿物成份和级配。37气象1雨量多年平均年降雨量MM；厂区排水设计采用的暴雨强度MM/MIN；历时MIN。2风速及风向坝址区最大风速M/S级；风向。设计采用的基本风压KN/M2。3气温实测多年（年年）平均为，各月（旬）平均气温、各月最高及最低日平均气温、气温骤降值见下列表4表6；表4各月、旬平均气温表单位月份123456上旬中旬下旬月平均月份789101112年平均上旬中旬下旬月平均表5各月最高及最低平均气温表单位月份123456最高日平均最低日平均月份789101112年平均最高日平均最低日平均8表6气温骤降资料表月份1234567891011122天内降温6以上次数2天降温最大值，3天内降温6以上次数3天降温最大值，绝对最高气温；绝对最低气温。4实测（年）河水温度见表7。表7多年各月（旬）平均水温表单位月份123456789101112年平均上旬中旬下旬月平均5湿度多年月平均相对湿度见表8。表8多年月平均相对湿度表（年至年）单位月份123456789101112年相对湿度38地形、地质1厂区地形图比例1/500。2厂区工程地质和水文地质测绘比例1/5001/1000平面图、剖面图。3岩体物理力学参数见表9。表9岩体物理力学参数表项目建基面抗滑岩体内部抗滑部位岩性容重KN/M3抗压强度MPA弹模MPA泊桑比软化系数FCFC坝基厂房基础尾水渠边坡开关站挡墙提示参数值确定应根据建筑物所在部位的岩体质量，并考虑因运行环境条件的变化可能发生的影响。参阅有关的工程地质专题报告。94尾水渠两岸开挖边坡见表10表10开挖边坡分类残积土及全风化岩强风化岩弱风化岩微风化岩新鲜岩永久临时永久临时永久临时永久临时永久临时开挖边坡允许值I马道高差，M提示边坡如遇有塌滑堆积体、滑坡体等则不论开挖临时边坡或工程永久边坡，皆应专门论证。39厂房混凝土性能1厂房混凝土热学性能见表11，配合止见表12。表11混凝土热学性能表单位导热系数W/MK比热J/KGK容重KM/M3导温系数M2/H线膨胀系数1061/表12混凝土配合比混凝土标号水灰比级配混凝土材料用量水泥品种水水泥砂石子2水泥水化热按试验成果采用，见表13。表13水泥水化热单位KJ/KG龄期，D水泥品种1234567310机电设备、闸门启闭机数据及布置提示参见坝后式厂房设计大纲范本，范本分类号为FJD35020。311厂顶溢流水力计算及水工模型试验成果提示成果主要包括各种工况的泄流量，反弧段挑流坎未端的水面线、流速、界面动水压力，水舌抛射轨迹及落点，冲刷坑最大深度及范围，尾水位增值及波动幅度等。312坝体稳定及位移分析成果和结构布置图提示位移分析系指厂坝间接合部位的相对位移，供厂坝间纵缝以及分离式溢流板结构设计依据。313坝基防渗帷幕、排水、基础处理设计及开挖图提示厂房下部结构及基础处理设计与坝的建基面、扬压力分布、基础处理设计密切相关，10必须相协调。4厂房布置设计41绘制技术设计阶段厂房布置图提示根据机电、金属结构、建筑等专业提出的主、副厂房各部分的布置详图，协调综合，结合水工结构，绘制技术设计厂房布置图，包括主副厂房各高程平面图、剖面图、立视图。42绘制技术设计阶段开关站布置图提示根据机电、建筑等专业提出的设备布置及进出线回路等，结合设备基础、构架、场地道路、沟管网、附属构筑物的设计，协调综合，绘制技术设计开关站布置图，包括平面图、剖面图。绘制技术设计阶段厂区布置图提示1协调主、副厂房与开关站、大坝的连系，以利于电站安全运行和安装维修需要，并适当美化环境，方便管理。厂区布置包括厂前区的道路、地面及地下构筑物，尾水渠，边坡整治等。2主、副厂房及进厂交通、开关站的防洪（淹）标准应按表2或有关规范确定。5厂房建筑物结构设计51溢流式厂房结构形式确定1主厂房的上部结构采用封闭式实体墙与屋顶溢流板形成整体框架，现场浇筑钢筋混凝土结构。2主厂房的下部结构与坝体连接采用分离式，设置可适应各种工况的厂坝相对位移的贯通纵缝，引水钢管跨缝也设有专门的伸缩节。提示厂坝连接有多种方式，本大纲范本系按分离式编写。3主厂房的上部结构与坝体连接方式。提示分析比较下列两种方案，研究确定1厂坝间溢流板上游端与坝体铰接，下游端搭接在主厂房上游墙体扩大的牛脚上，并在溢流板下增设一水平拉板，以加强主厂房水平向刚度，水平拉板为两端带有支座铰的钢筋混凝土板式结构。溢流板下空腔内副厂房的板、梁、柱墙结构为与主厂房分开的独立结构；2厂坝间溢流板与副厂房的下游侧实体墙及坝体整体连接，与主厂房上游侧实体墙分开，为独立受力的框架结构。4溢流板、导流墩、鼻坎的体形尺寸，按厂顶溢流水力计算及水工模型试验成果研11究确定。并采取必要措施，避免气蚀破坏。5横缝设置安装场与机组段之间，机组段之间设置从溢流顶板贯通至建基面的永久变形缝。横缝设置应与坝体横缝相协调。52厂坝结构设计基本要求主厂房与厂坝结构均按级建筑物标准设计。满足施工、安装、运行、检修不同时期出现的不同结构体系、环境条件、作用情况，对结构的强度、变形、抗渗、耐久性的要求。53厂房主要部位混凝土采用的设计标号，见表14表14混凝土标号结构部位标号28天龄期备注厂顶溢流板不包括表面抗冲层上部结构导流墙上下游墙体尾水管结构下部结构水下挡水墙尾水闸墩中部结构蜗壳外围混凝土机墩风罩、发电机层其他结构安装间板梁柱厂坝间副厂房板梁板54厂房整体稳定及地基应力分析541计算假定1根据厂房建基面高程及地质条件，研究择取具有代表性的号机组段、号边机组段、安装间段进行分析；2由于不存在地基深层滑动可能性，仅需计算沿建基面的抗滑抗浮稳定性和地基应力。提示如地基内存在不利于厂房建筑物稳定的软弱结构面，则应进行地基深层的抗滑稳定性分析。3建基面抗滑稳定按抗剪断公式计算，F及F、C设计值根据地基地质情况分别择取见表15。表15建基面抗剪及抗剪断力学参数表计算段号机组段号边机组段安装场段FF12C542荷载及其组合见表16表16荷载组合表荷载名称计算工况自重机电设备重水重水压力扬压力地震力正常运行（机组全部发额定出力）上游水位M,下游水位M基本组合设计洪水重现期A,Q下泄M3/S上游水位M,下游水位M基本组合校核洪水重现期A,Q下泄M3/S上游水位M,下游水位M特殊组合正常运行遇地震上游水位M,下游水位M特殊组合机组检修上游水位M,下游水位M特殊组合部分机组发电，本机组段蜗壳未安装上游水位M,下游水位M特殊组合提示1自重混凝土容重按245KN/M3计算；2机电设备重；3水重仅计算伸缩节后蜗壳及尾水管中水体；4水压力包含1厂坝间纵缝止水以下作用在缝面的水压力；2作用于厂房的各种工况相应的钢管水推力；3厂溢流工况时动水作用力；4运行期相应下游侧水推力。5基础扬压力含浮托力与渗透水压力；6渗透水压力参照大坝设计采用；7若设计有抽排水措施，扬压力应专门论证确定。543安全度正常组合、特殊组合的抗剪、抗剪断及抗浮的安全系数，以及地基应力的控制，均应满足“水电站厂房设计规范SD33589试行”的规定。55厂房结构动力分析提示验算厂房结构的动应力和自振特性，并与厂顶溢流时水流脉动频率作对比。本大纲系按简化的平面框架结构力学方法进行计算，对于重要工程还应采用三维有13限元力学模型进行计算，结果互为对比。551计算简图假定根据厂房结构布置情况，主厂房择取机组段，简化为实体框架结构，假定上、下游墙的下固结于水轮机高程M处。实体框架结构与坝体的连接方式按513提示中的两种方案进行假设，分别进行两个方案的结构自振特性计算。552结构抗振性评价提示根据计算成果，取结构前35阶的自振频率与水流脉动频率进行对比，若无水力模型试验资料可比较时，亦可与实际工程的原型观测资料进行判比，一般要求结构的自振频率应大于水流的脉动频率30以上，否则要研究修改结构型式或尺寸。56厂房框架结构计算561计算原则提示1主厂房框架分有边机组段、机组段和安装间三种类型。厂坝间副厂房分有标准段与端部段两种类型；2主厂房上、下游墙下端，在二期混凝土已回填情况下假设固结于水轮机层，在二期混凝土未回填情况下假设固结于底部一期混凝土结构上，并应考虑钢管孔洞削弱作用；3厂坝间副厂房及流顶板为墙板多层框架，坝体一端假定为固，结上游侧假设为自由边界不考虑传力。562荷载及其组合见表17表17荷载组合表荷载名称计算工况结构自重楼层荷载吊车厂顶溢流动水压力下游设计水压力温度影响力地震力施工荷载正常运行相应尾水位为M吊车空载泄设计洪水重现期AQ下泄M3/S；吊车空载基本组合泄校核洪水重现期AQ下泄M3/S；吊车满载机组大修相应尾水位M；吊车满载机组安装二期混凝土未浇，吊车吊运最大部件特殊组合14遇地震吊车空载，机组满发施工情况厂房未封顶提示1施工荷载包含；1溢流顶板浇筑时流态混凝土重量；2若施工进度安排要提前安装桥吊，尚需复核桥吊荷载产生的应力及位移。2温度影响力，只计算运行期年变幅均匀温差作用。563框架截面强度及位移计算提示1根据框架应力分析结果，绘制内力图，选择各杆件的控制面进行强度计算和配筋设计；2对于溢流顶板应按限裂要求，核算最不利工况下裂缝开展宽度；3核算最不利工况下厂顶水平位移和挠度；4核算施工期厂房未封顶时，桥机轨顶水平位移值。57尾水结构设计571设计原则与假定提示1简化法1尾水管顶底板与边中为整体式结构，沿水流方向，依结构特点切肘管段、扩散段、闸门槽下游段的若干曲形剖面，按各弹性地基上平面框架进行力分析；2下游墙荷载假设按45扩散角下传至尾水管顶板上，经尾水管边、中墩作用于底板上面的垂直力，可根据厂房总体强度材料力学方法，见54计算成果取值；3底板的扬压力图形应根据厂坝基灌浆排水设计情况确定，作为外力作用于底板；4平面框架竖向荷载的不平衡力，按材料力学的切力分配到边中墩及顶底板。杆件内力计入剪切变形和刚性节点作用，当顶板厚度等于或净跨度的1/2时，按深梁考虑；2三维有限元法1取尾水管顶板以下结构按三维有限元进行应力分析，采用8节点等参单元模型；2尾水管顶板、厂坝间分缝、机组段横缝均假定为自由面。底板以下地基取矩形域，上下游方向及深度均取厂房下部宽度的1倍为边界，边界面假定法向约束；3。坝体影响取相应工况下的坝建基面上的应力作为外力替代。572地基力学参数提示地基力学参数详见383。573荷载及其组合见表18。提示1上部结构传来的荷载，包含下游墙承受尾水压作用所产生的，作用在尾水管顶板上的力，若采用切取平面框架计算，则仅能计入竖向力作用；2本设计伸缩缝止水采用开敞式布置方式，故列有缝水压；153施工荷载系指尾水管扩散段顶板打取分层浇筑，先浇的下层块体在达到规定的强度后继续浇筑上层混凝土时要承受的荷载；4采用有元分析时，除计入坝基应力影响外，还应计入钢管水推力；5忽略施工期与运行期混凝土温度应力。表17荷载组合表荷载名称计算工况结构自重上部结构传来荷载尾水管中水压缝水压地基扬压力地震力施工荷载泄设计洪水或正常蓄水位重现期AQ下泄M3/S；相应坝前水位为M尾水位为M泄设计洪水或正常蓄水位重现期A，Q下泄M3/S；相应坝前水位为M尾水位为M基本组合机组大修，尾水管放空相应坝前水位为M尾水位为M未装机，二期混凝土未浇，相应