水电站厂房的设计(毕业设计)概要

绪论水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。水电站厂区包括：（1）主厂房。布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。（2）副厂房。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。（3）主变压器场。装设主变压器的地方。电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。（4）开关站（户外高压配电装置）。装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：1. 坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。2. 河床式厂房。厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。3. 引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。水电站厂房是专门的水工建筑物, 它具有一般水工建筑物的共性, 故其设计有以下的特点:（1）厂房内安装水轮机发电机组和辅助设备, 以及控制操作和进行量测的设备, 主要任务是发电, 所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。（2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体, 在设计、施工和运行中, 必须把几个方面配合好, 使综合体优化。（3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单, 使建筑上美观, 运行方便, 而不求豪华。（4）厂房内运行管理人员应力求精简, 应保证他们有良好工作条件和卫生环境。（5）水电站厂房多建在偏僻地区, 而机电设备一般既大又重, 所以必须有较好的对外交通运输条件。（6）设计水电站厂房时, 要根据当地的地形、地质和水文条件, 既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件, 又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。由上述特点可见, 水电站厂房设计是比较复杂的, 其中最关键的是要选择好水轮发电机组, 即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组, 因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。对于一般的地面式厂房, 选择合适的吸出高度也是非常重要的。而且, 全厂的机组台数不宜太多。总之, 在设计中要做多个比较布置方案, 进行技术经济、运行管理综合比较, 以选择确定最优设计方案。第一章 水电站厂房的位置及形式选定第一节 水电站厂房的选择根据报告审查会决定采用钢筋混凝土面板堆石坝为坝型，选中坝址建坝。左岸河岸式溢洪道，右岸长隧洞引水，在桐子营大桥以下420米处河道右侧建岸边厂房的枢纽总体布置方案。通过工程所在地区水文、地质、地形、地貌构造，初步拟定在桐子营大桥以下420米处，靠近贡水河的右岸桔园处建设厂房，采用引水式厂房布置形式，通过有压隧洞引水。选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。第二节 厂房布置方岸的选定方岸一：主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。这个方岸的优点是（1）基础开挖几劈坡工程量小。（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。方岸二：副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。这个方岸的优点是（1）靠近公路，交通便利。（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。第二章 下部结构的设计与布置第一节 水轮机的计算一、水轮机型号及主要参数选择：1. 水电站最大水头max H =65.89m，设计水头r H =50.4m，加权平均水头av H =r H =50.4m,最小水头min H =35.7m，装机容量为24MV ，初步布置2台机组，则单机容量为12MV 。2. 水轮机型号选择根据该水电站的水头变化范围35.7m65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220, 现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择（1）转轮直径1D 计算查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量 1Q =1110L/S=1.113m /s,效率m =85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量 1m Q = 1Q =1.113m /s,效率=86.0%，设gr =97%水轮机的额定出力 r N =grgr N =120000.97=12371KW,上述的 1Q 、和r N =12371KW、r H =50.4m代入式 1D 2.1 选用与之接近而偏大的标称直径1D =2.0m（2）转速n 的计算查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速 10n =71.0r/min,初步假定 10m n = 10n =71.0r/min,将已知的 10n 和av H =50.4m，1D =2.0m代入式 1=252.0r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=300r/min. 2.2 3. 效率及单位参数修正HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M =90.7%，模型转轮直径为1M D =0.404，根据式3-14 可得原型效率：max =1-(5max 1M -( 510.907- 2.3 则效率修正值为 =93.2%-90.7%=2.5%.考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.7%，则可得效率修正值为=1.7%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为max max 90.7%0.8%91.5%M =+=+= 85.2%0.8%86.0%M =+=+= （与上述假定值相同）单位转速的修正值按下式计算： 1101m n n = 2.4 则 1 10m n n = 110.44%= 由于 110/3.0%m n n -） 2.7可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择1. 转轮直径1D 的计算查水力机械可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量 1Q =1150L/S=1.153m /s,效率m =89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量 1m Q = 1Q =1.153m /s,效率=90.0%，设gr =97% 水轮机的额定出力 r N =grgrN =120000.97=12371KW 上述的1Q 、和rN =12371KW、rH =50.4m代入式1D 1.84m = 选用与之接近而偏大的标称直径1D =2.0m2. 转速n 的计算水力机械查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速10n =70.0r/min,初步假定 10m n = 10n =70.0r/min,将已知的 10n 和av H =50.4m，1D=2.0m代入式 n=1n D =248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.3. 效率及单位参数修正可得HL 230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M =91.0%，模型转轮直7径为1M D =0.46，根据式3-14 可得原型效率max =1-( 5max 1M -( 510.91-则效率修正值为 =93.3%-91.0%=2.3%.考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.3%，则可得效率修正值为=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为max max 91.0%1.0%92.0%M =+=+=89.0%1.0%90.0%M =+=+= （与上述假定值相同） 单位转速的修正值按下式计算： 1101mn n =则 1 10mn n = 110.55%=由于 110/3.0%m n n ，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量1Q 也可不加修正。由上可见原假定的=90.0%、 11m Q Q =、 1010m n n =是正确的，那么上述计算及选用的结果12.0D m =，250/min n r =是正确的。4. 工作范围的检验在选定12.0D m =，250/min n r =后，水轮机的 1max Q 及各特征水头相对应的 1n 即可计算出来。水轮机在, r r H N 下工作时，其 1Q 即为 1max Q ，故 1maxQ =0.968-）可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求三、两种方案的比较分析 9 由表可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D 相同均为2.0m ，但HL220型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高、气蚀系数较小、有利于提高年发电量，而HL230型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸、降低发电机造价。根据以上分析，在限制供货方面没有问题时，初步选用HL220型水轮机方案，故水轮机型号为 HL220LJ 200。第二节 水轮发电机的型式选择本设计为大中型水电站，故采用大中型机组，采用立式SF12183600型发电机表2-2 发电机的主要参数 一、水轮机主要尺寸估算1. 极距；943.69K cm = 2.8 式中： f S 发电机额定容量（13333KV A ） P 磁极对数（12）j K 系数，一般取（8-10）在这里取j K =92. 定子内径i D221243.69333.943.14i p D cm = 2.93. 定子铁芯长度t I t I =2f i eS CD n式中; e n _额定转速（r/min） 2.10i D _定子内径C-系数（4*66106.5*10-）此处取5*610-t I =2f i eS CD n =621333395.65510333.94250cm -=10333.940.0140.03595.65250i t D I n = a D =333.9443.69377.63i D cm +=+= 则取 a D =378cm，故发电机型号为1212/378SF -二、外形尺寸估算1. 平面尺寸估算 （1）定子机座外径1D214250/min 300e n r =, 1295.652*43.69183.03t h I cm =+=+= 2上机架高度2h对于悬式承载机架 2h =0.250.25*333.9483.48i D cm = 3推力轴承高度3h ，励磁机高度4h 和永磁机高度6h 93h =1000mm, 4h =15001800,取1600mm ，其中机架高500700，在这里取600mm, 5h =600mm, 6h =500mm4下机架高度7h悬式非承载机架 7h =0.120.12333.9440.07i D cm = 5定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离8h 悬式非承载机架 8h =0.120.15333.9450.09i D cm = 6下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离9h按已生产的发电机统计资料，一般为7001500mm,取9h =800mm 7转子磁轨轴向高度10h有风扇时，10(7001000956.58001756.5t h I mm mm =+=+= 8发电机主轴高度11h11(0.70.9 h H =， H 发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度 H=1h +2h +3h +4h +5h +6h +8h +9h =183.03+83.48+100+160+60+50+50.09+80=766.6cm 110.80.8766.6613.28h H cm =9定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离12h12h =0.461h +10h =0.46183.03+175.65=259.84cm四、水轮发电机重量估算1. 发电机总重量f G （t ）f G =22331133338113.35250f e S K t n = 2.111K 系数，对悬式发电机取810，在此处取8 2. 发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2估算113.3556.67522f G G t = 3. 发电机飞轮力矩23.53.5225.23.33940.9565333.47i t CD K D I tm = 2.12 2K 经验系数，可按9选取 , 当100375e n 时，25.2K =i D 定子铁芯长度（m ） t I 定子铁芯长度（m ）第三节 蜗壳断面形式及尺寸计算本电站最大工作水头超过40m, 故采用金属蜗壳，有线变化结构简单，水力损失大：抛物线变化结构复杂，水利损失小。为了改善蜗壳的受力条件使水利损失最大，故采用抛物线变化规律的圆形断面，圆形金属蜗壳断面包角通常采用f=345一、蜗壳进口断面流量3max 27.4934526.34/360360c i Q Q f m s = 2.13 max Q 水轮机最大引用流量 1. 蜗壳进口平均流速2蜗壳进口断面平均流速 5.8/c V m s = 则蜗壳进口断面面积 226.344.545.8c c c Q F m V = 2.14 断面半径max 1.20m = 由水力机械可查得金属蜗壳座环尺寸，水头在70m 一下其座环外径3.4a D m =/23.4/21.7a a R D m =R=22a i D+=1.7+21.44=4.10m表2-3 蜗壳断面半径随角度的变化 第四节 尾水管形式及其主要尺寸确定根据本电站的总装机容量为大中型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准弯肘型尾水管。弯肘型尾水管。是由进口直锥段，肘管和出口扩散段三部分组成，其大致形状如图所示，使用推荐的尾水管尺寸2表2-4 本电站尾水管尺寸参数 表2-5 本电站尾水管尺寸参数 尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在 肘管中转弯受到离心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。一般推荐使用合理半径R=（0.61.0）4D ，外壁6R 用上限，内壁7R 用下限，为了减少水流在 转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口做成收缩断面，并使断面的高度缩小，宽度增大，高宽比约为0.25，肘管进出口面积比约为1.3左右。所以，外壁半径6R =1.02.7=2.7m, 内壁半径7R =0.62.7=1.62m 图3-1混流式水轮机尾水管第五节 主厂房主要尺寸的确定主厂房主要尺寸的确定，即主厂房的总长，总高和宽度的确定。主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心间距），端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。一、机组段长度的确定装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳，尾水管，发电机等设备在X 轴方向的尺寸确定，同时还考虑机组附属设备即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。1. 机组段长度1L 可按下式计算1x x L L L +-=+ 式中 x L +-机组段+X方向的最大长度 2.15x L -机组段-X 方向的最大长度x L +和x L -可按水力机械中的公式按尾水管，蜗壳层和发电机层分别计算，取其中的最大值。（1） 蜗壳层： x L +=11R +=4.58+1.2=5.78m 2.16 x L -=213.361.24.56R m +=+=1蜗壳外部混凝土厚度，一般为1.21.5 ，这里取1.2（2） 尾水管层：x L +=525.441.23.9222B +=+= 2.17 x L - =525.441.23.9222B +=+= 2尾水管边墩混凝土厚度，一般为1.21.5 ，这里取1.25B 尾水管宽度1R -蜗壳+X方向最大平面尺寸 2R -蜗壳-X 方向最大平面尺寸（3） 发电机层： x L +=336.5361.80.44.5682222b +=+= 2.18 x L -=336.5361.80.44.5682222b +=+=3-发电机风罩内径b 两台机组间风罩外壁的净距，一般为1.52.0m，这里取1.8m 3发电机风罩壁厚 一般为0.30.4m，这里取0.4m 所以 发电机机组段长度 1max max 5.784.56810.348x x L L L m +-=+=+= 取11m. 2. 边机组段的附加长度L （一般大型水电站厂房） L =(10.21.00.821.6D m = 3. 安装间长度2L2L =(111.02.01.51.51116.5L L m =，对一般电站平均取1.5.4. 主厂房长度L: 1221116.51.640.1L nL L L m =+=+= 取40m. n-为机组台数二、厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度B 可分为上游侧宽度2B 和下游侧宽度1B 两部分1B 下游侧厂房宽度，亦即尾水管的长度取1B =(13.54.54.028.0D m = 2B 上右侧厂房宽度 2B =13.527.0D m =系数。当16.010.0D m =时，=1.86.0,这里取=3.5所以厂房的宽度B=1B +2B =8.0+7.0=15.0m三、厂房各层高层的确定1. 水轮机安装高层的确定对于立轴轮流式水轮机 02w s b H =+w 设计尾水位 可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得为551.57m0b 导叶高度 0b =0.251D =0.252.0=0.5m s H 水轮机吸出高度（1.38m ）02w s b H =+=551.57+1.38+0.52=553.2m在厂房设计中机组的安装高层是一个控制性的标高。(因为把其计算出来后其他高程在此基础上都能计算出来了2. 尾水管底板的高层1012b h =- 式中水轮机安装高层 2.19 0b 导叶高度H 底环顶面至尾水管底板的距离即尾水管的高（5.2m ）012b h =-=553.2-0.55.2547.752m -= 3. 水轮机层地面高层4423r h =+ 式中 2r 蜗壳进口段半径（1.44m ） 2.203h 蜗壳上部混凝土厚度，对金属蜗壳可取1.0m423r h =+=553.2+1.44+1.0=555.64m4. 发电机层地面高层5（即发电机楼板高程）5445h h =+ 式中 4h 水轮机机坑进人门高度取2.0m 2.215h 机坑进人门上部应留的尺寸取6.0m5445h h =+=555.64+2.0+6.0=563.64m5. 吊车轨道顶的高层665678910h h h h h =+ 式中 2.22 6h 吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度取0.8m7h 吊运部件与固定物之间的垂直安全高度，不小于0.3m 取0.6m8h 起吊设备的高度（发电机主轴高度取6.2m ）9h 吊柱钩与吊运部件之间的距离一般为0.81.0m,取0.9m10h 吊车主钩至轨顶的最小距离取1.2m65678910h h h h h =+=563.64+0.8+0.6+6.2+0.9+1.2=573.36. 厂房顶梁底高层7761112h h =+ 式中 2.23 11h 吊车总高度即从小跑车顶到吊车轨道顶的高度取3.8m12h 小跑车顶到顶梁底的净空，一般为0.20.5m,取0.4m761112h h =+=573.34+3.8+0.4=577.54m7. 主厂房的高度主厂房的高度由上部结构高度s H 和下部结构高度x H 两部分组成。s H =6789101112h h h h h h h +=0.8+0.6+6.2+0.9+1.2+3.8+0.4=13.9m x H =2110.162.84.0D D +=0.16222.82+4.0=10.24m（外加发电机安装高程、厂房基础开挖高程）第三章 主厂房构架计算第一节 立柱的截面形式选择水电站厂房中现浇的构架立柱大多采用矩形截面，当吊车起重能力在10吨以上时，下柱截面高度h 不小于2H /122H /14,截面宽度不小于2H /25,（在此2H 为下柱高度），一般要求b 40厘米。柱子的高度h=厂房顶梁底高程-发电机层地面高程=577.54-563.64=13.9m水电站厂房吊车梁的截面较大，梁的高跨比0h /L一般取1147，在该电站厂房中取15，0h /L=15，L 为立柱的跨度为7.5m ，所以0h =15L=1.5m.下柱的高度2H =（吊车轨道顶高程-发电机层地面高程）-0h =573.34-563.64-1.5=8.2m，上柱的高度=13.9-8.2=5.7，因此，下柱截面高度h=28.20.6831212H =, 截面宽度b=28.20.3252525H =，下柱截面尺寸取 500m 700m , 上柱截面尺寸取500500。 第二节 厂房屋面板荷载计算及型号选择该电站厂房（级安全级别）采用1.56.0m m 的大型屋面板，抗震设计烈度为6度，无悬挂荷载。屋面荷载标准值计算如下：防水层 0.35KN/2m20mm 厚水泥砂浆找平层 0.40 KN/2m150mm 厚加气混凝土 0.90 KN/2m预应力混凝土屋面板及灌浆缝 1.50 KN/2m屋面支撑及吊管自重 0.15 KN/2m所以永久荷载标准值总计 0.30 KN/2m风荷载 0.35 KN/2m雪荷载 0.25 KN/2m屋面活荷载 0.5 KN/2m因为屋面活荷载与雪荷载部同时存在，屋面活荷载较大，故取屋面活荷载组合 可变荷载标准值q=1.353.30+1.40.50.7=4.945 KN/2m无钢天窗架选用代号为a檐口形状为两端外天沟代号为B根据实际屋面荷载设计值，在表4中15m 跨屋面荷载设计值为q=5.0 KN/2m 一栏选取屋架荷载能力等级为3级因此无天窗的屋架型号为WJ153Ba; 并参照本图集页19、20. 根据有关规范标准，按抗震设防烈度为6度，布置屋架上，下弦支撑。屋架技术经济指标，选用屋架自重5.48t.第三节 吊车梁的结构设计一、吊车梁的截面设计T形截面刚度较大，抗扭性能较好，便于固定轨道：检查走道较宽，适用于大中型吊车梁，所以该吊车梁选T 形截面。梁的高跨比h/l一般取1147，梁的高宽比对T 形截面梁高与肋宽的比例可达6-7，上翼缘宽度 1b 还应满足固定轨道要求，一般取1132梁高，上翼缘的高度 1h 一般取1158梁高。由于梁的跨度为7.5m, 11, 7.51.0777h h m l =，所以梁高取1.0m 取b=300m, 1b =10.333h m =，取0.4m 图3-1 吊车梁的截面尺寸二、吊车梁的荷载计算因为G=56.675t，13.5m 跨度16.5m表3-1 起重机尺寸 由表可知小车重量为23.5t ，起重机总重为59.2t ，本电站吊运最重部件为发电机转子为56.675t, 大车轮距为6.25m ，吊车梁最大跨度为7.5m, 吊车跨度13.5m ，主钩到吊车梁轨道最小距离为1.186m.对预应力钢筋混凝土吊车梁，混凝土标号用40C , 钢筋用，混凝土容重为25KN/3mm , 吊车梁的荷载包括均布荷载、自重和钢轨及附件重，以及移动的集中荷载、吊车荷载。1. 自重111221( 25(0.40.150.850.3 257.88/1.00.150.851.057.888.27/1.8/8.271.810.07/G K q b h h b KN mh h h mg g KN mKN mq KN m=+=+=-=-=+=其设计值为：钢轨及附件重由制造厂家提供材料，初估是可取所以由上可知均布荷载2. 吊车梁集中荷载计算本吊车为一台桥式吊车, 可根据公式 1max 12311( 2L L P G G G m L -=+ 3.1 3156.67535.7 13.5m t G t L mL -1一台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数目（为4）G -最大起吊重量（转子-台吊车自重（吊车自重为主钩到吊车梁轨道最小距离（1.186m1.1-其中：为系数max 113.51.18611.1(56.67523.5 35.725.0225.0210250.2413.52P t KN -=+=其设计值为 max 1.2250.2300.24Q Q P KN =Q -可变荷载分项系数，取1.23. 横向水平制动( T KN 计算 1256.67523.51.01.0101020204101.212T G G T t KN m Q KN +=其设计值为 3.2 4. 纵向水平制动力0T 的计算吊车制动时，产生纵向水平力，方向与吊车梁一致作用在轨顶。0max 00.10.1250.24100.081.2100.08120.01Q T P KNT KN =0其设计值为：Q三、吊车梁内力计算1. 吊车梁自重弯矩值计算 弯矩计算可根据公式2101M 8r f q = 其中0r 结构重要性系数（,1.0）3.3 f 设计状况系数（吊车梁为持久状况，1.0）q吊车梁均布荷载（10.07KN/M） l吊车梁的跨长（7.5m ）将以上各值代入2101M 8r f q =中得2111.01.010.077.570.88M KN m =2. 吊车梁集中荷载（最大轮压）弯矩值计算 图3-2 吊车梁荷载简图设发生绝对最大弯矩时有2个荷载在梁上，其合力为2300.24600.48R F KN =R F 至临界荷载的距离a 由合力矩定理求得0.840.422P P a = 使P 与R F 对称于梁的中点，此时梁上荷载与求合力时相符。 由22max600.487.50.42M 01003.33. 227.522R k F l a M KN M l =-=-= 3.3 所以吊车梁承受总弯矩设计值为1max M 70.81003.331047.13. M M KN M =+=+= 3. 吊车梁剪力设计值计算根据公式(010.862ql V r P =+ 3.4q 吊车梁均布荷载设计值（10.07KN/M）0r 结构重要性系数取1.0设计状况系数（吊车梁为持久状况取1.0） l 吊车梁跨度（7.5m ）P 轮压设计值(300.24KN将以上各值代入(010.862ql V r P =+中得9.67.51.01.01.86300.24594.452V KN =+= 四、吊车梁承受扭矩和抗扭钢筋计算 图3-3 吊车梁截面承受荷栽图由于横向水平力0T 作用在轨顶，对截面重心由扭矩作用，同时考虑垂直轮压也可能会有2cm 的偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为(1010.9T Pe T e =+ 3.5 P 垂直方向轮压设计值（300.24KN ）0T 横向水平制动力（12KN ） 1e 力P 的偏心矩 取2CM2e 力0T 的偏心矩即轨道到T 型截面重心的距离0.9考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生时的荷载组合系数a h 钢轨顶至吊车梁顶距离8a y 截面弯曲中心至梁顶距离( 33 1133 3 31111.01.00.150.30.150.35220.150.41.00.150.3a h h h b h y h b h h b -=+=+=+-+- 3.6所以20.350.130.48a a e h y =+=+=将上述各值代入公式(1010.9T Pe T e =+=0.9（300.240.02+120.48）=10.59KN.M五、吊车梁配筋计算 0150, 300, 1000, 60, 25, 100060940f h mm b mm h mm a a mm c mm h h a mm =-=-=承受弯矩设计值M=1074.13KN.M，剪力设计值V=338KN，扭矩设计值T=10.59KN.M,采用C30级混凝土，纵筋为级钢筋，箍筋用级钢筋。 1. 验算截面尺寸将T 形截面划分成二块矩形截面，按式( 22 3W 62f tw tw f h b W h b b b =-=-及式计算截面受扭塑性抵抗矩：腹板 (22733003310003004.051066tw b W h b mm =-=-= 3.7翼缘 ( 22 631504003001.1251022f tffh W b b mm =-=-= 3.8 整个截面受扭塑性抵抗矩为( 66340.51.1251041.62510t tw tf W W W mm =+=+=(36260594.451010.5910111.45/0.250.2515.03.125/30094041.625101.2c t d V T N mm f N mm bh W r +=+= 应按计算确定抗剪扭钢筋。3. 抗弯纵筋计算 （1）判别T 形截面类型 01115015.0400150940648.75. 1074.13. 21.22fc f f d h f b h h KN M M KN M r -=-= 属于第二类T 形截面。 3.10（2）求抗弯纵筋6 2201.21074.13100.24315.0400940d s c f r M f b h = 3.11 110.2830.518b =-= 3.13满足要求。 4. 腹板抗剪扭钢筋计算（1）T 形截面的扭矩分配，由式：腹板：翼缘：77 6 64. 051010. 5910. 3.4. 1625101. 1251010. 590. 286.41. 62510tw w t tf f tW T T KN M W W T T KN M W = 3.14（2）腹板的配筋按弯剪扭构件计算由式(0110.0350.03515.0300.940123.3753381.2c d f bh KN V KN r = 不能忽略V 的影响。 3.15 由式(6110.1750.1751.541.625109.10. 10.59. 1.2t t d f W KN M KN M r = 不能忽略T 的影响，腹板应按弯、剪、扭构件计算。 3.16 对集中荷载作用下的矩形截面，剪扭构件（包括作用由多种荷载，且其中集中荷对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况）应考虑剪跨比的影响。(36601.51.50.350.53381041.6251010.171.510.172.551.510.59103009000.5t tt VW Tbh = 3.20满足箍筋要求，所以选配双支箍8100。 6. 腹板纵筋计算（1）腹板抗扭纵筋，由式1211.20.256210(250950 2430360st yv coryv cor st st v v A f u f u A A mm f ss f +=min 4300.14%0.15%300100st st st A bh =，部 满足要求，按最小配筋率配筋。 2min 0.00153001000450st st A bh mm = 3.21 按构造要求，抗扭纵筋的间距不应大于300mm 或梁的宽度7故沿梁高分三层布置纵筋：上层：22450150A 226 33st A mm mm =s 选212 （ 中层：2245015012A 452 33st s A mm mm = 选4（ 底层：24504433.674583.6733st s A A mm +=+=选2828(4926, s A mm =单根钢筋公称质量4.830Kg/M。 （2）翼缘抗扭钢筋计算受压翼缘一般按纯扭计算（不计V 的影响） 箍筋 ： 66 10.350.0040st r T f W A -=-= 满足要求。 纵筋： 1 221.250.32102(100350633.7836050612(679st yv corstv s A f u A mm f sA mm +=选 图3-4 吊车梁截面配筋图7. 吊车梁斜截面强度验算5( 0060, 100060940, h 9401507907902.64.0300110.250.2515.0300940881.25338N 1.2w f w c d a mm h a mm h h mm h b f bh KN V K r =-=-=-=-=0则h 则，则满足要求 8. 裂缝宽度验算查钢筋混凝土设计规范钢筋混凝土吊车梁尚应验算裂缝开展宽度短期组合最大裂缝宽度不大于0.4mm.T 形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件最大裂缝宽度max W 可分别按下列公式计算。max 12330.10ss s te d W c E =+ 式中 3.22 1考虑构件受力特征的系数，对受弯和偏心受压构件，取1=1.02考虑钢筋表面形状的系数，对光面钢筋，取2=1.43考虑荷载长期作用影响的系数，对荷载效应的短期组合，取3=1.5C 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（25mm ） d 钢筋直径（28mm ）te 纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（c=25mm）te A 有效受拉混凝土截面面积，2te sb A a =4242528301497, 300, 2973005.28104583.670.0795.8210s te te a mm b mm A mm =+=所以522.010/ss s E N mm-=按荷载效应的短期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力201003.33267.66/0.870.879404583.67S ss s M N mm h H =受拉构件：max 1235267.6628(30.101.01.41.5(3250.10 0.310.4,2.0100.079ssstedW c mm mm E =+=+=裂缝开展宽度满足要求9. 挠度验算吊车梁尚应验算挠度是否在允许范围之内，以保证吊车的正常行驶，吊车梁的最大许可挠度为600l单跨简支吊车梁在均布荷载作用下中点挠度45384d ql f Bd=Bd 构件的刚度，对出现裂缝时Bd =0.65h E Ih E 混凝土弹性模量为423.2510/N mm I 截面对x 轴惯性矩，经计算：332277243730.40.150.150.30.850.85(0.40.15 (0.35 (0.850.3 (0.65 0.03291241221220.653.25100.03291240.06952710510.077.50.5967103840.06952710114848d d I Bd KN mm f m Pl f Bd -=+-+-= 跨中承受集中荷载时3373max 250.27.53.1628100.069527107.5102( 2(0.59673.1628 7.5212.5600d d m f f f mm mm-=+=+=所以挠度满足要求。第四节 立柱牛腿的设计一、牛腿截面尺寸拟定(111500, 800, , 400345, tan 800400400b mm h mm h h mmc h h mm=-=-=1且不应小于200mm, 取h010tan 40040400760100201200.3, 0.3760228s h h c mm a mm h a mm=-+=-+=+=取 图3-5 牛腿截面尺寸vs F 由荷载标准值按荷载效应短期组合计算作用于牛腿顶部的竖向力值 v F 作用在牛腿顶部的竖向力设计值h F 作用在牛腿顶部的水平拉力设计值一轮压位于支座处时，支座产生最大剪力(Q 10.776300.2410.073.