主厂房结构的优化设计方案

（1）尾水管结构设计

尾水管肘管采用钢衬，尾水管扩散段分为两孔流道，每孔宽度为4.104 m，中墩厚度为2.0 m，左边墩厚度为3.9 m，右边墩厚度为2.4 m，底板厚度为2.5 m。混凝土强度等级为C20。

①计算假定

尾水管结构计算采用结构力学法，在顺水方向截取单位长度按平面框架进行计算，基底反力通过机组段的整体计算求得。

由于尾水管各杆件厚度均较大，计算时考虑节点刚性和剪切变形的影响，作用于尾水管上的荷载在垂直水流方向上按均匀分布考虑。鉴于尾水管基本长期处于水下运行，计算时不考虑温度应力作用。由于尾水管顶板厚度（h）与跨度（l）之比h/l＞0.4，顶板内力按深梁进行应力计算和配筋，边墩和中墩深梁的简支支座。

②配筋

尾水管扩散段底板面层垂直水流向钢筋为φ25 mm@200 mm，顺水流向钢筋为φ18 mm@200 mm，底层垂直水流向钢筋为φ28 mm@200 mm，顺水流向钢筋为φ18 mm@200 mm；顶板上层垂直水流向钢筋为φ25 mm@200 mm，顺水流向钢筋为φ18 mm@200 mm。由于尾水肘管采用金属肘管，其周围为二期混凝土，为提高混凝土结构的整体刚度和抗振性能，在肘管钢衬外侧配钢筋网，并在一、二期混凝土之间设插筋。

（2）蜗壳结构设计

①蜗壳设计

电站蜗壳采用金属蜗壳，机组运行时内水压力全部由金属蜗壳承担。为使金属蜗壳与其外围混凝土分开，受力互不传递，在金属蜗壳上半部表面设置5 cm厚的软木板（PU板）弹性垫层。为减小座环处应力集中，改善蜗壳外围混凝土薄弱区受力条件，对距座环边缘周边约80 cm范围不设弹性垫层。

考虑蜗壳体型、钢筋较密、混凝土自重和干缩等因素，蜗壳下半部靠基础环、座环一侧混凝土难以浇筑密实，在该部位布设回填灌浆系统，以期通过灌浆达到蜗壳混凝土结合密实，保证蜗壳在水流冲击振动时结构的稳定性。

②计算假定及配筋

蜗壳为一空间受力结构，宽结构内力按平面Γ形框架进行计算。由于蜗壳顶板与侧墙厚度较大，考虑节点刚性和剪切变形影响。计算时沿中心线截取单宽，Γ形框架横梁假定与座环铰支，立柱假定与蜗壳一期混凝土固结。计算荷载主要考虑结构自重、机墩及风罩传来荷载、水轮机活荷载等。

实际配筋为环向φ32 mm@200 mm钢筋一层，纵向分布筋为φ25 mm@200 mm。在一、二期混凝土之间设插筋。

（3）机墩结构设计

机墩与风罩均采用圆筒式结构。机墩里衬内径为4.5 m，外径为9.5 m。

①机墩承受的荷载

A.垂直静荷载：结构自重、发电机定子重、机架及附属设备重等。

B.垂直动荷载：发电机转子连轴重、励磁机转子重、水轮机转轮连轴重及轴向水推力。

C.水平动荷载：由机组转动部分质量中心和机组中心偏心距e引起的水平离心力Pm。

正常运行时：Pm=0.0011eGrn2（kN）

飞逸时：Pm=0.0011eGrnp2（kN）

D.正常扭矩标准值(www.xing528.com)

E.短路扭矩标准值

②机墩动力计算

机组动力计算包括共振、振幅和动力系数。

机组额定转速为n1=250 r/min，经计算水力冲击引起的振动频率为n2=65000 r/min，机墩垂直自振频率n01=3110 r/min，机墩水平横向自振频率n02=31300 r/min，水平扭转自振频率n03=2830 r/min。机墩自振频率与强迫振动频率之差和自振频率之比值分别为91.9%、98.4%和95.6%，均大于20%，因此机墩不会产生共振现象。

机墩设计时，动力系数取1.5，根据自振频率及机组强迫振动频率，动力系数分别为1.0065、1.00025和-0.0019，均小于1.5，因此动力系数的取值是安全的。

经计算，机墩强迫振动的垂直振幅为0.013 mm，水平衡向与扭转振幅之和为0.00075 mm，均满足规范要求。

③机墩静力计算

静力计算包括整体强度计算、主拉应力计算、孔口应力计算和设备基础局部压应力计算。根据计算结果，除孔口部位需加强配筋，其余均按构造配筋即可，机墩内外侧竖向钢筋为φ32 mm@200 mm，环向钢筋为φ25 mm@200 mm。

（4）风罩结构设计

风罩底部布置于机墩顶部，其顶部与发电机层楼板整体连接。风罩内径为10 m，壁厚为50 cm。

风罩按薄壁圆筒结构计算，风罩与机墩假定按固端连接，其顶部与发电机层楼板按无侧移铰支连接。风罩承受的荷载主要为：结构自重；发电机层楼板荷载；温度作用；发电机上机架千斤顶推力等。

根据计算结果，温度应力对风罩内力计算起控制作用。按最不利工况进行受力钢筋计算，其中风罩环向受力钢筋按纯弯构件计算，配置φ25 mm@200 mm，竖向受力钢筋按偏心受压构件计算，配置φ32 mm@200 mm。

（5）主厂房各层板梁柱结构设计

主机间、安装间各层楼板采用钢筋混凝土梁板结构，楼板厚度为25～45 cm，上部荷载通过板、梁、柱及墙体传递至下部大体积混凝土。上、下游墙体均采用框架剪力墙结构，上游墙厚为2.0 m，下游墙厚为3.9 m（兼做挡水墙用）。混凝土强度等级为C25。

①主机间、安装间墙体均按构造配筋，考虑结构水平向挠度要求，支承墙体内外侧竖直方向配筋均为φ28 mm@200 mm，水平筋为φ20 mm@200 mm，拉筋φ12 mm@600 mm×600 mm。

②各楼层板、梁、柱均按常规方法进行计算，各楼层均布活荷载取值：安装间层140 kN/m2；发电机层45 kN/m2；水轮机层25 kN/m2。

（6）上部结构

主厂房上部结构横向采用排架结构，纵向采用框架结构，厂房端部设抗风柱。柱截面尺寸为1200 mm×2000 mm，安装间柱网间距为10.5 m，主机间柱网间距为8.8 m、7.65 m。吊车梁采用钢吊车梁，屋面采用轻型网架结构，配夹芯保温彩钢屋面板。结构混凝土强度等级为C25。

框架结构、排架结构、连续梁等结构的计算采用中国建筑科学研究院开发的“PKPM”通用软件。

依据计算结果，框、排架柱纵向钢筋采用对称配置，截面总配筋率为0.9%，大于0.7%，一侧配筋率为0.3%，大于0.2%，满足规范的要求。

框、排架柱箍筋的配置除满足计算要求外，尚按抗震规范的要求，配置箍筋加密区的长度，按箍筋最大肢距要求设置复合箍筋，且加密区体积配箍率大于0.6%。纵向框架梁上、下纵筋的配置，考虑了构件正常使用时的耐久性要求，裂缝与挠度均符合规范要求，梁中配置四肢箍筋，满足箍筋最大肢距要求，满足抗震规范的要求。