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1、摘 要本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房结构设计工作。本设计水电站厂房总厂66m，跨度18m，设计柱距6m，屋架采用平坡梯形钢屋架，吊车梁和排架结构均为钢筋混凝土结构。结构设计是保证安全的重中之重，其原则是确保厂房的安全、适用、耐久，同时使设计经济合理。根据已知其他资料进行结构设计，主要内容有：确定水电厂房典型横剖面图，进行厂房结构平面布置，吊车梁设计与配筋，平坡梯形钢屋架设计，排架结构设计与柱子配筋，并绘制相应施工图。 吊车梁系直接承受吊车荷载的承重结构，是厂房上部的重要结构之一，本设计吊车梁为简支结构，截面采用T型。钢屋架设计中，假定所有杆件位于同一平面内，杆件重心线汇交于节点中心
2、，且各节点均为理想铰，不考虑次应力的影响，应用内力系数法计算屋架杆件的轴心力。排架结构简化为平面结构进行计算，即假定排架柱上端与屋架铰接，下端与基础顶面固结，屋架两端处柱的水平位移相等，不考虑排架的空间作用。 关键词：厂房结构平面布置、梯形钢屋架、吊车梁设计、排架柱结构设计 Abstract This graduation design for building structure design of water conservancy and Hydropower Engineering in hydropower station. The design of hydropower stat
3、ion plant 66m, span 18m, the design of space 6m, the slope of trapezoid steel roof truss, crane beam and frame structure for the reinforced concrete structure. Structural design is the priority among priorities to ensure the safety, the principle is to guarantee the safety, applicability, durability
4、, and make the design reasonable economy. The structure design according to the known data, the main contents are: the typical cross section of hydropower plant, layout of workshop structure, crane beam design and reinforcement, slope of trapezoid steel roof design, layout design and structural fram
5、e pillar reinforcement, and the corresponding construction drawing. Bearing structure of crane beam is directly under the crane load, is an important structure of the workshop, the design of crane beam is simply supported structure, cross section by T. Steel truss design, assuming that all the membe
6、rs in the same plane, member center lines converge on the centre of the node, and each node is the ideal hinge, without considering the effects of secondary stress calculation of axial force, the application frame internal force coefficient method. Bent frame structure is simplified as a plane struc
7、ture is calculated, which assumes that the bent frame column is hinged at the lower end and roof, and the top surface of the horizontal displacement of foundation consolidation, equal at both ends of the truss column, not considering the spatial effect of shelving. Keywords：building structure layout
8、, trapezoid steel roof truss, crane beam design, frame structure design 目录绪 论1第一章 TH水电站工程原始资料2一 工程概况2二 自然条件2三 厂房尺寸及构造2四 主要水力机械及设备3第二章 厂房平面布置4一 横向定位轴线4二 纵向定位轴线4三 柱网布置4第三章 吊车梁的结构设计4一 吊车梁的截面设计4二 吊车梁荷载计算5（一）吊车梁自重计算5（二）集中荷载计算6（三）横向水平制动力计算6三 吊车梁内力计算7（一）吊车梁弯矩计算7（二）吊车梁剪力设计值计算8（三）吊车梁承受扭矩计算8四 吊车梁配筋计算9（一）抗弯纵筋计
9、算9（二）抗剪腹筋计算11（三）抗扭钢筋计算12第四章 屋盖设计15一 结构形式与选型15二 荷载计算15三 内力计算16四 杆件设计17五 节点设计19（一）下弦节点19（二）上弦节点20（三）屋脊节点22（四） 支座节点23六 梯形钢屋架支撑布24第五章 排架结构设计25一 排架柱高度和截面尺寸选定25（一）排架柱高度25（二）截面尺寸选定25二 排架结构的计算简图和参数25（一）计算简图25（二）计算参数26三 排架的荷载计算26（一）恒载26（二）活荷载27四 排架内力分析29（一）恒载作用下的排架内力计算29（二） 屋面活载作用下的排架内力计算31（三）起重机竖向荷载作用下的排架内力
10、计算32（四）起重机横向水平荷载作用下的排架内力计算33（五）风荷载作用下的排架内力计算34五 内力组合36六 排架柱截面配筋设计38（一）上柱截面配筋设计38（二） 下柱截面配筋设计39七 柱在排架平面外的承载力验算43（一）上柱43（二）下柱43八 柱吊装验算43（一）内力计算43 （二）承载力计算44（三）裂缝宽度验算45第六章 牛腿设计46一 截面尺寸验算46二 纵向钢筋47三 水平箍筋47四 弯筋47五 排架柱模板图48结 论49致 谢50参考文献51外文资料52附 图63 绪 论水电站厂房是水工建筑物、机械及电气设备的综合体，是水能转化为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的
11、场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺的引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房设计的发展随着生产力的发展而不断发展,且随着人们生活水平的提高有新的发展趋向,近年向以人为本的方向发展，厂房设计的方法随着计算机的发展有很大的发展和改善。结构设计是本次设计的核心内容，其设计的原则是确保厂房的安全、适用、耐久，同时使设计经济合理。结构设计的主要内容有柱网布置、吊车梁设计、屋架设计、内力计算、内力组合、排架柱结构设计等。 毕业设计是我们在校期间的最后一门必修课，也是一次全面性总结
12、性的实践环节，对我们走向工作岗位起着承上启下的作用。它是在老师指导下，综合运用四年来所学知识和科学研究的基本内容和基本工作程序，培养分析问题和解决问题的能力。这次设计是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”，它可以巩固、联系、充实、加深、扩大我们所学的基础知识和专业知识，提高运用所学知识，解决实际问题的能力，使我们初步掌握专业设计的流程和方法，熟练运用计算机等工具，以提高其工作效率。重要的是让我们养成了严肃认真，刻苦钻研、实事求是的工作作风和良好的工作、学习习惯。通过同学们在一起的交流与协作,培养大家的协同合作的工作作风。 毕业设计对于我们来说，是一个独立设计、创作的过程，其中的每一步和每一个环
13、节都是对我们的考验和锻炼，它将成为我们今后的学习和工作做铺垫，提高我们多方面的能力。水电站结构设计是水利水电工程建设设计工作的重要组成部分，设计保证质量，质量保证安全。我们就是要针对设计中所遇到的具体问题，运用所学知识，参考相应的书籍、规范以及一些实际工程资料，找到其解决方法。在对设计图的处理上，运用了AutoCAD的基本知识，使得绘图更加方便，快捷，从而避免了手工绘图得种种不便，提高了工作效率。同时，也运用了Word知识，使得我们对计算机知识更加巩固。 限于本人水平，也限于时间，涉及中难免存在疏漏和不妥之处，敬请老师和同学们批评指正。 第一章 TH水电站工程原始资料一 工程概况 TH水电站位
14、于伊犁哈萨克自治州伊宁县境内,伊犁哈什河玛札尔峡谷出口处,西距伊宁市51,是哈什河流域规划中17个梯级电站中最末一级电站,附近有公路通往新源、尼勒克、伊宁市,交通较为方便。坝址以上控制流域面积8650,域内雨量较多,草木茂盛,是天山西部林木主要产区之一。 该电站拟装机容量为50左右,年发电量近期为，远景为，保证出力13.3，工作出力42.3。电站拟设4回路110出线,两回送往伊宁市中心变电所,两回和上游梯级电站联络,近期担任系统调峰。TH电站上游兴利库容达1400万，具有日调节能力；而TH电站属中低坝，无调节库容，故TH电站可不考虑下游防洪任务，也无航运要求，坝址以下河流两边有少量农田，需考虑
15、一定的灌溉要求，故TH电站是一个以发电为主，兼有灌溉等综合效益，一般情况下不承担其它综合利用任务的电站。二 自然条件 基本风压为0.5，基本雪压为0.3 ，屋面积灰荷载为0.5，属B类粗糙地区，该工程区地震基本烈度小于，不考虑地震荷载。厂房山坡破积无碎石厚度约5m。一级阶地上为粉沙厚3m其下砂砾石层厚34m，以下为基岩，厂房基础全部在凝灰质砂砾岩上，基础岩石较好，后山破无不利地质现象。厂房在基抗开挖时，应注意河水通过第四系砂砾层参入。 工程等级属三级。主体建筑物均按三级建筑物设计。三 厂房尺寸及构造主厂房总长66m，宽18m，厂房的主要高程为： 开挖高程： 809.38m 发电机层底板高程：8
16、24.96m 尾水管底板高程： 810.88m 吊车梁轨顶高程： 835.52m 水轮机安装高程： 817.18m 屋面梁高程： 839.56m 水轮机层地面高程：820.12m 屋顶高程： 842.42m 厂房结构下部采用整体式框架结构，厂房下部基础墙为厚1m的混凝土墙，上部采用800400mm钢筋混凝土柱做为受力结构，柱子之间用联系梁连接。屋架采用平坡梯形钢屋架。四 主要水力机械及设备主要的水力机械有水轮机、发电机，主要的设备有吊车，主要参数见下表 表1.1 水轮机主要参数型号台数装机容量转轮直径HL240-LJ-2254台50MW225cm最大工作水头额定水头最小工作水头额定转速42.7
17、m37.6m35.2m187.5 表1.2 发电机主要参数表型号功率因素额定功率额定电压U（V）SF12-32/5500.8800010500重量t最大运输部件转速（r/min）定子机座高度(mm)转子定子总重长宽高额定飞逸90.447.12006.53.82.7187.54301840 本电站最重吊运部件的重量为发电机转子90.4吨，且机组台数不超过4台，故可选用一台单小车桥式起重机。 表1.3 吊车主要参数表 跨度(m)起重量(t)起升高度(t)最大轮压(t) 重量(t)主钩副钩主钩副钩小车重起重机总重1610020202233.237.278.5小车轨距(mm)小车轮距(mm)大车轮距(
18、mm)起重机最大 宽度(mm)吊钩至轨道中心最小距离(mm)主钩副钩44002840483086781840846大梁底到轨道面距离(mm)车轮中心到缓冲器外端距离(mm)轨面到缓冲器距离(mm)轨面到起重机顶距离(mm)轨道中心到起重机外端距离(mm)轨上1099012003537350 第二章 厂房平面布置 本水电站设计厂房总厂66m，跨度18m，设计柱距6m。一 横向定位轴线 根据混凝土结构设计规范（GB 500102010) 规定，装配式钢筋混凝土排架结构伸缩缝最大间距100m，本水电站设计厂房纵向长度66m，可不设伸缩缝。柱的中心线应与横向定位轴线相重合。二 纵向定位轴线 当柱距为6
19、m，起重机起重量Q200kN的厂房，可取封闭结构，即边柱中心线和墙中心线与纵向定位轴线相重合。三 柱网布置 柱网布置如图2.1 图2.1 柱网布置图 第三章 吊车梁的结构设计吊车梁按（SL1912008）计算，混凝土采用C25，纵筋采用HRB335钢筋，箍筋采用HPB235钢筋。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，梁的高宽比对T形截面梁高与肋宽的比例可达6-7，上翼缘宽度还应满足固定轨道要求，一般取梁高，上翼缘的高度一般取梁高。由于梁的跨度为6m, ，所以梁高取900mm；取 b
20、=400mm，取；，取。吊车梁截面尺寸如图3.1。 图3.1 吊车梁截面尺寸二 吊车梁荷载计算 由吊车参数可知小车重量为24.5吨，起重机总重量为61.1吨，本电站吊运最重部件为发电机转子90.4吨，大车轮距为4.83m,吊车梁最大跨度为6m,吊车跨度为16m，主钩到吊车梁最小距离为1.84m。 （一）吊车梁自重计算 吊车梁自重计算包括吊车梁本身重量和沙浆抹平层重量，其中自重为： =混凝土容重为2.5t/m3。则： =（0.70.12+0.780.4）2.5=1t/m 其设计值为： 。 沙浆抹平层一般为3cm，容重为 其设计值 。 由上可知均布荷载： （二）集中荷载计算 吊车梁的集中荷载为吊车
21、的垂直轮压力，本吊车为一台桥式吊车可根据公式： 其中为系数1.1 台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数目（为4）。 最大起吊重量（转子90.4t）。 一台小车重量（24.5t）。 一台吊车自重（36.6t）。 吊车跨度（16m）。主钩到吊车梁轨道最小距离（1.84m）。将以上各个数据代入式： 中得： 其设计值为： （三）横向水平制动力计算 根据公式： 其标准值为： ，由此可以不考虑吊车梁平面内双向弯曲作用。三 吊车梁内力计算 （一）吊车梁弯矩计算 1 吊车梁自重弯距值计算 弯矩计算可根据公式： 其中结构重要性系数，（，1.0）（，1.0）（，0.9）（，0.9） 设计状况系数，对持久状况、短暂状况
22、、偶然状况分别1.0、0.95、0.85， 吊车梁为持久状况取1.0 吊车梁自重设计值10.5kN/m 抹平层重量设计值1.05kN/m将以上各值代入：中得： 2 吊车梁集中荷载（最大轮压）及弯矩值计算 其计算简图如图3.2所示：当轮压作用在B点时，集中力： P最大轮压33t akL=60004830=1170 mm=1.17 m b4.83m 图3.2 计算简图 代入数据得： 其设计值为： 则集中力弯矩值为： 吊车梁承受总弯矩设计值为： （二）吊车梁剪力设计值计算 根据公式： 吊车梁自重设计值10.5kN/m 抹平层重量设计值1.05kN/m 结构重要性系数，取1.0 设计状况系数，吊车梁为
23、持久状况取1.0 ， 将以上各值代入： 中得 （三）吊车梁承受扭矩计算 如图3.3所示： 图3.3 承受扭矩计算简图 由于横向水平力作用在轨顶，对截面重心有扭距作用，同时考虑到垂直轮压也 可能会有2cm的偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为： 式中 垂直方向轮压。 横向水平制动力。 ，取2 0.9考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生的荷载组合系数 。 上式的扭矩由翼板与梁肋共同承担，经计算可配抗扭钢筋。则： 四 吊车梁配筋计算 （一）抗弯纵筋计算 只考虑在垂直力作用下的强度计算，横向水平力较小，其截面按构造配筋。 1 确定翼板的计算宽度 吊车梁为独立T型梁，吊车梁在室内属一类环境查表可知：纵向受拉
24、钢筋合力点 至截面受拉边缘的距离a=60mm 上述值均大于翼缘实有宽度，所以按。 2 判断T型截面类型 在正弯矩作用下鉴别跨中T型截面中和轴位置，按式： 结构系数取1.2 混凝土强度等级，查水工钢筋混凝土结构学附录二，表1得混 凝土轴心抗压强度为11.9。 为第二类T形截面。 3 求抗弯纵筋 计算截面抵抗矩系数： 根据计算相对受压区计算高度： 热扎钢筋值查水工钢筋混凝土结构学P54表3-1可知热扎钢筋值为0.550。 将值代入式中： 钢筋强度设计值，查水工钢筋混凝土结构学附录二， 表3得级热扎钢筋强度设计值为300。 = 配筋率 T型截面梁纵向受力钢筋最小配筋率查水工钢筋混凝土结构学附录四，表
25、3得：。由于则钢筋截面面积符合，满足最小配筋率。 实配925 。 （二）抗剪腹筋计算1 截面尺寸验算： 则 截面尺寸满足抗剪要求。 2 抗剪腹筋计算： kN 由 kV=得 所以 选双肢箍筋，由于梁高较大（h=900mm），故箍筋不能太细，选用8（） ， 查表得梁中箍筋最大间距，当间距为300m，故取 3 最小配筋率复核：箍筋的最小配筋率为：。 不满足箍筋的最小配筋率要求，所以应按构造配筋。 ，故选双肢()。 （三）抗扭钢筋计算 1 截面尺寸复核计算： 将T型截面划分为两块矩形截面，计算截面受扭塑性抵抗矩： 腹板： 翼缘： 整个截面受扭塑性抵抗矩为： +=+= 验算截面尺寸： 满足抗扭纵筋上限，
26、截面尺寸满足要求。 2 判断是否需要配置抗扭钢筋： 不满足抗扭纵筋下限，故需按计算确定抗扭钢筋。 3 翼缘附加抗扭钢筋计算 受压翼缘一般为纯扭计算（不计V的影响）。 箍筋由下式计算： 取为1.2代入下列公式得： 选用8箍筋，则，为施工方便，取=90mm 故翼缘选配双肢。 4 腹板附加抗扭纵筋计算 计算纵筋： 选410（）。 因为 所以对于腹板不能忽略剪力的影响。 的计算： ，故取=1.0 由 得 故需按构造配筋，得 按构造要求，抗扭纵筋的间距不应大于200mm或梁宽b，故梁高分四层布置纵筋。 上 层： 中一层：选2 中二层： 中三层： 下 层：9 分两层配筋。 通过以上各项计算，证明吊车梁的截
27、面尺寸拟定基本合理，可根据正截面强度计 算、斜截面强度计算、抗扭计算的结果绘制出钢筋配筋图，横截面配筋图如图3.4。 图3.4 吊车梁横截面配筋图第四章 屋盖设计 本厂房长度66m，柱距6m，跨度18m。采用平坡梯形钢屋架，屋面坡度1：10。屋面采用预应力大型屋面板。静载有：屋架及支撑自重0.45kN/m；屋面防水层 0.4kN/m；找平层0.4kN/m；大型屋面板自重（包括灌缝）1.4kN/m。活载：屋面雪荷载0.3kN/m；屋面均布活荷载0.5kN/m。材质Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。一 结构形式与选型 屋架形式及几何尺寸如图4.1所示 图4.1 屋架结构尺寸 根据厂房长度(
28、66m60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为18m故不设下弦支撑。二 荷载计算表4.1 荷载计算表荷载名称标准值（kN/m）设计值（kN/m）预应力混凝土大型屋面板自重1.41.41.351.89屋架及支撑自重0.450.151.350.608屋面防水层0.40.41.350.54找平层0.40.41.350.54永久荷载总和2.653.578屋面均布活荷载0.50.51.40.7可变荷载总和0.50.7 荷载组合方法： 1、全跨永久荷载全跨可变荷载 2、全跨永久荷载半跨可变荷载 3、全跨屋架（包括支撑）自重半跨屋面板自重半跨屋面活荷载三 内力计算 计算简图如图4.
29、2： 图4.2 计算简图表4.2 屋架构件内力组合表 杆件名称杆件编号单位荷载 F1杆件内力计算内力 (kN)在左在右全跨组合一组合二组合三上 弦杆 AB0.000.000.000.000.000.000.00BC-4.69-2.16-6.23-143.84-138.02-86.01-143.84CD-4.68-2.16-6.22-143.63-137.83-85.89-143.63 续表4.2杆件名称杆件编号单位荷载 F1 杆件内力计 算内 力 (kN)在左在右全跨组合一组合二组合三上弦杆DE-6.21-3.93-9.00-207.85-197.30-116.34-207.85EF-6.20
30、-3.92-8.99-207.70-197.15-116.26-207.70FG-5.32-5.32-9.10-210.32-196.02-104.32-210.32下弦杆ab-1.21-2.82-3.49-80.62-72.00-28.38-80.62bc1.87-0.831.0123.2526.5129.4429.44cd2.070.722.3153.3352.4336.5253.33斜腹杆aB-5.06-2.05-6.51-150.49-144.99-92.14-150.49Bb3.381.834.68108.19103.2862.69108.19bD-2.15-1.79-3.42-79
31、.09-74.28-41.31-79.09Dc0.731.551.8342.2738.1116.2142.27Cf0.38-1.54-0.71-16.41-12.292.99-16.41Fd-1.451.36-0.48-11.16-14.81-21.82-21.82 竖杆Aa-0.500.00-0.50-11.55-11.55-8.63-11.55Cb-0.930.03-0.91-21.10-21.18-16.07-21.18Ec-0.950.03-0.93-21.58-21.66-16.42-21.66Gd0.080.080.8519.5816.683.9019.58四 杆件设计 整个上弦采
32、用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=210.32kN上弦杆计算长度，在屋架平面内： 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如图4.3 腹杆最大内力N=115.16 kN，中间节点板厚度选用6mm，支座节点板厚度选8mm。 设60，0.807 截面积为: 需要回转半径： ，查表选用2110706 图4.3 上弦截面 验算： 满足长细比要求，查表 ，满足要求 其余计算结果见下表 表4.3 屋架杆件截面选择表 杆件名称 杆件编号计算长度(cm)截面规格回转半径（cm）容 许 长细比稳定系数计算应力 (MPa)上弦FG150.830.162 1107062.013.54150.000.720
33、0.655151.55下弦ab3008852 10080102.534.63150.000.4470.204-114.88斜腹aB2532532 10063101.744.86150.000.3220.847-150.76 续表4.3杆件名称杆件编号计算长度(cm)截面规格回转半径（cm）容 许 长细比稳定系数计算应力(MPa)斜腹Bb209.04261.32 905651.594.32350.000.3830.807195.89bD229.12286.42 905651.594.32150.000.3290.774-166.71Dc229.12286.42 704551.283.14350.
34、000.2270.614165.96Cf249.92312.42 1006361.794.78150.000.3490.780-24.44Fd249.92312.42 1006361.794.78150.000.3490.780-32.50竖杆Aa159.21992 634051.143.09150.000.3490.786-40.76Cb183.22292 704551.283.41150.000.3330.769-56.69Ec207.22592 7550101.383.72150.000.3080.757-29.80Gd231.22892 704551.283.14350.000.2250.60877.56五 节点设计 （一）下弦节点 用E43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值160MPa 下弦节点b，设Bb杆的肢背和肢尖焊缝为，所需的焊缝长度为： 肢背：，取70。 肢尖：，取50。 设bD杆的肢背和肢尖焊缝为6。所需的焊缝长度为： 肢背：，取50。 肢尖：，取50。 Cb杆内力很小，取6。综合取节点板尺寸300230 下弦与节点板连接的焊缝长度为，6。焊缝所受的力为左右两下 弦杆的内力差N110.06kN 受力较大处的肢背出的焊缝应力为：
