混凝土蜗壳强度计算

FJD 35170 FJD水电站厂房钢筋混凝土蜗壳技术 技术设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1996 年 3 月1水电站技术设计阶段厂房钢筋混凝土蜗壳设计大纲范本主 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2目 次1. 引 言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (4)4. 内力计算及配筋 (7)5. 构造要求 (9)6. 观测设计 (9)7. 专题研究（必要时） (9)8. 工程量计算（必要时） (9)9. 应提供的设计成果 (9)31 引 言工程位于 ，是以 为主，兼有 等综合利用的水利水电枢纽工 程。

电站总装机容量 MW，年发电量 MW×h，电站为 厂房，共装 台机，单 机容量 MW。

厂房长 m，宽 m，高 m。

本工程初步设计报告于 年 月 日审查通过。

2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程的文件(1) 工程初步设计报告；(2) 工程初步设计报告审批文件；(3) 工程技术设计任务书。

2.2 主要设计规范(1) SDJ 20-78 水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）：(2) SD 335-89 水电站厂房设计规范（试行）；(3) SDJ 173-85 水力发电厂机电设计技术规范（试行）。

2.3 设计参考资料(1) 建筑结构静力计算手册，1975 年，建筑出版社；(2) 水电站厂房设计，顾鹏飞、喻远光编，1987 年，水利电力出版社。

3 基本资料3.1 工程等别与建筑物级别(1) 工程等别为 等；(1) 建筑物级别为 级；(3) 电站厂房级别 级。

3.2 水 位上游：正常蓄水位 m： 下游：正常尾水位 m；死 水 位 m； 最低尾水位 m;设计洪水位 m； 设计洪水尾水位 m；4校核洪水位 m； 校核洪水尾水位 m。

3.3 气温与水温(1) 月（年）平均气温，见表 1。

表1月 (年) 平 均 气 温 表单位：℃ 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 平均气温(2) 月（年）平均水温，见表 2。

表2月 (年) 平 均 水 温 表单位：℃ 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年平均水温3.4 荷 载(1) 蜗壳进口水锤压力（最大压力上升值） MPa；(2) 蜗壳进口顶板上部荷载 kN/m 2 ；(3) 水轮机层活荷载 kN/m 2 ；(4) 机墩传来荷载及位置垂直集中力： kN；弯 矩： kN×m；位置（指机墩中心到座环的距离）： m。

3.5 水轮机及蜗壳参数(1) 水轮机参数额定水头 H r： m；转轮直径 D1： m；额定流量 Q r： m 3 /s；座环外径 D a： mm；座环内径 D b： mm； a蝶形边宽 K： mm；d1导叶高度 b o： mm。

B n(2) 蜗壳参数(见图 1) m蜗壳形式： ；d2蜗壳包角： 度；蜗壳上伸角d1： 度； 图 1 蜗壳断面形状5蜗壳下伸角d2： 度；蜗壳进口断面 a： mm；蜗壳进口断面 b： mm；蜗壳进口断面 n： mm；蜗壳进口断面 m： mm。

提示：蜗壳参数符号含义见《水电站机电设计手册》（水力机械），水电站机电设计手册编 写组编制。

(3) 钢筋混凝土蜗壳单线图(厂家提供)。

3.6 材料特性及安全系数3.6.1 混凝土(1) 混凝土标号： ；(2) 混凝土容重： kN/m 3 ；(3) 混凝土泊桑比： ；(4) 混凝土设计强度与弹性模量见表 3。

表3混 凝 土 设 计 强 度 与 弹 性 模 量单位:Mpa 混凝土标号 轴心抗压 弯曲抗压 抗 拉 抗 裂 弹性模量3.6.2 钢 筋(1) 钢筋设计强度与弹性模量见表 4。

表4钢 筋 设 计 强 度 与 弹 性 模 量单位：MPa直 径设 计 强 度弹 性 模 量 钢 筋 种 类mm 受拉钢筋 受压钢筋(2) 泊桑比： 。

3.6.3 安全系数(1) 强度安全系数见表 5。

表5安 全 系 数荷 载 组 合 结 构 受 力 特 征基 本 特 殊6混凝土 按抗拉强度计算的受压、拉、弯杆件钢 筋轴心受压、偏心受压、局部承压、斜截面受剪、受扭构件混凝土 轴心受拉、受弯、偏心受拉构件(2) 抗裂安全系数 。

(3) 允许最大裂缝宽度 mm。

3.7 厂房布置和厂房结构体形图4 内力计算及配筋4.1 计算原则与假定提示：混凝土蜗壳几何形状复杂，工程上常用以下几种方法进行内力分析和计算：(1)平面框架法：本方法简便、实用，但只能确定顶板和侧墙径向内力和配筋，无法计算环向应力；(2)弹性力学法：蜗壳顶板按环形板公式计算；侧墙根据外形及边界条件近似地按单向板或双向板计算，或同时截取单宽直条和水平梁，利用交叉点变位相等条件，求垂直与水平方向的内力；尾水锥体按厚壁短圆筒进行计算。

该方法计算复杂，计算结果与实际差异较大；(3)三维有限元法；(4)结构模型试验；一般简化为平面框架计算， 大型蜗壳或有条件时，可按三维有限元法计算或进行结构模型试验。

最终计算结果采用几种方法综合确定。

本计算原则与假定是针对平面框架法而言。

(1) 钢筋混凝土蜗壳应进行强度计算和裂缝宽度验算。

(2) 钢筋混凝土蜗壳为空间结构，本计算简化为平面问题，按结构力学方法计算。

(3) 蜗壳进口段取 1～2 剖面，垂直于水流方向切取单宽按单跨梁或连续梁或封闭框架 计算。

提示：采用哪种计算简图应视实际情况而定。

(4) 蜗壳段取 2～3 个剖面，沿径向切取单宽按 r 形框架计算。

提示：一般情况r形框架上端铰支，下端固定。

(5) 当蜗壳顶板高宽比大于 0.3 或侧墙厚高比大于 0.15 时，需考虑剪切变形及刚性节7点的影响。

4.2 荷载及组合4.2.1 荷 载(1) 结构自重 A1(2) 机墩传来荷载 A2(3) 水轮机层地面活荷载 A3(4) 内水压力（包括水击压力） A4(5) 外水压力 A5(6) 温度影响力 B1提示：温度影响力，主要指运行期由于水温或气温年变幅所引起的温度应力。

施工期温度 影响力应从混凝土浇筑分层分块及温控措施等方面予以改善和消除在计算温度影响力时，应考虑开裂引起结构刚度降低的影响和混凝土徐变的作用。

4.2.2 荷载组合(1) 基本组合：正常运行 A1+A2+A4+(A5)提示：外水压力的取舍与厂房止水形式和分缝位置有关。

若计算中计入外水压力，则应有 构造措施保证缝内有承压水作用。

(2) 特殊组合正常运行+温度影响力 A1+A2+A4+(A5)+B1蜗壳放空 A1+A2+A3+A5最高水头下运行 A1+A2+A4+(A5)4.3 内力计算提示：(1)一般框架或梁内力计算公式可参见“建筑结构静力计算手册”中有关表格和公式；(2)考虑框架剪切变形和刚性节点的框架内力分析按SD 335—89附录四有关公式和表格计算；(3)可运用水利部天津勘测设计研究院“水电站地面厂房CAD 系统1.1版”中钢筋混凝土结构模块进行内力计算。

4.4 配筋计算(1) 顶板按受弯构件或偏心受拉构件配筋，侧墙按受弯构件配筋。

提示：配筋计算参见SDJ 20­78有关公式。

8(2) 若采用有限元法计算内力时，可按拉应力图形面积配筋。

提示：应力配筋可按SDJ 20­78附录四计算。

(3) 计算最大裂缝宽度不得超过 0.15mm。

5 构造要求(1) 钢筋混凝土蜗壳混凝土标号应不得低于 200 # (28 天龄期)；(2) 最大静水头超过 40m 或限裂计算不满足要求时，应在蜗壳内壁增设薄钢板衬砌或 其它防渗材料；(3) 采用合理的分层分块型式，如设封闭块或预留宽缝等措施，以减少混凝土温度应 力和干缩应力；(4) 混凝土施工缝的处理要满足有关规程规范的要求。

如垂直缝宜用错缝，避免上下 层贯通直缝；避免锐角和薄片；迎水面设止水；缝面要作处理，凿毛、设健槽、加并缝钢 筋；必要时并缝灌浆；夏季浇筑混凝土应采用温控措施降低入仓温度；(5) 按构造配筋时， 最小配筋率不宜小于 0.05%， 或f16～f20, 钢筋间距取 20cm～25cm； 也可参照正在修编的《水工混凝土结构设计规范》（报批稿）中的最小配筋率配筋；(6) 环向钢筋不能小于径向钢筋或竖向钢筋的 1/3；(7) 在转角或应力突变的位置应配置加强筋，加强筋直径、间距与径向钢筋相同；(8) 顶板径向钢筋呈辐射状布置，上下两层，下层钢筋宜与座环蝶形边焊接，外围边 用短钢筋加密，侧墙内外两层配筋。

6 观测设计提示：根据需要设置7 专题研究（必要时）提示：按实际需要确定研究内容。

8 工程量计算（必要时）99 应提供的设计成果9.1 设计报告及计算书(1) 设计报告；(2) 钢筋混凝土蜗壳内力和配筋计算书；(3) 专题报告。

9.2 图 纸(1) 钢筋混凝土蜗壳单线图；(2) 钢筋混凝土蜗壳分层分块图；(3) 钢筋混凝土蜗壳钢筋图。

9.3 工程量汇总表10。