百丈电排站设计-毕业设计论文

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1项目概况1.1项目基本情况百丈电排站位于广东省德庆县新圩镇塘北管理区百丈围江底村附近，马圩河左岸百丈围内。德庆县位于广东省西部，西江中游北岸，东离肇庆84km，与高要市接壤；西距梧州79km，与封开县相邻；北连怀集、广宁两县；南与郁南、云安两县隔江相望，总面积2258km2。电排站地理坐标为东经113°50′31″，北纬23°11′17″。正常情况，百丈围内产水经百丈涵闸排入马圩河，当马圩河水位较高时，涝水经百丈电排站强排入马圩河。马圩河属于西江一级支流。百丈围为新圩农业生态基地，根据百丈涝区1:10000地形图，百丈涝区面积总计4.9km2，保护区内保护耕地2475亩，地类状况为：水田1.15km2，经济作物0.3km2，鱼塘0.2km2，村庄及道路0.6km2，山地2.65km2，工农业生产总值较高。但是，区内洪水和生活污水的唯一出口为百丈围。每遇暴雨，外汇水位上涨，区内渍水不能自排入江，使得该围堤内低洼的农业生产基地、居民生活地受淹，严重影响该地工农业经济的发展。为满足以上要求，保证该地工农业生产的正常发展，消除内涝，实行强制性排水已是当务之急。1.2流域概况百丈电排站位于广东省德庆县新圩镇塘北管理区百丈围江底村附近，马圩河左岸百丈围内。德庆县位于广东省西部，西江中游北岸，东离肇庆84km，与高要市接壤；西距梧州79km，与封开县相邻；北连怀集、广宁两县；南与郁南、云安两县隔江相望，总面积2258km2。电排站地理坐标为东经113°50′31″，北纬23°11′17″。正常情况，百丈围内产水经百丈涵闸排入马圩河，当马圩河水位较高时，涝水经百丈电排站强排入马圩河。马圩河属于西江一级支流。百丈围为新圩农业生态基地，区内洪水和生活污水的唯一出口为百丈围。每遇暴雨，外汇水位上涨。现电排站装有2台三相异步电动机，功率各为55kW，排水流0.572m3/s（台），设计扬程6～8m。但经过30多年的运行，设备已完全老化，进水口也没有挡土护坡，排水时渠道经常淤塞，排水水泵等设施陈旧，零件磨损大，效率低，完全不能满足生产生活的需求，需对新圩镇百丈电排站进行技改扩建。百丈电排站总集雨面积4.9km295 ，地势东高西低，河流从东往西注入排涝渠进入马圩河。该汇水区域农田地面起伏不大，是一个低洼易涝地区，每逢大雨极易积涝成灾，受涝范围内主要地类是农田。根据《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）》（广东省水利厅，1995年)“治涝设计标准按涝区十年一遇最大24小时暴雨所产生的径流量，城镇及菜地按一天排干设计，农田按三天排干设计。”的要求，并结合本区域内目前的经济状况，确定本次百丈电排站的排涝设计标准采用10年一遇最大24小时设计暴雨3天排干。1.3项目建设的必要性和可行性1.3.1必要性：区内洪水和生活污水的唯一出口为百丈围。每遇暴雨，外汇水位上涨，区内渍水不能自排入江，使得该围堤内低洼的农业生产基地、居民生活地受淹，严重影响该地工农业经济的发展。为满足以上要求，保证该地工农业生产的正常发展，消除内涝，实行强制性排水已是当务之急。现电排站装有2台三相异步电动机，功率各为55kW，排水流0.572m3/s（台），设计扬程6～8m。但经过30多年的运行，设备已完全老化，进水口也没有挡土护坡，排水时渠道经常淤塞，排水水泵等设施陈旧，零件磨损大，效率低，完全不能满足生产生活的需求，需对新圩镇百丈电排站进行技改扩建。1.3.2可行性：项目外部配套建设条件主要包括：1、项目需要的外接电源可以在附近架接；2、项目所需要的集雨引水涌已基本成形，只需局部扩宽即可使用；3、项目对外交通均为现成。基于上述分析，项目外部配套建设条件已经具备。经过现场踏勘及初步分析研究，百丈电排站技改扩建宜在旧百丈电排站站址技改扩建，因为该站址地形开阔，有现成的集水渠，处于该分片涝区的汇水中心，汇流条件较好，技改扩建时可以拆除旧站，解决旧站的排涝问题。其他站址需要新开渠道，需要征地拆迁，工程费用较大，也没有明显的优点。95 图1百丈电排站1.3.3原材料的来源和供应保证百丈电排站工程属于排涝工程，不存在生产性项目所需的原材料，但是排水需要保证用电，按目前地方的电力设施配置，可以保证泵站在排水时候所需要的电力资源。必要时可以采用移动式发电机应急决。2水文设计根据《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）》（广东省水利厅，1995年）中“治涝设计标准按涝区十年一遇最大24小时暴雨所产生的径流量，城镇及菜地按一天排干设计，农田按三天排干设计。”的要求，并结合本区域内目前的经济状况，确定本次百丈电排站的排涝设计标准采用10年一遇最大24小时设计暴雨3天排干。2.1径流计算由于工程区范围内没有流量观测点，无法通过实测资料进行径流计算，本次依据《广东省水文图集》（广东水利厅、1991年）成果，查广东省1956—1979年平均年径流深等值线图，得出百丈涝区范围内多年平均径流深y=800mm，查广东省1956—1979年平均径流深变差系数Cv等值线图，得出Cv=0.35.1、取年径流深偏态系数Cs=2Cv95 则Cs=2×0.35=0.7，由P=10%，查皮尔逊Ⅲ型频率曲线的模比系数K值表，由Cz=2Cv(2.1)可得:Kp=1.472、设计年径流深：Y=Kp×y(2.2)则Y=1.47×800=1176mm2.2洪水2.2.1暴雨的洪水特性1、暴雨参数表暴雨参数项目历时t(小时)10分钟162472Ht20.85087.8122.1157.7CV0.210.30.410.410.41ɑ11111表1暴雨参数表2、流域基本资料表2百丈围流域基本资料集水面积F(km2)4.9分区序号8干流河长L(km)4.14频率P(%)10干流坡降J0.0155由《广东省暴雨径流查算图表试用手册》（广东省水文总站，1995年）可知，如果集水面积F<10平方公里，不须做点面换算，由资料可知百丈电排站所处位置集水面积95 F=4.9Km2,则换算系数a=1。利用综合单位线法可求得各历时暴雨参数与面暴雨量的关系，如下表3：表3各历时暴雨参数与面暴雨量成果表项目t(小时)1/6162472Ht20.85087.8122.1157.7CV0.210.30.410.410.41KP1.2811.4021.5481.5481.548HP26.644870.1135.9144189.0108244.1196ɑ11111Htp26.644870.1135.9144189.0108244.1196由综合单位线法可得暴雨洪水的过程线如下图2：图2P=10%洪水过程线2.2.2设计标准百丈电排站按照10年一遇24小时设计暴雨标准进行设计。95 2.2.3设计洪水的计算方法由于涝区范围内无水文观测站网，缺乏实测水文资料，其设计洪水可根据《广东省暴雨参数等值线图》（广东省水利厅、2003年）成果，通过查算暴雨参数进行推求。2.2.4设计洪水的计算参数查《广东省暴雨参数等值线图》（广东省水利厅，2003年）得，肇庆市德庆县t=24h暴雨参数值Ht=12.1mm，Cv=0.41，换算参数a=1.0，当Cs=3.5Cv，P=10%时，查皮尔逊Ⅲ频率曲线的模比系数Kp表，可得Kp=1.548。2.2.5设计洪水计算成果由公式Hp=Kp×Ht×α(2.3)可得P=10%，t=24h时的面暴雨值为：Hp=1.548×122.1×1=189.01mm2.3设计洪量计算2.3.1计算洪量的方法本次百丈电排站的设计洪量采用径流系数法进行计算。2.3.2设计计算所需基本资料根据百丈涝区1:10000地形图，百丈涝区面积总计4.9km2，保护区内保护耕地2475亩，地类状况为：水田1.15km2，经济作物0.3km2，鱼塘0.2km2，村庄及道路0.6km2，山地2.65km2。各地类统计情况见表4表4各地类集雨面积地类集雨面积（km³）比例%经济作物0.306.12山地2.6554.08水田1.1523.47村庄道路0.6012.24河涌、鱼塘0.204.08合计4.90100.00地理参数采用业主提供的1:10000地形图进行量测，量测成果为百丈电排站集雨面积95 F=4.9km2，河流长度L=4.14km，河流坡J=15.5‰。设计洪量采用径流系数法。径流系数的确定是根据《广东省江河流域综合规划技术工作大纲》（广东省水利厅，1999年）的规定所得，该大纲规定各地类径流系数：禾田和鱼塘、调蓄湖、排涝渠系采用1.0，山岗、坡地采用0.7，村庄、堤围、道路采用0.7～0.9。按此，本工程汇水区域内不同地类的径流系数为：村庄道路采用0.7，河涌、水田采用1.0，经济作物、山地采用0.7。2.3.3计算成果百丈围地区洪量：W=1000∑CiAi（Hp-hi）(2.4)式中：Ci—各地类径流系数，其中村庄道路采用0.7，河涌、水田采用1.0，经济作物、山地采用0.7；Ai—各地类面积（km2），由表3可查得；Hp—设计暴雨，由以上可知Hp=189.01mm；hi—各地类暂存水量（mm）：水田采用40mm，鱼塘采用50mm，河涌采用100mm。则百丈围的设计洪量计算公式如下：计算成果列表如下：表5各地类产水量计算地类Hp（mm）hi（mm）CiAi（km2）W(m3）经济作物189.0100.70.339692.1村庄道路189.0100.70.679384.2山地189.0100.72.65350613.6河涌、鱼塘189.0110010.217802水田189.014011.15171361.595 合计　　　4.9658853.4由表5可知，百丈围的设计洪量W=658853.4m³。2.4电排站设计流量本次电排站设计流量采用平均排除法进行计算，电排站的设计流量Q：Q=W/（3600Tt）(2.5)式中：T—排水时间，3天；t—每天机组运行的时间，对于中小型水泵站，t取22h。则电排站的设计流量为：Q=658853.4/（3600×3×22）=2.77m³/s2.5水位情况2.5.1外江特征水位设计水位：根据《泵站设计规范》（中华人民共和国水利部编著，1997年），泵站外河设计水位可取重现期为5年一遇洪水3天平均水位，又根据《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）》（广东省水利厅，1995年)，泵站外河设计水位可采用多年平均水位。结合本工程实际情况，综合考虑取外江设计水位为16.89m。最高运行水位：由于外江水位变化幅度较小，为保证在设计洪水期泵站能正常运行，其最高运行水位为18.36m。最低运行水位：最低运行水位取泵站开机时的外河水位，根据涝区内部现状田面高程，百丈电排站最低运行水位为14.70m。2.5.2内河特征水位设计水位：涝区内农田高程一般为13.20m左右，一般情况下，在汛期，当水位到13.20m时即关闸，当围内水位达到13.20m，外江水位高于13.20m且发生暴雨时，即开泵排水。因此以较低耕作区的涝水能被排除的原则，设计水位为13.20m。最高运行水位：经调查，当涝区内河水位达到15.32m时，大部分农田受淹，因此涝区内的最高水位宜控制不超过15.32m，则泵站前池最高运行水位为15.32m。最低运行水位：由于涝区内农田地势相对平坦，为更好地发挥泵站效益，在运行过程应考虑排涝区的水位预降，根据本排水区的地形现状，综合确定最低运行水位12.70m。95 3机组初步选型3.1基本参数3.1.1设计参数1、外江特征水位：设计水位：根据《泵站设计规范》（中华人民共和国水利部编著，1997年），泵站外河设计水位可取重现期为5年一遇洪水3天平均水位，又根据《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）》（广东省水利厅，1999年），泵站外河设计水位可采用多年平均水位。结合本工程实际情况，综合考虑取外江设计水位为16.89m。最高运行水位：由于外江水位变化幅度较小，为保证在设计洪水期泵站能正常运行，其最高运行水位为18.36m。最低运行水位：最低运行水位取泵站开机时的外河水位，根据涝区内部现状田面高程，百丈电排站最低运行水位为13.20m。2、内河特征水位：设计水位：涝区内农田高程一般为13.20m左右，一般情况下，在汛期，当水位到13.20m时即关闸，当围内水位达到13.20m、外江水位高于13.20m且发生暴雨时，即开泵排水。因此以较低耕作区的涝水能被排除的原则，设计水13.20m。最高运行水位：经调查，当涝区内河水位达到15.32m时，大部分农田受淹，因此涝区内的最高水位宜控制不超过15.32m，则泵站前池最高运行水位15.32m。最低运行水位：涝区内农田地势相对平坦，为更好地发挥泵站效益，在运行过程应考虑排涝区的水位预降，根据本排水区的地形现状，综合确定最低运行水位取12.70m。3.1.2特征扬程计算有设计资料可知，水位特征参数：设计扬程：H设=H设上－H设下=16.89-13.20=3.69m最大扬程：H高=H最高上－H最低下=18.36-12.70=5.66m由于内河最高运行水位为15.32m比外江最低运行水位13.20要高，所以最低扬程计算时，外江运行水位采用设计水位来计算。最低扬程：H低=H设上－H最高下=16.89-15.32=1.57m95 初估水泵装置总扬程可按下式计算：H=（1+K）H实(3.1)式中K值取0.1～0.3。取K值为0.2进行计算，可得总扬程的最低、设计及最高值：最低扬程1.884米，设计扬程4.428米，最高扬程6.792米。3.1.3设计流量经规划设计资料，确定百丈电排站泵站的设计流量为2.77m3/s。3.2水泵泵型初选及方案拟定3.2.1水泵选型的原则1、首先选用国家已颁布的水泵系列产品和经有关主管部门组织正式鉴定过的产品。2、所选水泵能满足泵站的设计流量和设计扬程的要求。3、同一个泵站所选水泵型号要尽可能一致，要有利于管理和零件配换。4、按平均扬程选型时，水泵应在高效区运行。在最高和最低扬程下运行时，应能保证水泵安全稳定运行。有多种泵型可供选择时，应对机组运行调度的灵活性、可靠性、运行费用、辅助设备费用、土建投资、主机发生事故时可能造成的影响等因素进行比较论证，从中选出综合指标优良的水泵。5、从多泥沙水源取水时，应考虑泥沙含量、粒径对水泵性能的影响。3.2.2初选泵型一般情况下，设计扬程小于10m。初步选用轴流泵。很据泵站扬程设计4.428m，流量2770L²/s查资料中水泵性能表得选用以下泵型：用关系式：i=Q站÷Q泵，来确定上述各泵型所需台数。水泵资料表格于第14页表6。1、350ZLB-325泵型：i=2.77÷0.334=8.29，取9台2、700ZLB-125泵型：i=2.77÷1.850=1.49，取2台3、20ZLB-70泵型：i=2.77÷0.688=4.026，取4台4、28ZLB-70泵型：i=2.77÷0.869=3.18，取3台5、36ZLB-70泵型：i=2.77÷1.840=1.505，取2台上述5种方案悬殊比较大，从基建角度来看应抛弃第一个方案。第二个方案，轴流泵机出口直径过大，本泵站设计比较简单，流量为2.77m³/s，流量不大，不适合采取出口直径过大的水泵。从运行扬程来看，20ZLB-70泵型设计扬程较高，但是流量较低，水泵口管道直径较小，而36ZLB-7095 泵型重量过大，配套功率过高，再从未来的运行工况分析，28ZLB-70是的扬程是最接近，工况应变范围略胜一筹。因此本设计选定28ZLB-70泵型3台方案作为最优方案。28ZLB-70泵型安装尺寸图如下图4：图428ZLB-70型轴流泵安装尺寸图由28ZLB-70型轴流泵安装尺寸图可得，该泵型安装标准是，喇叭口距离泵房池底距离为600mm，轴流泵喇叭口距离墙最短距离是350mm，喇叭口直径为1800mm。95 表6水泵选型表型号叶角(度）流量Q（L/s）扬程（m）转速n（r/min）功率N（kw）效率（％）汽蚀余量△H（m）叶轮直径（mm）重量（kg）轴功率配套功率350ZLB-12502905.5145021.13074暂无3004923344.217.2803852.612.478700ZLB-125014866.573012013079暂无6501995185048684.520502.460.57820ZLB-7005837980505580暂无45010656886.345.581.26963.934.67795 续表表6水泵选型表型号叶角(度）流量Q（L/s）扬程（m）转速n（r/min）功率N（kw）效率（％）汽蚀余量△H（m）叶轮直径（mm）重量（kg）轴功率配套功率20ZLB-7005837980505580暂无45010656886.345.581.26963.934.67728ZLB-70-46756.958063.58072暂无65019958695.15480.910133.239.579.836ZLB-70-214407.848014315577.5850491718405.512082.7暂无20604.211077　95 28ZLB-70泵型性能曲线图如下图3：图328ZLB-70型泵性能曲线图3.2.3动力机的选配1、动力机类型的选择项目需要的外接电源可以在附近架接；选择电力配套。电动机类型的选择。水泵站的电源都是三相交流电，所以常用的是三相交流感应电动机。在选用感应电动机时，应优先选用鼠笼式电动机。当电网容量不能满足鼠笼式电动机起动要求时，才选择绕线式异步电动机。当功率在几百千瓦以上时，可考虑选用同步电动机。本设计优先选用鼠笼式电动机。水泵轴与电动机的轴连接采用刚性联轴器直接连接，刚性联轴器直接传动具有传递功率大，传动效率高，结构简单、紧凑，占地面积小，传动平稳，无噪音，结构简单，价格低廉等优点。此电动机与水泵转速相等，转向相同，故理论传动效率η传=100%95 ，但本工程中取η传=98%。2、电动机的配套功率。可按下式计算：(3.2)式中Q—为水泵工作范围内对应于最大轴功率的最大流量，m3/s；γ—水的容重，N/m²H—为水泵工作范围内对应于最大轴功率的扬程，m；K—为动力机备用系数，按参考书《水泵与水泵站》（余金凤，张永伟主编，2009）表7-2选取；ηp—为水泵效率；ηdr—为传动效率。已知：Q=0.675m3/sH=6.9mk=1.08ηp=72%ηdr=98%计算得：Pm=69.87水泵的配套功率Pm=69.87kw，水泵转速Nr=580r/min，电源电压为380V。选择JSL三相鼠笼式异步电机，型号为JSL125—10额定功率80转速588r/min重量1410kg共3台。表7电机功率备用系数水泵轴功率（KW）<55~1010~5050~100>100K2~1.31.3~1.151.15~1.101.10~1.051.054工程选址及总体布置及建筑物设计4.1泵站设计标准及规模1、为统一泵站设计标准，保证泵站设计质量，使泵站工程技术先进、安全可靠、经济合量、运行管理方便，制定本规范。2、本规范适用于新建或改建的大、中型灌溉、排水及工业、城镇供水泵站的设计。95 3、泵站设计应广泛搜集和整理基本资料。基本资料应经过分析鉴事实上，准确可靠，满足设计要求。4、泵站设计应吸取实践经验，进行必要的科学实验，节省能源，积极采用新技术、新材料、新设备和新工艺。4.2工程等级4.2.1泵站等级划分1、泵站的规模，应根据流域或地区规划所规定的任务，以近期目标为主，并考虑远景发展要求，综合分析确定。2、灌溉、排水泵站应根据装机流量与装机功率分等，其等别应按下表8。表8泵站等级划分泵站等别泵站规模分　等　指　标装机流量(m3/s)装机功率(104kW)Ⅰ大（1）型≥200≥3Ⅱ小（2）型200～503～1Ⅲ中型50～101～0.1Ⅳ小（1）型10～20.1～0.01Ⅴ小（2）型<2<0.01注：装机流量、装机功率系指单站指标，包括备用机组在内；由多级或多座泵站联合组成的泵站等别，按整个系统的分等指标确定；当泵站按分等指标分离两个不同等别时，应以其中的高等别为准。由表8得：已知流量2.77m3/s，装机功率为：80kw×3=240kw。得该设计泵站等级为中型排水泵站III级别。3、对工业、城镇供水泵站等别的划分，应根据供水对象、供水规模和重量性确定。4、直接挡洪的堤身式泵站，其等别应不低于防洪堤的工程等别。5、泵站建筑物应根据泵站所属等别及其在泵站中的作用和重要性分级，其级别应按下表9确定。临时性建筑物系指泵站施工期间使用的建筑物，如导流建筑物、施工围堰等。95 对位置特别重要的泵站，其主要建筑物失事后将造成重大损失，或站址地质条件特别复杂，或采用实践经验较少的新型结构者，经过论证后可提高其级别。但这里地质条件较为普通，建筑物实事后造成损失一般。无需提高级别。表9泵站建筑物级别划分泵站等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别　主要建筑物次要建筑物　Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ455Ⅴ55-注：永久性建筑物系指泵站运行期间使用的建筑物，根据其重要性分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物系指失事后造成灾害或严重影响泵站使用的建筑物，如泵房，进水闸，引渠，进、出水池，出水管道和变电设施等；次要建筑物系指失事后不致造成灾害或对泵站使用影响不大并易于修复的建筑物，如挡土墙、导水墙和护岸等。　　　　　　　　　　6、防洪标准　泵站建筑物防洪标准应按下表确定。表10泵站建筑物防洪标准泵站建筑物洪水重现期（年）级别设　计校　核11003002502003301004205051020注：修建在河流、湖泊或平原水库边的堤身式泵站，建筑物防洪标准不应低于堤坝现有防洪标准。百丈电排站总集雨面积4.9km295 ，地势东高西低，河流从东往西注入排涝渠进入马圩河。该汇水区域农田地面起伏不大，是一个低洼易涝地区，每逢大雨极易积涝成灾，受涝范围内主要地类是农田。根据《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）》（广东省水利厅，1995年)中“治涝设计标准按涝区十年一遇最大24小时暴雨所产生的径流量，城镇及菜地按一天排干设计，农田按三天排干设计。”的要求，并结合本区域内目前的经济状况，确定本次百丈电排站的排涝设计标准采用10年一遇最大24小时设计暴雨3天排干。低于3级别建筑物。综上所述，该设计泵站等级为中型排水泵站III级别。4.3工程执行规范工程执行规范见参考文献。4.4工程选址经过现场踏勘及初步分析研究，百丈电排站技改扩建宜在旧百丈电排站站址技改扩建，因为该站址地形开阔，有现成的集水渠，处于该分片涝区的汇水中心，汇流条件较好，技改扩建时可以拆除旧站，解决旧站的排涝问题。其他站址需要新开渠道，需要征地拆迁，工程费用较大，也没有明显的优点。4.5工程总体布置4.5.1泵站枢纽布置的原则1、泵站枢纽布置必须服从流域或地区的水利规划要求。根据建站目的和水源地形情况，参考已建泵站的经验教训，应作出几个方案进行比较，择优采用。2、以灌溉为主的泵站宜选在灌区较高的地方，以利控制较大的灌溉面积；以排涝为主的泵站宜选在地势较低洼靠近河湖的地方，以利控制较大的排水面积。对排灌结合的泵站，应根据地形情况，考虑内水外排、外水内引，有利于泵站建筑物布置和排灌渠系布置等因素，选择合理的枢纽布置方案。3、站址应选在地质条件好的地段，应通过地质勘探手段找出好一些或者比较好的地质基础。4、枢纽布置时要考虑为进水和出水建筑物创造良好的水流条件。从河流引水的泵站，其引水口应布置在河流的顺直段或凹岸偏下游处。进、出水流要平稳，不产生回流和死水区，尽量消除水流漩涡。5、泵站枢纽布置要考虑交通运输、施工条件、电源情况和建筑材料等因素。6、泵站枢纽布置应考虑自排和提排相结合，自流灌溉和提水灌溉相结合，排水和灌溉相结合等综合利用的要求。95 4.5.2泵站枢纽布置位置已知旧百丈电排站位于广东省德庆县新圩镇塘北管理区百丈围江底村附近，马圩河左岸百丈围内。正常情况，百丈围内产水经百丈涵闸排入马圩河，当马圩河水位较高时，涝水经百丈电排站强排入马圩河。所以在设计泵房时不需要引入水闸设计，排水站的主体是泵房和进出水建筑物，因此在考虑布置方案时应先考虑泵房和进出水建筑物的布置。该泵站布置在原来旧电排站的百丈围内左岸后面。4.6主要建筑物形式及其布置百丈电排站工程的主要建筑物包括了进水建筑物、泵房、和出水建筑物。进水建筑物包括前池、进水渠和进水管道，出水建筑物包括出水管道和出水池，布置如下图5：图5排涝泵站枢纽布置图5建筑物设计5.1泵房形式泵房是泵站建筑物中的主体工程，是安装水泵、动力机及其辅助设备的建筑物。泵房设计内容主要包括：泵房结构型式的选择、泵房内部布置及各部尺寸的拟定、泵房整体稳定分析和构件的结构计算等。合理的泵房设计应敞到坚固适用，施工方便，经济合理，技术先进，安全可靠和运行管理方便。影响泵房结构型式的因素有：水泵类型，水源水位变幅，地质地形条件和枢纽布置等。其中水泵类型和水源水位变幅是影响泵房结构型式的两个主要因素。泵房是泵站的主要建筑物，用以安装主机组、辅机设备、机电设备及部分管路，为机组的安装，维修运行提供良好的工作环境。5.1.1泵房设计原则：95 1、泵房必须满足设备布置、安装、运行及检修的要求；2、满足结构布置和整体稳定要求，各构件具有足够的强度和刚度，安全可靠；3、满足通风、采暖及采光的要求，符合防潮、防火、防噪音等技术规定；4、泵房内外交通便利，便于管理。5.1.2泵房类型包括分基型泵房、干室型泵房、温室型泵房和块基型泵房。其中湿室型泵房的结构特点是泵房与进水池合并建造。泵房分上下两层，上层安装电动机和配电设备，称电机层。下层进水并安装水泵，称水泵层。湿室型泵房适合安装中小型立式轴流泵和立式离心泵。较为符合本泵站地形设计要求。根据地形、地质和建筑材料等条件，湿室型泵房按其结构型式又可分为墩墙式、排架式、圆筒式和箱型结构式等多种本泵站拟采用墩墙式湿室型泵房。泵房共分为上层的电机层，和下层的水泵层两层。该泵房进水条件好，各机组可以单独检修，互不干扰。本地的地质条件较好，能够满足承载力要求，而且站址所在地交通方便，材料等资源充足。综合以上分析百丈电排站采用墩墙式湿室型泵房。5.2进水池、前池及引渠设计5.2.1引渠末端最优断面设计引渠末端断面按明渠均匀流法设计，根据钻孔资料可知，渠道为粘土土质，土质的边坡系数m取1.5，渠床糙率n取0.025，渠底纵坡i取1/2000。由百丈围的原状地形图可查得，原有的排涝渠渠底高程为▽12.5m，由设计水位为▽13.2m,可知，引渠末端水深h=0.7m,用试算法确定渠道末端底宽b。设渠底宽b为4.2，设计水深0.7m。试算公式包括：1、过水断面积：(5.3)2、湿周：(5.4)3、水力半径：(5.5)4、谢才系数：(5.6)5、流量：(5.7)95 渠底宽b（m）设计水深h（m）边坡系数m过水断面面积ω（㎡）湿周X（m）水力半径R（m）谢才系数C流量Q（m³/s）4.70.71.54.037.220.5636.292.444.80.71.54.17.320.5636.312.494.90.71.54.177.420.5636.332.5350.71.54.247.520.5636.352.585.10.71.54.317.620.5636.372.635.20.71.54.387.720.5736.392.685.30.71.54.457.820.5736.412.735.310.71.54.457.830.5736.412.735.320.71.54.467.840.5736.412.745.330.71.54.477.850.5736.412.746、试算表格如下表11：表11流量试算95 续表表11流量试算渠底宽b（m）设计水深h（m）边坡系数m过水断面面积ω（㎡）湿周X（m）水力半径R（m）谢才系数C流量Q（m³/s）5.340.71.54.477.860.5736.412.755.350.71.54.487.870.5736.412.755.360.71.54.497.880.5736.422.765.370.71.54.497.890.5736.422.765.380.71.54.57.90.5736.422.775.390.71.54.517.910.5736.422.775.40.71.54.527.920.5736.422.785.410.71.54.527.930.5736.432.785.420.71.54.537.940.5736.432.795.430.71.54.547.950.5736.432.795.440.71.54.547.960.5736.432.895 由上表11得，确定渠道末端底宽b确定为5.40m。流量为2.78m³，符合流量要求。图6引水渠道横断面图5.2.2冲淤校核。计算实际流速、不冲流速和不淤流速。须满足V不冲>V实>V不淤即可。实际流速V实=Q/W=2.77/5.40=0.51m/s不冲流速V不冲用下式计算：v不冲=KQ0.1(5.8)式中K-不冲流速系数，查资料得砂质粘壤土为0.63;Q-渠道通过流量，本设计为2.77m³/s。则V不冲=0.63×2.77=0.70m/s>0.51m/s，符合要求。为控制渠中杂草生长，不淤流速查资料得应在0.3-0.4m/s之间，实际流速满足要。引水渠过水断面入下图所示：图7引水渠道横断面图5.2.3前池类型前池作用是把引水渠中的水均匀扩散引至进水池，为水泵吸水创造良好的水力条件。前池的型式有两种。一是侧向进水前池，即引水渠中的水流方向与进水池中的水流方向成一定的角度（不宜小于90095 ）。另一种是正向进水前池，即引水渠中的水流方向与进水池中的水流方向一致。在枢纽布置时应尽量采用正向进水前池。如因某种原因一定要采用侧向进水前池时，应通过模型试验来确定各部尺寸和增设消涡导流措施等。在枢纽布置时应尽量采用正向进水池，所以本设计采用正向进水池。5.2.4进水池的布置型式1、布置在泵房前面的进水池本泵站采用全隔墩式。它是在前池和进水池中，从前池到进水池后墙设置一道或几道分水隔墙，将前池和进水池分成两个或若干个单独的进水池。单独的进水池中可以布置一个或几个吸水管。全隔墩式进水池还可分为隔墙间互不相通和互相连通的两种型式。相互连通式隔墙，水流可相互调节，池中水流比较稳定。全隔墩式进水池，结构较复杂，工程量大，适用于水源含沙量较大，机组较大的情况。2、布置在泵房下面的进水池有矩形、多边形、半圆形、圆形和蜗壳形几种。如图所示。由于矩形进水池结构简单，施工方便，本泵站采用矩形进水池。如图8所示：图8矩形进水池平面简图5.2.5正向进水前池扩散角的确定正向进水前池在平面上呈梯形。其短边等于引水渠末端渠底宽，长边等于进水池总宽。前池扩散角。的大小，不仅影响池中水流流态，而且对前池工程量也有很大影响。设计中，如果a值采用的较小，池中水流虽然平顺，但前池的长度却要很长，增加了前池工程量。如果采用的。值较大，虽然可缩短前池长度，减少工程量，但前池中将会产生回流和漩涡，恶化了池中水流流态。根据有关试验和实际经验，一般取前池扩散角a-20度～40度。本泵站采用a=30°。95 5.2.6前池尺寸确定1、前池的池长L前：(5-8)式中，B总-进水池的总宽度。B总取值的计算过程于进水池尺寸拟定则前池池长为：2、前池池底纵向坡度i纵坡i的大小对进水池的流态和工程量都有影响，一般纵坡i越小，前池的开挖量越大，因此，前池的纵坡应适中，通常取i=1/3∽1/5。本设计取i=1/5=0.2。3、前池的细部结构设计池底30m标准底坡段用100号混凝土现浇，成为湿室的防渗透铺盖。铺盖段以外30m为50号砂浆砌石护底，厚度0.4m，并设置≠50间距为1.0m的梅花状冒水孔，下设反滤排水。其余8.0m段为0.4m厚的浆砌块石护底，下设0.1m砂石垫层。斜坡池壁用0.3m厚浆砌块石护砌，下设0.1m砂石垫层。八字形翼墙为顶宽0.6m的浆砌块石变截面重力式结构。前池边坡系数主要根据土质和挖方深度确定。表12土质边坡系数m选用参考表土壤类别密实度或粘性土的状态容许坡度值坡高5m以内坡高5~10m碎石土密实1:0.35~1:0.501:0.5~1:0.75碎石土中密1:0.5~1:0.751:0.75~1:1.00碎石土扫米1:0.50~1:0.751:1.00~1:1.25轻粘壤土坚硬1:0.35~1:0.501:0.50~1:0.75轻粘壤土硬塑1:0.50~1:0.751:0.50~1:0.75粘土、重粘壤土坚硬1:0.75~1:1.001:0.75~1:1.00粘土、重粘壤土硬塑1:1.00~1:1.251:1.25~1:1.5095 则该前池的渠道边坡于翼墙之间的前池边坡系数选用1:1.5前池的翼墙有直立式、倾斜式和圆弧形。试验结果表明，前池翼墙墙面与进水池的中心线成45。夹角的直立式翼墙可为进水池提供良好的进水条件。5.2.7进水池尺寸拟定根据所选轴流泵为28ZLB-70型泵，可知该轴流泵的叶轮进口直径D=650mm，由《水泵及水泵站》（余金凤，张永伟主编，2009）可知进水喇叭口直径D1：D1=（1.3~1.5）D=845mm~975mm取D1=900mm进水池单宽B单和总宽B总：1、进水池单宽B单进水池宽B对池中漩涡，回流和水头损失都有影响，但水流行进喇叭口时，其流向逐渐向喇叭口收敛，其流线弯曲情况符合直径Din为基圆的展开线的弯曲规律。所以进水池宽应等于喇叭圆周长度лDin。试验表明，当B=（2~5）Din时进水管的过水能力和入口阻力系数变化都比较小。因此，通常取B=лDin，或者取其整数倍，该设计取B=3Din。即B=3×900=2700mm=2.7m2、进水池总宽B总根据以往工程经验设隔墩厚为0.6m。则进水池总宽B总=2.7*3+0.6*2=9.3m5.2.8进水管口至池底的距离及前池长度设计1、水泵吸水管口至池底的最小距离称悬空高度。国内外试验证明，悬空高度h1过大或过小都会影响水泵效率。我国生产的小型轴流泵对悬空高度h．都有规定，约为0.8D进左右。在无资料的情况下，一般采用悬空高度h1=(0.6-0.8)×D进。对小管径采用较大值，对大管径采用较小值。但任何管径其h1不得小于0.5D进。本泵站是立式轴流泵，喇叭管垂直布置，规范推荐悬空高度：P=（0.6~0.8）D1=540mm~640mm悬空高度取P=600mm=0.6m2、喇叭口的淹没深度hs：影啊淹没深度的因素很多，它与喇叭口进口流速，悬空高度、墙距、进水池95 宽及进水池中的水流流速都有密切关系。喇叭管垂直布置时，由《泵站工程》（严登丰编著，2005年）里面规定，hs>（1.0~1.25）D1,对于排涝泵站取小值，灌溉泵站取大值，本泵站为排涝泵站。则取较小值:hs=1.0×D1=900mm=0.9m3、进水池池水深h：进水池的水深h为设计水位时进水池的水深；由引渠末端底部高程前池的纵向坡度i=0.2，前池长度为L前=7.0m，由公式i=△h/L前(5-9)可得引渠与进水池的高程差：△h=L前×i=7.0×0.2=1.4m则进水池的底板高程：△H=12.5m-1.4=11.1m4、进水池长度L由《泵站工程》（严登丰编著，2005年）规定，一般当流量Q<0.5m3/s时，取K=25∽30，Q>0.5m3/s时，取K=10∽20。同时规定保证进水管中心至进水池进口的距离不小于4D1。本泵站的设计流量Q=2.77m3/s；单泵的设计流量为q=1.013m³/s；对于轴流泵K取大值，K取2.0；由经验公式得L=KQ/Bh(5-10)式中B-进水池宽度，m；H—设计水位时进水池水深，m;Q—水泵设计流量，m³/s；K—秒换水系数，当Q0.5m³/s时，K=15~20;轴流泵站K取大值，离心泵站K取小值。这里K取20。则L=20×2.77/（9.3×0.7）=7.3m5、后墙距T：95 对于立式泵，管口紧靠后墙，会给维修和安装方面带来困难，因此一般要求：T=（0.3~0.5）D1=270mm~450mm取T=0.4D1=360mm=0.36m6、喇叭口外缘至进水池侧墙距离t：一般取:t=（0.5~1.0）D1=450mm~900mm本泵站进水池按照全隔墩设计，进水池单宽：B单=2700mm。则喇叭口外援至进水池侧墙的距离：t1=（B单-D1）/2=900mm=0.9m5.3出水管道和出水池设计图9正向出水池布置图5.3.1出水池设计出水池是出水管道和灌溉干渠或容泄区的连接建筑物。它具有消除出水管道出流余能，使水流平顺地流入灌溉干渠或容泄区的作用。出水池的位置比泵房高，一旦发生事故将直接危及泵房和机电设备的安全。因此，出水池的结构型式必须牢固可靠，并尽量把它建在地基条件较好的挖方中。当建在填方上时，出水池应尽量采用整体式结构。出水池按出水方向分，可分为正向出水池、侧向出水池和多向分流出水池三种型式。正向出水池水流条件好，设计时采用正向出水池。根据防止出水池中的水向出水管倒流的方式分，可分为拍门式、溢流堰式和自由出流式等。95 现选用拍门式正向出水池1、出水池宽度的确定出水池的宽度主要由出水管的数目和隔墩厚度决定的。出水池的宽度可按下式计算B=（n-1）a十n（D0+2b）(5-11)式中D0—出水管口直径，m;α—隔墩厚度，一般取0.4m左右；N—出水管根数；B—管壁与隔得B=（3-1）0.4+3（0.7+2*0.30）=3.4m2、池底至管口下缘距离为便于出水管道及拍门的安装，也为了避免泥沙或杂物堵塞管口，出水管口与出水池池底应留有一定得空间，这里取P=1.29m。3、出水池墙顶高程和池底高程出水池墙顶高程：Δ池顶=Δmax+h超高(5-12)式中△max—为出水池最高水位，18.36m；h超高—为安全超高，参考《水泵与水泵站》（余金凤，张永伟主编，2009）选取。则出水池池底高程：Δ池顶=Δmax+h超高=18.36+0.6=18.96m出水池高度：H池高=Δ池顶-Δ池底=18.96-13.20=6.76m5.3.2出水管道宽度出水管的间距保持与机组间距一致，以便泵站出水池的平行布置。出水管出口直径：DC=0.9m，5.3.3出水池长度出水池长度的计算方法较多，采用水面旋滚法计算。水平式淹没出流不可避免形成了出水池面层的旋滚，若出水池长度不够，将导致此旋滚延伸至出水干渠，很可能造成渠道的冲刷。水面旋滚法的目的是：使出水池长度等于旋滚长度，从而限制旋滚发生在出水池以内。按下式计算：L出=α（h淹max）0.5(5-13)95 式中：h淹max—最大淹深，为h淹max=4.56m；α—实验系数，α=7计算得：L出=14.9m5.3.4出水池与渠道的衔接通常出水池比输水渠道宽，为使水流平顺地流入渠道，出水池和输水渠道之间要用渐缩段连接。渐缩段的圆锥中心角一般取40度。为了防止出水池水流对渠道的冲刷，在紧接出水池后的一段渠道应护砌。护砌段的长度L护一般等于渠中最大水深的4倍。则切护长度L护=4.56×4=18.24m5.3.5经济管径确定在初步设计阶段，可采用经验公式初定管径，由《泵站工程》（严登丰编著，2005年）中的经验公式：Q=A×V(5-14)已知流速V=0.7m/s，则Q=2.77m³/s得管道半径：R=（Q/Vπ）0.5=0.36m5.3.6出水管道长度水泵出口管径为0.7m,出水管直径为0.9m。根据《水泵及水泵站》（余金凤，张永伟主编，2009），同心变径接管长度：L=（5~7）△d=5×0.2~7×0.2=1~1.4取L=1m。出水管道到钢筋混凝土管道之间的距离取3.5m。5.3.7钢管的结构计算扬程较高的泵站，其出水管道通常采用钢管。管径在600mm以下的无缝钢管一般都在工厂制作。管径较大的钢管，一般用钢板焊接或铆接而成。钢管管壁厚度的计算明式铺设的钢管管壁厚度按式(5-15)计算：δ≥D/130(5-15)式中δ—管壁厚度，mmD—水管内径，mm得δ≥900/130=6.9mm，所以取管壁厚度为7mm的钢管。5.3.8出水管路线路选择出水管路线路选择，一般要比较多种方案，最后择优确定。则出水管路的选线原则：95 1、应结合地形、地质条件，管线尽量与等高线垂直布置，有利于管坡的稳定。2、管线布置要短而直，少转弯，以利于减小管道投资和水头损失。3、管道需变坡布置时，要掌握先缓后陡的布置原则，避免管内出现水柱断裂现象，致使管道遭到破坏。4、管道应避开地质不良地段，不能避开时，应采取安全可靠的工程措施。必须铺设在填方上的管道，填方要严格压实处理，并做好排水设施。5、管线选择要考虑运输、安装和管理方便。6、管路铺设角不应超过土壤的内摩擦角。这里采用1：2.5的管坡。5.3.9出水管道的布置与铺设方式1、出水管道的布置方式单泵单管平行布置。优点是管道结构简单，管道附件少，运行可靠。适合于低扬程少机组的泵站。2、出水管道的铺设方式暗式铺设。钢筋混凝土管多采用地下埋设。管顶最小埋深应在最大冻土深度以下。埋管之间的净距不应小于0.6m。埋入地下的管道应做好防腐处理，埋管的回填土地面应做好横向及纵向排水沟。管道的支承方式，暗式铺设的采用连续的素混凝土座垫。管座的包角为90o。明式铺设采用支墩支承。为保证管道在正常运行和事故停泵时的稳定性，在管道转弯处必须设置镇墩。5.4衔接建筑物设计根据泵站枢纽总体布置，本设计采用正向式进水前池。斜坡式池壁与温室边墩用八字形翼墙连接。进水池末设一闸门和拦污珊槽，用于控制水流进入温室式泵房下。泵房与闸门上的道路之间设一条人行便桥。6水泵装置工作点及工况校核6.1沿程损失hr管路的沿程阻力损失，可按下式计算：(6-1)泵站的管理采用圆管，将有关数据带入可得：95 (6-2)同样令，即局部阻力参数，根据水流进入进水池到压力水箱的过程，水泵的局部阻力损失有检修闸门槽、拦污栅、喇叭口进口、60o弯头段、出口段等局部损失，具体如下局部损失计算如下表：表13局部损失计算公式部位v(m/s)d(m)h局(m)检修闸门槽0.10.450.0010.00103取拦污栅0.180.450.001640.00186喇叭口进口0.150.90.0220.02560o弯头段0.80.90.1010.114出水段1.00.90.1260.143拍门0.40.90.0510.058扩散段0.060.90.00750.0085注：以上局部水力损失系数查于《水泵设计示例与习题》（吴德广，刘黎合编，1998）第五章局部阻力系数表进口管道与水泵进口用渐缩管连接，由5.2.4进水管设计可知，进水管的流速一般控制在1.5m/s∽2.0m/s之间，取v进=1.5m/s，则渐缩管处的局部水力损失为：95 所以，局部总阻力为：局部总损失h局：6.2总损失计算及工况点校核6.2.1总损失计算：总阻力参数：∑s=0.31+0.0159=0.326总损失：∑h=hr+h局=0.35+0.018=0.368m6.2.2工况点校核：水泵的扬程(6-3)式中：水泵的净扬程H净=3.69m，∑h=SQ²表14水泵在设计运行工况下扬程计算流量Q净扬程总阻力ΣS总损失Σh校核扬程0.53.690.330.13.790.63.690.330.143.830.73.690.330.183.870.813.690.330.233.920.823.690.330.243.9395 0.833.690.330.243.93续表表14水泵在设计运行工况下扬程计算流量Q净扬程总阻力ΣS总损失Σh校核扬程0.843.690.330.253.940.853.690.330.253.940.863.690.330.263.950.873.690.330.263.950.883.690.330.273.960.893.690.330.283.970.93.690.330.283.970.913.690.330.293.980.923.690.330.293.980.933.690.330.33.990.943.690.330.3140.953.690.330.3140.963.690.330.324.010.973.690.330.324.010.983.690.330.334.020.993.690.330.344.0313.690.330.344.031.013.690.330.354.041.023.690.330.364.051.033.690.330.364.0595 表15水泵在设计运行工况下的最大扬程计算流量Q净扬程总阻力ΣS总损失Σh校核扬程0.55.660.330.15.760.65.660.330.145.80.615.660.330.145.80.625.660.330.145.80.635.660.330.155.810.645.660.330.155.810.655.660.330.165.820.665.660.330.165.820.675.660.330.175.830.685.660.330.175.830.695.660.330.185.840.75.660.330.185.840.715.660.330.185.840.725.660.330.195.850.735.660.330.195.850.745.660.330.25.860.755.660.330.25.860.765.660.330.215.870.775.660.330.215.8795 续表表15水泵在设计运行工况下的最大扬程计算流量Q净扬程总阻力ΣS总损失Σh校核扬程0.785.660.330.225.880.795.660.330.225.880.85.660.330.235.890.815.660.330.235.890.825.660.330.245.90.835.660.330.255.910.845.660.330.255.91由以上表格，配合28ZLB-70性能曲线图，作下图10：图1028ZLB-70型轴流泵工况点校核图95 由表15和图10得水泵在设计运行工况下,流量为960L/s，扬程为4.01m。当水泵在最大运行工况下的流量为780L/s，扬程为5.88m。7泵房设计泵房通常包括主机房、配电间、检修间以及交通道组成，如下图。图11泵房布置简图7.1泵房的布置形式7.1.1水泵的安装高程水泵的安装高程ΔH安。28ZLB-70型泵由于未提供ΔH值，只规定其安装基准面应没入最低进水池水位0.9m。本设计进水池最低水位为12.70m。泵的安装高程为：ΔH安=12.70-0.9=11.8m7.1.2布置形式主机组的布置形式包括：1、一列式布置各机组的轴线位于同一直线上。优点是简单、整齐、泵房跨度小。缺点是当机组较多时会增加泵房长度，相应的也要增加进水池和出水池的宽度。2、双列交错排列布置当机组数目较多时，为缩短泵房长度和减小进水池和出水池宽度，可采用双列交错排列布置。这种布置型式的缺点是增加了泵房跨度，泵房内部显得零乱，管理操作也不够方便。双吸卧式离心泵按水泵样本上的规定，从传动方向看水泵是逆时针方向旋转的。从水泵进水口往出水口方向看，联轴器在水泵右边。有一部分水泵从进水口向出水口看，联袖器在水泵左边，从传动方向肴，水泵是顺时针方向旋转的，恰和水泵样本中的规定相反。这一点在水泵定货时必须加以说明。95 3、平行一列布置当选用BA型（或B型）水泵时，可采用这种布置型式。如图下所示。这种布置型式的优点是机组间距减少，能缩短泵房长度和前池宽度。图12电机布置形式由于本泵站类型比较简单，水泵布置为3台，为了尽量减少泵房的尺寸和费用，选用平行一列布置。7.1.3配电设备的布置形式配电设备的布置型式，有集中布置和分散布置两种。1、分散布置是将配电盘放在两台电动机中间的靠墙空地上，由于增加泵房宽度。这里不采用。2、集中布置按它在泵房中的位置，可分两种布置型式。（1）一端式布置：配电间布置在泵房进线的一端。这是机组台数较少的泵站采用最普遍的一种布置型式。它的优点是不增加泵房跨度，进出水侧都可以开窗。有利于泵房的通风和采光。它的缺点是当机组台数多时，工作人员不便监视远离配电间的机组运行情况。（2）一侧式布置：将配电间布置在泵房进水侧或出水侧。其优点是当机组台数较多时，有利于工作人员监视机组的运行。这种布置型式要增加泵房跨度，为了弥补泵房跨度加大的缺点，可沿泵房跨度方向向外凸出一部分，作为配电间，这样就不会增加整个泵房的跨度。95 配电间的尺寸主要决定于配电柜的规格尺寸、数目以及必要的操作维修空间。高压配电柜不要靠墙，可以双面维护。不靠墙安装的配电柜，柜后需留出0.8m的通道，以便检修，柜前需要2.0m的操作宽度。为防止积水流向配电间，配电间地板应高于泵房地板，也可使配电间地板高程与泵房内交通道高程相同。为防备发生意外事故，配电间一般都单设一个向外开的便门。由于本设计泵站规模较小，泵台数为3台，采用一端式布置。3、配电柜。选用BSL-l型双面维修通用配电柜，其规格为：高2.14m、宽0.90m、厚0.60m。本设计选用5块，其中主机组用3块，进线总柜1块，站内照明等其他用电l块。7.1.4交通道布置泵房内的主要交通道一般沿泵房长度方向布置。布置在进水侧。其宽度2m。交通道高于泵房地板，与配电间地板在同一高程。交通道与泵房地板之间采用台阶连接。台阶宽度为0.8m。台阶级高与级宽采用20cm和25cm。7.1.5门窗布置泵房应有较大的门窗面积，以利通风采光。一般门窗面积不应小于泵房地板面积的20%。大门应能通过运输内部最大设备构件。在泵房进出水的侧墙上应设置双层窗，以利自然通风。进水池上面，泵房主厂房交通道中间设一道宽1.5m，高2m的进出门，副厂房与主厂房，检修间与主厂房各设一道宽2m高3m的进出通道。在没两个电机中间墙，以及边墙与电机之间设窗口宽1m高1m，在主门口两侧各设一道窗口长1m高1m。7.1.6楼梯的布置楼梯检修口布置在泵房靠近前池和检修房的一侧。设一宽0.8m长0.8m的通道，通道用楼梯与水泵池链接，台阶宽0.8m，台阶级高与级宽采用20cm和25cm。7.1.7检修间的布置检修间一般设在靠近泵房大门的一端，它的尺寸应能放置泵房内最大的设备或部件。并便于拆装检修。这里设检修间的跨度与泵房相同，检修间长度为4m。7.2泵房尺寸的确定7.2.1泵房长度决定因素泵房长度主要根据机组或机组基础长度、机组间的间距以及检修间和配电间的位置等因素来确定。7.2.2厂房长度95 泵房长度主要根据机组或机组基础长度、机组间的间距以及检修间和配电间的位置等因素来确定。机组基础长度加上间距就是机组中心距。如果每台水泵有单独的进水池，则机组中心距应等于每台水泵所要求的进水池宽度与隔墩厚度的和。若两者不统一，可通过调整间距来统一。机组中心距也就是泵房的柱距，在有配电间或检修间的泵房中，配电间或检修间的柱距可与机组间的柱距相同，也可根据设计需要确定。泵房长度B可由下式确定L=nL0+L1+L2+4L3(7-1)其中L。=l。+l1式中L—泵房长度，mm；N—主机组台数，3台；L1、L2—配电间和检修间的开间（包括外墙），分别是4000mm和10000mm;L3—边墙的厚度，这里设0.6L0—泵房开间，mm；l0—湿式单独进水池宽度，2700ml1—闸墩厚度，600mm得L=3×2700+2×600+10000+4000=23300mm7.2.3泵房高度厂房内各高层确定1、进水池地板高层：Δ底=11.1m。2、水泵安装高层：根据尺寸图得，水泵喇叭口长度为0.41m。Δ泵=Δ喇叭口+0.41m=11.7+0.41=12.11m3、水泵梁顶高层：根据尺寸图，的水泵叶轮道水泵顶梁距离为0.825m。Δ泵顶=Δ泵+0.825m=12.935m4、电机层楼板高层：Δ楼板=Δ高+δ+l(7-2)式中Δ高-最高水位，15.32mδ-安全超高，取1ml-楼板厚度取0.2m95 Δ楼板=Δ高+δ+l=16.52m5、水泵轴长：L轴=Δ楼板-Δ泵顶=16.53m-12.935m=3.595m根据轴流泵规范，水泵传动轴长为3.595m小于最大轴长3.8m，符合规范。7.2.4厂房高度由已确定的水泵安装高程减去泵轴线至水泵底座的距离，便得到水泵基础面高程，由水泵基础面再往下减0.1—0.3m的安装空间，即得到泵房主机组地坪面高程。通常检修间地板高程要高于主机组地坪面高程。检修间地板高程一般与配电间地板高程相同。为了防洪安全和便于汽车运输设备，检修间地板高程应高出最高洪水位和泵房外地面0.5m左右。由此可确定检修间地板高程。若泵房内设有吊车，载重汽车需进入检修间装卸设备，则吊车轨面高程可由下式确定Δ轨=Δ地+h1+h2+h3+h4+h5+H6(7-3)式中Δ轨-吊车轨面高程，m;Δ楼板-检修间地板高程，16.52m；H1-起吊物吊离车厢底板的必要高度，一般为0.3~0.5m，这里取0.5m;H2-最高设备的高度，也就是JSL三相鼠笼式异步电机,型号为JSL125—10电机高度,为1.51m。H3-吊索最小高度，取1.57m;H4-吊车吊钩至轨道面的最小距离，取1.5m。H6-吊件预留最大长度，由于水泵传动轴长为3.595m，这里取3.6m吊车轨面高程Δ轨，加上轨道高度即得屋面大梁底面高程Δ梁，得:Δ轨=16.52+0.5+1.51+1.57+1.5+3.6=25.2m7.2.5厂房宽度泵房宽度B。按湿室进水流态与动力机层设备布置两种情况分别拟定，择大者选取并作适当调整。1、按湿室进水流态确定居。泵房宽度B即为湿室进水池长度。该长度凭经验取5D进=5×0.9=4.5m2、按动力机层设备布置确定B。配电柜布置于泵房进水一侧，用下式计算拟定95 B=b1+b2+b3+2b4+2b5(7-4)式中b1-立式电动外径，查资料得：型号JSL125—10外径为0.95m;B2-泵房进水侧主通道，取2.0m；B3-工作走道宽度为1.6m；B4-动力机层进水侧墙厚，取0.4m；B5-动力机层出水方向墙厚，取0.6m得B=7.55m3、起重设备的影响泵房水泵重量为1991kg，根据《泵站设计规范》（中华人民共和国水利部编著，1997年），其中小于5吨，水泵台数小于4台时，宜采用电动单梁起重机。这里选取珠海永生的电动单梁起重机，跨度为7.5m。4、检修工作桥检修工作桥取2m。综上所述，为了适应吊车梁的宽度，在大于7.55m的前提下，适当加宽泵房的设计的取值为：L=7.5m+0.4×2+0.6×2+2=11.5m7.3副厂房的布置副厂房包括配电间，控制室，配电盘室，保护盘室，高压开关站，厂变间等。副厂房跨度等于泵房宽，长设为10000mm，包括一边墙在内（墙厚为0.4m）。7.4泵房主要构建7.4.1进水池边墩拟采用M20砌石砂浆重力式结构。边墩高度为：H边墩=Δ地板-Δ底=16.53-11.1=5.43m边墩顶端宽度设为0.6m，边墩底部宽设为1.2m。7.4.2水闸门检修水闸门设在进水池两个边墩中间位置，检修闸门厚度设0.2m，门槽深设为0.1m。7.4.3水泵池湿室后墙湿室后墙位于进水池的后壁，拟采用M20砌石砂浆重力式结构，设顶宽0.8m，底宽1.6m。95 7.4.4电机梁材料采用C15钢筋混凝土，两端深入墩墙0.3m。梁长：L梁=2.7+0.3×2=3.3m断面尺寸取300mm×400mm，间距为1.05m。7.4.5水泵梁拟采用C15钢筋混凝土预制构件，梁长3.3m，断面尺寸取300mm×400mm，间距0.95m。7.4.6电机层楼地面板拟采用C15钢筋混凝土预制构件，板长为3.3m，宽为1.35m。7.4.7湿室底板拟采用C20钢筋混凝土实心现浇板，根据湿室池或者泵房宽度的尺寸拟定，长为11.5m，宽为3×2.7+4×0.6=10.5，厚度设为0.7m。7.4.8隔墩拟采用C15钢筋混凝土预制构件，墩厚采用0.6m。尺寸如图14：图14墩头尺寸图7.4.9检修工作桥拟采用C15钢筋混凝土预制构件，厚度设为0.2m。7.4.10立柱拟采用C25钢筋混凝土预制构件，支撑起重设备的作用，上柱截面尺寸为400×400mm，下柱截面尺寸为400×600mm，进出水侧对称布置3根立柱。7.4.11圈梁95 拟采用C10钢筋混凝土预制构件，截面尺寸为400×200mm。7.4.12屋面大梁拟采用C20钢筋混凝土预制构件，梁跨为7.5+0.4×2+0.6×2=9.5m。7.4.13屋面板拟采用C15钢筋混凝土槽型截面预制件，板宽为0.8m，板长为11.5m。8泵房整体稳定校核8.1渗透稳定验算为了保证泵房地基土壤的渗透稳定性，泵房要有足够的地下轮廓线长度。防渗计算取最大水位差，最大水位差情况是，上游水位12.7m，下游水位18.36m。8.1.1防渗长度校核建筑物地下轮廓线从水流入渗点开始，沿建筑物地下不透水部分的轮廓，到渗流的溢出点为止。本设计中，在前池底部靠近进水池设置长为3m的铺盖。出水池与泵房采取分建的建筑物形式。进水池后墙地下水位随下游水位的变化而变化，防渗计算取最大水位差的情况，上下游水位差Δh=18036-12.7=5.66m。地下轮廓线如图。图15地下轮廓线图1、由图可算出。95 总的渗流长度为：L=L1-2+L2-3+L3-4+L4-5+L5-6+L6-7+L7-8+L8-9+L9-10+L10-11+L11-12+L12-13+L13-14+L14-15=1200+500+500×20.5+9800+500×2+500+1200+2735+22695.8+1962.8+506.3×20.5+30800+506.3×20.5=75932.45mm=74.93m2、计算9-8点之间的渗压水头：H9=（74932.45-2×506.3×20.5-506.3×2-30800-1962.8）×5.66/74932.45=3.00mH8=（74932.45-2×506.3×20.5-506.3×2-30800-1962.8-22695.8）×5.66/74932.45=1.29m3、平均水头降：H平均=（H8+H9）/2=2.14m4、则进水池后面的水面高程：Δ地下=12.7+2.14=14.84m满足地下水位高程在13.65~15.65m之间。进水池墙后水位高程确定14.89m。5、泵房下部防渗长度计算：L'=14.84-11.1+1.2+0.5+0.5×20.5+9.8+0.5×20.5+0.5=17.15m由于进水池下土质为粘性土，查水闸设计规范，按无反滤层的排水条件，粘土允许渗径系数值取4.6、最小防渗长度：L最小=C×Δh=4×2.14=8.96m(8-1)由于L'=17.15m>L最小=8.96m，所以防渗长度满足要求。8.1.2渗流出口波段降校核根据该地区土质为粘土，由《水闸设计规范》（中国水利水电出版社编著，2004）得，出口段允许渗流坡降值（J）的取值范围在0.6~0.7之间。由坡降公式得：J=ΔH/L(8-2)式中ΔH—最大水头差。计算得J=ΔH/L=5.66/74.93=0.076<(J）=0.6，故满足要求。8.2工况选择及荷载计算8.2.1稳定校核工况的选定95 稳定校核选定泵房施工、运行和检修时可能出现的最不利工况进行计算。现在选择几种工况进项计算比较，采取三种情况进行计算。1、完建期和检修期此时土建工程和安装工程已经竣工，但是未投产运行，进水池总没有进水。泵房主要承受建筑物自重和电机设备自重，还有出水侧的主动土压力、地下水引起的水压力及浮托力。检修期一般安排在冬春季节进行检修，该泵站属于排涝泵站。冬季处于枯水期，进水池前后地下水位跟完建期一样，具体稳定验算同完建期。完建期赢校核最大低级盈利和看花稳定问题。2、设计工况运行期上下游为设计水位，此时的荷载包括建筑物、设备自重、过水部分水重、浮托力、进水侧的水压力和渗透力。同理可得，同样校核最大地基应力和抗滑稳定问题。3、最高工况运行期上下游为最高水位时，这时荷载包括建筑物、设备自重、过水部分水重、浮托力、进水侧的水压力和渗透压力。4、泵房稳定计算水位情况由泵房的工程地质条件得，地下水位高程在13.6~15.65之间，本工程施工采用轻型井点排水措施降低地下水位。完建期时，地下水位将至底板以下，设计运行工况及最高运行工况如下表：表16地下水位工况上游水位下游水位水头差完建期无水无水0设计运行工况13.216.893.69最高运行工况15.3218.363.048.2.2泵房与设备自重计算表格如下表17所示：95 95 部位体积（m³）距离地板中心的距离（m）重度（kN/m³）重力（kN）弯矩（kN*m³）逆时针为正顺时针为负底板753.8024.518468.10左边墩57.084.6724.51398.466530.81右边墩57.084.6724.51398.466530.81隔墩76.881.2524.51883.562354.45工作桥上的起吊设备4.20.210.88水泵梁1.622.6324.539.69104.38电机梁1.622.6324.539.69104.38右电机层楼板9.024.224.5220.99928.16左电机层楼板9.021.1224.5220.99247.51电机2.6341.15108.22水泵　2.63　44.15　116.11表17泵房与设备自重计算表95 续表表17泵房与设备自重计算表部位体积（m³）距离地板中心的距离（m）重度（kN/m³）重力（kN）弯矩（kN*m³）逆时针为正顺时针为负泵房后墙78.125.2424.51913.9410029.05扣后墙17.125.2424.5-419.442197.87起重设备1.524.517.5626.34工字型钢1.524.53.435.15电机层进水侧墙体52.83.4424.51293.64449.98电机进水侧墙体52.85.2424.51293.66778.46扣窗洞（进水侧）11.92.724.5-291.55787.19扣窗洞（出水侧）11.95.7324.5-291.551670.58检修闸门5.1524.500拦污栅4.565.6824.5111.72634.57　95 续表表17泵房与设备自重计算表部位体积（m³）距离地板中心的距离（m）重度（kN/m³）重力（kN）弯矩（kN*m³）逆时针为正顺时针为负检修工作桥4.064.6424.599.37461.09立柱（进水侧）10.153.4224.5248.68850.47立柱（出水侧）10.154.224.5248.681044.44圈梁（进水侧）0.945.7324.523.03131.96圈梁（出水侧）0.943.4424.523.0379.22屋面大梁3.011.524.573.75110.62屋面板（进水侧）7.80.924.5191.1171.99屋面板（出水侧）7.83.124.5191.1592.41Σ　　　11529.9119702.1627344.9595 由表17泵房与设备自重计算表。可得，泵房自重对地板中心的力矩是：M自重=19702.16-27344.95=-7575.58kN·m8.2.3水压力图16水平水压力计算示意1、完建期和检修期完建期泵房内外的水位差为0，完建期泵房水平压力为：P水平=0.5γ（Δ上游-Δ下游）²(8-3)式中γ—水的容重，9.81kN/m³P水平=0.5γ（Δ上游-Δ下游）²=0.5×9.81×0=0由于完建期内水泵没进水，所以完建期泪水重为0。2、设计工况运行期由泵房与设备自重计算表17可得：Δ上游=13.2则泵房泵室内的水平水压力：P水平=0.5γ（Δ上游-Δ下游）²=0.5×9.81×（13.2-11.1）²=21.63kN/m由于进水池单宽B单=2.7m，一共有三个进水池，则泵房内的总的水平水压力：P总=P水平×3×2.7=175.2kN对地板中心的力矩：M1=P总×（1/3×2.1+1.2）=-332.88kN·m95 泵室内的水重：G水重=3γL底B单（Δ设计+Δ底）=3×9.81×11.68×2.7×（13.2-11.1）=1949.02kN对地板中心的力矩：M2=G水道×0.46=1949.02×0.46=896.55KN·m3、最高工况运行期（1）上下游水位情况：P水平=0.5γ（Δ上游-Δ下游）²=0.5×9.81×（15.32-11.1）²=87.35kN/m由于进水池单宽B单=2.7m，一共有三个进水池。（2）则泵房内的总的水平水压力：P总=P水平×3×2.7=707.54kN对地板中心的力矩：M3=P总×（1/3×4.22+1.2）=-1844.32KN·m（3）泵室内的水重：G水重=3γL底B单（Δ设计+Δ底）=3×9.81×11.68×.7×（15.32-11.1）=3916.60kN（4）对地板中心的力矩：M4=G水重×0.46=3916.60×0.46=1801.64KN·m8.2.4浮托力由浮托力的定义可知，只要计算浮托力作用的范围内的水体积即为浮托力的值。图17浮托力的计算95 1、完建期和检修期完建期内地下水由于施工时的降排措施，近似地认为完建期内不收浮托力的作用。2、设计工况运行期泵房地板所承受的浮托力为W1=γAL(8-4)式中：L-为泵房地板长度，为11.7mW1=γAL=9.81{（13.2-11.1+1.2）×10.14-0.5×（9.8+10.8）×0.5}×11.7=3243.83KN对地板中心的力矩：M5=W1×0=03、最高工况运行期B泵房地板承受的浮托力：W2=γAL=9.81{（15.32-11.1+1.2）×10.14-0.5×（9.8+10.8）×0.5}×11.7=5716.9KN4、对地板中心的力矩是：M6=W2×0=08.2.5渗透压力渗透压力也称渗压力，这时由泵站上下游水位差引起的。1、完建期和检修期：由于在完建期上下游水位差为0，所以不存在水位差。2、设计工况运行期：再设计运行工况下，上游水位为Δ上游=13.2m，下游水位Δ下游=16.89m，则上下游的水位差为：Δh=16.89-13.2=3.69m，计算进水池墙后8、9点的水深：H9=（74932.45-2×506.3×20.5-506.3×2-30800-1962.8）×5.66/74932.45=1.91mH8=（74932.45-2×506.3×20.5-506.3×2-30800-1962.8-22695.8）×5.66/74932.45=0.80m由于8、9点之间的距离比较远，在8、9点之间处设点a，计算点a的水深：Ha=（74932.45-2×506.3×20.5-506.3×2-30800-1962.8-11347.9）×3.69/74932.45=1.35m则进水池后的平均水深：H平均=（Ha+H8）×0.5=1.08m则进水池后的水位高程是:95 Δ地下=13.2+1.08=14.28m满足地下水位在13.56~15.65m之间。8.2.6确定地基的计算深度1、有效计算深度已知泵房底板的宽度L底=11.8m，S0=4.38m，则L底/S0=2.67<5。当L底/S0=2.67<5时，有效计算深度Te：Te=5L底/（1.6×2.67+2）=9.35mSo-为地下轮廓线在垂直线上面的投影2、分段阻力系数计算通过地下轮廓线的各角点和尖端降渗透区域分成7个典型段，如图所示，其中1、7为进、出口段，3,5为内部垂直段，2、4、6为内部水平段。图18地下轮廓线计算简图Z阻力系数按下列公式计算：表12典型流段的阻力系数计算表区段名称阻力系数计算公式进口段和出口段ξ=0.441+1.5（S/T）1.5内部垂直段ξ=2/л×cotл/4(1-S/T)内部水平段ξ={L-0.7(S1+S2)}/T95 表18水头损失计算分段编号分段名称S（m）S1（m）S2（m）T（m）L（m）阻力系数ξ总水头H（m）水头损失Hi（m）1.00进口段4.389.350.921.080.272.00水平段0.000.004.970.500.201.080.063.00垂直段0.505.470.091.080.034.00水平段0.500.505.479.801.661.080.495.00垂直段0.505.470.091.080.036.00水平段0.000.004.970.500.201.080.067.00出口段0.40　　5.37　0.471.080.143、进出口段水头损失修正由于进出口的水泥坡降呈即便曲线形式，算得进出口师徒损失与实际情况相差较大，需要修正，进出口的水头修正如下表19：95 表19进出口水头修正部位S'（m）T'（m）T（m）βHi（m）Hi'（m）Δh进口段6.429.359.351.000.270.270.00出口段1.204.975.370.920.140.130.014、进出口段齿墙出水头损失修正表20修正后水头损失汇总分段编号阻力系数总水头H（m）水头损失Hi（m）修正后水头损失Hi'10.921.080.270.2720.21.080.060.0630.091.080.030.0341.661.080.490.4950.091.080.030.0360.21.080.060.0770.471.080.140.13合计3.64　1.081.0895 5、计算各角点渗压水头表21各角点渗压水头角点H1H2H3H4H5H6H7H8渗压水头1.080.810.750.720.230.200.130.00图19渗压水头计算简图由上图19计算可得：渗透压力为：W3=9.81×11.7×{0.5×（0.13+0.2）×1+0.5×（0.23+0.72）×9.8+0.5×（0.75+0.81）×1}=642.75KN底板中心的渗压水头：H中=（0.23+0.72）×0.5=0.48以中点为分，分两边分别计算，对底板中心的力矩：M7左=9.81×11.7×{0.5×（0.13+0.20）×15×.4+0.5×（0.23+0.48）×4.9×2.45}95 =591.42KN·mM7右=9.81×11.7×{0.5×（0.81+0.75）×1×5.4+0.5×（0.72+0.48）×4.9×2.45}=-1310.18KN·m则得底板中心的渗压水头M：M7=M7左+M7右=-718.76KN·m8.2.7最高运行工况由图17可知，最高运行工况上下游的水位分别为：Δ上游=15.32m，Δ下游=18.36。则上下游水位差为：Δh=3.04m。计算进水池后墙的8、9点水深：H9=（74.9-36.06）×3.04/74.9=1.58H8=（74.9-58.76）×3.04/74.9=0.66由于8、9点之间的距离比较远，在8、9点之间处设点a，计算点a的水深：Hb=（74.9-47.41）×3.04/74.9=1.12m则进水池后的平均水深：H平均=（Hb+H8）=(1.12+0.66)×2=0.89m则进水池后墙的水位高程为：Δ地下=15.32+0.89=16.21m地下水位高程为16.21m，水位差0.89m，由于地下水位过高，泵房墙后填土0.5m，则墙厚高程为16.82m。1、确定地基的计算深度已知泵房地板宽度L底=11.8m，S0=6.31m，S0—为地下轮廓线在垂直线上面的投影则L底/S0=1.87<5当L底/S0=2.67<5时，有效计算深度Te：Te=5L底/（1.6×2.67+2）=11.8m2、分段阻力系数计算3、地下轮廓线分段通过地下轮廓线的各角点和尖端降渗透区域分成7个典型段，如图所示，其中1、7为进、出口段3,5为内部垂直段，2、4、6为内部水平段。95 图20渗透区域划分（最高运行期）表22水头损失分段编号分段名称S（m）S1（m）S2（m）T（m）L（m）阻力系数ξ总水头H（m）水头损失Hi（m）1.00进口段6.3111.801.030.890.262.00水平段0.000.005.491.000.180.890.053.00垂直段0.505.900.080.890.024.00水平段0.500.505.998.801.520.890.385.00垂直段0.505.990.080.890.026.00水平段0.000.005.491.000.180.890.057.00出口段0.405.890.470.890.12Σ　　　　　　3.58　95 4、进出口段水头损失修正如下表23:表23进出口水头损失修正（最高运行期）部位S'（m）T'（m）T（m）βHi（m）Hi'（m）Δh进口段6.9211.8011.801.000.260.260.00出口段1.205.495.890.900.120.11表24进出口段齿墙处水头损失修正分段编号阻力系数总水头H（m）水头损失Hi（m）修正后水头损失Hi'11.030.890.260.2520.180.890.050.0530.080.890.020.0241.520.890.380.3850.080.890.020.0260.180.8900.0670.470.890.120.11合计3.55　0.890.8995 5、计算各角点渗压水头：表25各角点渗压水头角点H1H2H3H4H5H6H7H8渗压水头0.890.640.590.570.190.170.110.00图21渗透压力计算简6、渗透压力力矩计算：则最高工况运行期的渗透压力为：W最高=9.81×11.7×{0.5×（0.11+0.17）×1+0.5×（0.19+0.57）×9.8+0.5×（0.59+0.64）×1}=514.09KN底板中心的渗压水头：H中=（0.19+0.57）×0.5=0.38以中点为分，分两边分别计算，对底板中心的力矩：M8左=9.81×11.7×{0.5×（0.11+0.17）×1×5.4+0.5×（0.19+0.38）×4.9×2.45}95 =479.47KN·mM8右=9.81×11.7×{0.5×（0.64+0.59）×1×5.4+0.5×（0.57+0.38）×4.9×2.45}=-1035.68KN·m得以中点为分，分两边分别计算，对底板中心的力矩：M8=M8左+M8右=-556.21KN·m8.2.8墙后土压力及水压力因为外盒最高运行水位时16.32m，墙厚地下水位较高，将墙后的回填土加高0.5m，则墙后填土高程为16.82m。1、完建期和检修期墙后的填土为压实土，回填涂料的容重γ上=18.15KN/m³，内摩擦角为φ=20°，回填土凝聚力C=15kpa。回填土上不设其他建筑物，因此均布荷载可忽略不计。根据朗肯土压力利润，主动土压力强度Бa=γ×Zo×Ka-2c×Ka0.5(8-5)式中Ka-主动土压力系数得：Ka=tan²（45°-φ/2）=tan²（45°-20°/2）=0.49完建期内地下水位由于施工时的降排措施，近似认为处于泵房底板下，因此填土总无地下水，泵房后墙不受水压力作用，只承受主动土压力，如下图：图22墙后土压力分布95 填土密度取γ=18.15KN/m³高度H=6.92m。因为填土面没荷载，令бa=γZoKa-2cKa0.5=0得计算拉力区深度：Za=2c/γKa0.5=2×15/（18.15×0.490.5）=2.36m主动土压力：Ea=0.5γH²tan²（45°-20°/2）-2×15×6.92×tan（45°-20°/2）+2×15²/18.5=92.5KN/m底板长为11.7m，整个泵房所受的主动土压力：Ea总=92.5×11.7=1082.25对地板中心的力矩：M9=（H-Zo）×Ea总/3=1645.1KN·m8.2.9设计工况运行期：图23墙后土压力及水压力分布如图23，墙后填土中有地下水，回填土的重度为γ=18.15KN/m³，内摩擦角φ=20°，回填涂料的容重γ上=18.15KN/m³，回填土凝聚力C=15kpa，浮重度γ'=8.34KN/m³。主动土压力系数:Ka=0.4903，地下水的高程:Δ地下水=14.28m，由图23得，H1=2.54m，H2=4.38m。95 因为填土面无荷载。可令бa=γZoKa-2cKa0.5=0得:Zo=2c/（γKa0.5）=2×15/（18.15×0.490.5）=2.36m因为H1=2.54m>Zo=2.36m，所以回填土的主动土压力部分处于地下水位以下，回填土的重度一浮重度γ'=8.34KN/m³计算。则墙后土压力：Ea=0.5γ（H-Zo）²Ka+{γ（H1-Zo）×H2×Ka+0.5×γ'×H2²×Ka}(8-6)得:Ea=0.5γ（H-Zo）²Ka+{γ（H1-Zo）×H2×Ka+0.5×γ'×H2²×Ka}=0.5×18.15×（2.54-2.36）²+{18.15×（2.54-2.36）×4.38×0.4903+0.5×8.34×4.38²×0.4903}=46.53KN/m底板长为11.7m，整个泵房所受的主动土压力为：Ea总=46.53×11.7=544.4KNEa上总=0.5γ（H-Zo）²Ka×11.7=0.5×18.15×（2.54-2.36）²×11.7=1.69KNEa下总={γ（H1-Zo）×H2×Ka+0.5×γ'×H2²×Ka}×11.7={18.15×（2.54-2.36）×4.38×0.4903+0.5×8.34×4.38²×0.4903}×11.7=541.0KN对底板中心的力矩：e上=γ（H-Zo）Ka=18.15×（2.54-2.36）×0.49=1.60kpae下=γ（H-Zo）Ka+γ'×K2×H2=1.6+17.91=19.51kpaM10={（2.54-2.36）/3+4.38}×Ea上+{4.38×（2e上+e下）}×Ea下/3(e上+e下)=7.5+856.46=863.96KN·m墙后的水压力分布如图23则水压力：P=0.5γwH2²=0.5×9.81×4.38²×11.7=1100.96KN对地板中心的力矩：M11=H2×P/3=1607.4KN·m95 8.3地基稳定校核8.3.1地基应力验算Pmax=ΣG/A+ΣM/w(8-7)Pmin=ΣG/A-ΣM/w(8-8)式中P—为泵房基础底面应力的最大值或最小值；∑M—为作用于泵房基础底面以上的全部竖向和水平荷载对与基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩；W—为泵房基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩。则：Pmax=ΣG/A+ΣM/w=11529.91/（11.7×11.8）-6×(-5930.49)/(11.7×11.8²)=105.35kpaPmax=ΣG/A-ΣM/w=11529.91/（11.7×11.8）+6×(-5930.49)/(11.7×11.8²)=61.67kpa泵站底板上、下游不允许有拉应力，即Pmin>0，本泵站Pmin=61.67kPa>0，满足条件。土基上泵房基础底面应力不均匀系数为：η=Pmax/Pmin=105.35/61.67=1.71泵房的地基土质属于中等坚硬、紧密，查《水闸设计规范》（中国水利水电出版社编著）可知容许值η=2.0。因为η=1.71<[η]=2.0，所以泵房满足地基稳定的要求。8.3.2抗浮稳定计算泵房的抗滑稳定系数：Kf=ΣG/ΣU(8-9)式中∑U—为作用于泵房基础底面上的扬压力，包括浮托力和渗透压力。则Kf=ΣG/ΣU=11529.91/0=无穷大，满足要求。8.3.3设计工况运行期汇总表泵房荷载汇总计算表格路下表26：95 表26泵房荷载汇总名称垂直力（KN）水平力（KN）对地板中心的力矩（KN·m）下上左右正负自重11529.917575.59水重1969.04905.76水压力1100.96175.2160.74332.88浮托力3878.310渗透压力595.92650.23土压力544.4863.96合计9024.72（↓）1470.16（←）-5181.588.3.4抗滑稳定校核泵房沿基础底面的抗滑稳定安全系数采用抗剪断公式Kc=f'ΣG+CoA(8-10)式中：f'-为泵房基础底面与地基间的摩擦角的正切值，即f=tanθ；∑G-为作用与泵房基础底面以上的全部竖向荷载的总和；C。-为底板基础底面与地基间的粘聚力；A-为泵房基础底面的面积iΣP-为作用于泵房基础底面以上的全部水平推理的代数和。根据钻孔资料，泵室的土质为粘性土，基岩的粘聚力C=59kPa，基岩的内摩擦角φ=17.5°。对于粘性土:计算值φo=0.9，φ=15.75°，C。=0.25，C=14.75kPa。滑动面取两齿墙之间地基土与齿墙底端以下土层的接触面。95 高程为Δ=9.9m，f'=tan15.75°=0.282，对于粘性土，则泵房的抗滑稳定系数：Kc=（0.282×9024.72+14.75×11.8×11.7）/1470.16=3.1查《水闸设计规范》可知，本泵站属于4、5级建筑物级别，抗滑稳定安全系数允许值[Kcl=1.2，因为Kcl=3.1>Kc=1.2，满足要求。8.3.5地基应力验算:Pmax=ΣG/A+ΣM/w(8-11)Pmin=ΣG/A-ΣM/w(8-12)式中P—为泵房基础底面应力的最大值或最小值；∑M—为作用于泵房基础底面咀上的全部竖向和水平荷载对与基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩；W—为泵房基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩。则:Pmax=9024.72/（11.7×11.8）-6×（-5181.58）/（11.7×11.8²）=84.45kpaPmin=9024.72/（11.7×11.8）+6×（-5181.58）/（11.7×11.8²）=46.29kpa泵站底板上、下游不允许有拉应力，即Pmin>O，本泵站Pmin=4629kPa>O，满足条件。土基上泵房基础底面应力不均匀系数η：η=Pmax/Pmin=1.81泵房的地基土质属于中等坚硬、紧密，查《水闸设计规范》（中国水利水电出版社编著，2004）可知引拘容许值为2.0t。因为η=7.82<[η]=2.0，所以泵房满足地基稳定的要求。8.3.6抗浮稳定计算泵房的抗滑稳定系数：Kf=ΣG/ΣU(8-13)式中：ΣU一为作用于泵房基础底面上的扬压力，包括浮托力和渗透压力。Kf=ΣG/ΣU=（11529.91+1969.04）/（3878.31+595.92）=3.02由《水闸设计规范》可知，泵房的抗浮稳定系数Kf=1.1。因为Kf=3.02>[Kf]=1.1，所以泵房的抗浮稳定性满足要求。95 8.3.7最高工况运行期汇总表表27泵房荷载汇总名称垂直力（KN）水平力（KN）对地板中心的力矩（KN·m）下上左右正负自重11529.917575.59水重3956.841820.15水压力2285.0707.544806.121844.32浮托力7931.780渗透压力474.6483.88土压力194.45295.56合计7080.37（↓）1771.91（←）-2981.669辅助设备的选择与布置9.1供水系统供水系统主要用于主机组投负责设备的冷却、润滑以及泵站消防和生活用水等，其中，主机组及负责设备的冷却、润滑用水占绝大部分。本站拟采用直接冷却方式，直接冷却的供水方式供水系统比较简单，系统可靠性好，无水质恶化的问题，而且清水的水源容易得到保证，设备费用也相对较省。泵站属于中小型规模，供水泵初定为两台，一台常用，一台备用。9.2排水系统95 由于本泵站为湿室型泵房，泵站的出水管路在泵房以下，泵房内的排水仁需考虑冷却水的渗漏，为保持泵房环境整洁和安全运行，本站紧设置一条排水沟集水，排至室外即可。9.3通风设备泵房内部一般采用自然通风。为了改善自然通风条件，一般泵房建筑设有高低窗，井保证足够的开窗面积。9.3.1设计窗户面积计算泵房内玻璃高低窗进风，低处选用2.7mx3.0m（一半可以打开）．一侧5个，总共10个，高处选用1.5mxl.2m（全部可以打开），一侧5个，共10个则通风面积为：F1=2.7x0.5x3x5+1.2x1.5x5=29.25m³排风选用2.0mx1.6m，可全部打开，一侧布置6个，共12个，则排风面积：F2=2x1.6x6=19.2m²10排架柱结构设计10.1排架柱基本资料泵房为单跨等高厂房，跨度L=8.8m，厂房长定为9.3m，设4根柱，柱距B=3.1m，柱高H=11.02m，屋面不上人，屋面活荷载为0.5KN/m²，当地风压值wo=0.40KN/m²10.1.1柱截面设计排架柱截面的设计尺寸上柱：400×400mm，下柱：400×600×150mm，上柱高：Hu=2.94m，下柱高：Hl=8.08m95 图24排架柱截面尺寸示意参照吊车梁图集，吊车选用DL-2S。吊车梁及吊车参数：吊车截面面积为0.11m³，吊车梁自重为0.11×24.5=2.7KN/m，吊车自重17.6KN，吊车轨道采用20a工字钢，g=0.27KN/m。10.2荷载计算10.2.1屋盖荷载1、无盖恒荷载：无盖自重设计值为：G1=1.2×{191.1/2+64.68/（4×2）}=124.36KN作用于上部柱中心线外侧，偏心距：e。=h上/2-150=50mm2、屋面活荷载：由《荷载规范》（中国工程建设标准化协会编著，2012年）得，屋面均布活荷载标准值为0.5KN/m²，则由屋盖传给排架柱的集中活荷载设计值为Q1=1.4×0.5×3.1×8.4/2=9.11KN作用于上部柱中心线外侧，偏心距e。=50mm10.2.2柱恒荷载3、上部柱自重的标准值：95 G上=0.4×0.4×2.94×24.5=11.52KN故作用在牛腿顶截面处的上部柱恒载设计值为：G2=1.2×11.52=13.82KN作用于上柱的中心线4、下部柱自重的标准值：G下=（0.47+1.94）×24.5=59.03KN5、故作用在牛腿顶截面以下下部柱的恒荷载设计值为：G4=1.2×G下=70.83KN10.2.3吊车、吊车梁及轨道自重恒荷载由吊车参数可知，吊车、吊车梁及轨道自重的设计值G3：G3=1.2×{17.56+（2.7+0.27）×4}=35.33KN作用于牛腿顶，与下柱中心线的偏心距为：e=600-H下/2=300mm图25各种荷载作用位置10.2.4吊车荷载由电车参数可知，最大轮压Pmax=13.8KN，最小轮压Pmin=4.1KN，宽度B车=2.5m，轮距K=2m，吊车额定起重的中立标准值为Qk=19.62KN，小车自重标准值qk=17.55KN，吊车跨度Lk=7.5m95 图26吊车梁支座反力影响线1、吊车竖向荷载设计值Dmax，DminDmax、k=β×Pmax×ΣYi(10-1)Dmin、k=β×Pmin×ΣYi=Dmax、k×（Pmin、k/Pmax、k）(10-2)式中：ΣYi-各大轮子下影响线仲坐标值的总和；β-多台吊车的荷载折减系数，泵房为单跨泵房，一台小车无需折减，β=1.0。则吊车竖向荷载：Dmax、k=β×Pmax、k×ΣYi=1.0×13.8×（1+0.97+0.667+0.538）=43.08kNDmax=γq×Dmax、k=1.4×43.08=61.32kNDmin=Dmax×（Pmin、k/Pmax、k）=61.32×（4.1/13.8）=18.23kN作用于牛腿顶，与下柱的偏心距为e1=300mm2、吊车横向水平荷载设计值Tmax：Tk=0.25α（Q+q）=0.25×0.12×（19.62+17.55）=1.12kN式中α-吊车采用软吊起钩，起吊重量小于10吨，α=0.12Tmax=Dmax（Tk/Pmax、k）=61.32×（1.12/13.8）=4.98kN作用于吊车梁的顶面。10.2.5风荷载95 图27屋盖示意排架柱的柱高为11.02，属于B类地区，地面粗糙指数α=0.16表28地面粗糙类别离地面或者海平面的高度地面粗糙度类别ABCD5.001.171.000.740.6210.001.381.000.740.6215.001.521.140.740.6220.001.631.250.840.6230.001.801.421.000.6240.001.921.561.130.7350.002.301.671.250.84查表28可得，地面风压高度变化系数μz=1.0由《建筑结构荷载规范》（中国工程建设标准化协会编著，2012）风荷载体型系数表，可查出泵站的风荷载体型系数：μz=（+0.8、-0.5），w=0.40kN/m²由图27可知，h1=0.5m，h2=1.08m95 1、作用在柱顶的集中风荷载设计值：Wk={（0.8+0.5）h1+（0.5-0.6）h2}×μz×Wo×B={（0.8+0.5）×0.5+（0.5-0.6）×1.08}×1.0×0.4×3.1=0.67kNW=γq×Wk=1.4×0.67=0.94kN2、沿排架柱高度作用的均布风荷载设计值q1、q2：q1=γq×μs×μ×Wo×B=1.4×0.8×1.0×0.4×3.1=1.39N/mQ2=γq×μs×μ×Wo×B=1.4×0.5×1.0×0.4×3.1=0.87N/m10.3内力分析内力分析时所采用的荷载值都是设计值，故得到的内力值都是内力设计值。图26中标注的内力值是指控制面上下柱分界处、牛腿顶面、柱脚截面的内力设计值。弯矩以使牌价外侧受拉为正，内侧受拉为负；柱底剪力以向左为正，向右为负。10.3.1屋盖荷载作用下的内力分布1、屋盖集中恒荷载G1作用下的内力分析柱顶不动支点反力：R=M×C1/H(10-3)M11=G1×e。=124.36×0.05=6.22N·mM12=G1×e。=124.36×0.1=12.44N·m2、上部柱截面的惯性矩：Iu=（1/9.3）×400×400³=2.75×109mm43、下部柱截面惯性矩：Il≈（1/12）×400×600³-（1/12）×250×250³-2×0.5×250×25×（125+2×25/3）²=6.75×109mm4n=Iu/Il=0.41λ=Hu/H=2.94/11.02=0.27按n=0.41，λ=0.27，查单阶柱柱顶反力与水平位移系数表得C1=1.62.按公式计算：95 C1=1.5×{1-λ²（1-1/n）}/{1+λ³（1/n-1）}=1.5×{1-0.27²（1-1/0.41）}/{1+0.27³（1/0.41-1）}=1.5×1.1049/1.028=1.61可见计算值与查表所得的数据相近，取C1=1.614、在M11作用下不动铰支承的柱顶反力R11=-M11×C1/H=-6.22×1.61/11.02=-0.91kN（→）同时有C2=1.5×（1-λ²）/{1+λ³（1/n-1）}=1.5×（1-0.27²）/{1+0.27³（1/0.41-1）}=1.39/1.028=1.355、在M12作用下，不动铰支承的作用反力：R12=-M12×C2/H=12.44×1.35/11.02=-1.52kN（→）6、在M11和M12的共同作用下，不动铰支承的柱顶反力为R1=R11+R12=-0.91-1.52=-2.43kN（→）相应的计算简图及内力图如图28：图28计算简10.3.2G2、G3、G4作用下计算简图及内力图由10.2章荷载计算得G2=13.82kN，G3=35.33kN，G4=70.83kNe1=600-h下/2=300mm95 在恒荷载作用下，作用位于中心线，受力简单，不做排架分析，其对排架柱产生的弯矩和轴向力如下图29：图29弯矩和轴向力10.3.3Q1作用计算简图及内力图对于单跨排架，Q1和G1一样为对称荷载，且作用位置相同，但数值大小不同。故由G1的内力计算过程可得到Q1的内力计算数值。M11=Q1×e0=9.11×0.05=0.46kN·mM12=Q1×e2=9.11×0.1=0.91kN·mR11=-M11×C1/H=1.61×0.46/11.02=-0.07kN（→）R12=-M12×C2/H=1.35×0.91/11.02=-0.11kN(→)R1=R11+R12=-0.07-0.11=-0.18kN（→）剪力为：V=-0.18N相应的计算简图及内力图如图30：95 图30Q1作用计算简图及内力10.3.4吊车竖向荷载作用1、Dmax作用于A柱，Dmin作用于B柱，其内力为Md、max=Dmax×e1=18.40kN·mMd、min=Dmin×e1=5.47kN·mA柱顶的不动支点反力，查力矩作用在牛腿面试的系数C2的数值：查得C2=1.35按公式计算C2=1.5×（1-λ²）/{1+λ³（1/n-1）}=1.5×（1-0.27²）/{1+0.27³（1/0.41-1）}=1.39/1.028=1.35查表与计算值一样，取C2=1.352、A柱顶不动支点反力：RA=Mmax×C3/H=18.4×1.35/11.02=2.25kN（→）3、B柱顶不动支点反力：RB=Mmin×C3/H=5.47×1.35/11.02=-0.67kN（→）4、A柱顶水平剪力：VA=RA+0.5（-RA-RB）=-1.46kN（←）5、B柱顶水平剪力：95 VB=RB+0.5（-RA-RB）=-1.46kN（→）内力示意图如图31：图31作用计算简图及内力6、Dmin作用在A柱，Dmax作用在B柱此时，A柱顶剪力与Dmax作用在A柱时相同，也是VA=1.79kN（←），故可得内力值，如图”图32作用计算简图及内力Dmin作用在A柱上7、在Tmax作用下的内力分析：95 Tmax=4.98kNTmax至柱底的距离是：9.14mTmax至牛腿顶面的距离为1.06mA柱与B柱受力相同，柱顶水平位移相同，没有柱顶水平剪力，故A柱的内力如图：图33恒荷载作用计算简图及内力10.3.5风荷载作用W=γQ×WK=1.4×0.67=0.94kNq1=γq×μs×μ×Wo×B=1.4×0.8×1.0×0.4×3.1=1.39N/mQ2=γq×μs×μ×Wo×B=1.4×0.5×1.0×0.4×3.1=0.87N/m风从左向右吹时，在q1、q2作用下的柱顶不动铰支座，求柱顶反力系数C·：C11=3{1+λ4（1/n-1）}/8{1+λ³（1/n-1）}=3*{1+0.274（1/0.41-1）}/8{1+0.27³（1/0.41-1）}=3.023/8.23=0.371、不动铰支座反力RA=q1×H×C11=1.39×11.02×0.37=-5.67kN（←）RB=q2×H×C11=0.87×11.02×0.37=-3.55kN（←）2、A柱顶水平剪力：VA=RA+0.5（W-RA-RB）=-5.67+0.5（0.94+5.67+3.55）=-0.59kN（←）3、B柱顶水平剪力：95 VB=RB+0.5（W-RA-RB）=-3.55+0.5（0.94+5.67+3.55）=1.53kN（→）故左和右风，A柱的内力图如图34和35：图34左风作用时计算简图及内力图35右风作用时计算简图及内力95 图36柱剖面简表29内力统计截面荷载项目屋盖恒荷载柱、吊车自重屋面活荷载吊车荷载风荷载内力G1G2、G3、G4Q1Dmax在A柱Dmin在A柱Tmax左风右风①②③④⑤⑥⑦⑧IM（kN*m）-0.9200-4.29-4.29±5.284.27-8.2695 N（kN）124.3613.829.1100000IIM（kN*m）-12.649.22-0.1911.82.02±5.284.27-8.26N（kN）124.3684.659.1161.3418.23000IIIM（kN*m）14.349.221.022.02-11.08±45.5177.9-69.69N（kN）142.02119.989.1161.3418.23000　V（kN）-2.430-0.18-1.46-1.46±45.5114.73-11.1295 表29内力组合表控制截面荷载组合恒荷载┼（任意两种或者两种以上活荷载）恒荷载+任意一种活荷载内力组合组合项目M（kN*m）N、V（kN）组合项目M（kN*m）N、V（kN）组合系数φ=1.0I—I╇Mmax及N①╇②╇⑦3.35138.18—Mmax及N①┼②╇（③┼④┼⑥┼⑧）-18.75147.29Nmax及M①┼②╇（③┼④┼⑥┼⑧）-18.75147.29①┼②╇③-0.92147.29Nmin及M①┼②╇（④┼⑥┼⑧）-18.75138.18①┼②╇⑧-9.18138.18II—II╇Mmax及N①╇②╇(④╇⑥╇⑦)17.93270.35①┼②┼④8.38270.35—Mmax及N①╇②┼(③┼⑥┼⑧)-17.15218.12①╇②╇⑧-11.68209.01Nmax及M①╇②╇(③╇④╇⑥╇⑦)17.74279.46①┼②┼④-3.61270.35Nmin及M①╇②┼⑦0.85209.01III—III╇Mmax及N、V①╇②╇(③╇④╇⑥╇⑦)149.2N=332.45、V=-56.17①╇②┼⑦101.46N=162、V=12.3—Mmax及N、V①╇②╇(⑤╇⑥╇⑧)-102.72N=280.23、-60.52①┼②┼⑧-46.13N=162、V=-13.54Nmax及M、V①╇②╇(③╇④╇⑥╇⑦)149.2N=332.45、V=-56.17①╇②╇④25.58N=323.34、V=-3.89Nmin及M、V　　　①╇②┼⑦101.46N=162、V=12.395 10.4内力组合说明1、控制截面I—I在以Nmax及相应M为目标进行组合时，应在得到Nmax同时，使M尽可能的大。2、在恒荷载+任一种活荷载内力组合时，通常采用恒荷载+风荷载，但在以Nmax为内力组合目标时或在对Ⅱ一Ⅱ截面以+Mmax为内力组合目标时，则常改用恒荷载+Dmax3、截面最不利组台的选用，对于上柱I-I截面内力设计值取：M=18.75kN·m，N=147.29kN对于Ⅱ一Ⅱ截面，内力的设计值取：M=17.93kN·m，N=270.35kN对于下柱Ⅲ一Ⅲ截面，内力设计值取：M=149.2kN×m,N=332.45kN·m因为恒荷载+任一活荷载中，M=101.46kN·m，N=162kN，这组组合的偏心距e偏=101.46/162=0.63m相对较大，也考虑成不利组合，加入到下柱的配筋验算中。10.5排架柱截面设计采用就地预制柱，混凝土强度为C25，纵向钢筋为HRB335钢筋级钢筋，柱的安全等级为Ⅱ级，采用对称配筋。查《水工混凝土设计规范》（中华人民共和国水利部编著2009）可得，混凝土强度fc=11.9N／mm2，fy=fy′=300N／mm²，钢筋参数ftk=1.78N/mm²，fy=fy′=300N/mm²，εb=0.468表31排架柱的计算长度　柱的类别排架的方向垂直排架的方向有吊车房屋柱上柱2.0Hu1.25Hu下柱1.0Hl0.8Hl10.5.1上部柱配筋计算由内力组合表可知，控制截面I-I的内力设计值为M=18.75kN×m，N=147.29kN95 则h0=400-40=360mm，由上表可知，泵房排架柱上柱的计算长度l0=2Hu=2×2.94=5.88m则l0/h=5880/400=14.7>8，需要靠绿纵向弯曲的影响。1、计算η：e0=M/N=18.75×106/147.29×103=127.3mm>h0/30=12mm故按实际偏心距e0=127.3mm计算2、计算偏心增大系数ξ1=0.5×fc×A/N=0.5×11.9×400²/147.29×103=6.46>1取ξ1=1ξ2=1.15-0.01×l0/h=1.003因为l0/h=14.7<15，所以取ξ2=1.0η=1+1/（1400×e0/h0）×（l0/h）²×ξ1×ξ2=1+1/（1400×127.3/360）×14.7²×1×1=1.436判断偏心大小：η×e0=1.436×127.3=182.8mm>0.3h0=176.4mm故按大偏心受压计算：3、计算ε值：ε=N/（fc×b×h0）=147.29×103/（11.9×400×360）=0.086<εb=0.518x=εh0=0.086×360=30.96mm<2a′=80mme′=ηe0-h/2+a′=182.8-400/2+40=22.8mm因为e′>0，则求As和As′={147.29×10³×22.8-1.0×11.9×400×360²×0.086（1-0.5×0.086）}/200×（360-40）=-688.36<0说明轴向压力N作用在As和As′之间，则As和As′按最小配筋率和构造要求配置即可。由受压构件的构造要求可知，纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm，受压构件承受的轴向压力较大而弯矩较小时，钢筋大体可沿周边布置，每边不少于2根；根据《水工95 混凝土设计规范》（中华人民共和国水利部编著2009）规定，HRB335级钢筋的最小配筋率为0.2%。则最小配筋率：Asmin=ρ×b×h0=0.2%×400×360=288mm²按照构造要求，As和As′各选用2φ14(As=As′=308mm²)4、垂直于排架方向的截面承载力验算由表37可知，垂直与排架方向的上柱计算长度，l0′=1.25Hu=3.675ml0/b=3.675/0.4=9.19查《水工钢筋混凝土结构学》（河海大学编著，2009），由第五章表5—1，可知，φ=1.0，则：Nu=φ{fc×A+fy′×（As+As′）}=1.Ox[11.9×400×400+300×(308+308)]=2088.8kAr>172.18kN承载力满足要求。10.5.2下部柱配筋计算由内力组台表可知，选取了两组数值作为控制截面III-III的内力设计值，第一组：M=149.2kN×m，N=332.45kN第二组：M=101.46kN×m，N=162kN下柱截面尺寸参数：b=150mm，h=600mm，bf′=bf=400mm，hf′=hf=150mm，ha=600-40=560mm，则A=bh+2（bf-b）hf=1.65×105mm²。由表31可知泵房排架柱上柱的计算长度l0=1.0×H1=8.08m则l0/h=8.08/0.6=13.47>8，需考虑纵向弯曲的影响。10.5.3按第一组数据计算M=149.2kN×m，N=332.45kN1、计算η：e0=M/N=（149.2×106）/（332.45×10³）=448.79mm>h0/30=18.7mm故按实际偏心距e0=594mm计算。2、计算偏心增大系数：ξ=0.5fcA/N=0.5×11.9×1.65×105/(332.45×10³)=2.95>1取ξ=10ξ2=1.15-0.01×l0/h=1.15-0.01×13.47=1.01595 因为l0/h=1.015<15，故取ξ2=1.0η=1+1/（1400×e0/h0）×（l0/h）²×ξ1×ξ2=1+1/（1400×448.79/560）×13.47²×1×1=1.16判断大小偏心ηe0=1.16×448.79=512.37>0.3h0=168mm故按大偏心受压计算。3、鉴别截面受力中轴是否位于T型肋中M临界=fc×bf′×hf′×（h0-hf′/2）=11.9×400×150×（560-150/2）=346.29kN·m>M=149.2kN·m满足要求，所以中轴位于翼缘内。4、计算x值：X=N/（α×fc×bf′）=332.45×10³/（0.85×11.9×400）=79.12mm<2α′=80mme′=ηe0-h/2+α′=512.37-600/2+40=252.37可得：As=As′=N×e′/fy（h0-α′）=332.45×10³×252.37/{300×（560-40）}=537.82mm²由受压构件的构造要求可知，纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm，受压构件承受的轴向压力较大，二弯矩较小时，钢筋大体可沿周边布置，每边不少于2根;由《水工混凝土设计规范》（中华人民共和国水利部编著2009）可知，HRB335级钢筋的最小配筋率为0.2%则最小配筋率：Asmin=ρ=0.2%×1.65×105=330mm²As、As′各选用3φ18（As=As′=763mm²）10.5.4按第二组数据计算1、M=101.46kN×m，N=162kN计算η：e0=M/N=（101.46×106）/（162×10³）=626.3mm>h0/30=18.7mm故按实际偏心距e0=626.3mm计算。2、计算偏心增大系数：ξ=0.5fcA/N=0.5×11.9×1.65×105/(162×10³)=6.061取ξ=10ξ2=1.15-0.01×l0/h=1.15-0.01×13.47=1.015因为l0/h=13.47<15，故取ξ2=1.095 3、计算ηη=1+1/（1400×e0/h0）×（l0/h）²×ξ1×ξ2=1+1/（1400×626.3/560）×13.47²×1×1=1.12判断大小偏心ηe0=1.12×626.3=701.46>0.3h0=168mm故按大偏心受压计算。4、鉴别截面受力中轴是否位于T型肋中M临界=fc×bf′×hf′×（h0-hf′/2）=11.9×400×150×（560-150/2）=346.29kN×m>M=101.46kN·m满足要求，所以中轴位于翼缘内。5、计算x值：X=N/（α×fc×bf′）=162×10³/（0.85×11.9×400）=40.04mm<2α′=80mme′=ηe0-h/2+α′=512.37-600/2+40=252.37可得：As=As′=N×e′÷{fy（h0-α′）}=332.45×10³×252.37/{300×（560-40）}=537.82mm²由受压构件的构造要求可知，纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm，受压构件承受的轴向压力较大，二弯矩较小时，钢筋大体可沿周边布置，每边不少于2根;由《水工混凝土设计规范》（中华人民共和国水利部编著2009）可知，HRB335级钢筋的最小配筋率为0.2%。则最小配筋率：Asmin=ρ=0.2%×1.65×105=330mm²As、As′各选用3φ18（As=As′=763mm²）10.5.5垂直于排架方向的截面承载力验算由表可知垂直于排架方向的下柱计算长度l0′=0.8Hu=0.8×8.08=6.464ml0/bf=6.464/0.4=16.16查《水工钢筋混凝土结构学》（河海大学编著，2009），由书本的第五章表5-1，得φ=0.904则Nu=φ{fcA+fy′(As+As′)}=0.904×{11.9×1.2×105+300×(763+763)}=1704.76kN>160kN95 承载力满足要求。10.5.6排架柱的裂缝宽度验算实验表明，对e0/h0≥0.55的偏心受压构件，应该进行裂缝的宽度验算，根据现行的《水工混凝土结构设计规范》规定，对正常试用极限状态只需验算和蔼效应的标准组合，所以在裂缝宽度验算时，荷载效应取用荷载的标准值。根据《水工钢筋混凝土结构学》（河海大学编著，2009）书中附录5表1可查得钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度限值（Wmax）=0.4mm确定最大裂缝宽度Wmax=α×σsk（30+c+0.07×d/ρte）（10-4）式中，α—对于受弯构件和偏心受压构件，取2.1；c—保护层厚度，取30mm；d—钢筋直径，但钢筋用不同直径时，取d=4As/u，u为受拉钢筋截面总周长；ρte—纵向受拉钢筋的有效配筋率，ρte=As/Ate；Ate—有效受拉钢筋混凝土截面面积，对于偏心受压构件，取Ate=2ab；σsk—按荷载标准值计算的构件纵向受拉钢筋应力；Es—钢筋的弹性模量，HRB335为2×105。对于大偏心受压构件：σsk=Nk（e/z-1）/As（10-5）z={0.87-0.12×（1-Υf′）×（h0/e）²}×h0（10-6）e=ηs×e0+ys（10-7）η=1+{1/（4000×e0/h0）}×（l0/h）（10-8）式中Nk—按何止啊标准值计算得到的轴向压力值；Z—纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点的距离；Ηs—使用阶段的偏心距增大系数，当l0/h≤14，取值为1.0；Ys—截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离；Υf′—受压翼缘面积与复板有效面积的比值。Υf′=（bf′-b）×hf′/bh0（10-9）95 表32裂缝验算　柱截面上柱下柱内力标准值Mk/（kN×m）12.6124.4Nk/（kN）125.7268.1e。/mm101469Ate=2ab/mm²2×40×400=320002×40×400=32000ρ=As/Ate308/3200=0.009763/3200=0.024取0.03、1.10取0.03、1.09η=1+1/（1400×e0/h0）×（l0/h）²×ξ1×ξ2因l。/h=13.7，取1.0因l。/h=13.47，取1.0Ys/mm160260e=ηse0+Ys/mm261729Υf′=（bf′-b）×hf′/bh000.455z={0.87-0.12×（1-Υf′）×（h0/e）²}×h0224452σsk=Nk（e/z-1）/As49213Wmax=α×σsk（30+c+0.07×d/ρte）0.049<0.4（满足要求）0.213<0.4（满足要求）95 　　10.5.7下柱裂缝计算参数Mk=125.69kN×m,Nk=268.10kNL0/h=8.08/0.6=13.47>8则偏心距:eok=Mk×Nk=125.69/268.1=469mm已知h0=560，判断是否需要验算裂缝宽度e0/h0=469/560=0.84>0.55需要验算裂缝宽度。10.5.8上柱裂缝计算参数上柱荷载标准值：Mk=12.6kN×m，N=124.4kNl0/h=5880/400=13.7>8则偏心距：e0k=Mk/Nk=12.6/124.4=101mm已知h0=360mm，判断是否需要验算裂缝的宽度：e0/h0=101/360=0.28<0.55可不需验算裂缝宽度。10.5.9箍筋配置根据1:400万幅《中国地震动峰值加速度区划图》（中华人民共和国国家标准），工程区的地震动峰加速度为0.05g，相当于地震烈度为Ⅵ度，属于非震区。对于非震区的单层泵房排架柱箍筋一般按构造要求配置。本泵站对上下柱均采用双肢箍筋φ8@200，在上柱顶端、下柱底端和牛腿处箍筋加密为φ8@100。10.5.10牛腿设计根据吊车梁支承的位置，吊车梁尺寸及构造要求，同时根据<<水工建筑物混凝土结构学>>规定，牛腿外边高度h1≥h/3，且不小于200mm，吊车梁外边缘至牛腿外缘的距离不应该小于100mm，本设计取100mm。牛腿截面宽度b=400mm，截面高度h=500mm，截面有效高度h。=460mm。1、牛腿截面验算按下式进行验算：Fvk≤β（1-0.5×Fhk/Fvk）×ftkbh0/（0.5+a/h0）式中Fvk—按荷载标准值计算得到的作用于牛腿顶面的竖向力；95 Fhk—安和在标准值计算得到的作用于牛腿顶面的水平拉力；β—裂缝控制系数，对于水电站厂房立柱牛腿，取0.65；ftk—混凝土轴心抗拉强度标准值；α—竖向力作用点至下柱边缘的水平距离，应考虑安装偏差20mm。按裂缝控制要求验算牛腿截面高度作用在牛腿顶面的竖向力标准值：Fvk=G3，k+Dmax，k=80.08+18.23/1.2=95.27考虑安装偏差20mm，α=0+20=20mmFhk=Tmax=4.27/1.4=3.05kN由以上数据得β（1-0.5×Fhk/Fvk）×ftkbh0/（0.5+a/h0）=358.6>Fvk=95.27截面尺寸满足要求。2、牛腿纵向钢筋计算：因为0ρsh，min=0.15%满足要求。10.6柱的吊装验算10.6.1吊装方案采用一点翻身起吊，吊点设在牛腿下柱交接处，动力系数为1.5.图37预制柱吊装验算10.6.2荷载计算1、上柱自重；g1=1.2×1.5×25.5×0.4×0.4=7.06kN/m2、牛腿自重；g2=1.2×1.5×24.5×0.284=12.52kN/m3、下柱自重g3=1.2×1.5×24.5×0.1275=5.6kN·m4、内力计算M1=0.5×7.06×2.06²=15.0kN·mM2=0.5×7.06×2.56²+0.5×（12.56-7.06）²×0.5²=23.82kN·m由ΣMB=0得，RAl3-0.5g3l3²-M2=095 得RA=15.6kN由M3=RAx-0.5q3x²，令dM3/dx=0，得x=RA/q3=2.79m故M3=15.6×2.7-0.5×6.82×2.79²=15.58kN·m10.6.3截面受弯承载力验算1、上柱：Mu=fy′×As′×（h0-as′）=300×308×（360-40）=29.57kN·m>M1=15kN·m2、下柱：Mu=fy′×As′×（h0-as′）=300×763×（560-40）=119.03kN·m>M3=15.58kN·m截面受弯承载力满足要求。95 参考文献1广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）.广东省水利厅，19952广东省水文图集.广东省水利厅，19913广东省暴雨径流查算图表试用手册.广东省水文总站，1995.P4~104广东省暴雨参数等值线图.广东省水利厅，20035广东省江河流域综合规划技术工作大纲.广东省水利厅，19996中华人民共和国水利部.泵站设计规范.(GB/T50265-97).中国计划出版社，1997.P10~977余金凤，张永伟.水泵与水泵站.黄河水利出版社，2009.P2~P2308李亚峰，李清雪，吴永强.水泵及水泵站.机械工业出版社，2009.P1~P2109严登丰.泵站工程.中国水利水电出版社，2005.P20~25110中国水利水电出版社.水闸设计规范.中国水利水电出版社，2004.P96~12011中国工程建设标准化协会.建筑结构荷载规范:中华人民共和国国家标准.中国建筑工业出版社，2012.P50~13212水工混凝土设计规范.中华人民共和国水利部，2009.P71~9013USArmyCorpsofEngineers..Engineeringmanual1110-2-2607,PlanningandDesignofNavigationDams.31July1995.14Cassidy,JohnChaudhry,M.Hanif,andRoberson,JohnA.“HydraulicEngineering”,JohnWiley&Sons,1998.95