水电站厂房上部结构选型概述

沈跃其 郑建军

(1.平湖市广陈镇农技水利服务中心，浙江平湖 314207; 2.金华市婺城区乌溪江引水工程管理处，浙江金华 321075)

1 工程基本概况

龙开口水电站位于云南省鹤庆县中江乡境内的金沙江中游河段上，是规划中金沙江中游河段8个梯级电站的第6级电站，上接金安桥水电站，下邻鲁地拉水电站。龙开口水电站厂房为坝后式地面厂房，布置在右岸台地上，装机5台，单机容量为360 MW，主厂房由右至左为安装场和机组段，其尺寸(发电机层平面):安装场长66 m，机组段长4×33+39=171 m，主厂房总长237 m，主厂房桥机跨度为30m。大坝的抗震设防烈度为9度;厂房结构的抗震设防烈度为8度。

2 结构型式比较方案拟定

龙开口水电站地处8度地震区，电站机组规模较大，厂房单机组段长33 m，发电机层以上宽36.5 m，上部空间较大，结构相对单薄。厂房上部结构除满足各种工况下的运行要求外，尚应具备良好的抗震性能。

2.1 厂房上部结构型式比较方案拟定

龙开口厂房地震设计烈度8度，主厂房宽度36.5 m，考虑到网架结构较之钢屋架，空间刚度大，具有良好的抗震性能，参照同类规模相近工程的经验，厂房屋面结构型式推荐采用钢网架。

根据目前已建、在建相似规模工程的类比，结合主厂房上下游侧可行的结构型式(梁柱或实体墙)，厂房上部结构型式拟定三个方案。

1)实体墙方案。

厂房上部主要受力结构由实体墙、吊车牛腿、网架屋面系统组成。吊车牛腿以下上下游均采用实体墙，墙厚2.0 m。牛腿以上上下游各布置4榀小柱，小柱断面尺寸为2.0 m×1.5 m(高×宽，注:下同)，柱顶设有联系梁。

2)墙柱方案。

厂房上游采用实体墙，下游为立柱。上游墙及吊车牛腿以上小柱结构布置及尺寸同墙墙方案，下游侧牛腿以下亦布置4榀立柱，下游大柱的断面尺寸为3.0 m×1.5 m。

3)排架柱案。

厂房上部主要受力结构由立柱、吊车梁、网架屋面系统组成，上下游各布置4榀排架柱，牛腿以下立柱断面尺寸为3.0 m×1.5 mm，牛腿以上结构布置和尺寸同墙墙方案。

上述各方案屋面采用网架结构，网架与墙(柱)结构的连接方式对二者的应力和位移影响较大。由于厂房跨度大，温度变化及荷载作用下，网架将产生较大变形。若网架与墙(柱)固定铰接，完全限制相对水平位移，对排架结构有利，但是网架结构应力偏大，将大幅度增加网架构件的断面尺寸。为了适应屋面结构变形、传递水平力的要求，网架与墙(柱)之间需允许有一定数值的相对位移。由于支座型式不影响上部结构研究的结论，为了结构安全，并留有适当的余度，本课题初步选用板式橡胶支座。下阶段结合屋面结构设计，对支座型式进行深入研究。根据本工程结构受力特点参照三峡研究成果，拟采用正方四角锥钢网架，焊接球节点，下铉支承。

2.2 结构应力、位移分析的结果

厂房结构长期处于运行状态下，地震工况下结构的受力状态是本专题关注的重点，故在方案比较时仅对正常运行、校核洪水、和地震工况下的结构应力、位移进行分析、比较。

结构计算模型取一个完整的中间机组段作为一个受力单元。

由于水电站厂坝结构的复杂性，数值计算采用有限单元法进行。选择大型通用的结构分析商业软件ANSYS，该计算软件可进行线弹性及非线性结构分析、热分析、电磁分析、流体分析及耦合场分析等各种不同类型的计算，计算精度高，具有较强大的前后处理能力。计算的通用性和可靠性较好，计算结果具有良好的可信度。

厂房上部结构不论采用何种型式，由于结构单薄，其工程量占主体工程的比重均很低，尽管各方案的混凝土工程量略有差别，但对工程投资影响很小。

在本工程实例中，通过分析计算，墙墙方案结构布置灵活，较其他方案布置适应性好。三个方案结构位移和应力均基本满足设计要求，部分工况结构位移较大，只需对结构尺寸进行微调，即可满足运行要求。柱柱方案结构单薄，抗扭刚度小，较其他方案静力工况的结构位移和地震工况的结构拉应力为最大，柱柱方案为满足部分工况结构位移的要求而对柱子断面尺寸进行调整，由于厂房运行有一定净空的需要，使得厂房上部总宽度尺寸有所增加。墙柱方案上下游侧结构纵向刚度不对称，纵向位移差异大，扭转作用明显，对结构抗震较为不利。考虑到本工程地震烈度高，墙墙方案结构对称，刚度大，抗震性能明显好于其他两个方案，优势明显。尤其是边机组段边墙较厚，其地震惯性力对排架结构的应力影响较大，墙墙方案上游墙体和边墙结构协调，可减小因地震惯性力引起的扭矩，在很大程度上改善了结构的受力条件。综上分析，推荐采用墙墙方案。

3 结语

合理选择上部结构型式对电站安全运行至关重要，为此需进行上部结构抗震分析。必须通过数值分析，全面了解各可行结构布置方案结构的应力、应变。在此基础上，结合工程类比，优选厂房上部结构型式、尺寸和结构措施，满足高地震区厂房结构的运 行要求。