项目5 任务8 泵房的结构设计 (1)讲解

项目五

泵房设计任务八泵房的结构设计泵房满足稳定要求后,才能进行各部位的结构设计。泵房是由基础墙体、楼板层、屋盖、门窗几大部分所组成的建筑物，不同结构形式形成不同类型的泵房。下面介绍分基型、干室型、湿室型三种常见泵房的主要构件的结构设计。机组的基础是用来固定水泵和电动机的相对位置，承受机组重量及其运转时振动力，应有足够的强度和刚度。卧式机组基础多为墩式，立式机组基础多为梁式。故分基型泵房除校核泵房地基应力外，还需校核基础的地基应力。（一）分基型泵房1．基础的尺寸在确定基础平面尺寸时,应满足水泵样本中水泵安装尺寸的要求，且螺孔中心离基础边缘的距离b应不小于200mm，螺栓的埋置深度h2参照下表确定螺栓的保护层厚度t不小于150～200mm。为防止积水、便于安装，基础的最低顶面应比室内地坪高100～300mm，如下图。小型机组带有底座时，底座边缘至基础边缘距离应大于100mm；对于电动水泵机组，其墩基重应大于机组总重的3倍；对于柴油机水泵机组，其墩基的重量应大于机组总重量的5倍。2．地基应力校核机组基础除受到静力作用外，还受到动力作用，振动过大会影响机组正常运转、工作人员的健康，还会引起地基附加沉陷，引起泵房损坏，故基础设计时应使基础应力满足地基允许承载力的要求。因实际上很难估计地基受动力影响的效果，常按静荷载下的地基允许承载力[R]乘以振动折减系数ψ计算。式中

P——基础底面应力，kPa；G——基础和机组重力，kN；F——基础底面面积，㎡；ψ——振动折减系数，可按0.8～1.0选用，高扬程机组的基础可采用小值，低扬程机组的块基型整体式基础可采用大值。[R]——在静荷载作用下的地基允许承载力，kPa。

干室型泵房水上部分同分基型泵房，水下部分由墙、底板、楼梯组成。下面分别讨论其墙体和底板的结构设计。1．墙体干室型泵房水下墙体既承受泵房地面以上部分墙体传来的垂直力、弯矩、剪力，又承受墙侧的土压力和水压力。其计算方法视上部墙体形式不同而不同。（二）干室型泵房当其与上部墙体的刚度比值不大于5时，两者视为个整体，按变截面的排架进行计算。当刚度比值大于5时，下部墙体不受上部墙体变形影响，两者可分开计算荷载组合情况有:（1）地下室墙体已建，且已回填土，地下水位为最高设计水位时，按上端自由、下端固定的悬臂梁计算，如下图(a）。（2）泵房已成，室外未回填土，按偏心受压构件计算，如下图(b)。干室型泵房地下墙体荷载组合墙体常用钢筋混凝土材料,其厚度和配筋按上面两种荷载组合中最大应力确定。当上部荷载较小、地下水位较低时，也可采用砖墙结构，但墙厚应不小于490mm,并设有防潮设施。2．底板

(1)主要荷载有:①底板自重;②泵房上部屋面砖墙、下部墙体荷载;③泵房内设备重;④土压力水压力及地面活荷载对下部墙体底部产生的弯矩传至底板;⑤扬压力;⑥风荷载;⑦地基反力。(2)计算方法:常用倒置梁法，当矩形底板长宽比大于2时,沿泵房进出水方向取单宽(1m)板条视为以墙为支撑的倒置梁计算简图，如图所示。式中

q均——地基平均应力，kN／m；q扬——底板承受的扬压力，kN／m；Q自——底板自重，kN／m。倒置梁法计算简便，精度差，中小型泵房可用此法。由于干室型泵房地下墙体和底板经常受到水压力作用，故不允许出现裂缝，计算应进行抗裂验算。（三）湿室型泵房电机层楼板以上的墙体及屋盖同分基型泵房,其楼板常采用钢筋混凝土梁板结构。1．楼板墩墙式湿室型泵房，电机层楼板为墩墙上的预制板，如图所示；排架式湿室型泵房电机层楼板与排架柱整体浇筑，常用整浇板。楼板所受荷载为：（1）板自重q1

。（2）活荷载，包括人群荷载q2（均布）和设备安装检修荷载（按一台最重的设备重量作为集中荷载P）。设计荷载组合采用q1+q2，校核荷载组合采用q2+P。2．电机梁电机梁为支撑电动机的支撑结构，是由主、次梁组成的井字梁系结构，主梁之间、次梁之间间距由电动机底座尺寸而定。主梁上承受的荷载有：(1)主梁自重q1,kN/m,静荷载;(2)电机层楼板重q2,kN/m,静荷载;(3)电机层楼板上的活荷载q3,kN/m,静荷载;(4)电动机定子和底座的重量P1,kN，静荷载，无资料时P1=60%G电动机;(5)电动机转子重量P2,kN，动荷载，无资料时P2=40%G电动机;(6)水泵泵轴和叶轮重P3,kN.动荷载；(7)作用在水泵叶轮上的轴向水压力P4，kN;(8)另外电机梁还承受机组正常运行时产生的正常扭矩Mz与短路停机时所产生短路扭矩MD，

P电

<500kw可不考虑。为简化计算.将上述动荷载乘以动力系数(1.2-1.8)后按静荷载计算,则

当主梁为简支梁时，计算如图所示。当主梁为连续梁时，应选用最不利情况:一些跨机组已运行,另一些跨机组尚未安装。水泵梁为支撑泵壳等部件的支撑结构,其形式类似于电机梁,亦为井字梁系结构。墩墙式湿室型泵房的水泵梁为单跨梁,根据梁、墩墙的刚度情况，可按两端固定或两端简支计算,计算简图如图5-20所示。排架式湿室型泵房的水泵梁与排架整体浇筑，常按连续梁计算，计算简图如图5.2所示。作用荷载主要有:(86(1)水泵梁自重，均布静荷载q,kN/m;(2)泵体重,包括喇叭段、导叶体、弯管等G,,kN;(3)出水弯管至后墙之间水管重及管中水重，由水泵梁所承担的部分荷载G;3．水泵梁水泵梁为支撑泵壳等部件的支撑结构，类似于电机梁，亦为井字梁系结构。墩墙式泵房的水泵梁为单跨梁，根据梁、墩墙的刚度情况，按两端固定或两端简支计算。计算如图所示。两端简支计算图排架式湿室型泵房的水泵梁与排架整体浇筑，按连续梁计算。作用荷载主要有：（1）水泵梁自重，均布静荷载

，q，kN／m；（2）泵体重，包括喇叭段、导叶体、弯管等，G1

，kN；（3）部分水泵梁所承担的出水弯管至后墙间水管及管中水重，G2

，kN；（4）水泵事故停机时，水倒流对水泵弯管管壁产生冲击力，如图，事故停机时，作用在一根主梁上的水平冲击力Px

为4．墩墙及排架墩墙为墩墙式湿室型泵房的承重和围护构件.排架则为排架式湿室型泵房的承重构件。1)墩墙墩墙包括边墩、中墩和后墙，起围护承重、防渗、挡水（土）作用。边墩为重力挡土墙的结构型式，中墩类似于水闸的闸墩，后墙的结构型式常用平板式或拱式，其结构计算方法随墙的高宽比不同而异：（1）平板式：高宽比大于2时，按连续梁计算；高宽比小于2时，视后墙、边墩、中墩及底板联结情况按三边固定、一边自由或三边简支、

一边自由的双向板计算；（2）拱式：按无铰圆弧拱计算，拱脚支撑于边墙和中墩上，用混凝土封固。2）排架排架式湿室型泵房的下部排架由立柱、上下横梁、底板组成一个刚性结构，为简化计算,按平面结构计算。顺水流方向为横排架，垂直水流方向为纵排架。（1）横排架如图计算单元取一跨，作用荷载有：①上横梁自重及电机层楼板传来的均布静荷载q上

；②下横梁自重q下

；③电机梁传给上横梁的集中荷载P电

；④水泵梁传给下横梁的集中荷载P泵；⑤上部墙柱（进、出水侧）传给上横梁的集中力P支及弯矩M1、M2

；⑥水平风力P风及弯矩M风

（考虑左、右吹两种情况）。（2）纵排架取出水侧纵排架为计算单元，为一双层多跨刚架，作用荷载有：①均布荷载q上

，q上

=q1+q2+q4其中q1为上纵梁自重，q2

为上纵梁电机层楼板自重，

q4为上纵梁上部砖墙及屋面系统荷载②电机层楼板均布活荷载q3

；③下纵梁自重q下；④集中荷载P，出水管及管中水重由纵梁支撑部分；⑤水平风力P风及弯矩M风

（图中假设为右吹）。注意:计算简图中q3及P的作用位置应考虑最不利荷载组合。5．底板不同泵房结构及不同地基条件决定了湿室型泵房的底板结构型式不同。软土地基：墩墙式湿室型泵房常采用带齿坎的等厚平底板或板梁式平底板；硬土或承载力大的地基：墩墙式湿室型泵房采用条形基础；排架式湿室型泵房，底板常用带齿坎的等厚平底板或板梁式平底板，硬土基、岩基上用独立基础。1）墩墙式泵房带齿坎等厚平底板计算为简化计算,常近似地认为地基反力在垂直水流方向上是均匀分布的，把底板按平面问题处理。由于边墩、中墩的刚度在顺水流方向较大，故底板的弯曲变形主要产生在垂直水流方向上，可在垂直于水流方向上截取具有代表性的单宽板条按连续梁设计,常用方法为倒置梁法。取整个底板或相邻两沉陷缝之间的底板为计算单元，垂直水流方向取单宽板条,视为以边墩和中墩为支点的连续梁，取几个时期中荷载组合最大值为均布荷载q，如图所示。式中

q地——地基反力，kN／m；q渗——渗透压力，kN／m；q浮——浮托力，kN／m；q自——自重，kN／m；q水——水重，kN／m。2）排架式泵房底板计算为简化计算，可简化为平面问题。(1)带齿坎的等厚底板。作用在底板上的设计荷载q可参照墩墙式计算方法，把底板无齿坎部分看作两端为弹性固结于齿坎的单向板，再将底板迎水面和背水面的齿坎部分作为以排架立柱为支点的连续梁计算。（2）板梁式平底板底板采用（a）型式时，板按承受均布荷载的连续板（以梁为支点）计算，梁的部分可按承受均布荷载以柱为支点的简支梁计算。底板采用（b）型式时，板按次梁为支点的连续板计算，次梁按受底板传来的均布荷载连续梁计算，主梁按受次梁传来的集中荷载的简支梁计算。荷载的计算方法同倒置梁。（2）板梁式平底板其结构形式一般有两种，如图所示。作用在平