第三節吊車梁及排架柱結構計算
廠房上部結構的屋蓋、發電機樓板、圍護磚牆結構設計與一般工業廠房相同，這裡不再贅述。吊車梁與構架則有其不同於一般工業廠房的使用特點，現將結構設計原理作簡要介紹。
一、吊車梁
吊車梁是直接承受吊車荷載的承重結構，是廠房上部的重要結構之一。水電站廠房內大多採用電動橋式吊車，其特點是起吊容量大、工作間歇性大、操作速度緩慢、使用率低(只在機組進行安裝和檢修時才用)。
水電站吊車性質屬於輕級工作制，吊車梁可不驗算重複荷載作用下的疲勞強度。
現在我國大中型水電站已大多採用預應力鋼筋混凝土吊車梁，也有採用鋼結構的。鋼筋混凝土吊車梁在施工上可分為現澆、預製和疊合梁等形式。現澆吊車梁可分為單跨簡支和多跨連續結構(在廠房伸縮縫處必須分開)。
預製梁大多為單跨預應力混凝土結構。吊車梁截面截面形式有矩形、t形和i字形。
(一) 吊車梁荷載
1．固定荷載：包括自重(按吊車梁實際尺寸計算)，鋼軌及附件重根據廠家資料取，初估時可取1.5~2.0kn/m。
2．移動荷載：
(1) 豎向最大輪壓pmax
一台吊車工作時： (7-5)
兩台吊車工作時： (7-6)
式中 m——一台吊車作用在一側吊車梁上的輪子數；
g—— 吊車總重，kn；
g1——小車和吊具重，kn；
g2——最大起吊物重，kn；
g3——平衡梁重，kn；
lk——吊車跨度，m；
l1——起吊最重件時，主鉤至吊車軌道的最小距離，m；
在計算吊車梁時，豎向最大輪壓pmax應乘以動力係數μ，輕級工作制軟吊鉤吊車動力係數為1.1。
(2) 橫向水平剎車制動力t1
當小車沿廠房橫向行駛突然剎車時，產生橫向水平制動力，由大車一側各輪平均傳至軌頂，方向與軌道垂直，並考慮正反兩個方向。各方向均考慮一側吊車承受，不再乘動力係數。
當一台吊車工作時：
對硬鉤吊車：(7-7)
對軟鉤吊車： (7-8)
當兩台吊車工作時：
對硬鉤吊車：(7-9)
對軟鉤吊車： (7-10)
式中符號意義同前。
(3) 縱向水平剎車力t2 制動力和扭矩縱向水平剎車力t2由大車一側制動輪傳至軌頂，方向與軌道一致，其值為：
t2=0.1∑pmax (7-11)
式中 ∑pmax——一側軌道上各制動輪最大輪壓之和，kn。
此外，對預製吊車梁的運輸和吊裝過程，自重應乘以動力係數1.5。
(二) 吊車梁內力計算
吊車梁的內力計算和截面設計包括以下內容：
(1) 承受移動豎向輪壓作用的內力計算。
(2) 承受移動橫向水平制動力作用的內力計算。
(3) 正、斜截面的強度計算。
(4) 扭矩計算。吊車梁受到的扭矩是由梁頂鋼軌安裝偏差e1(一般為2cm)和由橫向水平制動力t1對截面彎曲中心的距離e2(等於h0+y0)兩項組成，其中h0為軌頂到吊車梁頂的垂距，一般取20cm；y0為截面彎曲中心到截面頂面的垂距。
(5) 撓度計算。電動橋式吊車最大允許撓度：鋼筋混凝土吊車梁為l0 /600；鋼結構為l0 /750。(l0為吊車梁計算跨度)
(6) 裂縫寬度驗算和區域性拉應力計算。
對預製吊車梁須進行施工期的吊裝驗算。對預應力混凝土吊車梁還需進行區域性應力驗算。
吊車梁是直接承受吊車荷載的承重結構，除吊車梁自重、軌道及附件等均布恆載外，主要承受移動的豎向集中荷載和橫向水平制動力，因此需用影響線求出各計算截面的最大(或最小)內力，畫出內力包絡圖，並據此進行截面強度設計及抗裂或限裂、變形等驗算。
二、排架柱
排架柱是廠房上部的主要承重結構，它承受屋面、吊車梁、樓板、風雪等荷載。在高尾水位的水電站還承受下游水壓力。廠房排架柱一般採用鋼筋混凝土結構，以牛腿面為界分上柱和下柱。
與一般工業廠房相比，水電站排架所具有的特點：
(1) 承受的荷載大且種類繁多。大、中型水電站吊車容量常達數百噸，有的達數千噸。安裝間荷載常為0.
05 ~0.2 mpa ，發電機層樓板荷載一般為0.02~0.
07 mpa。
(2) 排架柱高度較高，通常為20~30m。主廠房一般為單層排架，安裝間單層、多層均有。排架柱跨度一般在10~25m範圍內，且大多是單跨排架。
(3) 排架柱的構成多採用實複柱與屋面大樑現場澆築的整接型式。有的水電站因特殊需要，屋面採用整片厚板，圍護結構採用鋼筋混凝土牆，由厚板、牆、柱整體澆築構成排架。
(4) 由於水電站廠房水下結構開有各種型別的孔洞及其它布置上的原因，排架柱往往形成上、下游柱腳不同高程的不等高結構。
(5) 在施工過程中，機組的安裝使排架柱處於獨立承載的不利受力狀態。
另外，由於水電站廠房布置各不相同，排架柱的型式、尺寸、受荷情況也不相同，設計較難標準化、定型化。
(一) 排架柱設計荷載
作用在排架柱上的荷載分恆載和活荷載兩類。
1．恆載
恆載一般包括：屋面自重g1(包括防水層重、天棚重)；小柱自重g1；大柱自重g2；吊車梁自重g3(包括軌道和附件重)；樓板荷載；如地面高程高出柱底高程時，在上游側尚有填土壓力或山岩壓力等。
2．活荷載
一般包括屋面活荷載(人群荷載或雪荷載)p1，吊車豎向荷載dmax、dmin、橫向水平制動力tmax，風荷載p2、 p3等，溫度應力和乾縮應力。遊水位高出柱底高程時，還有尾水壓力。如廠房建在**區還有**荷載。
作用在排架柱上的最大豎向荷載dmax為吊車梁作用最大輪壓pmax時的支座反力，dmin為另一側相應的反力，dmax與dmin同時產生，計算時不考慮動力係數。如吊車梁為連續結構時，可視為簡支樑來計算dmax、dmin。
橫向水平制動力tmax的計算，按下式進行：
(7-12)
荷載組合要選擇可能發生的最不利情況進行組合。
(二) 排架計算簡圖
廠房排架結構為一空間構架，但一般均簡化成按縱、橫兩方向的平面結構分別進行計算。
由於縱向平面排架柱較多，剛度較大，荷載較小，往往可不必計算。但當廠房圍護結構為磚牆，開窗面積較大，且吊車梁又是簡支的情況下，應進行縱向平面排架柱的計算。
橫向平面排架柱由於荷載大，剛度相對較小，為排架計算的主要內容。
1．計算單元
橫向平面排架是由相鄰柱距的中線劃出乙個典型區段作為乙個計算單元。除吊車等移動荷載外，圖中陰影線部分就是乙個排架柱的受荷範圍。
2．計算簡圖
排架由於上、下柱截面不等，為一變截面排架，其計算簡圖根據柱與屋面大樑、樓板和基礎連線的實際情況選取。
(1) 當排架柱與屋面大樑整體澆築時，柱與梁視為剛接；屋蓋採用厚板結構時，也為剛接；當屋蓋採用屋架結構時，柱與屋架視為鉸接。
(2) 排架柱與基礎連線。排架上游柱腳一般假設固定在水輪機層塊體混凝土頂部，並避開進廠鋼管或蝴蝶閥坑等大孔洞。如上游牆較厚，牆柱的剛度比在12~15之間時，則上游柱可假設固定在底牆頂部。
當廠房下游牆為與尾水閘墩整體澆築的厚牆時，排架下游柱腳可假設固定在尾水閘墩頂部，否則按固定在水輪機層考慮。
(3) 排架柱與樓板連線。主機間發電機層樓板一般為後澆的二期混凝土，且剛度較小，樓板可視為柱的鉸支承。安裝間樓板剛度較大，且大樑與柱均為一期混凝土整體澆築，柱與梁可視為剛接。
(4) 計算簡圖中，橫樑的計算工作線取截面形心線(屋架則取其下弦線)。柱取上部小柱的形心線，整個柱為一階形變截面構件。
3．計算寬度
計算排架各桿的剛度時，柱截面計算寬度的取法為：當圍護結構為磚牆時，取柱寬；當圍護結構為與柱整澆的混凝土牆時，取窗間淨距。橫桿計算寬度的取法是：
當橫桿為獨立梁(即採用預製屋面板)時，取梁寬；當橫桿為整澆肋形結構時，按t形截面梁計算剛度。
(三) 內力計算
排架計算中，忽略桿件自身軸向變形的影響，各桿均視為剛桿計算。
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水電站廠房計算說明書
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