厂房是水电站主要建筑物之一,随着机组运行水头和单机容量的增大和厂房振动控制要求的提高,蜗壳结构的承载能力及厂房结构的抗振能力越来越受到重视。垫层蜗壳结构的承载能力受许多因素的影响,如钢蜗壳与外包混凝土及垫层之间的摩擦接触效应、垫层的材料属性、垫层的铺设范围等。相比于地面厂房,地下厂房与围岩的固结作用对其振动的影响也是需要重点研究的。本文结合某水电站地下厂房实际工程,运用有限元软件ANSYS,对以下几个方面进行了详细研究:(1)对比有无考虑钢蜗壳与外包混凝土及垫层之间摩擦接触效应对垫层蜗壳结构承载能力的影响,对摩擦系数、垫层下末端铺设范围、垫层弹模、垫层厚度、垫层平面铺设范围等因素的影响进行了深入探讨。结果表明,对垫层蜗壳结构采用摩擦接触模型模拟会更加接近实际情况;适当增大摩擦系数和垫层弹模、减小垫层下末端铺设范围和垫层厚度均可提升引水钢管及座环的抗剪、抗扭能力,但会增大蜗壳内水压力外传比例;垫层平面铺设范围对不平衡力及扭矩的分配比、混凝土应力水平、蜗壳内水压力外传比的影响规律各不相同,应根据首先解决主要问题的原则来确定。(2)研究了混凝土动弹模、边界条件和流道内水模拟方式对厂房结构自振特性的影响。结果表明,厂房结构前20阶振型大多数表现为蜗壳层以上结构的振动,尤其是楼板属于厂房振动薄弱部位;混凝土动弹模与静弹模之比每增加0.2倍时,厂房结构各阶次固有频率增加6%～8%左右;围岩的约束增强能有效提高厂房结构抗振能力,工程中应特别注意蜗壳层以上结构与围岩的固结;流道内水对厂房结构自振特性影响较小,采用质量单元或流固耦合方法模拟都是可行的,但采用质量单元模拟会更加方便快捷。(3)根据工程实际研究了机组水平动荷载的施加方式对厂房结构动力响应的影响,此外还研究了结构阻尼比和混凝土动弹模的影响。结果表明,机墩风罩部位水平振动较为明显,楼板孔洞或机电设备附近竖向振动较为明显;机组水平动荷载的施加方式对厂房结构动力响应影响较大,对于本厂房将径向振动荷载施加在靠近上游和中间的四块基础板上的加载方式更为合理;厂房结构动力响应值随着结构阻尼比和混凝土动弹模的增大而减小,采用阻尼比0.05可以满足抗振要求,尽可能采用高强度混凝土能使厂房结构抗振能力明显提高。