陳思源

（中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

0 引言

水工建筑在基礎(chǔ)設(shè)施建造過程中占有非常重要的地位，但是由于水利工程修建屬于非常復(fù)雜、涉及非常多內(nèi)容的工程，為了更好的進(jìn)行水利工程修建一定要充分分析建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，采取更加完善的規(guī)劃設(shè)計(jì)確保水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，推動(dòng)水利工程進(jìn)一步發(fā)展。

1 水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

1.1 水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不夠明確

對(duì)于水工建筑物來說，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)合理性，等級(jí)過高過低都產(chǎn)生不利影響，等級(jí)過高會(huì)浪費(fèi)材料以及工程資金，等級(jí)過低容易引發(fā)工程的安全隱患，后續(xù)容易造成較大生命財(cái)產(chǎn)損失。在進(jìn)行水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要確保等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和工程具體需要的匹配性，要遵照工程施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、工程規(guī)模、功能等來確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級(jí)。

1.2 水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺少足夠的數(shù)據(jù)資料

某些水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺少足夠數(shù)據(jù)資料的支撐，從而造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺少合理性和科學(xué)性。隨著近些年信息技術(shù)的快速發(fā)展，可以充分利用這些技術(shù)來獲取更加豐富的資料。但是對(duì)于很多較為偏遠(yuǎn)并且氣候條件較為惡劣的區(qū)域來說，資料的獲取還是具有相應(yīng)難度，對(duì)于水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及合理性具有一定限制。

1.3 水工建筑工程勘探不足

想要有效提升水工建筑施工效果，一定要對(duì)水利情況進(jìn)行勘探，利用有效的勘探能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工準(zhǔn)備中的問題，有利于水利建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)階段某些水利工程施工前對(duì)于勘探工作沒有嚴(yán)格落實(shí)，勘探技術(shù)相對(duì)落后，很難得到準(zhǔn)確的資料，無法對(duì)水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

2 水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

某水電站屬于大渡河干流梯級(jí)開發(fā)中的最后一級(jí)，壩址到上游已經(jīng)建設(shè)的電站大約40km，下游距離市區(qū)達(dá)到20km，左岸、右岸都是省道公路，具有非常便利的對(duì)外交通。電站采取的是混合式開發(fā)方式，主要任務(wù)包括發(fā)電、防洪、灌溉以及供水等。

2.1 水電站業(yè)主營地辦公樓和宿舍樓

（1）該水電站辦公樓屬于框架結(jié)構(gòu)，為了確保其穩(wěn)定性，所以全場(chǎng)一定要實(shí)施填筑處理，整體填筑高度范圍控制在0.9～3.5m。由于該區(qū)域存在著大量粉土并且厚度變化較大，抗變形能力相對(duì)較差，如果采取直接填筑的方式就容易引發(fā)不均勻變形以及地震液化等問題，所以施工中一定要徹底清理場(chǎng)地內(nèi)部地表耕植土、粉土以及粉砂層，可以通過天然級(jí)配的砂卵石分層夯實(shí)填筑。同時(shí)，要對(duì)填筑土層實(shí)施必要的碾壓試驗(yàn)，以此來確保填筑料級(jí)配以及分層厚度等滿足地基強(qiáng)度要求。另外，通過多高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件PKPM 實(shí)施整體結(jié)構(gòu)分析，同時(shí)利用地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)系統(tǒng)JCCAD 實(shí)施基礎(chǔ)計(jì)算。在辦公樓設(shè)計(jì)時(shí)需要遵照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，主要包括：《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等，要對(duì)鋼筋混凝土的配筋等進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也要實(shí)施恒載、活荷載、風(fēng)力、地震力等方面的組合計(jì)算，確保建筑的穩(wěn)定性和安全性。

（2）宿舍建筑采取磚混結(jié)構(gòu)，需要在電站建設(shè)完成之后按照運(yùn)行過程中的實(shí)際功能實(shí)施改造。宿舍設(shè)計(jì)時(shí)一定要遵照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)定，可以通過砌體設(shè)計(jì)軟件QITI 進(jìn)行多種計(jì)算（包括：結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算、砌體受壓計(jì)算、局部承壓計(jì)算、墻體高厚比驗(yàn)算等）以及施工圖設(shè)計(jì)。為了有效提升房屋的整體剛性，樓層的圈梁需要層層設(shè)置，和現(xiàn)澆板進(jìn)行整體澆筑，從而提升樓板以及墻體的連接性能，能夠有效抵抗地基不均勻沉降問題。

2.2 水電站啟閉機(jī)房設(shè)計(jì)

在進(jìn)行水電站啟閉機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于鋼筋混凝土墻無論是在抗?jié)B性能、抗沖擊性能等方面都強(qiáng)于磚混墻體，所以一般在啟閉機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)采取的都是鋼筋混凝土墻，要確保符合功能需要。另外，啟閉機(jī)房往往都是設(shè)置在不連貫的閘墩之上，因此在啟閉機(jī)房設(shè)計(jì)過程中其框架結(jié)構(gòu)常常會(huì)受到閘墩的影響，因此一定要嚴(yán)格遵照閘墩邊線對(duì)其實(shí)施設(shè)置。對(duì)于案例工程來說，要將啟閉機(jī)吊車梁設(shè)置在985.65m 高程位置，同時(shí)為了有效防止水流的沖擊可以順著全高設(shè)置混凝土剪力墻，要確保其連續(xù)性設(shè)置，并且要沿著閘墩邊線設(shè)置菱形的框架柱，以此來提高其抗沖擊力。另外，在進(jìn)行啟閉機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可以采取PKPM 系統(tǒng)來進(jìn)行輔助性設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中在某些方面（例如吊車載荷定義和設(shè)置）還存在一定問題，例如網(wǎng)格線務(wù)必要設(shè)置柱節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)格線的斷點(diǎn)一定要設(shè)置成為矩形等，因此還是無法嚴(yán)格按照具體情況實(shí)施建模。因此在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，某些特殊性區(qū)域還是無法利用PKPM 進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要通過解析式方式進(jìn)行計(jì)算。

2.3 水電站中控室的設(shè)計(jì)

水工建筑中最為關(guān)鍵的部分之一就是水電站中控室，該處為整個(gè)水電站運(yùn)行控制、監(jiān)控的核心所在。中控室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況常常會(huì)受到水電站類型、廠房結(jié)構(gòu)等方面的影響，因此要多方面考慮影響因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。正常情況下，為了能夠降低施工費(fèi)用并且有利于管理，常常會(huì)將中控室平面設(shè)置在和主機(jī)以及發(fā)電機(jī)同個(gè)高層，同時(shí)也要避免控制室出現(xiàn)和升壓站連接距離過大。

首先，對(duì)于中控室平面來說最重要的內(nèi)容之一就是控制盤的設(shè)置，在操作時(shí)要滿足如下規(guī)定：要按照屏盤的數(shù)量設(shè)置不同形式，其中屏盤數(shù)量<10 塊時(shí)，要按照直線型或者折線形進(jìn)行設(shè)置；屏盤數(shù)量≥10 塊時(shí)，要按照L 型、II 型、弧形進(jìn)行設(shè)置。不同形式具有自身的特點(diǎn)，例如直線型設(shè)置的占地面積較大，雖然安裝較方便但是視覺效果不好；折線型設(shè)置的占地面積較小，視覺條件較好；弧型設(shè)置雖然具有較好的視覺效果，但是安裝較為復(fù)雜。

其次，要根據(jù)水電站的規(guī)模情況來設(shè)定輔助間等部分，其中中小型水電站無需獨(dú)立設(shè)置中控室輔助間，可以通過簡(jiǎn)單的隔斷設(shè)置出中控室即可，一般保持其面積在50m2左右。但是隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，中控制的自動(dòng)化裝置和信息化設(shè)施逐漸增多，中控室的屏盤數(shù)量也在增加，所以中控室的面積也要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

最后，在進(jìn)行中控室高度設(shè)置過程中一定要充分考量到整個(gè)工程成本控制，在設(shè)定中控室高度時(shí)需要充分參照相應(yīng)指標(biāo)（包括：高度、采暖、通風(fēng)、采光照明、技術(shù)條件、室內(nèi)空間比例等）來進(jìn)行。在確保中控室正常功能的情況下要加強(qiáng)高寬比的控制，一般情況下中控室凈高設(shè)定為設(shè)備高度的1.5～2 倍，寬度設(shè)置在6.5～9m 范圍。

2.4 GIS 樓的設(shè)計(jì)

（1）GIS 樓地面不但存在變壓器基礎(chǔ)、設(shè)備桿件基礎(chǔ)等，同時(shí)也存在很多電纜溝，所以在地梁以及框架柱基礎(chǔ)設(shè)置時(shí)一定要避開這些內(nèi)容。若是柱基設(shè)置在基巖之上，那么可以采取巖石錨桿基礎(chǔ)，提升基巖的承載力。如果GIS 樓和主副廠房僅僅相鄰，那么柱基大多處在廠房開挖回填面之上，此種情況下柱下獨(dú)立基礎(chǔ)由于和廠房基礎(chǔ)相鄰所以容易發(fā)生偏心問題，此種情況下可以采取柱下條形基礎(chǔ)，在保證基礎(chǔ)整體性的同時(shí)防止不均勻沉降，如圖1 所示。

圖1 GIS 樓基礎(chǔ)形式

（2）GIS 樓一般底層設(shè)置主變壓器、二層設(shè)置GIS 設(shè)備、三層屬于層面以及出線長。為了便于主變壓器的運(yùn)輸和安裝，一般底層開間和層高都比較大。對(duì)于二層來說，受到GIS 設(shè)備的影響，需要通過吊車實(shí)施運(yùn)輸以及安裝，所以此層中間無法設(shè)柱并且要求層高，一般梁的撓度<1/600L。所以GIS 樓大多采取橫向單跨、縱向多跨的框架結(jié)構(gòu)，層高設(shè)置在8～12m 范圍內(nèi)

（3）受到柱網(wǎng)尺寸以及載荷方面的影響，框架梁以及柱斷面的尺寸都比較大，一般情況下可以設(shè)置橫向主框架梁高度=1/8—1/9 跨度，同時(shí)要在梁端部加腋來減少支座鋼筋數(shù)量。主框架梁較高，為了避免梁發(fā)生開裂需要順著梁兩側(cè)間隔200mm 設(shè)置腰筋，一般情況下確保腰筋≥φ16mm。因?yàn)闃前宕嬖谳^多的開孔，所以為了防止樓板過厚而開裂，可以采取樓板鋼筋的雙層雙向通長設(shè)置，孔洞邊板需要設(shè)置加強(qiáng)筋，對(duì)于較大的洞口來說需要設(shè)置次梁。

3 結(jié)束語

本文主要分析了水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上針對(duì)水電站業(yè)主營地辦公樓和宿舍樓、水電站啟閉機(jī)房、水電站中控室、GIS 樓等設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。通過本文的介紹能夠?qū)λそㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定參考和幫助，對(duì)于推動(dòng)水利工程發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。