水工建筑物結(jié)構設計中問題及對策

陳思源

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

0 引言

水工建筑在基礎設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雜、涉及非常多內(nèi)容的工程，為了更好的進行水利工程修建一定要充分分析建筑物結(jié)構設計中存在的問題，采取更加完善的規(guī)劃設計確保水工建筑結(jié)構設計的有效性，推動水利工程進一步發(fā)展。

1 水工建筑物結(jié)構設計存在的問題

1.1 水工建筑物結(jié)構設計等級標準不夠明確

對于水工建筑物來說，在結(jié)構設計過程中其等級標準會直接影響結(jié)構合理性，等級過高過低都產(chǎn)生不利影響，等級過高會浪費材料以及工程資金，等級過低容易引發(fā)工程的安全隱患，后續(xù)容易造成較大生命財產(chǎn)損失。在進行水工建筑物結(jié)構設計時一定要確保等級標準和工程具體需要的匹配性，要遵照工程施工現(xiàn)場的環(huán)境、工程規(guī)模、功能等來確定結(jié)構設計等級。

1.2 水工建筑物結(jié)構設計缺少足夠的數(shù)據(jù)資料

某些水工建筑物結(jié)構設計缺少足夠數(shù)據(jù)資料的支撐，從而造成結(jié)構設計缺少合理性和科學性。隨著近些年信息技術的快速發(fā)展，可以充分利用這些技術來獲取更加豐富的資料。但是對于很多較為偏遠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難度，對于水工建筑物結(jié)構設計的科學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，一定要對水利情況進行勘探，利用有效的勘探能夠及時發(fā)現(xiàn)施工準備中的問題，有利于水利建筑結(jié)構設計。但是現(xiàn)階段某些水利工程施工前對于勘探工作沒有嚴格落實，勘探技術相對落后，很難得到準確的資料，無法對水工建筑結(jié)構設計提供參考。

2 水工建筑物結(jié)構設計分析

某水電站屬于大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級，壩址到上游已經(jīng)建設的電站大約40km，下游距離市區(qū)達到20km，左岸、右岸都是省道公路，具有非常便利的對外交通。電站采取的是混合式開發(fā)方式，主要任務包括發(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，為了確保其穩(wěn)定性，所以全場一定要實施填筑處理，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地內(nèi)部地表耕植土、粉土以及粉砂層，可以通過天然級配的砂卵石分層夯實填筑。同時，要對填筑土層實施必要的碾壓試驗，以此來確保填筑料級配以及分層厚度等滿足地基強度要求。另外，通過多高層建筑結(jié)構空間有限元分析與設計軟件PKPM 實施整體結(jié)構分析，同時利用地基基礎設計系統(tǒng)JCCAD 實施基礎計算。在辦公樓設計時需要遵照相應標準來進行，主要包括：《建筑結(jié)構可靠度設計統(tǒng)一標準》《建筑抗震設計規(guī)范》《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》等，要對鋼筋混凝土的配筋等進行計算，同時也要實施恒載、活荷載、風力、地震力等方面的組合計算，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，需要在電站建設完成之后按照運行過程中的實際功能實施改造。宿舍設計時一定要遵照《砌體結(jié)構設計規(guī)范》《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》《建筑地基基礎設計規(guī)范》等規(guī)定，可以通過砌體設計軟件QITI 進行多種計算（包括：結(jié)構抗震計算、砌體受壓計算、局部承壓計算、墻體高厚比驗算等）以及施工圖設計。為了有效提升房屋的整體剛性，樓層的圈梁需要層層設置，和現(xiàn)澆板進行整體澆筑，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 水電站啟閉機房設計

在進行水電站啟閉機房結(jié)構設計過程中，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于磚混墻體，所以一般在啟閉機房設計時采取的都是鋼筋混凝土墻，要確保符合功能需要。另外，啟閉機房往往都是設置在不連貫的閘墩之上，因此在啟閉機房設計過程中其框架結(jié)構常常會受到閘墩的影響，因此一定要嚴格遵照閘墩邊線對其實施設置。對于案例工程來說，要將啟閉機吊車梁設置在985.65m 高程位置，同時為了有效防止水流的沖擊可以順著全高設置混凝土剪力墻，要確保其連續(xù)性設置，并且要沿著閘墩邊線設置菱形的框架柱，以此來提高其抗沖擊力。另外，在進行啟閉機房結(jié)構設計過程中可以采取PKPM 系統(tǒng)來進行輔助性設計，但是在實際應用過程中在某些方面（例如吊車載荷定義和設置）還存在一定問題，例如網(wǎng)格線務必要設置柱節(jié)點、網(wǎng)格線的斷點一定要設置成為矩形等，因此還是無法嚴格按照具體情況實施建模。因此在具體結(jié)構設計過程中，某些特殊性區(qū)域還是無法利用PKPM 進行設計，需要通過解析式方式進行計算。

2.3 水電站中控室的設計

水工建筑中最為關鍵的部分之一就是水電站中控室，該處為整個水電站運行控制、監(jiān)控的核心所在。中控室的結(jié)構設計情況常常會受到水電站類型、廠房結(jié)構等方面的影響，因此要多方面考慮影響因素進行結(jié)構設計。正常情況下，為了能夠降低施工費用并且有利于管理，常常會將中控室平面設置在和主機以及發(fā)電機同個高層，同時也要避免控制室出現(xiàn)和升壓站連接距離過大。

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

其次，要根據(jù)水電站的規(guī)模情況來設定輔助間等部分，其中中小型水電站無需獨立設置中控室輔助間，可以通過簡單的隔斷設置出中控室即可，一般保持其面積在50m2左右。但是隨著現(xiàn)代技術的快速發(fā)展，中控制的自動化裝置和信息化設施逐漸增多，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)實際情況調(diào)整。

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

2.4 GIS 樓的設計

（1）GIS 樓地面不但存在變壓器基礎、設備桿件基礎等，同時也存在很多電纜溝，所以在地梁以及框架柱基礎設置時一定要避開這些內(nèi)容。若是柱基設置在基巖之上，那么可以采取巖石錨桿基礎，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，此種情況下柱下獨立基礎由于和廠房基礎相鄰所以容易發(fā)生偏心問題，此種情況下可以采取柱下條形基礎，在保證基礎整體性的同時防止不均勻沉降，如圖1 所示。

圖1 GIS 樓基礎形式

（2）GIS 樓一般底層設置主變壓器、二層設置GIS 設備、三層屬于層面以及出線長。為了便于主變壓器的運輸和安裝，一般底層開間和層高都比較大。對于二層來說，受到GIS 設備的影響，需要通過吊車實施運輸以及安裝，所以此層中間無法設柱并且要求層高，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，層高設置在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，一般情況下可以設置橫向主框架梁高度=1/8—1/9 跨度，同時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 設置腰筋，一般情況下確保腰筋≥φ16mm。因為樓板存在較多的開孔，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置，孔洞邊板需要設置加強筋，對于較大的洞口來說需要設置次梁。

3 結(jié)束語

本文主要分析了水工建筑結(jié)構設計中存在的問題，在此基礎上針對水電站業(yè)主營地辦公樓和宿舍樓、水電站啟閉機房、水電站中控室、GIS 樓等設計內(nèi)容進行了簡要闡述。通過本文的介紹能夠?qū)λそㄖY(jié)構設計提供一定參考和幫助，對于推動水利工程發(fā)展具有現(xiàn)實意義。