水利工程建筑物結構設計的技術

賈廣強

(青州市仁河水庫運行維護中心，山東 青州 262500)

水利工程雖然是建筑行業的重要組成，但與普通建筑相比，其無論是在建設模式、基本結構還是后期維護方面都面臨著更為復雜的問題和情況，對施工質量方面要求極高。因此，水利工程建筑物的結構設計困難性非常高，在推動開展結構設計工作時，既要充分滿足水利工程建筑物的功能需要，同時還需要著重強調安全系數的提升，設計人員需要根據這些問題，進行更為深刻且全面的考慮，此舉具有極為重要的理論意義和現實作用。目前我國水利工程建筑物結構設計水準日漸增長，但受制于各種因素的限制和沖擊，水利工程結構設計仍然面臨部分問題，基于此，解決并尋找到結構設計的新方向，是目前需要重點考量的內容。

1 水利工程建筑物結構設計概念界定

1.1 水利工程建筑物結構設計內容

水利工程建筑物結構設計所包含的內容有三點。

第一，水利工程建筑物整體設計工作的開展要求相關設計人員實現對水利工程的類型劃分，包括主體結構和相應配套設施。完成水利工程的整體結構設計就等同于完成了最為關鍵的框架設計，可以為此后各項工作的開展奠定更好的基礎支撐。

第二，關于水利工程中的混凝土結構設計。現階段許多水利工程建筑物結構都會以混凝土為核心材料，所以在開展水利工程建筑物結構設計工作時，混凝土設計是需要予以重點考量的工作內容?；炷猎O計水準將會直接影響到未來水利工程的實際使用情況，雖然與其他結構相比，混凝土結構的優勢更多，但由于混凝土結構易受到外界環境溫度的影響而出現裂縫問題，其不但會導致水利工程的美觀度降低，而且會影響到水利工程的基本功能性和安全性，施工質量無法獲得有效提升。因此，設計者在進行混凝土設計時，應著重展開試驗工作，以此確定混凝土的結構強度極限，保障其承載力可以滿足相關標準要求，并提前解決未來可能出現的混凝土裂縫問題，為工程安全系數、功能作用的有效發揮提供必要保障。

第三，水閘設計。在開展此項工作時需要重點考量兩項問題，包括水利工程的防水性能和水利工程的排水性能。如果水閘設計缺乏充足的科學性，不但會導致水利工程建筑物結構性能受到沖擊，還會導致水利工程建筑物使用壽命顯著減少，甚至可能引發相對嚴峻的安全事故，進而造成經濟損失和人員傷亡等情況的出現。

三項設計工作存在著極為密切的關聯，設計者在進行建筑物結構設計時，需要注重各環節之間的相互配合，避免忽略任何細節要素，從而切實有效保障建筑物結構設計的科學穩定。

1.2 水利工程混凝土結構設計特征

在開展水利工程建筑結構設計工作時，混凝土結構設計的重要性尤為重要，與普通建筑物混凝土結構設計相比，水利工程建筑物混凝土結構設計更為復雜，并且具有一定特殊性。

第一，水利工程建筑物混凝土結構尺寸相對較高，在選擇結構構件時，應盡可能選取體積結構較高且跨高比較低的構件。

第二，水利工程建筑結構大部分都需要在水下進行，而這對建筑物結構設計提出了更高要求，為充分滿足建筑物結構設計的強度需要，有必要科學合理地做好對配筋率和配筋量的控制[1]。因此，混凝土結構理論當中明確規定的最小配筋率是可以使用相應混凝土結構的，如表1所示。

表1 縱向受力鋼筋的最小配筋率

第三，在水利工程建筑物結構設計過程中，需要重點利用溫度鋼筋。如前文所述，水利工程混凝土結構體積相對較高，在大體積混凝土當中，水化熱反應較為強烈，當混凝土外部溫度產生變化，內外溫差也將隨之出現，進而導致混凝土強度安全受到影響，因此需要針對性地應用溫度鋼筋，做好對溫度裂縫的控制和處理。

第四，在水利工程建筑物混凝土結構設計時，應重點做好對耐久性的管控。由于水利工程許多部分都處于水下，產生凍融和沖刷等問題的概率非常高，為充分保障混凝土結構的安全性，有必要重點做好對混凝土結構的耐久性保障。

第五，在進行非杠桿體系設計和建設時，需要避免按照極限理論進行配筋設計，其主要原因是非杠桿體系的脆弱程度較高，難以有效開展極限操作。

2 水利工程建筑物結構設計的重要性

伴隨我國經濟建設的持續推進，對水利工程的重視力度持續增長，其中水利工程建筑物結構設計是水利工程前期建設的核心環節，也已經獲得相應程度的改革和轉化。水利工程建筑物結構設計能夠有效促進多項工作的穩定展開，其要求設計者在水利工程建設前期便對施工方案和預算做出有效預定處理，而預定方案將直接決定水利工程建筑物的工程投資收益和質量。在水利工程建筑物施工前期，需要針對性制定出準確且細致的方案和措施，節約開支，避免隱患問題的出現。水利工程建筑物結構設計的質量與建筑物的實際使用功能、使用年限存在密不可分的關系，因此，在推進開展水利工程建設活動時，前期投資預算和設計決策都是非常關鍵的環節，將會對后續建筑成果質量造成直接影響。在開展施工活動之前，水利工程建筑物結構設計經費預算越準確，其設計方案的質量就會越高，后期建筑質量也會因此而得到提升，其實際存在意義和價值不可忽視。

3 水利工程建筑物結構設計的現存問題

3.1 水利工程標準劃分缺乏科學性

目前，許多單位在水利工程相關標準劃分方面都缺乏充足的科學性。在水利工程設計建設中，不同的工程規模和投資都會直接決定水利工程的等級，其中在推進水利工程建設時，如果對工程等級的劃分缺乏充足考量，就會導致前期標準過高，勢必引發物資浪費的問題，相反，如果前期標準過低，資金缺乏的問題就會因此而出現，進而導致后期工程難以滿足基本需要。由此可以明確，做好對水利工程建設的具體劃分，在水利工程建設中極為重要且關鍵。

3.2 水利工程項目資料準備不夠全面

水利工程建設施工前，水利工程的結構設計需要通過對施工現場實際情況的精確分析，有效做好對設計方案的確定和選擇。因此，項目工程的相應基礎資料是否足夠健全和完整，將會直接對水利工程建筑物結構設計的精準性帶來沖擊，最終導致后續建筑成果受到影響。

3.3 水利工程建筑物經濟觀念體現缺乏

在水利工程建設過程中，許多水利工程設計人員和設計單位缺少經濟認識和整體思維。開展水利工程設計工作時，對相應設計方案的管理不夠嚴格具體，對其中的設計內容也沒有積極做好把關處理，這導致部分設計精準性嚴重降低，各類不合理問題也時有出現，對施工項目的安全帶來巨大影響，甚至引發經濟損失問題[2]?；诖耍谕七M開展水利工程建筑物結構設計時，設計單位和設計人員有必要做好對自身的嚴格要求，盡可能提高在設計方案精度把控方面的投入，同時著眼于經濟效益和思想高度的認識，精確做好對設計流程中錯誤內容的修改。

4 水利工程建筑結構設計的技術方法

4.1 混凝土結構設計

第一，科學合理做好對混凝土原料的配比控制。在混凝土結構優化設計時，保障混凝土原料的科學合理配比是關鍵措施，既能夠降低混凝土結構孔洞和麻面等問題發生的概率，而且還可以對裂縫控制和襯砌防滲等帶來顯著的支持和幫助。具體來講，細度模數處于2.0～3.0間的砂，應該是水利工程混凝土結構設計的首要選擇材料，進而將單層混凝土的鋪設厚度控制在30cm～50cm以內，做好分層攤鋪以及均勻振搗操作。同時鋼筋架構的位置也需要被精確確定，以最大力度為混凝土結構設計的科學性和安全性帶來支持。

第二，做好混凝土裂縫控制，如果想要實現對結構裂縫的控制優化，設計者就要結合工程施工環境以及水文壓力等因素，重點做好對混凝土結構極限承載的考量和把控，選擇和實際需求相契合的鋼筋和混凝土。此外，對于現代水利工程中彎拉構件方面的控制，也需要選擇符合實際需求的桿件，綜合完成對混凝土裂縫寬度的控制。

第三，需要切實有效做好混凝土圍巖穩定性的控制，其根本原因在于，只有圍巖水壓承載能力有效增強，才能夠有效減少工程成本，保障各項工作的穩定開展，因此相關設計人員有必要結合對于平緩或陡坡等表面的科學控制，先行控制好圍巖結構的最小覆蓋度，同時借助精確且科學的測定，明確混凝土圍巖穩定程度。

第四，需要著重做好對混凝土結構的襯砌處理，目前來看，主要包括裂襯砌以及非裂襯砌兩種形式，相關工作人員需要充分結合圍巖的穩定系數，科學合理地做好對襯砌方案的選擇和確定，而后聯合模擬承載力[3]。

4.2 建筑結構平面設計

第一，水利工程建筑物結構平面設計通常要有水工專業、電氣專業以及水機專業的共同參與，確定后續水利工程建筑物設計中所需要涉獵到的各種專業配置要求，綜合做好協調工作，以此保障各項工作的科學合理進行，此舉具有極為重要的理論意義和現實作用。建筑設計者需要綜合做好對建筑總圖布置交通關系的精準把控，以此保障建筑物實際設計可以充分滿足規范需要，如使用尺度和使用安全性等方面。此外，水利工程建筑物結構設計人員也需要提高主觀能動性，科學有效地做好對建筑空間的應用。

第二，水利工程建筑特征形式多樣，相關工作者需要充分結合水利工程的設計規范，做好對結構的布局設計，同時還需要充分聯系水利工程的實際狀況，以此來滿足機泵設備安裝的各種需要。在水利建筑藝術創作和設計中，水工設計可以提供充分且必要的技術支撐，同時也能夠有效推進新型景觀水利的建設和營造，促進城市化水利工程環境的深遠發展，有效促進水利工程建設水準的提高，為今后水利工程的科學穩定發展提供更多支持[4]。

4.3 建筑結構造型設計

第一，水利工程作為一項龐大的建筑類型，能夠在許多方面發揮出其應有的作用和價值，建筑結構的造型設計就需要切實有效地彰顯出水利工程建筑結構的性格特征，而建筑所表現出的特征需要盡可能聯系實際環境，而并非通過憑空設計的方式獲取，并且處于相同環境的建筑結構，因其體量存在大小，所展現的建筑文化和建筑性格也會顯著不同，建筑的差異得以進一步顯現。比如，許多單位在開展設計工作時，通常會將泵房的平面設計為句型，其高度相對較高，具有較大的體量，能夠展現出豪放廣闊的特征，而在此類建筑物中存在與公共建筑體型方面的差異，因此需要在設計過程中強化對細節的關注，盡可能加強對其較高體量的應用，使其自身作用能夠被充分發揮出來，借助細部開窗等多元化方法，豐富完善具體關系，避免過于單調。比如在泵房、配電房毗鄰設計中，通過對相鄰配電房的應用，使其形體能夠相互組合。

第二，在進行啟閉機房設計時，因為機房自身長度相對較高，在部分情況下，其長度甚至會達到數百米，因此可以將韻律的造型設計方法應用其中，以此來保障其體量可以得到有效優化和改進。而作為端部的收尾工作，針對水利工程建筑物而言，其所應用的風格類型，包括仿古、現代等都需要充分結合建設單位所提出的意見和觀點，全面且有效地考量人文環境以及地理環境等，這一點在水利工程建筑風格的選擇中具有重要意義和作用。

5 結 語

總而言之，在現代經濟飛速發展的背景下，水利工程建筑物結構設計監理工作也正在被迅速改進和優化，身為水利工程建設的關鍵環節，在推進開展建筑物結構設計時，也需要持續進行優化和完善處理。其中，水利工程建筑物結構設計需要在工程建設前期就予以確定，其預定方案質量將會直接對水利工程建筑物的工程收益和質量帶來影響。與此同時，在開展水利工程建筑物結構設計工作時，相應設計者有必要積極提升自己責任意識，為設計成果的質量增長提供必要支持。