水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)

賈廣強(qiáng)

(青州市仁河水庫(kù)運(yùn)行維護(hù)中心，山東 青州 262500)

水利工程雖然是建筑行業(yè)的重要組成，但與普通建筑相比，其無論是在建設(shè)模式、基本結(jié)構(gòu)還是后期維護(hù)方面都面臨著更為復(fù)雜的問題和情況，對(duì)施工質(zhì)量方面要求極高。因此，水利工程建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難性非常高，在推動(dòng)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，既要充分滿足水利工程建筑物的功能需要，同時(shí)還需要著重強(qiáng)調(diào)安全系數(shù)的提升，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)這些問題，進(jìn)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(xiàn)實(shí)作用。目前我國(guó)水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)日漸增長(zhǎng)，但受制于各種因素的限制和沖擊，水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然面臨部分問題，基于此，解決并尋找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新方向，是目前需要重點(diǎn)考量的內(nèi)容。

1 水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念界定

1.1 水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所包含的內(nèi)容有三點(diǎn)。

第一，水利工程建筑物整體設(shè)計(jì)工作的開展要求相關(guān)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的類型劃分，包括主體結(jié)構(gòu)和相應(yīng)配套設(shè)施。完成水利工程的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就等同于完成了最為關(guān)鍵的框架設(shè)計(jì)，可以為此后各項(xiàng)工作的開展奠定更好的基礎(chǔ)支撐。

第二，關(guān)于水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段許多水利工程建筑物結(jié)構(gòu)都會(huì)以混凝土為核心材料，所以在開展水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，混凝土設(shè)計(jì)是需要予以重點(diǎn)考量的工作內(nèi)容。混凝土設(shè)計(jì)水準(zhǔn)將會(huì)直接影響到未來水利工程的實(shí)際使用情況，雖然與其他結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)更多，但由于混凝土結(jié)構(gòu)易受到外界環(huán)境溫度的影響而出現(xiàn)裂縫問題，其不但會(huì)導(dǎo)致水利工程的美觀度降低，而且會(huì)影響到水利工程的基本功能性和安全性，施工質(zhì)量無法獲得有效提升。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行混凝土設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重展開試驗(yàn)工作，以此確定混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限，保障其承載力可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并提前解決未來可能出現(xiàn)的混凝土裂縫問題，為工程安全系數(shù)、功能作用的有效發(fā)揮提供必要保障。

第三，水閘設(shè)計(jì)。在開展此項(xiàng)工作時(shí)需要重點(diǎn)考量?jī)身?xiàng)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(shè)計(jì)缺乏充足的科學(xué)性，不但會(huì)導(dǎo)致水利工程建筑物結(jié)構(gòu)性能受到?jīng)_擊，還會(huì)導(dǎo)致水利工程建筑物使用壽命顯著減少，甚至可能引發(fā)相對(duì)嚴(yán)峻的安全事故，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等情況的出現(xiàn)。

三項(xiàng)設(shè)計(jì)工作存在著極為密切的關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注重各環(huán)節(jié)之間的相互配合，避免忽略任何細(xì)節(jié)要素，從而切實(shí)有效保障建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)穩(wěn)定。

1.2 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征

在開展水利工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性尤為重要，與普通建筑物混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，水利工程建筑物混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，并且具有一定特殊性。

第一，水利工程建筑物混凝土結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較高，在選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)盡可能選取體積結(jié)構(gòu)較高且跨高比較低的構(gòu)件。

第二，水利工程建筑結(jié)構(gòu)大部分都需要在水下進(jìn)行，而這對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求，為充分滿足建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度需要，有必要科學(xué)合理地做好對(duì)配筋率和配筋量的控制[1]。因此，混凝土結(jié)構(gòu)理論當(dāng)中明確規(guī)定的最小配筋率是可以使用相應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)利用溫度鋼筋。如前文所述，水利工程混凝土結(jié)構(gòu)體積相對(duì)較高，在大體積混凝土當(dāng)中，水化熱反應(yīng)較為強(qiáng)烈，當(dāng)混凝土外部溫度產(chǎn)生變化，內(nèi)外溫差也將隨之出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度安全受到影響，因此需要針對(duì)性地應(yīng)用溫度鋼筋，做好對(duì)溫度裂縫的控制和處理。

第四，在水利工程建筑物混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)做好對(duì)耐久性的管控。由于水利工程許多部分都處于水下，產(chǎn)生凍融和沖刷等問題的概率非常高，為充分保障混凝土結(jié)構(gòu)的安全性，有必要重點(diǎn)做好對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性保障。

第五，在進(jìn)行非杠桿體系設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，需要避免按照極限理論進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，對(duì)水利工程的重視力度持續(xù)增長(zhǎng)，其中水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是水利工程前期建設(shè)的核心環(huán)節(jié)，也已經(jīng)獲得相應(yīng)程度的改革和轉(zhuǎn)化。水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效促進(jìn)多項(xiàng)工作的穩(wěn)定展開，其要求設(shè)計(jì)者在水利工程建設(shè)前期便對(duì)施工方案和預(yù)算做出有效預(yù)定處理，而預(yù)定方案將直接決定水利工程建筑物的工程投資收益和質(zhì)量。在水利工程建筑物施工前期，需要針對(duì)性制定出準(zhǔn)確且細(xì)致的方案和措施，節(jié)約開支，避免隱患問題的出現(xiàn)。水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與建筑物的實(shí)際使用功能、使用年限存在密不可分的關(guān)系，因此，在推進(jìn)開展水利工程建設(shè)活動(dòng)時(shí)，前期投資預(yù)算和設(shè)計(jì)決策都是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，將會(huì)對(duì)后續(xù)建筑成果質(zhì)量造成直接影響。在開展施工活動(dòng)之前，水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)預(yù)算越準(zhǔn)確，其設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量就會(huì)越高，后期建筑質(zhì)量也會(huì)因此而得到提升，其實(shí)際存在意義和價(jià)值不可忽視。

3 水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)存問題

3.1 水利工程標(biāo)準(zhǔn)劃分缺乏科學(xué)性

目前，許多單位在水利工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)劃分方面都缺乏充足的科學(xué)性。在水利工程設(shè)計(jì)建設(shè)中，不同的工程規(guī)模和投資都會(huì)直接決定水利工程的等級(jí)，其中在推進(jìn)水利工程建設(shè)時(shí)，如果對(duì)工程等級(jí)的劃分缺乏充足考量，就會(huì)導(dǎo)致前期標(biāo)準(zhǔn)過高，勢(shì)必引發(fā)物資浪費(fèi)的問題，相反，如果前期標(biāo)準(zhǔn)過低，資金缺乏的問題就會(huì)因此而出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致后期工程難以滿足基本需要。由此可以明確，做好對(duì)水利工程建設(shè)的具體劃分，在水利工程建設(shè)中極為重要且關(guān)鍵。

3.2 水利工程項(xiàng)目資料準(zhǔn)備不夠全面

水利工程建設(shè)施工前，水利工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的精確分析，有效做好對(duì)設(shè)計(jì)方案的確定和選擇。因此，項(xiàng)目工程的相應(yīng)基礎(chǔ)資料是否足夠健全和完整，將會(huì)直接對(duì)水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性帶來沖擊，最終導(dǎo)致后續(xù)建筑成果受到影響。

3.3 水利工程建筑物經(jīng)濟(jì)觀念體現(xiàn)缺乏

在水利工程建設(shè)過程中，許多水利工程設(shè)計(jì)人員和設(shè)計(jì)單位缺少經(jīng)濟(jì)認(rèn)識(shí)和整體思維。開展水利工程設(shè)計(jì)工作時(shí)，對(duì)相應(yīng)設(shè)計(jì)方案的管理不夠嚴(yán)格具體，對(duì)其中的設(shè)計(jì)內(nèi)容也沒有積極做好把關(guān)處理，這導(dǎo)致部分設(shè)計(jì)精準(zhǔn)性嚴(yán)重降低，各類不合理問題也時(shí)有出現(xiàn)，對(duì)施工項(xiàng)目的安全帶來巨大影響，甚至引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失問題[2]。基于此，在推進(jìn)開展水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)人員有必要做好對(duì)自身的嚴(yán)格要求，盡可能提高在設(shè)計(jì)方案精度把控方面的投入，同時(shí)著眼于經(jīng)濟(jì)效益和思想高度的認(rèn)識(shí)，精確做好對(duì)設(shè)計(jì)流程中錯(cuò)誤內(nèi)容的修改。

4 水利工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)方法

4.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一，科學(xué)合理做好對(duì)混凝土原料的配比控制。在混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，保障混凝土原料的科學(xué)合理配比是關(guān)鍵措施，既能夠降低混凝土結(jié)構(gòu)孔洞和麻面等問題發(fā)生的概率，而且還可以對(duì)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(xì)度模數(shù)處于2.0～3.0間的砂，應(yīng)該是水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要選擇材料，進(jìn)而將單層混凝土的鋪設(shè)厚度控制在30cm～50cm以內(nèi)，做好分層攤鋪以及均勻振搗操作。同時(shí)鋼筋架構(gòu)的位置也需要被精確確定，以最大力度為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)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(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的控制優(yōu)化，設(shè)計(jì)者就要結(jié)合工程施工環(huán)境以及水文壓力等因素，重點(diǎn)做好對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)極限承載的考量和把控，選擇和實(shí)際需求相契合的鋼筋和混凝土。此外，對(duì)于現(xiàn)代水利工程中彎拉構(gòu)件方面的控制，也需要選擇符合實(shí)際需求的桿件，綜合完成對(duì)混凝土裂縫寬度的控制。

第三，需要切實(shí)有效做好混凝土圍巖穩(wěn)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(qiáng)，才能夠有效減少工程成本，保障各項(xiàng)工作的穩(wěn)定開展，因此相關(guān)設(shè)計(jì)人員有必要結(jié)合對(duì)于平緩或陡坡等表面的科學(xué)控制，先行控制好圍巖結(jié)構(gòu)的最小覆蓋度，同時(shí)借助精確且科學(xué)的測(cè)定，明確混凝土圍巖穩(wěn)定程度。

第四，需要著重做好對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)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(guān)工作人員需要充分結(jié)合圍巖的穩(wěn)定系數(shù)，科學(xué)合理地做好對(duì)襯砌方案的選擇和確定，而后聯(lián)合模擬承載力[3]。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)

第一，水利工程建筑物結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)通常要有水工專業(yè)、電氣專業(yè)以及水機(jī)專業(yè)的共同參與，確定后續(xù)水利工程建筑物設(shè)計(jì)中所需要涉獵到的各種專業(yè)配置要求，綜合做好協(xié)調(diào)工作，以此保障各項(xiàng)工作的科學(xué)合理進(jìn)行，此舉具有極為重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)作用。建筑設(shè)計(jì)者需要綜合做好對(duì)建筑總圖布置交通關(guān)系的精準(zhǔn)把控，以此保障建筑物實(shí)際設(shè)計(jì)可以充分滿足規(guī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也需要提高主觀能動(dòng)性，科學(xué)有效地做好對(duì)建筑空間的應(yīng)用。

第二，水利工程建筑特征形式多樣，相關(guān)工作者需要充分結(jié)合水利工程的設(shè)計(jì)規(guī)范，做好對(duì)結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要充分聯(lián)系水利工程的實(shí)際狀況，以此來滿足機(jī)泵設(shè)備安裝的各種需要。在水利建筑藝術(shù)創(chuàng)作和設(shè)計(jì)中，水工設(shè)計(jì)可以提供充分且必要的技術(shù)支撐，同時(shí)也能夠有效推進(jìn)新型景觀水利的建設(shè)和營(yíng)造，促進(jìn)城市化水利工程環(huán)境的深遠(yuǎn)發(fā)展，有效促進(jìn)水利工程建設(shè)水準(zhǔn)的提高，為今后水利工程的科學(xué)穩(wěn)定發(fā)展提供更多支持[4]。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)

第一，水利工程作為一項(xiàng)龐大的建筑類型，能夠在許多方面發(fā)揮出其應(yīng)有的作用和價(jià)值，建筑結(jié)構(gòu)的造型設(shè)計(jì)就需要切實(shí)有效地彰顯出水利工程建筑結(jié)構(gòu)的性格特征，而建筑所表現(xiàn)出的特征需要盡可能聯(lián)系實(shí)際環(huán)境，而并非通過憑空設(shè)計(jì)的方式獲取，并且處于相同環(huán)境的建筑結(jié)構(gòu)，因其體量存在大小，所展現(xiàn)的建筑文化和建筑性格也會(huì)顯著不同，建筑的差異得以進(jìn)一步顯現(xiàn)。比如，許多單位在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，通常會(huì)將泵房的平面設(shè)計(jì)為句型，其高度相對(duì)較高，具有較大的體量，能夠展現(xiàn)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(shè)計(jì)過程中強(qiáng)化對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注，盡可能加強(qiáng)對(duì)其較高體量的應(yīng)用，使其自身作用能夠被充分發(fā)揮出來，借助細(xì)部開窗等多元化方法，豐富完善具體關(guān)系，避免過于單調(diào)。比如在泵房、配電房毗鄰設(shè)計(jì)中，通過對(duì)相鄰配電房的應(yīng)用，使其形體能夠相互組合。

第二，在進(jìn)行啟閉機(jī)房設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)闄C(jī)房自身長(zhǎng)度相對(duì)較高，在部分情況下，其長(zhǎng)度甚至?xí)_(dá)到數(shù)百米，因此可以將韻律的造型設(shè)計(jì)方法應(yīng)用其中，以此來保障其體量可以得到有效優(yōu)化和改進(jìn)。而作為端部的收尾工作，針對(duì)水利工程建筑物而言，其所應(yīng)用的風(fēng)格類型，包括仿古、現(xiàn)代等都需要充分結(jié)合建設(shè)單位所提出的意見和觀點(diǎn)，全面且有效地考量人文環(huán)境以及地理環(huán)境等，這一點(diǎn)在水利工程建筑風(fēng)格的選擇中具有重要意義和作用。

5 結(jié) 語

總而言之，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)監(jiān)理工作也正在被迅速改進(jìn)和優(yōu)化，身為水利工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在推進(jìn)開展建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也需要持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化和完善處理。其中，水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要在工程建設(shè)前期就予以確定，其預(yù)定方案質(zhì)量將會(huì)直接對(duì)水利工程建筑物的工程收益和質(zhì)量帶來影響。與此同時(shí)，在開展水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，相應(yīng)設(shè)計(jì)者有必要積極提升自己責(zé)任意識(shí)，為設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量增長(zhǎng)提供必要支持。