阳江市水利水电勘测设计有限公司 广东阳江 529500
摘要：水工建筑主要负责容纳和保护水利设施设备，因此其结构设计必须遵循稳定、可靠、耐用原则，并避免各类问题的出现。基于此，本文简单分析了水工建筑结构设计关键问题及应对措施，并结合实例深入探讨了水工建筑结构设计，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：水工建筑；结构设计；水闸
前言：为满足经济与社会发展需要，近年来我国水利工程大量兴建，水工建筑结构设计的受重视程度也因此不断提升。但结合实际调研可以发现，材料、结构设计、空间限制等问题仍广泛存在于我国水工建筑结构设计领域，而为了尽可能消除这类问题带来的影响，正是本文围绕水工建筑结构设计关键问题开展具体研究的原因所在。
1.水工建筑结构设计关键问题及应对措施
为保证水工建筑结构设计质量，水工建筑结构设计面临的关键问题必须得到重视，如水工建筑材料问题、混凝土结构设计问题、空间限制问题、设计美观性与艺术性问题、三维辅助设计问题、水闸设计问题等。
1.1水工建筑材料问题
混凝土是水工建筑主要应用的材料，其主要由水泥、碎石、砂、外加剂等构成，如果混凝土材料选择或配比不当，水工建筑很容易出现质量问题。在具体的设计中，需进行原材料的试验检验，以此保证原材料能够满足规范和设计要求，原材料的配比调整也需要结合现场测定结果进行，如砂子的含水率应用干炒法快速确定，由此即可针对性调整混凝土配比中的实际用水量，保证施工质量[1]。
1.2混凝土结构设计问题
在水工建筑结构设计中，水工混凝土结构极限的确定、裂缝的控制均属于设计人员需要重点关注的问题。混凝土结构极限的确定需结合水工建筑用途确定，如水工重力坝挡水结构的设计需重点关注受压破坏的极限承载状态，且基于规定的应力限值控制最大拉应力。在具体设计中，可通过增设一个应力约束极限状态实现不连续点的测定，设计的更好开展可由此获得有力支持；裂缝的控制需保证设计环节采用根本性应对方法，设计过程需考虑水工建筑所处环境的水压力变化、荷载性质、潮湿与腐蚀情况，结合水工建筑的使用年限，明确容许裂缝宽度并开展针对性设计，实际工作中钢筋、混凝土的极限状态也需要在设计中得到充分考虑。
1.3空间限制问题
多方面因素均可能限制水工建筑结构设计，如水工和机电等主导专业设计，建筑结构的设计会直接受到水工使用要求影响，水工建筑的高度则直接受到水闸启闭机等机电设备的吊装和运行高度影响。为较好应对空间限制问题，必须加强设计环节的沟通，以此深入了解业主需要，并保证个设计专业能够基于总平面开展设计，水工建筑结构设计受到的空间限制影响即可最大化消除，环保、适用、安全、美观、经济的建筑结构设计也才能够由此实现。
1.4设计美观性与艺术性问题
随着经济与社会的快速发展，水工建筑美观性和艺术性的受关注程度不断提升，这与我国城市化进程的不断加速、民众审美需求的不断增长存在直接关联。因此，水工建筑结构设计应尽量融入自然环境与人文景观，周围地形地貌、当地特有的文化和历史沉淀均需要在设计中得到一定体现。值得注意的是，设计师不应仅设计仅考虑使用需求的“建筑构筑物”，而是基于社会发展真正开展“水工建筑”的设计，在保证水工建筑质量的基础上，设计师需正确处理经济指标、材料、艺术的关系，由此即可保证结构设计的合理性，配合美观性设计，水工建筑将真正实现美观与实用的权衡。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.5三维辅助设计问题
三维模型信息可有效提升水工建筑设计效率、确保施工可行性，因此三维辅助设计在水工建筑结构设计中的应用必须得到重视。在三维辅助设计的支持下，水工建筑结构设计的成果校验、工程地形与地质模拟、方案比较均可获得有力支持，如开展三维GIS模拟、水动力模拟、受力分析等，Visual FL、Catia等软件的合理应用也需要得到重点关注，由此实现协同设计和装配、开展三维配筋设计，即可真正淘汰结构、布筋二维设计手段，并能够保证设计可根据信息、环境的变化实现针对性调整，多方的协同工作开展、更高水平的结构设计、水工建筑的总体质量保障均可由此获得有力支持。
1.6水闸设计问题
以典型的水工建筑水闸的设计为例，作为应用较为广泛的水工建筑，其结构设计很容易引起排水与止水问题，水闸的使用寿命也会直接受到影响，因此具体设计过程必须重点关注消力池排水孔、翼墙排水孔、止水伸缩缝的设计。水闸排水设计需重点关注消力池的底板排水，为降低渗透压力，可设置垂直排水孔于水平护坦的后半部，并在孔下铺设滤层。水流出闸后将形成收缩水深（底板水平位置与陡坡段末端交界处），为避免底板因此被掏空，需设置垂直排水孔于消力池底板后半段，底板渗透压力可由此实现有效控制；为实现渗水的排出，单向水头水闸下游翼墙和护坡需设置排水孔，即翼墙排水孔，配合挡土墙一侧孔口处的反滤层设计，即可水闸运行需要。还应在进口翼墙位置设置排水孔，以此控制翼墙防渗、抗冲强度，增加渗径；为避免地基不均匀沉降、混凝土干缩、温度变化导致水闸出现裂缝问题，需针对性设置止水伸缩缝，对于多空闸的闸室底板，需沿水流方向设置永久缝，以此配合闸室底板的分段[2]。
2.实例分析
2.1工程概况
以某地W水利枢纽工程为例，该工程由12孔拦河水闸、发电机厂房（装机5000kW）、船闸（50t过船能力）及附属设备组成，工程具备灌溉、发电、服务航运能力，该工程中的水工建筑主要包括主副厂房、船闸、启闭机室等。
2.2具体设计
在W水利枢纽工程的结构设计中，考虑到工程所在地存在大量岭南风格古建筑群，结合当地人文环境与建筑设计风格，设计人员采用了务实重利、轻巧淡素的现代岭南建筑风格进行水工建筑的结构设计，水工建筑因此得以富有鲜明的岭南建筑特色，水工建筑结构设计实现了实用性与美观性的兼顾。以工程的拦河闸启闭机室为例，该水工建筑的闸底槛高程为7m，处于水中，采用固定卷扬式启闭机、平板钢制闸门，闸孔数、单孔净宽分别为10孔、12m，为满足当地观光旅游需要，保证拦河坝能够成为当地旅游景观之一，设计人员在启闭机房底座高程和建筑范围的设计中不仅实现了水工和机电专业的权衡，同时保证了拦河闸启闭机室的四个立面均具备较高美观性。
在具体设计中，设计人员首先考虑了相关范围与高程信息，以此保证水工和机电专业不会因此结构设计不当出现冲突，而为了保证拦河闸启闭机室的美观性，设计人员充分考虑了融合自然山水与水工建筑。在结合工程所在地开展了深入分析后，设计人员采用了两侧人字山墙的房屋顶部设计，按闸孔层层叠加的山墙使得拦河闸启闭机室极具艺术型，配合白色铝合金的外部维护结构、蓝色镀膜玻璃的玻璃窗设计，整个拦河闸启闭机室及水利枢纽工程均得以拥有较高的功能美和形式美，长虹卧波般的设计给人以极强的视觉冲击力，钢筋混凝土框架由此得以更好满足水工建筑需要。
结论：综上所述，水工建筑结构设计需关注多方面问题影响，在此基础上，本文涉及的水工建筑材料问题、混凝土结构设计问题、空间限制问题、设计美观性与艺术性问题、水闸设计问题等内容，则提供了可行性较高的水工建筑结构设计路径，而为了进一步提高设计水平，三维辅助设计的深入应用、长远角度的设计开展同样需要得到重视。
参考文献：
[1]舒恒.水工压力隧洞结构设计若干关键问题分析[J].工程建设与设计，2018（10）：149-150.
[2]李磊.水工建筑结构设计关键问题探讨[J].中国新技术新产品，2018（09）：82-83.
论文作者:冯少艳
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第1期
论文发表时间:2019/9/3
标签：水工论文; 建筑论文; 结构设计论文; 水闸论文; 启闭论文; 拦河闸论文; 美观论文; 《建筑细部》2019年第1期论文;