水电站厂房设计之我见

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[摘 要]水电站的主要建筑之一就是水电站厂房，它能够将水能转化为电能，其工作设备由水轮机、发电机和各种辅助设备组成。本文主要就水电厂房的设计原则及具体设计进行了分析。

[关键词]水电站厂房；设计原则；厂房设计

中图分类号：TV731.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0258-01

水电站厂房属于工业厂房，也存在建筑功用上的共同性，但是具有较高的生产工艺设计要求，且存在的技术要求也较高。这与民用建筑就有很大差别。该设计的不同会在很大程度上影响建筑平面的空间布局、建筑的相关构造、建筑结构及施工等。

一、水电站厂房的结构组成及作用

1.1 上部结构

（1）屋顶。①屋面板：隔热、遮阳、避风雨；预制钢筋混凝土大型屋面板+隔热层+防水层+保护层。②屋架或屋面大梁。

（2）排架柱（构架）。承受屋架或屋面大梁、吊车梁、外墙传来的荷载和排架柱自重，并将它们传给厂房下部结构的大体积混凝土。

（3）吊车梁。承受吊车荷载（包括起吊部件在厂房内部运行时的移动集中垂直荷载），以及吊车在起重部件时，启动或制动时产生的纵、横向水平荷载，并将它们传给排架柱。

（4）发电机层和安装间楼板。发电机层楼板承受着自重、机电设备静荷载和人的活荷载，传给梁并部分传到厂房下部结构的发电机机座和水轮机层的排架柱。安装间楼板承受自重、检修或安装时机组荷载和活荷载，传到基础。

（5）围护结构。①外墙。承受风荷载，并将它传给排架柱或壁柱。②抗风柱。承受厂房两端山墙传来的风荷载，并将它传给屋架或屋面大梁和基础或厂房下部结构的大体积混凝土块体。③圈梁和连系梁。承受梁上砖墙传下的荷载和自重，并传给排架柱或壁柱。

1.2 下部结构

（1）发电机机墩。承受从发电机层楼板传来的荷载和水轮发电机组等设备重量、水轮机轴向水压力和机墩自重，并将它们传给座环和蜗壳混凝土。

（2）蜗壳和水轮机座环（固定导叶）。将机墩传下来的荷载通过座环传到尾水管上，另外水轮机层的设备重量和活荷载通过蜗壳顶板也传到尾水管。

（3）尾水管。承受水轮机座环和蜗壳顶板传来的荷载，经尾水管框架（尾水管顶板、闸墩、边墩和底板构成的）结构再传到基础上。

1.3 水电站厂房的作用

水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、水轮机、发电机、变压器、开关站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。水电站厂房的主要任务：

（1）将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。

（2）布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电

质量。

（3）布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环

境。

二、水电站厂房设计原则

（1）运用技术的公众意识，结合建筑功能要求，采用简单合适的技术。

（2）树立建筑材料蕴含能量和循环使用的意识，在最大范围内使用可再生的地方性建筑材料，避免使用高温能量、破坏环境、产生废物以及带有放射性的建筑材料，征求重新利用旧的建筑材料和构件。

（3）针对当地的气候条件，采用别动式能源策略，尽量应用可再生能源。

（4）完善建筑空间使用的灵活性，以便减少建筑体量。将建设所需的资源降至最少。减少建筑过程中对环境的损害，避免环境的破坏、资源的浪费以及建材的浪费。水电站厂房一般位于山谷、峡谷中，与大坝结构连在一起，通常采用混凝土结构，或发电机层以上采用钢筋混凝土柱加网架等结构，建筑的外观设计往往是依据结构的轮廓给结构穿一层外衣，所以在造型这一立体构成方面往往受结构限制，是一种建筑设计中比较忌讳的火柴盒状，从经济方面考虑，很少再投入跟多的资金去做复杂的造型设计，这就要求建筑设计师在立面的门窗洞口布置这一平面构成和色彩变化这一色彩构成上去下功夫去做厂房的外观设计。从厂房的外装饰材料来讲，宜采用节能环保的、较自然朴质的、具当地特色的、具有时代特征的装饰材料，以与周围的山川、河谷及文化保持-个统一的格调。避免盲目追求超现代化而使用追求通透感的、大面积的玻璃幕等与环境不协调又不节能环保的建筑材料，当前许多厂房的建筑也开始做建筑的外保温这一相对节能措施，外墙饰面材料一般以外墙涂料为主，也可做石材或外墙饰面砖，另一种外墙外保温材料是节能复合装饰板有金属等面层，不用单独做饰面层，但相对造价较高，不经济；外窗较多采用单框双玻璃中空塑钢窗保温，密封效果较理想。还有一种断热桥铝合金型材窗，造型美观，但造价也相对较高；安装间进厂大门面积相对较大且不常开启，应采用保温且密封性较好的材质，其他主、副厂房相对面积较小且相对开启较频繁的门，宜采用轻巧保温且密封性较好的材质。

三、水电站厂房设计分析

3.1 方案确定

在水电站厂房的方案确定过程中，应对厂址的地质、地形、水文条件以及施工单位具体要求等方面做实地考察与研究，并确定最佳的建设方案。例如在考察过程中，可确定河床式或者引水式以及长尾水渠式等形式。以确保使其发挥最大的效果。

3.2 布置特点

在厂房的布置方面，对于地形特点的依赖性更大。包括各个建筑的排布形式、溢洪坝位置、厂房布置位置等方面。以某水电站建设为例，在建设过程中，发现河床较宽，因此可采用“一”字形排布；同时与闸坝结构合为一体，便于利用水力条件。在这一过程中，还需要保证施工的安全可靠。

3.3 参数标准

在厂房本身的设计过程中，需要充分考虑水源的蓄水深度、总水含量、装机容量等方面，同时也需要考虑附近农田的面积。以确保水电站在发电的过程中，也具有灌溉、泄洪及蓄水等综合作用。一般来讲，根据当地近100年来的气候特点，对水电站厂房的抗风、抗震能力需要论证，并给与相应的极限范围。

3.4 布置设计

（1）主、副厂房。对于水电站厂房分类过程中，主厂房主要是用于安装水轮发电机组等设施。其中，对于中小型水电站，可选用ZZ560a-LH-250并SF2500-36/4250水轮发电机组，容量设置为2500kW。主厂房的总长可设置为50米、宽13米左右。对于副厂房来说，主要有上游和下游两个部分，其中下游部分主要负责配置开关柜、配电屏、变、励磁变、压机室及供水泵等设施。上游部分则包括中控室、仪表室、电器修理室、通风机室、电缆室及各类办公室等。

（2）主变压器与开关站。主变压器可安置两台，紧邻安装场，同时可利用钢轨道进行推进。对于开关站来说，为保证其安全可靠，采取户内式结构。同样紧邻安装场，距离约15米。实际执行过程中，有两回进线、四回出线的形式进行，提高了效率。

（3）交通安排。厂房内部的交通较为便利，上下层之间有楼梯连接，各个工作室或者设施之间有通道连接。在室外也有各类通道相连，便于人行和机动车辆行驶。

（4）排水系统。对于厂房的排水系统，主要由深水泵及集水井完成。并在厂房机组上游布置排水廊道。在实际应用过程中，与集水井相通。同时保证厂区海拔高于最高洪水水位。

（5）尾水渠设计。一般来说，尾水渠出口断面较大，并与下游河床相接。其中，右岸厂闸导墙利用了部分冲沙作用；左岸导墙则设置重力式的土墙。

（6）进水口。在进水口设置两道闸门，分别为上游的检修闸门和下游的事故闸门。其中事故闸门后还需设置中墩，以减少进水口的结构跨度。而在进水口前方，也同样设置倒沙坎，以保证流到连通的顺畅。

（7）稳定性测试。在对水电站厂房进行稳定性测试过程中，主要对厂房各部分进行应力计算，并对结果进行分析，包括许用应力、实际应力等方面。其中，以抗浮稳定性为主要参数。

结语

在水电站厂房设计的过程中，设计者要根据相关的工艺要求进行建筑材料的合理选择，充分保证水电站厂房设计的先进性、科学性，才能保证水电站厂房逐步实现智能化管理，并具有更高的市场竞争力。