水工建筑设计初探

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摘要：本文针对水工建筑设计的各部分流程，从水利工程设计的特点、到初步设计阶段、再到建筑物的各部分作用进行了深入的探讨和分析，对指导进行水工建筑具有很有的意义。

关键词：水工建筑设计、水利工程设计特点。

Abstract: This paper for each part of the process of hydraulic structure design, from the characteristics of water conservancyengineering design, to the preliminary design stage, and then tothe function of each component of the building is discussed and analyzed deeply, to guide for hydraulic construction has somesignificance.

Keywords: design, design characteristics of hydraulic engineeringconstruction.

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引文：

水工建筑物的设计是一个专门的系统设计，是水利工程建设系统中的一个子系统，受社会经济条件、自然环境条件、科学技术发展水平以及国家政策法规与宏观政策制约。因此，水工建筑物的设计是顾及从施工到运行直至拆除的建筑物生命全过程的要求的一个全局设计。并且，水工建筑物的设计是由多环节组成，基于可持续发展的观念，有效地协调勘测、规划、设计、施工、移民、生态环境、资金流、后期运行等多方面的因素与环节，是做好水工结构设计的关键所在。

一、水利建筑工程的特点。

水利建筑工程是水工结构的重要工程，每个工程都具有鲜明的特点。总的来说，具有以下几个特点：

首先，个性化突出。因为，每个水利工程的水文、地质、地形条件都不相同，故每个水利工程都有鲜明的特点；

其次，工程规模大、风险大。因为无法做原型试验，各种模型试验均有误差，因此类比法成为重要的决策手段。

再者，重视规程规范的作用。水利工程经验性强，很多工作是依靠过去的经验来进行的。

最后，工程边建设边使用，且受外界影响大。因此，要做好水工建筑的设计必须对水工建筑的各个流程以及设计阶段需要注意的事项进行深入的理解，才能对设计做到防患于未然。

二、水工建筑物设计各个阶段的划分与需要注意的问题。

水工建筑物设计主要可分为以下几个阶段：可行性研究报告阶段，初步设计阶段以及招标设计阶段和施工详图阶段。

可行性研究报告阶段的主要工作就是：论证拟建工程在技术上的可能性、经济上的合理性、以及开发次序上的迫切性。在这个阶段中，主要需要解决的问题就是初步拟定主要水文参数，查清主要地质问题，选定工程地址；以及对淹没补偿进行估算；然后估算主要工程量，初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度；估算工程总投资，进行经济分析和评价，阐明工程效益。

在初步设计阶段：包括确定拟建工程的等别和主要建筑物的级别；选定各种特征水位；选定坝型、输水线路、主要建筑物的形式、轮廓尺寸及枢纽布置；确定装机容量，选择机组型号和其他机电设备；确定施工导流方案及主体工程的施工方法、施工总体布置及总进度、对外交通和施工设施；提出建筑材料、劳动力和风、水、电的需要量；论证对环境的影响及环境保护；进行经济分析，阐明工程效益。

招标设计阶段：合同文件和工程文件。合同文件包括：投标须知和合同条款、合同格式和投标格式；工程文件包括： 技术规范和图纸。

施工祥图阶段：建筑物地基开挖图、地基处理图、建筑物结构图、钢筋混凝土结构的钢筋图、金属结构及机电设备的安装图等。

三、水工建筑物的可靠性分析。

水工建筑物的可靠性是水工结构的一个重要工作，目前结构设计方法是基于近似概率设计法，将结构可靠指标作为其可靠度的统一尺度，因此，结构可靠指标计算是关键。

一般寻求近似计算方法求解结构可靠指标，常用方法有两种：一次二阶矩法（验算点法）和JC法。

一次二阶矩法（验算点法）

对于非线函数，正态分布变量，在特定点（均值点或设计验算点）上将其应用Taylor展开方法将其线性化，然后，利用随机变量的一阶矩（均值）及二阶矩（标准差）求解结构可靠指标。

JC法（变量截尾JC法、变量相关JC法）：

对于非线函数，非正态分布变量，寻找代替正态分布随机变量，再应用一次二阶矩方法求解结构可靠指标。

结构可靠指标与结构可靠度有一致的对应关系，通常用结构可靠指标来表达结构的安全度。

其中结构可靠指标与中心安全系数的关系：

从可靠度的角度出发，结构的安全系数与结构中各变量的分布概型、分布参数、变异系数以及可靠指标有关。结构安全系数不能仅凭经验取值，要考虑结构抗力和结构承载的随机性。

此外，工程结构的失效与时间存在一定的风险。因此，当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的功能要求时，称该特定状态为结构相应于该功能的极限状态。极限状态一般可化分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。

在进行水工设计时候，这些都是必须考虑的两个重要因素。第一，承载能力极限状态：一般是以结构或结构构件达到最大承载能力或不适宜继续承载变形为依据；第二，正常使用极限状态：一般以结构或结构的构件达到正常使用或耐久性要求的某一功能限值为依据。在设计中，对这两项极限值需要做到心中有数。

结论：

文章从水工建筑物设计的特点出发，并且分析各个设计阶段流程所需要注意的问题，从水工建筑的可靠度分析，进行了深度剖析，对指导水工设计具有很好的借鉴意义。

参考文献：

[1] 唐金忠，《水工结构设计常见问题解析1》，[M]，水利水电出版社，2012.2.29.

[2] 郑成君，《水工混凝土结构设计若干问题探讨》，[J] 设计与施工，2012.5.20

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