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河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300250
【摘 要】本文主要论述了水工建筑物的设计问题，集中探讨了水工建筑物设计的方法和设计的理论，进而可以为今后的水工建筑物的设计提供有意义的参考。
【关键词】水工建筑物；设计
一、前言
水工建筑物设计的方法如果不正确，就会影响水工建筑物设计的质量，所以为了提升水工建筑物设计的水平，一定要采取有效的设计方法，保证设计的有效性。
二、水工建筑物设计特点
1、建筑物的平面位置和范围由水工专业根据使用要求确定，即水利水电工程建筑的基础受到水工建筑物的制约；而建筑物高度则由水力机械设备吊装高度或水闸启闭机运行高度、变配电设施高度等因素确定。鉴于水利水电工程建筑设计平面位置、尺寸、形状和高度均已由相关专业确定，即建筑设计空间只能在有限的范围内变化，这就给建筑艺术的创造增加了设计难度。
2、水工建筑物周围一般都有山、水、林、路，甚至有一部分在城区，如城市防洪工程，这给建筑艺术的创造提供了良好的条件，可以利用这些有利条件将建筑融于其中，构成美丽、人水和谐的人文景观环境。
3、水利水电工程将带动当地经济建设，推动当地经济发展；同时，当地经济的发展，又带动周边建筑物在当地传统建筑基调上的升华，丰富建设地点局部的人文景观。因此水利水电工程建筑设计形式应有超前意识。当附近建筑群建起来之后，先建成的水利水电建筑与周边后建的建筑群融合，并且不逊色于后期的建筑群。
4、受传统节约思想的影响和管理机制的制约，在可行性研究或初步设计阶段未对建筑设计进行深入研究，所列概算资金偏紧，因此，在施工图设计时，往往比概算数额有所突破，被视为不合理、不合规。施工图设计时要求用很少钱的前提下，做好建筑设计这篇大文章，无疑给建筑设计创新带来诸多困难和阻力，再加上建筑设计不是初步设计审查的重点，在施工图设计时受到业主思维模式和经济条件限制，方案变更的随。意性较大。因此，相当多的建筑实施方案，已不再是建筑师们所构思的方案。
5、由于水工建筑物处于水体中，必须考虑安全防护与防范，又由于相当一部分水工建筑物处于边远地区，建筑设计应考虑特殊的防范措施，确保人身和室内设备的安全。
三、水工建筑物设计中作用分项系数的特点
在重大的壅水建筑物设计中，作为主要作用的水荷载，其在不同工况下的相应设计水位，就已经考虑了相应的洪水发生概率，可以通过工程具有的控制水位的可靠设施，加以人为调度，因而可以视为定值。另一个主要作用是结构的自重荷载，对大体积坝体而言，其尺寸和容重的随机变异性也是很小的，同样可以视为定值。其余的具有一定随机变异性的作用，如坝基的渗透压力，由于坝基地质条件的复杂和系统观测数据资料所限，很难进行概率分布和统计参数的计算分析；又如温度作用，与气候条件、人工调度方式、库水中泥沙含量等因素有关，也很难用统计理论进行分析而提出准确的统计参数。所以如文献中所述，把这些作用作为随机变量，实际上也是有一定困难的。
至于地震作用，是随机变异性最大的作用。实际上，地震作用应当视为随时间变化的非平稳随机过程，其失效概率的表征所涉及的对作用效应的动态超越概率分析，十分复杂，目前尚难在工程中实际应用。因而通常还只能把地震动输入的峰值加速度作为与时间无关的随机变量处理。我国地震动输入的设防准则是依据基于概率理论的地震危险性分析的结果。与洪水设防准则相似，水工建筑物的抗震设防准则采用相应于基准期内一定的超越概率水准。
国地震动输入的设防准则是依据基于概率理论的地震危险性分析的结果。与洪水设防准则相似，水工建筑物的抗震设防准则采用相应于基准期内一定的超越概率水准。对于抗震设防类别为甲类的重大的壅水水工建筑物，现行水工抗震规范规定，其抗震设防水准为100年超越概率2%，约相当于遭遇约5000年一遇的地震作用，高于国外同类规范、导则中的规定值，并且在2008年的汶川大地震中经受了一定的检验。地震作用的随机变异性在设计地震作用的代表值已经得到了反映。在可靠度分析中，属偶然作用的地震作用，其分项系数也应是取为1.0的。因此，作为对于包括高坝在内的水工建筑物的特点，目前是基本可以把作用视作定值处理的。
四、水工建筑物设计的要求
1、设计质量控制措施
设计部门编写设计文件过程中，在体现水工混凝土建筑物结构特点的同时，应体现时代建筑水平，并广泛征求建设单位等相关部门的意见；在进行外观轮廓构想时，应增强建筑物美感、提高外观设计品质。同时，在保证运行功能和投资条件许可的前提下，应综合考虑建筑物的风格，以及有无仿古、旅游开发、城市规划等要求，力争设计成具有一方特色的形象性建筑、标志性建筑、景点性建筑。而且，合理的设计布局及构件外形，有利于进行施工分割。还应从管理的角度出发，增加维护设施的设计。避免因结构上的缺陷导致的裂缝、施工缝、撞痕等现象。在进行设计方案拟订时，应考虑施工技术的发展水平，使得工程实施中能尽量采用先进可行的施工工艺，将设计目的更好地体现到结构中去。
2、控制影响观感的要素
在人员素质方面需通过岗位培训、技术交底、经验总结和岗位责任制的落实等手段，规范操作行为，明确外观质量标准，从而杜绝外观隐患的发生。在质量方面也许考虑一些问题，混凝土结构中各种材料质量的优劣，不但影响结构运行和设计标准，同时还会影响外观。故在满足建材试验规程的前提下，必须选择性能良好、色泽稳定、质地坚硬的材料。分析施工工艺时，需对直接影响混凝土成型效果的各种工艺，宜进行统一的设计。
3、体现水工建筑自身的美感
首先，先从单个的水工建筑而言来看，建筑的和谐美感主要体现在建筑的形体、质地、色彩等几大因素之间的协调相容，以及各个因素之间的融合，比如，造型的外观、比例、色彩要素、材料的质地等因素，这些因素在应用中，必须遵循和谐美感的基本规律，才能保证构造的水工建筑具备自身美感和审美价值。对于水工建筑要素来说，形态是水工建筑中最为主要的部分，其特定的比例主要体现在长度、形态之间的比例。参照著名艺术大师达芬奇的观点，建筑物的美感主要依赖于各个造型之间的比例问题，所以，在水工建筑的比例方面也要体现和谐美感。水工建筑物的比例主要体现在长、宽、高之间的比例，整体和局部之间的比例。水工建筑物需要通过匀称的外表、合理可行的结构形式，以此来体现建筑物高度一致性和艺术美感。比如，在水利枢纽中的水闸，由闸墩分离开的若干闸孔其宽高比例是保证水闸和谐美感的重要基础。水工建筑物一般由若干单独的建筑物构成，一般均以群体的形式出现。
五、水工建筑物抗震設计要求
1、对于一般和重要的水工建筑物，其设防标准依据现行《中国地震动参数区划图》确定的基本地震动加速度值及与之对应的地震基本烈度。对于重大的壅水水工建筑物，其“最大设计地震”应根据专门的场址地震危险性分析，确定基岩地震动峰值加速度。其设计地震动加速度代表值的概率水准，对壅水建筑物应取基准期100年内超越概率P100为0.02，这是根据水利水电工程地震危险性分析结果，按照较基本烈度提高一度的设防要求，经统计拟合得出的。
2、对于一般水工建筑物，可以按“拟静力法”确定地震作用及建筑物的地震效应。对于重要的水工建筑物应采用动力法计算地震作用效应。在线弹性结构分析中采用振型分解法时，或在非线性结构分析中人工生成模拟地震动加速度时程时，可采用规范中给出与场地不相关的统计平均意义上的标准设计反应谱。
六、结束语
综上所述，水工建筑物的设计必须要更加的科学和合理，在水工建筑物设计的过程中，牢牢把握好设计的要点，从而明确水工建筑物设计的方法和原理，提升设计的水平。
参考文献：
[1]陈祖煜，徐佳成，孙平，等.重力坝抗滑稳定可靠度分析：（一）相对安全率方法[J].水力发电工程学报，2012（3）：148-159.
[2]陈肇元，杜拱辰.结构设计规范的可靠度设计方法质疑[J].建筑结构，2012（4）：64-69.
【摘 要】本文主要论述了水工建筑物的设计问题，集中探讨了水工建筑物设计的方法和设计的理论，进而可以为今后的水工建筑物的设计提供有意义的参考。
【关键词】水工建筑物；设计
一、前言
水工建筑物设计的方法如果不正确，就会影响水工建筑物设计的质量，所以为了提升水工建筑物设计的水平，一定要采取有效的设计方法，保证设计的有效性。
二、水工建筑物设计特点
1、建筑物的平面位置和范围由水工专业根据使用要求确定，即水利水电工程建筑的基础受到水工建筑物的制约；而建筑物高度则由水力机械设备吊装高度或水闸启闭机运行高度、变配电设施高度等因素确定。鉴于水利水电工程建筑设计平面位置、尺寸、形状和高度均已由相关专业确定，即建筑设计空间只能在有限的范围内变化，这就给建筑艺术的创造增加了设计难度。
2、水工建筑物周围一般都有山、水、林、路，甚至有一部分在城区，如城市防洪工程，这给建筑艺术的创造提供了良好的条件，可以利用这些有利条件将建筑融于其中，构成美丽、人水和谐的人文景观环境。
3、水利水电工程将带动当地经济建设，推动当地经济发展；同时，当地经济的发展，又带动周边建筑物在当地传统建筑基调上的升华，丰富建设地点局部的人文景观。因此水利水电工程建筑设计形式应有超前意识。当附近建筑群建起来之后，先建成的水利水电建筑与周边后建的建筑群融合，并且不逊色于后期的建筑群。
4、受传统节约思想的影响和管理机制的制约，在可行性研究或初步设计阶段未对建筑设计进行深入研究，所列概算资金偏紧，因此，在施工图设计时，往往比概算数额有所突破，被视为不合理、不合规。施工图设计时要求用很少钱的前提下，做好建筑设计这篇大文章，无疑给建筑设计创新带来诸多困难和阻力，再加上建筑设计不是初步设计审查的重点，在施工图设计时受到业主思维模式和经济条件限制，方案变更的随。意性较大。因此，相当多的建筑实施方案，已不再是建筑师们所构思的方案。
5、由于水工建筑物处于水体中，必须考虑安全防护与防范，又由于相当一部分水工建筑物处于边远地区，建筑设计应考虑特殊的防范措施，确保人身和室内设备的安全。
三、水工建筑物设计中作用分项系数的特点
在重大的壅水建筑物设计中，作为主要作用的水荷载，其在不同工况下的相应设计水位，就已经考虑了相应的洪水发生概率，可以通过工程具有的控制水位的可靠设施，加以人为调度，因而可以视为定值。另一个主要作用是结构的自重荷载，对大体积坝体而言，其尺寸和容重的随机变异性也是很小的，同样可以视为定值。其余的具有一定随机变异性的作用，如坝基的渗透压力，由于坝基地质条件的复杂和系统观测数据资料所限，很难进行概率分布和统计参数的计算分析；又如温度作用，与气候条件、人工调度方式、库水中泥沙含量等因素有关，也很难用统计理论进行分析而提出准确的统计参数。所以如文献中所述，把这些作用作为随机变量，实际上也是有一定困难的。
至于地震作用，是随机变异性最大的作用。实际上，地震作用应当视为随时间变化的非平稳随机过程，其失效概率的表征所涉及的对作用效应的动态超越概率分析，十分复杂，目前尚难在工程中实际应用。因而通常还只能把地震动输入的峰值加速度作为与时间无关的随机变量处理。我国地震动输入的设防准则是依据基于概率理论的地震危险性分析的结果。与洪水设防准则相似，水工建筑物的抗震设防准则采用相应于基准期内一定的超越概率水准。
国地震动输入的设防准则是依据基于概率理论的地震危险性分析的结果。与洪水设防准则相似，水工建筑物的抗震设防准则采用相应于基准期内一定的超越概率水准。对于抗震设防类别为甲类的重大的壅水水工建筑物，现行水工抗震规范规定，其抗震设防水准为100年超越概率2%，约相当于遭遇约5000年一遇的地震作用，高于国外同类规范、导则中的规定值，并且在2008年的汶川大地震中经受了一定的检验。地震作用的随机变异性在设计地震作用的代表值已经得到了反映。在可靠度分析中，属偶然作用的地震作用，其分项系数也应是取为1.0的。因此，作为对于包括高坝在内的水工建筑物的特点，目前是基本可以把作用视作定值处理的。
四、水工建筑物设计的要求
1、设计质量控制措施
设计部门编写设计文件过程中，在体现水工混凝土建筑物结构特点的同时，应体现时代建筑水平，并广泛征求建设单位等相关部门的意见；在进行外观轮廓构想时，应增强建筑物美感、提高外观设计品质。同时，在保证运行功能和投资条件许可的前提下，应综合考虑建筑物的风格，以及有无仿古、旅游开发、城市规划等要求，力争设计成具有一方特色的形象性建筑、标志性建筑、景点性建筑。而且，合理的设计布局及构件外形，有利于进行施工分割。还应从管理的角度出发，增加维护设施的设计。避免因结构上的缺陷导致的裂缝、施工缝、撞痕等现象。在进行设计方案拟订时，应考虑施工技术的发展水平，使得工程实施中能尽量采用先进可行的施工工艺，将设计目的更好地体现到结构中去。
2、控制影响观感的要素
在人员素质方面需通过岗位培训、技术交底、经验总结和岗位责任制的落实等手段，规范操作行为，明确外观质量标准，从而杜绝外观隐患的发生。在质量方面也许考虑一些问题，混凝土结构中各种材料质量的优劣，不但影响结构运行和设计标准，同时还会影响外观。故在满足建材试验规程的前提下，必须选择性能良好、色泽稳定、质地坚硬的材料。分析施工工艺时，需对直接影响混凝土成型效果的各种工艺，宜进行统一的设计。
3、体现水工建筑自身的美感
首先，先从单个的水工建筑而言来看，建筑的和谐美感主要体现在建筑的形体、质地、色彩等几大因素之间的协调相容，以及各个因素之间的融合，比如，造型的外观、比例、色彩要素、材料的质地等因素，这些因素在应用中，必须遵循和谐美感的基本规律，才能保证构造的水工建筑具备自身美感和审美价值。对于水工建筑要素来说，形态是水工建筑中最为主要的部分，其特定的比例主要体现在长度、形态之间的比例。参照著名艺术大师达芬奇的观点，建筑物的美感主要依赖于各个造型之间的比例问题，所以，在水工建筑的比例方面也要体现和谐美感。水工建筑物的比例主要体现在长、宽、高之间的比例，整体和局部之间的比例。水工建筑物需要通过匀称的外表、合理可行的结构形式，以此来体现建筑物高度一致性和艺术美感。比如，在水利枢纽中的水闸，由闸墩分离开的若干闸孔其宽高比例是保证水闸和谐美感的重要基础。水工建筑物一般由若干单独的建筑物构成，一般均以群体的形式出现。
五、水工建筑物抗震設计要求
1、对于一般和重要的水工建筑物，其设防标准依据现行《中国地震动参数区划图》确定的基本地震动加速度值及与之对应的地震基本烈度。对于重大的壅水水工建筑物，其“最大设计地震”应根据专门的场址地震危险性分析，确定基岩地震动峰值加速度。其设计地震动加速度代表值的概率水准，对壅水建筑物应取基准期100年内超越概率P100为0.02，这是根据水利水电工程地震危险性分析结果，按照较基本烈度提高一度的设防要求，经统计拟合得出的。
2、对于一般水工建筑物，可以按“拟静力法”确定地震作用及建筑物的地震效应。对于重要的水工建筑物应采用动力法计算地震作用效应。在线弹性结构分析中采用振型分解法时，或在非线性结构分析中人工生成模拟地震动加速度时程时，可采用规范中给出与场地不相关的统计平均意义上的标准设计反应谱。
六、结束语
综上所述，水工建筑物的设计必须要更加的科学和合理，在水工建筑物设计的过程中，牢牢把握好设计的要点，从而明确水工建筑物设计的方法和原理，提升设计的水平。
参考文献：
[1]陈祖煜，徐佳成，孙平，等.重力坝抗滑稳定可靠度分析：（一）相对安全率方法[J].水力发电工程学报，2012（3）：148-159.
[2]陈肇元，杜拱辰.结构设计规范的可靠度设计方法质疑[J].建筑结构，2012（4）：64-69.