【摘要】本文主要介紹水電站廠房的結(jié)構(gòu)組成部分及其相關(guān)作用，提出設(shè)計(jì)水電站廠房所遵循的設(shè)計(jì)原則，并介紹起具體的設(shè)計(jì)流程。
【關(guān)鍵詞】水電站；廠房建筑；設(shè)計(jì)分析
中圖分類號：TV7文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
一、前言
水電站的主要建筑之一就是水電站廠房，它能夠?qū)⑺苻D(zhuǎn)化為電能，其工作設(shè)備由水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備組成。水電站廠房屬于工業(yè)廠房，也存在建筑功用上的共同性，但是具有較高的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)要求，且存在的技術(shù)要求也較高。這與民用建筑就有很大差別。該設(shè)計(jì)的不同會在很大程度上影響建筑平面的空間布局、建筑的相關(guān)構(gòu)造、建筑結(jié)構(gòu)及施工等。與其他工業(yè)建筑設(shè)計(jì)一樣，可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)道路也是水電站廠房設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
二、水電站廠房的結(jié)構(gòu)組成及作用
(一)、上部結(jié)構(gòu)
1、屋頂
(1)屋面板：隔熱、遮陽、避風(fēng)雨；預(yù)制鋼筋混凝土大型屋面板+隔熱層+防水層+保護(hù)層
(2)屋架或屋面大梁
2、排架柱(構(gòu)架)
承受屋架或屋面大梁、吊車梁、外墻傳來的荷載和排架柱自重，并將它們傳給廠房下部結(jié)構(gòu)的大體積混凝土。
3、吊車梁
承受吊車荷載（包括起吊部件在廠房內(nèi)部運(yùn)行時(shí)的移動集中垂直荷載），以及吊車在起重部件時(shí)，啟動或制動時(shí)產(chǎn)生的縱、橫向水平荷載，并將它們傳給排架柱。
4、發(fā)電機(jī)層和安裝間樓板
發(fā)電機(jī)層樓板承受著自重、機(jī)電設(shè)備靜荷載和人的活荷載，傳給梁并部分傳到廠房下部結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)機(jī)座和水輪機(jī)層的排架柱。安裝間樓板承受自重、檢修或安裝時(shí)機(jī)組荷載和活荷載，傳到基礎(chǔ)。
5、圍護(hù)結(jié)構(gòu)
(1)外墻。承受風(fēng)荷載，并將它傳給排架柱或壁柱。
(2)抗風(fēng)柱。承受廠房兩端山墻傳來的風(fēng)荷載，并將它傳給屋架或屋面大梁和基礎(chǔ)或廠房下部結(jié)構(gòu)的大體積混凝土塊體。
(3)圈梁和連系梁。承受梁上磚墻傳下的荷載和自重，并傳給排架柱或壁柱。
(二)、下部結(jié)構(gòu)
1、發(fā)電機(jī)機(jī)墩
承受從發(fā)電機(jī)層樓板傳來的荷載和水輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備重量、水輪機(jī)軸向水壓力和機(jī)墩自重，并將它們傳給座環(huán)和蝸殼外圍混凝土。
2、蝸殼和水輪機(jī)座環(huán)（固定導(dǎo)葉）
將機(jī)墩傳下來的荷載通過座環(huán)傳到尾水管上，另外水輪機(jī)層的設(shè)備重量和活荷載通過蝸殼頂板也傳到尾水管。
3、尾水管
承受水輪機(jī)座環(huán)和蝸殼頂板傳來的荷載，經(jīng)尾水管框架（尾水管頂板、閘墩、邊墩和底板構(gòu)成的）結(jié)構(gòu)再傳到基礎(chǔ)上。
�。ㄈ�、水電站廠房的作用
水電站廠房是將水能轉(zhuǎn)為電能的綜合工程設(shè)施，包括廠房建筑、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)站等，也是運(yùn)行人員進(jìn)行生產(chǎn)和活動的場所。 水電站廠房的主要任務(wù):
(1) 將水電站的主要機(jī)電設(shè)備集中布置在一起，使其具有良
好的運(yùn)行、管理、安裝、檢修等條件。
(2) 布置各種輔助設(shè)備，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證發(fā)電
質(zhì)量。
(3) 布置必要的值班場所，為運(yùn)行人員提供良好的工作環(huán)
境。
三、水電站廠房設(shè)計(jì)原則
同其他工業(yè)建筑設(shè)計(jì)一樣，水電站廠房的設(shè)計(jì)也應(yīng)該走可持續(xù)發(fā)展的建筑設(shè)計(jì)道路，2l世紀(jì)是信息時(shí)代，更應(yīng)該是生態(tài)文明時(shí)代。人類運(yùn)用高新科技，探索生存生產(chǎn)和生活環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的模式，按照國際社會所承認(rèn)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。扎對涉及的地方性、地域性理解，重視地方場所的文化脈絡(luò)。
1、運(yùn)用技術(shù)的公眾意識，結(jié)合建筑功能要求，采用簡單合適的技術(shù)。
2、樹立建筑材料蘊(yùn)含能量和循環(huán)使用的意識，在最大范圍內(nèi)使用可再生的地方性建筑材料，避免使用高溫能量、破壞環(huán)境、產(chǎn)生廢物以及帶有放射性的建筑材料，征求重新利用舊的建筑材料和構(gòu)件。
3、針對當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，采用別動式能源策略，盡量應(yīng)用可再生能源。
4、完善建筑空間使用的靈活性，以便減少建筑體量。將建設(shè)所需的資源降至最少。減少建筑過程中對環(huán)境的損害，避免環(huán)境的破壞、資源的浪費(fèi)以及建材的浪費(fèi)。水電站廠房一般位于山谷、峽谷中，與大壩結(jié)構(gòu)連在一起，通常采用混凝土結(jié)構(gòu)，或發(fā)電機(jī)層以上采用鋼筋混凝土柱加網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)，建筑的外觀設(shè)計(jì)往往是依據(jù)結(jié)構(gòu)的輪廓給結(jié)構(gòu)穿一層外衣，所以在造型這一立體構(gòu)成方面往往受結(jié)構(gòu)限制，是一種建筑設(shè)計(jì)中比較忌諱的火柴盒狀，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，很少再投入跟多的資金去做復(fù)雜的造型設(shè)計(jì)，這就要求建筑設(shè)計(jì)師在立面的門窗洞口布置這一平面構(gòu)成和色彩變化這一色彩構(gòu)成上去下功夫去做廠房的外觀設(shè)計(jì)。從廠房的外裝飾材料來講，宜采用節(jié)能環(huán)保的、較自然樸質(zhì)的、具當(dāng)?shù)靥厣�、具有時(shí)代特征的裝飾材料，以與周圍的山川、河谷及文化保持—個統(tǒng)一的格調(diào)。避免盲目追求超現(xiàn)代化而使用追求通透感的、大面積的玻璃幕等與環(huán)境不協(xié)調(diào)又不節(jié)能環(huán)保的建筑材料，當(dāng)前許多廠房的建筑也開始做建筑的外保溫這一相對節(jié)能措施，外墻飾面材料一般以外墻涂料為主，也可做石材或外墻飾面磚，另一種外墻外保溫材料是節(jié)能復(fù)合裝飾板有金屬等面層，不用單獨(dú)做飾面層，但相對造價(jià)較高，不經(jīng)濟(jì)；外窗較多采用單框雙玻璃中空塑鋼窗保溫，密封效果較理想。還有一種斷熱橋鋁合金型材窗，造型美觀，但造價(jià)也相對較高；安裝間進(jìn)廠大門面積相對較大且不常開啟，應(yīng)采用保溫且密封性較好的材質(zhì)，其他主、副廠房相對面積較小且相對開啟較頻繁的門，宜采用輕巧保溫且密封性較好的材質(zhì)。
四、 廠房設(shè)計(jì)
根據(jù)廠房在水電站樞紐中的位置及其結(jié)構(gòu)特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型： 一是，壩后式廠房。廠房位于攔河壩下游壩趾處，廠房與壩直接相連，發(fā)電用水直接穿過壩體引人廠房。二是，河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起擋水作用。若廠房機(jī)組段內(nèi)還布置有泄水道，則成為泄水式廠房（或稱混合式廠房）。三是，引水式廠房，如四川九龍縣出龍溝水電站工程。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引人廠房。當(dāng)廠房設(shè)在河岸處時(shí)稱為引水式地面廠房。在廠房設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)的具體過程如下。
1、方案確定
在水電站廠房的方案確定過程中，應(yīng)對廠址的地質(zhì)、地形、水文條件以及施工單位具體要求等方面做實(shí)地考察與研究，并確定最佳的建設(shè)方案。例如在考察過程中，可確定河床式或者引水式以及長尾水渠式等形式。以確保使其發(fā)揮最大的效果[1]。
2、布置特點(diǎn)
在廠房的布置方面，對于地形特點(diǎn)的依賴性更大。包括各個建筑的排布形式、溢洪壩位置、廠房布置位置等方面。以某水電站建設(shè)為例，在建設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)河床較寬，因此可采用“一”字形排布；同時(shí)與閘壩結(jié)構(gòu)合為一體，便于利用水力條件。在這一過程中，還需要保證施工的安全可靠。
3、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)
在廠房本身的設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮水源的蓄水深度、總水含量、裝機(jī)容量等方面，同時(shí)也需要考慮附近農(nóng)田的面積。以確保水電站在發(fā)電的過程中，也具有灌溉、泄洪及蓄水等綜合作用。一般來講，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?00年來的氣候特點(diǎn)，對水電站廠房的抗風(fēng)、抗震能力需要論證。并給與相應(yīng)的極限范圍。
4、布置設(shè)計(jì)
（1）主、副廠房
對于水電站廠房分類過程中．主廠房主要是用于安裝水輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)施。其中，對于中小型水電站�？蛇x用ZZ560a—LH一250并SF2500—36／4250水輪發(fā)電機(jī)組．容量設(shè)置為2500kW。主廠房的總長可設(shè)置為50米、寬13米左右。對
于副廠房來說。主要有上游和下游兩個部分，其中下游部分主要負(fù)責(zé)配置開關(guān)柜、配電屏、變、勵磁變、壓機(jī)室及供水泵等設(shè)施。上游部分則包括中控室、儀表室、電器修理室、通風(fēng)機(jī)室、電纜室及各類辦公室等。
(2)主變壓器與開關(guān)站
主變壓器可安置兩臺．緊鄰安裝場，同時(shí)可利用鋼軌道進(jìn)行推進(jìn)。對于開關(guān)站來說，為保證其安全可靠，采取戶內(nèi)式結(jié)構(gòu)。同樣緊鄰安裝場，距離約15米。實(shí)際執(zhí)行過程中，有兩回進(jìn)線、四回出線的形式進(jìn)行，提高了效率。
(3)交通安排
廠房內(nèi)部的交通較為便利，上下層之間有樓梯連接，各個工作室或者設(shè)施之間有通道連接。在室外也有各類通道相連，便于人行和機(jī)動車輛行駛。
(4)排水系統(tǒng)
對于廠房的排水系統(tǒng)。主要由深水泵及集水井完成。并在廠房機(jī)組上游布置排水廊道。在實(shí)際應(yīng)用過程中，與集水井相通。同時(shí)保證廠區(qū)海拔高于最高洪水水位。
(5)尾水渠設(shè)計(jì)
一般來說，尾水渠出口斷面較大，并與下游河床相接。其中，右岸廠閘導(dǎo)墻利用了部分沖沙作用；左岸導(dǎo)墻則設(shè)置重力式的土墻。
(6)進(jìn)水口
在進(jìn)水口設(shè)置兩道閘門．分別為上游的檢修閘門和下游的事故閘門。其中事故閘門后還需設(shè)置中墩，以減少進(jìn)水口的結(jié)構(gòu)跨度。而在進(jìn)水口前方，也同樣設(shè)置倒沙坎，以保證流到連通的順暢。
(7)穩(wěn)定性測試
在對水電站廠房進(jìn)行穩(wěn)定性測試過程中．主要對廠房各部分進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，并對結(jié)果進(jìn)行分析，包括許用應(yīng)力、實(shí)際應(yīng)力等方面。其中，以抗浮穩(wěn)定性為主要參數(shù)。
五、結(jié)語
在水電站廠房設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者要根據(jù)相關(guān)的工藝要求進(jìn)行建筑材料的合理選擇，充分考慮材料的耐火性能以及其他功能，要滿足科學(xué)的設(shè)計(jì)要求。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝、工人的專業(yè)技能、企業(yè)管理能力等都有更高的要求。在室內(nèi)設(shè)計(jì)上，對恒溫、恒濕、照明、防火、保安等工作也要加強(qiáng)其工作力度，采取更為先進(jìn)的技術(shù)手段。只有充分保證水電站廠房設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、科學(xué)性，才能保證水電站廠房逐步實(shí)現(xiàn)智能化管理，并具有更高的市場競爭力，保證我國的水電站建筑成為工業(yè)設(shè)計(jì)中多樣化、個性化、高科技的建筑代表和類型。
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