水力發(fā)電樞紐

在水電工業(yè)中，開關(guān)站主要承擔(dān)著輸出電能的任務(wù)，具體類型一般與水電站整體廠房、廠區(qū)布置方案、電氣主接線方式有密切關(guān)系，其布置位置一般選在廠房下游側(cè)附近較為空曠處。當(dāng)空間比較緊張、電站建筑物布置較為緊湊，同時(shí)考慮到出線高度問題時(shí)，可以將出線架構(gòu)布置在開關(guān)站的屋面；當(dāng)按照電站建筑物整體布置的要求，將主變壓器和開關(guān)站同時(shí)布置在廠房附近時(shí)，一般按照主變壓器、電纜夾層、GIS設(shè)備布置、屋面出線構(gòu)架的順序由下至上分層布置，整體形成多層變電站。開關(guān)站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)具體類型的不同，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，充分考慮到電氣出線方式、電力設(shè)備布置等因素，最大限度地滿足工藝的要求。

開關(guān)站的設(shè)計(jì)工作在充分考慮到電氣出線方式、電力設(shè)備布置等因素，盡量滿足工藝的要求時(shí)，結(jié)構(gòu)專業(yè)最應(yīng)該注重同電氣、水力機(jī)械等專業(yè)的銜接問題，比如是否在屋頂布置出線、根據(jù)吊車形式選擇結(jié)構(gòu)布置、吊車與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺度關(guān)系等等。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)也需注意結(jié)構(gòu)體系布置和抗震設(shè)防分類的合理性。

水力發(fā)電樞紐屋面出線構(gòu)架設(shè)計(jì)

水力發(fā)電樞紐的出線構(gòu)架可分為地面式和屋面式，采用屋面出線方式可以節(jié)省土地空間、增加出線高度、節(jié)省土地和基礎(chǔ)費(fèi)用，是水利水電工程設(shè)計(jì)的方向和趨勢。對(duì)于屋面出線構(gòu)架一般采用結(jié)構(gòu)輕盈、韌性較好的鋼結(jié)構(gòu)，這樣可以減少整個(gè)建、構(gòu)筑物的地震作用，有利于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和工程造價(jià)。

屋面出線構(gòu)架一般有2種形式：一種是獨(dú)立懸臂式；一種是門式剛架式。2種形式各有利弊。一般水利樞紐電力出線需要跨越河流或峽谷，因此需要出線高度比較高、出線拉力比較大。這樣對(duì)獨(dú)立懸臂出線柱底部會(huì)產(chǎn)生很大彎矩，鋼柱斷面會(huì)變得很大，同時(shí)增加傳給屋面基礎(chǔ)的內(nèi)力，使得對(duì)屋面結(jié)構(gòu)梁的內(nèi)力模擬變得異常復(fù)雜。而對(duì)于門式剛架形式的構(gòu)架，柱腳一般設(shè)計(jì)為鉸接，傳給屋面結(jié)構(gòu)的力只有集中力而沒有彎矩，可以簡化主體結(jié)構(gòu)的模擬計(jì)算。同時(shí)，2個(gè)門式剛架之間的橫梁上可以設(shè)計(jì)多回出線，出線方式靈活。門式剛架式構(gòu)架占用屋面面積大，而獨(dú)立懸臂鋼柱式占用的面積較小，而且在平面布置上更為靈活。

水力發(fā)電樞紐吊車形式與結(jié)構(gòu)布置

開關(guān)站的吊車最大起重量一般不超過10t，起重量不大，因此吊車形式可以選擇2種形式，即橋式吊車和電動(dòng)單梁懸掛吊車。開關(guān)站的結(jié)構(gòu)布置需要按照吊車的形式有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)采用橋式吊車時(shí)，需要進(jìn)行吊車梁和牛腿的設(shè)計(jì)，相應(yīng)要考慮吊車縱向水平荷載傳遞路徑以及框架柱上柱與下柱之間的截面和剛度變化問題。當(dāng)采用電動(dòng)單梁懸掛吊車，需要將電動(dòng)單梁懸掛吊車軌道固定在屋面鋼筋混凝土梁（或鋼梁）的底部，并根據(jù)吊車的跨度和不同型號(hào)軌道跨度的要求預(yù)留埋件和連接件，相應(yīng)要考慮屋面框架梁的結(jié)構(gòu)平面布置。

一般情況下，采用電動(dòng)單梁懸掛吊車要比采用橋式吊車能夠節(jié)省設(shè)計(jì)和施工的工作量與難度，也可以節(jié)省建筑面積、建筑物高度和工程造價(jià)。因此，當(dāng)開關(guān)站額定起重量較低時(shí)，起重設(shè)備可以優(yōu)先考慮采用電動(dòng)單梁懸掛吊車。

水力發(fā)電樞紐橋式吊車與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺度關(guān)系

在水電站主廠房和開關(guān)站GIS室的吊車設(shè)計(jì)時(shí)，水力機(jī)械設(shè)計(jì)人員大多選用橋式吊車。此時(shí)，開關(guān)站GIS室不但需要考慮吊車梁和牛腿的設(shè)計(jì)，而且也要考慮牛腿高程處上柱與下柱之間截面和剛度變化問題。因此結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解吊車參數(shù)和相關(guān)設(shè)備等專業(yè)的要求。

開關(guān)站GIS室的總寬度是由吊車跨度、上柱寬度、吊車旁凈空3者決定的。結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該在保證吊車跨度的基礎(chǔ)上充分與電氣設(shè)備、水力機(jī)械等專業(yè)積極溝通，特別注意吊車、吊車梁與上柱間的凈空要求，盡量減小開關(guān)站GIS室的總寬度。這樣可以減小屋面框架梁的跨度和高度，進(jìn)而減小屋面的整體荷載，有利于整個(gè)開關(guān)站的結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算。

在建筑物高度方面，開關(guān)站GIS室總高度=室內(nèi)外高差 A B C D E，式中：A 為牛腿與室內(nèi)地坪的高程差；B 為吊車梁高度與其下墊板厚度之和；C 為軌道高度和后澆層厚度之和；D 為吊車頂與軌道頂?shù)母叱滩?；E為吊車頂凈空和屋面框架梁高之和。在這5個(gè)參數(shù)中，吊車梁下墊板是校正和固定吊車梁的必要構(gòu)件，后澆層是校正軌道高度的關(guān)鍵施工工序。

對(duì)于這兩個(gè)因素，結(jié)構(gòu)工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)比較容易忽略它們的存在，從而將軌道標(biāo)高計(jì)算錯(cuò)誤，影響到吊鉤最大凈空和吊車頂凈空。另外，開關(guān)站GIS室的室內(nèi)凈空是由吊鉤最大凈空、吊車高度、吊車頂凈空3者決定的。前兩者是由GIS設(shè)備要求和吊車型號(hào)規(guī)定的，與A～D4個(gè)參數(shù)相對(duì)應(yīng)；吊車頂凈空與參數(shù)E 相對(duì)應(yīng)，不但應(yīng)該考慮吊車本身的凈空要求，而且也要考慮到暖通、照明、消防等專業(yè)的空間需求。

水力發(fā)電樞紐抗震設(shè)防分類

我國一直大力發(fā)展水利工程，興建了一批大中型水利樞紐。水利樞紐的各個(gè)建筑物會(huì)根據(jù)建筑遭遇地震破壞后，可能造成人員傷亡、直接和間接經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響的程度及其在抗震救災(zāi)中的作用等因素進(jìn)行抗震設(shè)防分類。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師一般將開關(guān)站劃分為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，簡稱丙類。雖然開關(guān)站可以按照丙類設(shè)計(jì)，但是水利發(fā)電項(xiàng)目一般多為大中型項(xiàng)目，而且開關(guān)站承擔(dān)著穩(wěn)壓避雷、輸送電力等重要任務(wù)，是水力發(fā)電樞紐有機(jī)整體的重要一環(huán)，因此應(yīng)在抗震設(shè)防分類時(shí)可以酌情考慮提高其分類等級(jí)。另外，參考《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第五章的電力建筑，對(duì)于220kV及以下樞紐變電所的配電裝置樓抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點(diǎn)設(shè)防，而開關(guān)站恰恰屬于配電裝置樓的一種。在進(jìn)行水利發(fā)電樞紐工程的開關(guān)站設(shè)計(jì)時(shí)，可以按照重點(diǎn)設(shè)防類（簡稱乙類）進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

水力發(fā)電樞紐結(jié)構(gòu)體系合理布置

一般情況下，開關(guān)站為單跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑高度11m左右，橫向跨度10～13m。開關(guān)站的結(jié)構(gòu)形式，雖然不是《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的大跨度結(jié)構(gòu)（跨度不小于18m），但是其跨度較一般工業(yè)民用建筑都大，而且還是框架結(jié)構(gòu)中不宜采用的單跨結(jié)構(gòu)。因此，結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減小扭轉(zhuǎn)的影響；結(jié)構(gòu)豎向布置力求自下而上剛度逐漸均勻減小，體型均勻不突變。

在此，列出幾個(gè)結(jié)構(gòu)工程師在進(jìn)行開關(guān)站設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意的問題：

①盡量避免將開關(guān)站的GIS室與控制室、蓄電池室等布置于一個(gè)結(jié)構(gòu)分段內(nèi)，減少因剛度不對(duì)稱導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)影響；

②在牛腿高程處設(shè)置縱向框架梁，讓每個(gè)框架柱都能夠分擔(dān)吊車產(chǎn)生的縱向水平荷載；

③盡量減小上柱高度和斷面收進(jìn)寬度，從而減小因上下柱斷面改變引起的豎向剛度突變；

④當(dāng)屋面按出線構(gòu)架設(shè)計(jì)時(shí)，盡量按照門式剛架（人字桿）來設(shè)計(jì)出線構(gòu)架，以減小構(gòu)架柱腳節(jié)點(diǎn)對(duì)的屋面框架梁內(nèi)力的影響；

⑤將通向屋面的室外樓梯與主體結(jié)構(gòu)分開布置，以減小其對(duì)主體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響 。2100433B

水力發(fā)電樞紐（hydro-junction）是指由不同類型水工建筑物構(gòu)成的綜合體。一個(gè)水力發(fā)電樞紐往往具有綜合效益，以水里發(fā)電為主的水利樞紐亦稱為水利水電工程。開關(guān)站的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、水力機(jī)械、消防、通風(fēng)等多專業(yè)。結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)該在充分了解開關(guān)站整體功能布置和結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，積極與其他專業(yè)，特別是與電氣和水力機(jī)械專業(yè)溝通，避免結(jié)構(gòu)上的不合理布置和設(shè)計(jì)返工。水力發(fā)電樞紐開關(guān)站作為整個(gè)水電站的重要組成部分，開關(guān)站在電能輸出過程中承擔(dān)著重要任務(wù)，其設(shè)計(jì)的合理性和安全性關(guān)系著整個(gè)樞紐工程的成敗與否。

在流域規(guī)劃或地區(qū)規(guī)劃中，某一水利樞紐所在河流中的大體位置已基本確定，但其具體位置還需在此范圍內(nèi)通過不同方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來進(jìn)行比選。水利樞紐的位置常以其主體——壩（擋水建筑物）的位置為代表。因此，水利樞紐位置的選擇常稱為壩址選擇。有的水利樞紐，只需在較狹的范圍內(nèi)進(jìn)行壩址選擇；有的水利樞紐，則需要現(xiàn)在較寬的范圍內(nèi)選擇壩段，然后在壩段內(nèi)選擇壩址。例如三峽水利樞紐，就曾先在三峽出口的南津關(guān)壩段及其上游30~40km處的美人坨壩段進(jìn)行比較。前者的壩軸線較短，吧的工程量較小，發(fā)電量稍大。但地下工程較多，特別是地質(zhì)條件、水工布置和施工條件遠(yuǎn)較后者為差，因而選定了美人坨壩段。在這一壩段中，又選擇了太平溪和三斗坪兩個(gè)壩址進(jìn)行比較。兩者的地質(zhì)條件基本相同，前者壩體工程量較小，但后者便于樞紐布置，特別是便于施工，最后，選定了三斗坪壩址。

在鐵路網(wǎng)中，幾條鐵路干線交或銜接的地點(diǎn)，由若干個(gè)車站、站間聯(lián)絡(luò)線、進(jìn)站線和信號(hào)等組成的總體，稱為鐵路樞紐。我國鐵路樞紐約有500多個(gè)，一般也是全國或者省區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心或工業(yè)基地和水陸聯(lián)運(yùn)中心等，具有代表性的鐵路樞紐有：

1、北京鐵路樞紐

北京鐵路樞紐是聯(lián)結(jié)八個(gè)方向的全國最大的鐵路樞紐。有京廣、京滬、京九、京沈、京包、京通等鐵路呈輻射狀通向全國，并有國際列車通往朝鮮、蒙古和俄羅斯。

2、天津鐵路樞紐

天津鐵路樞紐是北方最大的海陸交通中心，京沈、京滬兩大鐵路在此交匯，并與塘沽新港相連，是北京的外港和門戶。

3、上海鐵路樞紐

上海鐵路樞紐是東部沿海地區(qū)最大的樞紐站。既是京滬線和滬杭線的終點(diǎn)，又是我國遠(yuǎn)洋航運(yùn)和沿海南北航線的中心，客流量和貨運(yùn)量極大。

4、哈爾濱鐵路樞紐

哈爾濱鐵路樞紐是連接五個(gè)方向的東北北部最大的鐵路交通中心。有哈大、濱洲、濱綏、濱吉等干線在此匯合。過境運(yùn)輸量很大。主要是木材、糧食、煤炭和大豆等。

5、武漢鐵路樞紐

武漢鐵路樞紐依托武漢市沿江武昌區(qū)、青山區(qū)、洪山區(qū)、江漢區(qū)、江岸區(qū)、硚口區(qū)、漢陽區(qū)、黃陂區(qū)等區(qū)域內(nèi)巨大而繁忙的客流、物流和車流而建，并輻射湖北省全境以至華中地區(qū)和全國各地。武漢素有“九省通衢”之稱，能把鐵路樞紐如此集中的布局在一個(gè)城市，全國僅有北上廣武四城，因而武漢鐵路樞紐才能與北上廣三城并駕齊驅(qū)，成為中國四大鐵路樞紐之一。

6、蘭州鐵路樞紐

蘭州鐵路樞紐屬環(huán)形鐵路樞紐，通過環(huán)線連接隴海鐵路、蘭新鐵路、包蘭鐵路、中太鐵路、蘭渝鐵路、成蘭鐵路、青藏鐵路、蘭新客運(yùn)專線、徐蘭客運(yùn)專線等9條鐵路干線，以及蘭合、蘭張、蘭天3條城際鐵路，形成一環(huán)十二射的樞紐格局，是中國西部最大的路網(wǎng)性鐵路樞紐，并列為全國性鐵路樞紐。

7、南昌鐵路樞紐

8、沈陽鐵路樞紐

沈陽鐵路樞紐是連接五個(gè)方向的東北南部最大的鐵路交通中心。有哈大、京沈、沈丹、沈吉等干線交匯，過境運(yùn)輸量為東北之冠。

9、廣州鐵路樞紐

廣州鐵路樞紐是我國華南的水陸交通中心，京廣、廣深鐵路與珠江航運(yùn)在此匯合。黃埔港是廣州的外港，經(jīng)這里的海內(nèi)外旅客和進(jìn)出口貨物流通量很大。

10、成都鐵路樞紐

11.、重慶鐵路樞紐

利樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物和專門性建筑物組成。擋水建筑物

水利樞紐擋水建筑物

在取水樞紐和蓄水樞紐中，為攔截水流、抬高水位和調(diào)蓄水量而設(shè)的跨河道建筑物，分為溢流壩（閘）和非溢流壩兩類。溢流壩（閘）兼做泄水建筑物。

水利樞紐泄水建筑物

為宣泄洪水和放空水庫而設(shè)。其形式有岸邊溢洪道、溢流壩（閘）、泄水隧洞、閘身泄水孔或壩下涵管等。

水利樞紐取水建筑物

為灌溉、發(fā)電、供水和專門用途的取水而設(shè)。其形式有進(jìn)水閘、引水隧洞和引水涵管等。

水利樞紐專門性建筑物

為發(fā)電的廠房、調(diào)壓室，為揚(yáng)水的泵房、流道，為通航、過木、過魚的船閘、升船機(jī)、筏道、魚道等。