水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范

備案信息

備案號(hào)：588-1997 2100433B

作用在水工建筑物上的各種荷載都有一定的變化范圍。如大壩在正常運(yùn)行、放空水庫、設(shè)計(jì)或校核洪水等情況下其上下游水位各不相同，當(dāng)水位發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的水壓力、揚(yáng)壓力都隨之發(fā)生變化。又如當(dāng)水庫水面結(jié)冰時(shí)，壩面要受到冰壓力的作用，而浪壓力就不存在。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把各種荷載根據(jù)它們同時(shí)出現(xiàn)的幾率，合理地組合成不同的設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行安全核算，以達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工、安裝、運(yùn)行和檢修等不同階段可能出現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)、作用體系和環(huán)境條件等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況可分為下列3種：

(1)持久狀況——在結(jié)構(gòu)正常使用過程中一定出現(xiàn)且持續(xù)期很長，一般與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為同一數(shù)量級(jí)的設(shè)計(jì)狀況。

(2)短暫狀況——在結(jié)構(gòu)施工(安裝)、檢修或使用過程中短暫出現(xiàn)的設(shè)計(jì)狀況。

(3)偶然狀況——在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小、持續(xù)期很短的設(shè)計(jì)狀況。

在上述3種設(shè)計(jì)狀況中，持久狀況和短暫狀況下的作用效應(yīng)組合稱為基本組合，它僅考慮永久作用和可變作用的效應(yīng)組合；偶然狀況下的作用效應(yīng)組合稱為偶然組合，它是永久作用和可變作用與一種偶然作用的效應(yīng)組合。由于偶然作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)出現(xiàn)的概率很小，兩種偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的概率必然更小，因此在偶然組合中只考慮一種偶然作用。如校核洪水位時(shí)，靜水壓力就不應(yīng)與地震作用同時(shí)參與組合。

現(xiàn)行規(guī)范中安全核算均采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，而本章計(jì)算所得的各作用力未考慮隨時(shí)間和空間的變異性，是作用的標(biāo)準(zhǔn)值(或代表值)，因此，在安全核算時(shí)應(yīng)乘以各自對(duì)應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)后再計(jì)算。

1．荷載按其作用特點(diǎn)可分為三類。

①長期荷載：如結(jié)構(gòu)自重、 土壓力、 地基變形等；②可變荷載：在建筑物使用期間荷載強(qiáng)度隨時(shí)間變化，如水荷載、冰荷載、波浪荷載、溫度荷載、施工期荷載等；③偶然荷載：如地震荷載、風(fēng)荷載等。

2.按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點(diǎn)可分為兩類。

①靜荷載：不使建筑物、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生加速度（或可忽略不計(jì)），如結(jié)構(gòu)自重、溫度變化等；②動(dòng)力荷載：可使建筑物、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度，如地震荷載、高速水流脈動(dòng)壓力等。

各種環(huán)境因素都有不確定性。因此，各種荷載都具有變異性或隨機(jī)性。水利工程界對(duì)其中主要作用荷載按概率統(tǒng)計(jì)方法定值。如按不同重現(xiàn)期的洪水給出 100年一遇洪水位、1000年一遇洪水位等。波浪諸要素按不同的累積概率給出相應(yīng)特征值。地震的場地基本烈度是指在建筑物的使用期間可能遭遇的強(qiáng)震場地烈度。其他作用荷載，視其影響大小、資料數(shù)量，按統(tǒng)計(jì)方法給出均值、方差，或者是統(tǒng)計(jì)最大值、最小值或折減值等，按規(guī)范與計(jì)算公式、安全系數(shù)等配合使用。

水荷載　隨建筑物上下游水位而定。上游水位（庫水位）及下游水位（河道水位）隨時(shí)間變動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)需經(jīng)水文分析、水利規(guī)劃及計(jì)算確定。水荷載包括①靜水壓力：其壓強(qiáng)與水面以下深度成正比；②動(dòng)水壓力：即水流的流速、方向改變時(shí)，對(duì)建筑物表面的作用力；③脈動(dòng)壓力：即高速水流強(qiáng)烈紊動(dòng)，產(chǎn)生的隨機(jī)壓強(qiáng)變動(dòng)，它附加于時(shí)均的動(dòng)水壓力上。

滲透水荷載　滲入建筑物和地基中的水在流動(dòng)過程中對(duì)建筑物的作用。有水流滲過的物體，處處受到滲流靜水壓力和動(dòng)水壓力的作用。在壩體的界面上滲流形成表面作用力，一般將壩與基巖（土）界面上的滲透水作用力分為①浮托力：低于下游水面的界面各點(diǎn)承受的水壓強(qiáng)度;②滲透壓力：因上下游水位差使得滲水流動(dòng),各點(diǎn)水壓強(qiáng)度超過下游水位的部分。浮托力和滲透壓力統(tǒng)稱揚(yáng)壓力。

波浪壓力　取決于波浪的形式、波高、波長、周期等。在開闊水域中的孤立建筑物上波浪作用顯著。一般建筑物在半波長水深以下，浪壓力即可忽略。

冰壓力　水體結(jié)冰而膨脹，對(duì)建筑物表面作用有靜冰壓力；冰蓋開裂，冰塊隨水飄流，撞擊建筑物形成動(dòng)冰壓力。冰的作用對(duì)于低壩、閘墩、胸墻及閘門等結(jié)構(gòu)影響很大。

土壓力　填土對(duì)建筑物的作用，隨土壤的含水量、顆粒組成、密實(shí)性、固結(jié)程度而變動(dòng)。一般按土壤的抗剪強(qiáng)度及相對(duì)變形計(jì)算土壓力。水下淤積泥沙的壓力隨淤沙逐步固結(jié)、沙面沖淤消長而變化。

溫度荷載　水庫的水溫受氣溫影響，庫水面的水溫接近月平均氣溫（結(jié)冰后表面近于0℃）,年變溫幅度較大，水深大于20m處變幅微弱，約為4～12℃。日照輻射可使向陽面溫度高于氣溫。日照輻射、氣溫、水溫的年變化、中期變化及日變化引起建筑物的周期性溫度變化，但日變化只限于結(jié)構(gòu)表層。大體積混凝土澆注后，水泥水化熱使混凝土升溫，而后的溫度長期消散過程使建筑物產(chǎn)生溫度變形。結(jié)構(gòu)單元的溫度自由變形不產(chǎn)生應(yīng)力，但若受毗鄰單元或地基的約束時(shí)，變形不協(xié)調(diào)將產(chǎn)生溫度應(yīng)力?；炷恋淖陨w積變形的影響相似，可與溫度作用一并分析。

地震荷載　地震可引起地表隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。地震對(duì)建筑物作用的強(qiáng)弱取決于震動(dòng)的烈度和建筑物的動(dòng)力反應(yīng)特性。當(dāng)建筑物的自振周期與地面運(yùn)動(dòng)的主振周期相近時(shí)，容易產(chǎn)生共振，使建筑物破壞加劇。地震使建筑物產(chǎn)生隨機(jī)性加速運(yùn)動(dòng)，一般以地震慣性力代表建筑物質(zhì)點(diǎn)的加速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。地震還使各種外荷載產(chǎn)生附加的動(dòng)力作用，如地震動(dòng)水壓力（亦稱水激蕩力）、地震動(dòng)土壓力等。

作用在水工建筑物上的各種荷載都有一定的變化范圍。如大壩在正常運(yùn)行、放空水庫、設(shè)計(jì)或校核洪水等情況下其上下游水位各不相同，當(dāng)水位發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的水壓力、揚(yáng)壓力都隨之發(fā)生變化。又如當(dāng)水庫水面結(jié)冰時(shí)，壩面要受到冰壓力的作用，而浪壓力就不存在。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把各種荷載根據(jù)它們同時(shí)出現(xiàn)的幾率，合理地組合成不同的設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行安全核算，以達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工、安裝、運(yùn)行和檢修等不同階段可能出現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)、作用體系和環(huán)境條件等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況可分為下列3種：

(1)持久狀況——在結(jié)構(gòu)正常使用過程中一定出現(xiàn)且持續(xù)期很長，一般與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為同一數(shù)量級(jí)的設(shè)計(jì)狀況。

(2)短暫狀況——在結(jié)構(gòu)施工(安裝)、檢修或使用過程中短暫出現(xiàn)的設(shè)計(jì)狀況。

(3)偶然狀況——在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小、持續(xù)期很短的設(shè)計(jì)狀況。

在上述3種設(shè)計(jì)狀況中，持久狀況和短暫狀況下的作用效應(yīng)組合稱為基本組合，它僅考慮永久作用和可變作用的效應(yīng)組合；偶然狀況下的作用效應(yīng)組合稱為偶然組合，它是永久作用和可變作用與一種偶然作用的效應(yīng)組合。由于偶然作用在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)出現(xiàn)的概率很小，兩種偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的概率必然更小，因此在偶然組合中只考慮一種偶然作用。如校核洪水位時(shí)，靜水壓力就不應(yīng)與地震作用同時(shí)參與組合。

現(xiàn)行規(guī)范中安全核算均采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，而本章計(jì)算所得的各作用力未考慮隨時(shí)間和空間的變異性，是作用的標(biāo)準(zhǔn)值(或代表值)，因此，在安全核算時(shí)應(yīng)乘以各自對(duì)應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)后再計(jì)算。