《水工建筑物荷載設計規范》編制簡析

蘇加林，陳立秋，金 萍

(1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021; 2. 長春市標準研究院， 吉林 長春 130011)

1 規范編制背景

水利水電行業對水工建筑物結構設計的荷載取值一般均由各類水工結構設計標準分別作出規定，缺乏統一的取值標準和方法。為了規范、統一水利水電工程水工建筑物的荷載確定原則、計算方法以及取值依據等問題，制定了《水工建筑物荷載設計規范》，對水工建筑物設計的荷載取值作了統一規定。

《水工建筑物荷載設計規范》是水工建筑物設計的基本規范，適用于水利水電工程中各類水工建筑物結構設計的荷載取值，是水利水電勘察設計行業工程設計的基本依據，也是施工、監理、運行管理單位、建設單位及政府相關職能部門在實際工作中解決有關問題時需要遵循的規范，同時還是高校、科研院所在教學、科研中需要遵守的基本規范。

2 規范的編制過程

在規范編制過程中，編制組進行了廣泛的調查研究，總結了近年來的工程實踐經驗，參考了國內外相關規范的有關內容，開展了多項專題研究，結合我國實際和水利水電工程規劃設計需要，既反映了我國近年來成熟的研究成果和經驗，又借鑒并吸取國外的先進經驗和新理論、新技術，并廣泛征求了建設、設計、科研及教學單位的意見，經反復討論、修改，最終經審查定稿。

2.1 征求意見稿階段

2014年，中水東北勘測設計研究有限責任公司啟動了《水工建筑物荷載設計規范》的編制工作。2014年8月16日，水利部水利水電規劃設計總院對規范工作大綱進行審查。會議基本同意工作大綱。會議確定，為了規范水利水電工程水工建筑物的荷載確定原則、計算方法以及取值依據，總結設計經驗，提高設計水平，制定《水工建筑物荷載設計規范》是必要的；考慮與現有水利水電勘測設計標準的協調性，水工建筑物結構設計原則上采用單一安全系數法，當統計資料充分時可采用分項系數法，本標準荷載取值以此原則確定。

2015年10月編制組提出征求意見稿，隨后水利部辦公廳印發《關于征求<水工建筑物荷載設計規范(征求意見稿)>意見的函》(辦水總函〔2015〕1488號)，征求了88個單位及專家意見，有17個單位和專家反饋了145條意見與建議。編制組經過認真討論，采納61條、部分采納30條、未采納54條。

2.2 送審稿階段

在整理、分析、研究征詢收到的意見后，編制組對征求意見稿進行了修改、調整，2016年1月提出了送審稿。2016年2月24—26日，水利部水利水電規劃設計總院對編制組提出的送審稿進行了審查。會議基本同意編制組提交的送審稿。會議認為，編制組總結了我國水工建筑物荷載取值經驗，對國內外相關標準進行了分析研究，開展了必要的調研，并廣泛征求了有關單位及專家的意見，做了大量的工作，送審稿章節安排基本合理，主要內容全面，技術指標合理，可操作性強。

2.3 報批稿的形成和發布實施

根據審查意見，編制組對送審稿進行了修改、調整，2016年5月編制完成了規范報批稿。

2016年6月2—3日，水利部國際合作與科技司對《水工建筑物荷載設計規范》報批稿進行了審定。會議就報批稿是否正確無誤，規范是否滿足水利工程建設和生產實踐的需求，是否符合國家有關法律法規、方針政策，是否符合相關主持機構職責范圍的要求，規范的主要技術內容是否成熟可靠、先進合理、實用可操作，是否與其他相關標準相協調，規范編寫過程中出現的問題及處理是否恰當，體例格式以及文字表達等進行了審議，認為《水工建筑物荷載設計規范》基本符合發布條件。

2016年11月25日，水利部以2016年第36號公告，批準《水工建筑物荷載設計規范》為水利行業標準，編號為SL 744—2016，自2017年2月25日起實施。

3 規范的主要內容及專題研究主要工作

3.1 規范的主要內容

本規范共17章和9個附錄，主要技術內容有荷載及荷載組合分類，以及各類水工建筑物結構設計的荷載取值規定等，具體章節內容見表1。

3.2 專題研究主要工作

2014年，在開展了規范編制工作的過程中，同時進行以下專題研究工作。

3.2.1 資料收集、整理、分析和研究

收集了國內外一些大中型工程的相關資料，對資料進行分析整理，并征詢了有關專家的意見。

3.2.2 工程實地調研

調研了多個省市的壅水建筑物、泄洪建筑物、輸水建筑物、水電站廠房、水閘、泵站等各類水工建筑物，同時走訪了相關工程設計、管理單位，收集了大量的工程實例資料。

3.2.3 專題研究報告的編寫

(1)對現行的各類水工建筑物結構設計規范進行了全面的梳理，就荷載取值現狀進行了適應性分析，編制完成了《水工建筑物荷載取值現狀及適應性分析專題研究》報告，為規范的編寫提供了有力的技術支撐。

(2)樓面活荷載是廠房結構設計的基本荷載之一，其取值關系到廠房結構的安全性和經濟性。編制組收集了國內近120座已建水電站主廠房樓面的活荷載設計資料收集及國內近20座已建泵站主廠房樓面的荷載設計資料，掌握了大量的水利水電行業有關樓面活荷載資料，通過概率理論分析，給出了水電站廠房及泵站廠房樓面活荷載的取值，編制完成了《水電站廠房及泵站廠房樓面活荷載專題研究》報告，首次對單機容量(300MW≤P<600MW)的水電站廠房樓面活荷載及泵站廠房樓面活荷載的取值進行了具體規定。

表1 規范各章節內容、條款數量設置表

(3)根據近些年水工模型試驗對挑流消能和底流消能方式的脈動壓力研究發現，高度較高、水流波動較大的消力池導墻脈動壓力實測值與規范建議計算值差別較大，作用在導墻上的脈動壓力從底部向上逐漸增大，至最大值后又逐漸減小，其合力點明顯高于靜水壓力合力點，是對導墻很不利的動力。因此對導墻的脈動壓力特性進行專題研究，通過收集國內大量試驗成果和研究成果，總結導墻脈動壓力分布特點和脈動壓力計算方法，以及計算方法存在的問題，編制完成了《導(隔)墻結構側面水流脈動壓力特性研究》報告，為規范的編寫提供了有力的技術支撐。

(4)在水電工程建設中，邊坡、地下洞室、巖壁吊車梁、水工建筑物基礎、閘墩、水工隧洞環形預應力錨束混凝土襯砌等結構，應用預應力錨固是比較常見的結構設計方法。為適應當前水利水電工程建設發展需要，編制組收集了大量的預應力錨固荷載資料，并進行了分析研究，編制完成了《預應力錨固荷載專題研究》報告，首次將預應力錨固荷載規定為水工建筑物結構設計的基本荷載。

(5)壩前水溫對溫度荷載的確定、混凝土壩的施工期溫度控制具有重要的意義，在研究壩體溫度場時，首先確定其溫度邊界，壩前水溫是最主要同時也是最復雜的溫度邊界。本規范在編制過程中，收集了寒冷地區已建水庫壩前水溫觀測數據，將朱伯芳法和統計分析法計算結果進行對比，對溫度荷載的確定具有重要的參考價值。編制完成了《寒冷地區水庫壩前水溫專題研究》報告。

4 規范的編制原則及應用

本規范根據GB 50199—2013《水利水電工程結構可靠性設計統一標準》規定的原則制定，主要適用于采用單一安全系數法的水工建筑物結構設計，也可用于在多系數分析基礎上以安全系數表達方式進行的水工混凝土結構設計。

《水利水電工程結構可靠性設計統一標準》是制定各類水工結構設計標準應共同遵守的準則，規定結構設計采用以概率理論為基礎、以分項系數表達的極限狀態設計方法，也可以采用容許應力法或單一安全系數法。考慮與現有水利水電勘測設計標準的協調性，水工建筑物結構原則上采用單一安全系數法進行設計，本規范荷載取值以此原則制定。但對于可求得截面內力的混凝土結構構件，水利水電行業按SL 191—2008《水工混凝土結構設計規范》進行設計，即在規定的材料強度和荷載取值條件下，在多系數分析基礎上以安全系數表達的方式進行設計，本規范規定的荷載取值適用于以上2種設計方法。

水工建筑物結構設計采用單一安全系數法時，荷載可分為基本荷載和特殊荷載。混凝土結構在多系數分析基礎上以安全系數表達的方法設計時，荷載可分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載。采用單一安全系數法設計時，水工建筑物結構的荷載組合應分為基本荷載組合和特殊荷載組合。各類水工建筑物的荷載組合應由相應的建筑物設計標準確定。在多系數分析基礎上以安全系數表達的混凝土結構，按承載能力極限狀態設計時，荷載效應組合應分為基本組合和偶然組合，正常使用極限狀態驗算時應按荷載效應的標準組合設計。

水工建筑物結構設計時，應根據實際情況選擇可能同時出現的荷載，按荷載組合分別計算，并按最不利組合設計。

5 結語

規范的編制囊括了成熟、可靠、先進的經驗和技術創新，解決了水利水電工程各類水工建筑物結構設計的荷載取值問題，規范了水工建筑物結構設計技術行為，使設計工作有標準可依，為我國水利水電工程的安全有序開發起到促進作用，為水利水電工程有關設計、施工的規程、規范提供有效的技術支撐，為水工建筑物設計提供可靠的依據。

隨著本規范的頒布實施，對貫徹執行國家的技術經濟政策，規范水利水電工程中各類水工建筑物結構設計的荷載取值標準，做到安全適用、經濟合理、技術先進將起到積極的推進作用。避免設計結果過于保守造成資源浪費、荷載選取不周全存在安全隱患等問題，可以使工程設計過程更加科學、合理，符合“安全適用、經濟合理、技術先進”的設計原則，體現了我國在水利水電工程中水工建筑物荷載設計方面所取得的長足進步，對推進水利水電工程中各類水工建筑物結構設計技術的發展起著重要的作用。

水工建筑物荷載種類繁多，受客觀條件的限制，本規范不可能對所有的水工建筑物荷載進行全面研究并作出相應規定，僅涉及水工建筑物結構設計中常遇的一些主要荷載。至于某些水工建筑物上的特殊荷載或本規范未列入的其他荷載，則可根據需要由相應的國家現行有關設計規范確定。