《水工建筑物荷载设计规范》编制简析

苏加林，陈立秋，金 萍

(1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021; 2. 长春市标准研究院， 吉林 长春 130011)

1 规范编制背景

水利水电行业对水工建筑物结构设计的荷载取值一般均由各类水工结构设计标准分别作出规定，缺乏统一的取值标准和方法。为了规范、统一水利水电工程水工建筑物的荷载确定原则、计算方法以及取值依据等问题，制定了《水工建筑物荷载设计规范》，对水工建筑物设计的荷载取值作了统一规定。

《水工建筑物荷载设计规范》是水工建筑物设计的基本规范，适用于水利水电工程中各类水工建筑物结构设计的荷载取值，是水利水电勘察设计行业工程设计的基本依据，也是施工、监理、运行管理单位、建设单位及政府相关职能部门在实际工作中解决有关问题时需要遵循的规范，同时还是高校、科研院所在教学、科研中需要遵守的基本规范。

2 规范的编制过程

在规范编制过程中，编制组进行了广泛的调查研究，总结了近年来的工程实践经验，参考了国内外相关规范的有关内容，开展了多项专题研究，结合我国实际和水利水电工程规划设计需要，既反映了我国近年来成熟的研究成果和经验，又借鉴并吸取国外的先进经验和新理论、新技术，并广泛征求了建设、设计、科研及教学单位的意见，经反复讨论、修改，最终经审查定稿。

2.1 征求意见稿阶段

2014年，中水东北勘测设计研究有限责任公司启动了《水工建筑物荷载设计规范》的编制工作。2014年8月16日，水利部水利水电规划设计总院对规范工作大纲进行审查。会议基本同意工作大纲。会议确定，为了规范水利水电工程水工建筑物的荷载确定原则、计算方法以及取值依据，总结设计经验，提高设计水平，制定《水工建筑物荷载设计规范》是必要的；考虑与现有水利水电勘测设计标准的协调性，水工建筑物结构设计原则上采用单一安全系数法，当统计资料充分时可采用分项系数法，本标准荷载取值以此原则确定。

2015年10月编制组提出征求意见稿，随后水利部办公厅印发《关于征求<水工建筑物荷载设计规范(征求意见稿)>意见的函》(办水总函〔2015〕1488号)，征求了88个单位及专家意见，有17个单位和专家反馈了145条意见与建议。编制组经过认真讨论，采纳61条、部分采纳30条、未采纳54条。

2.2 送审稿阶段

在整理、分析、研究征询收到的意见后，编制组对征求意见稿进行了修改、调整，2016年1月提出了送审稿。2016年2月24—26日，水利部水利水电规划设计总院对编制组提出的送审稿进行了审查。会议基本同意编制组提交的送审稿。会议认为，编制组总结了我国水工建筑物荷载取值经验，对国内外相关标准进行了分析研究，开展了必要的调研，并广泛征求了有关单位及专家的意见，做了大量的工作，送审稿章节安排基本合理，主要内容全面，技术指标合理，可操作性强。

2.3 报批稿的形成和发布实施

根据审查意见，编制组对送审稿进行了修改、调整，2016年5月编制完成了规范报批稿。

2016年6月2—3日，水利部国际合作与科技司对《水工建筑物荷载设计规范》报批稿进行了审定。会议就报批稿是否正确无误，规范是否满足水利工程建设和生产实践的需求，是否符合国家有关法律法规、方针政策，是否符合相关主持机构职责范围的要求，规范的主要技术内容是否成熟可靠、先进合理、实用可操作，是否与其他相关标准相协调，规范编写过程中出现的问题及处理是否恰当，体例格式以及文字表达等进行了审议，认为《水工建筑物荷载设计规范》基本符合发布条件。

2016年11月25日，水利部以2016年第36号公告，批准《水工建筑物荷载设计规范》为水利行业标准，编号为SL 744—2016，自2017年2月25日起实施。

3 规范的主要内容及专题研究主要工作

3.1 规范的主要内容

本规范共17章和9个附录，主要技术内容有荷载及荷载组合分类，以及各类水工建筑物结构设计的荷载取值规定等，具体章节内容见表1。

3.2 专题研究主要工作

2014年，在开展了规范编制工作的过程中，同时进行以下专题研究工作。

3.2.1 资料收集、整理、分析和研究

收集了国内外一些大中型工程的相关资料，对资料进行分析整理，并征询了有关专家的意见。

3.2.2 工程实地调研

调研了多个省市的壅水建筑物、泄洪建筑物、输水建筑物、水电站厂房、水闸、泵站等各类水工建筑物，同时走访了相关工程设计、管理单位，收集了大量的工程实例资料。

3.2.3 专题研究报告的编写

(1)对现行的各类水工建筑物结构设计规范进行了全面的梳理，就荷载取值现状进行了适应性分析，编制完成了《水工建筑物荷载取值现状及适应性分析专题研究》报告，为规范的编写提供了有力的技术支撑。

(2)楼面活荷载是厂房结构设计的基本荷载之一，其取值关系到厂房结构的安全性和经济性。编制组收集了国内近120座已建水电站主厂房楼面的活荷载设计资料收集及国内近20座已建泵站主厂房楼面的荷载设计资料，掌握了大量的水利水电行业有关楼面活荷载资料，通过概率理论分析，给出了水电站厂房及泵站厂房楼面活荷载的取值，编制完成了《水电站厂房及泵站厂房楼面活荷载专题研究》报告，首次对单机容量(300MW≤P<600MW)的水电站厂房楼面活荷载及泵站厂房楼面活荷载的取值进行了具体规定。

表1 规范各章节内容、条款数量设置表

(3)根据近些年水工模型试验对挑流消能和底流消能方式的脉动压力研究发现，高度较高、水流波动较大的消力池导墙脉动压力实测值与规范建议计算值差别较大，作用在导墙上的脉动压力从底部向上逐渐增大，至最大值后又逐渐减小，其合力点明显高于静水压力合力点，是对导墙很不利的动力。因此对导墙的脉动压力特性进行专题研究，通过收集国内大量试验成果和研究成果，总结导墙脉动压力分布特点和脉动压力计算方法，以及计算方法存在的问题，编制完成了《导(隔)墙结构侧面水流脉动压力特性研究》报告，为规范的编写提供了有力的技术支撑。

(4)在水电工程建设中，边坡、地下洞室、岩壁吊车梁、水工建筑物基础、闸墩、水工隧洞环形预应力锚束混凝土衬砌等结构，应用预应力锚固是比较常见的结构设计方法。为适应当前水利水电工程建设发展需要，编制组收集了大量的预应力锚固荷载资料，并进行了分析研究，编制完成了《预应力锚固荷载专题研究》报告，首次将预应力锚固荷载规定为水工建筑物结构设计的基本荷载。

(5)坝前水温对温度荷载的确定、混凝土坝的施工期温度控制具有重要的意义，在研究坝体温度场时，首先确定其温度边界，坝前水温是最主要同时也是最复杂的温度边界。本规范在编制过程中，收集了寒冷地区已建水库坝前水温观测数据，将朱伯芳法和统计分析法计算结果进行对比，对温度荷载的确定具有重要的参考价值。编制完成了《寒冷地区水库坝前水温专题研究》报告。

4 规范的编制原则及应用

本规范根据GB 50199—2013《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》规定的原则制定，主要适用于采用单一安全系数法的水工建筑物结构设计，也可用于在多系数分析基础上以安全系数表达方式进行的水工混凝土结构设计。

《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》是制定各类水工结构设计标准应共同遵守的准则，规定结构设计采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法，也可以采用容许应力法或单一安全系数法。考虑与现有水利水电勘测设计标准的协调性，水工建筑物结构原则上采用单一安全系数法进行设计，本规范荷载取值以此原则制定。但对于可求得截面内力的混凝土结构构件，水利水电行业按SL 191—2008《水工混凝土结构设计规范》进行设计，即在规定的材料强度和荷载取值条件下，在多系数分析基础上以安全系数表达的方式进行设计，本规范规定的荷载取值适用于以上2种设计方法。

水工建筑物结构设计采用单一安全系数法时，荷载可分为基本荷载和特殊荷载。混凝土结构在多系数分析基础上以安全系数表达的方法设计时，荷载可分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。采用单一安全系数法设计时，水工建筑物结构的荷载组合应分为基本荷载组合和特殊荷载组合。各类水工建筑物的荷载组合应由相应的建筑物设计标准确定。在多系数分析基础上以安全系数表达的混凝土结构，按承载能力极限状态设计时，荷载效应组合应分为基本组合和偶然组合，正常使用极限状态验算时应按荷载效应的标准组合设计。

水工建筑物结构设计时，应根据实际情况选择可能同时出现的荷载，按荷载组合分别计算，并按最不利组合设计。

5 结语

规范的编制囊括了成熟、可靠、先进的经验和技术创新，解决了水利水电工程各类水工建筑物结构设计的荷载取值问题，规范了水工建筑物结构设计技术行为，使设计工作有标准可依，为我国水利水电工程的安全有序开发起到促进作用，为水利水电工程有关设计、施工的规程、规范提供有效的技术支撑，为水工建筑物设计提供可靠的依据。

随着本规范的颁布实施，对贯彻执行国家的技术经济政策，规范水利水电工程中各类水工建筑物结构设计的荷载取值标准，做到安全适用、经济合理、技术先进将起到积极的推进作用。避免设计结果过于保守造成资源浪费、荷载选取不周全存在安全隐患等问题，可以使工程设计过程更加科学、合理，符合“安全适用、经济合理、技术先进”的设计原则，体现了我国在水利水电工程中水工建筑物荷载设计方面所取得的长足进步，对推进水利水电工程中各类水工建筑物结构设计技术的发展起着重要的作用。

水工建筑物荷载种类繁多，受客观条件的限制，本规范不可能对所有的水工建筑物荷载进行全面研究并作出相应规定，仅涉及水工建筑物结构设计中常遇的一些主要荷载。至于某些水工建筑物上的特殊荷载或本规范未列入的其他荷载，则可根据需要由相应的国家现行有关设计规范确定。