路径: 主页 > DL > 第11页 > DL 5077-1997 | 标准编号 | DL 5077-1997 (DL5077-1997) | | 中文名称 | 水工建筑物荷载设计规范 | | 英文名称 | Specifications for load design of hydraulic structures | | 行业 | 电力行业标准 | | 中标分类 | P55 | | 字数估计 | 102,183 | | 发布日期 | 10/22/1997 | | 实施日期 | 2/1/1998 | | 引用标准 | GB 50199-1994; GBJ 9-1987; GBJ 145-1990; DL 5073-1997; DL/T 5058-1996 | | 范围 | 本规范适用于各类水工建筑物的结构设计。 | DL 5077-1997
Specifications for load design of hydraulic structures
前言
1 范围
2 引用标准
3 总则
4 主要符号
5 作用分类和作用效应组合
6 建筑物自重及永久设备自重
7 静水压力
8 扬压力
9 动水压力
10 地应力及围岩压力
11 土压力和淤沙压力
12 风荷载和雪荷载
13 冰压力和冻胀力
14 浪压力
15 楼面及平台活荷载
16 桥机和门机荷载
17 温度作用
18 地震作用
19 灌浆压力
附录 A(标准的附录)水工结构主要作用按随时间变异的分类
附录 B(标准的附录)水工建筑物的材料重度
附录 C(标准的附录)混凝土衬砌有压隧洞的外水压力折减系数
附录 D(标准的附录)改进阻力系数法
附录 E(标准的附录)简单管路水锤压力计算公式
附录 F(标准的附录)主动土压力系数 Ka 和静止土压力系数 K0的计算
附录 G(标准的附录)波浪要素和爬高计算
附录 H(标准的附录)水库坝前水温计算
附录 J(标准的附录)拱坝运行期温度作用的标准值
附录 K(标准的附录) 本规范用词说明
1 范 围
本规范适用于各类水工建筑物的结构设计。
2 引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有
效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB 50199-94水利水电工程结构可靠度设计统一标准
GB J 9-87建筑物结构荷载规范
GB J 145-90土的分类标准
DL/T 5058-1996水电站调压室设计规范
3 总 则
3.0.1 为了统一水工结构设计的作用取值标准，使设计符合安全适用、经济合理、技术先进的要求，特制订本规范。
3.0.2 本规范是根据 GB 50199-94《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》规定的原则制定的。
3.0.3 本规范未予规定的其他作用，应按照各类水工结构设计规范的规定确定。
3.0.4 当水工结构设计引用与公路、航运及港口工程等有关的作用时，应根据各部门设计规范的规定经具体分析后确定。
第 4章及第 7章的有关规定，并在以后各章中对各种作用及其分项系数的取值作出了具体规定。
结构上的作用，通常是指对结构产生效应(内力、变形等)的各种原因的总称，并可分类为直接作用和
间接作用。直接作用是指直接施加在结构上的集中力或分布力，也可称为“荷载”；间接作用则是指使结
构产生外加变形或约束变形的原因，如地震、温度作用等。长期以来，工程界习惯于将两类作用不加区分，
均称为“荷载”。为使规范名称简化和照顾习惯用语起见，本规范仍定名为《水工建筑物荷载设计规范》，
但实际上包括了直接、间接两类作用。
3.0.3 水工建筑物上的作用项目繁多，受客观条件的限制，本规范不可能对所有的作用进行全面研究并作
出相应规定，仅涉及水工结构设计中常遇的一些主要作用。至于某些建筑物(结构)上的特殊作用、或本规
范未列入的其他作用，如结构预应力、土壤孔隙水压力及钢结构焊接变形作用等，则可由相应的水工结构
设计规范根据需要作出规定。
3.0.4 公路、航运及港工等部门的设计规范，其作用(荷载)取值的原则和方法不一定与本规范一致，因此
引用其中的作用(荷载)值时，应结合水工结构的特点，对有关作用及其分项系数的取值进行具体分析，做
到与本规范配套使用。
5 作用分类和作用效应组合
5.1 作用分类及作用代表值
5.1.1 结构上的各种作用，当在时间及空间上相互独立时，则每一种作用均可按单独的作用考虑。《水工
统标》对作用采用三种分类方式，即按作用随时间的变异、随空间位置的变异(固定或可动)和作用对结构
的反应特点(静态或动态)进行分类。其中，按作用随时间的变异性分类是最主要的分类，因为它直接关系
到作用变量概率模型的选择，某些作用的取值也与其持续时间的长短有关。本规范根据《水工统标》将作
用随时间的变异分为下列三类：
(1)永久作用：在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用；
(2)可变作用：在设计基准期内量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用；
(3)偶然作用：在设计基准期内出现概率很小，一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。
附录 A《水工结构主要作用按随时间变异的分类》，原则上是按照《水工统标》附录 D列出的。
5.1.2 采用分项系数极限状态设计方法时，设计表达式中作用变量所采用的值，称为作用代表值。《水工
统标》规定：永久作用和可变作用的代表值应采用作用的标准值，偶然作用的代表值按有关规范确定。《水
工统标》对作用标准值的取值原则和方法作出了具体规定。本规范在确定各种永久作用和可变作用的标准值时，
遵循了这些规定。至于水工结构设计中的两项主要偶然作用--校核洪水位时的静水压力及地震作用的代表值，
本规范在有关章节中分别做出了规定。
5.2 作用效应组合
5.2.1 当整个结构(包括地基和围岩)或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的功能要求
时，称该特定状态为结构相应于该功能的极限状态。从工程结构设计的实际需要出发，极限状态可划分为
“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”两类。对于结构的承载能力极限状态，一般是以结构或结
构构件达到最大承载能力或不适宜于继续承载变形为依据；对于正常使用极限状态，则是以结构或结构构
件达到正常使用或耐久性要求的某一功能限值为依据。作用对结构所产生的内力和变形，如轴力、弯矩、
剪力、位移、挠度和裂缝等统称为“作用效应”，应由结构分析确定。
根据结构在施工、安装、运行和检修等不同阶段可能出现的不同结构、作用体系和环境条件等，结构
设计状况可分为下列三种：
(1)持久状况：在结构正常使用过程中一定出现且持续期很长，一般与结构设计基准期为同一数量级的
设计状况；
(2)短暂状况：在结构施工(安装)、检修或使用过程中短暂出现的设计状况；
(3)偶然状况：在结构使用过程中出现概率很小、持续期很短的设计状况。
上述三种设计状况，不仅作用的大小和持续时间可能不同，而且结构的构成、型式和支承传力条件以
及结构材料性能也可能不同。因此，设计时必须首先区分结构的设计状况，继而按照两类不同的极限状态
分别对可能同时出现的各种作用进行作用效应组合，以求得结构总的作用效应。由于作用(效应)组合可能
有多种情况，因此应在所有可能的组合中，取最不利的组合作为该极限状态设计的依据。
5.2.2 《水工统标》规定，对持久状况、短暂状况和偶然状况均应按承载能力极限状态进行设计。其中，
持久状况和短暂状况下的作用效应组合称为基本组合，它仅考虑永久作用与可变作用的效应组合；偶然状
况下的作用效应组合称为偶然组合，它是永久作用、可变作用与一种偶然作用的效应组合。由于偶然作用
在设计基准期内出现的概率很小，两种偶然作用同时出现的概率必然更小，因此在偶然组合中只考虑一种
偶然作用。如校核洪水位时的静水压力就不应与地震作用同时参与组合。
5.2.3 在分项系数极限状态设计表达式中，《水工统标》采用了考虑工程结构的安全级别、设计状况、作
用和材料性能的变异性以及计算模式不定性等因素，且与目标可靠指标相关联的五种分项系数，即：
(1)结构重要性系数γ0：用以考虑不同安全级别的水工结构或构件应有不同的可靠度水平，对应于Ⅰ、
Ⅱ、Ⅲ三种结构安全级别，分别采用 1.1、1.0和 0.9；
(2)设计状况系数ψ：用以考虑结构在不同的设计状况下应有不同的可靠度水平，对应于持久状况、短
暂状况和偶然状况，分别采用不同的数值；
(3)作用分项系数γG和γQ：用以考虑作用对其标准值的不利变异，但不反映由施加于结构上的作用换
算成作用效应的计算不定性；
(4)材料性能分项系数γm：用以考虑材料性能对其标准值的不利变异；
(5)结构系数γd：用以考虑作用效应计算不定性、结构抗力计算模式不定性以及上述各分项系数未能
反映的其他不定性。
在上述五种分项系数中，结构重要性系数γ0已由《水工统标》规定；作用分项系数γG和γQ由本规
范针对各种作用分别给出；其余 3种分项系数均由各类水工结构设计规范作出具体规定。
在偶然组合中，参与组合的可变作用一般情况下均采用其标准值。但考虑到某些可变作用与偶然作用
同时出现的概率较小，因此本条依据《水工统标》作出了“与偶然作用同时出现的某些可变作用，可对其
标准值作适当折减”的规定。例如，对于校核洪水位下的浪压力，本规范规定，其计算风速采用多年平均
年最大风速，即是对持久、短暂设计状况下 50年重现期计算风速的一种折减。
5.2.4 根据可变作用在结构上总持续期的长短，对正常使用极限状态应考虑长期、短期两种作用效应组合
情况。可变作用的短期作用效应与永久作用效应的组合称为短期效应组合；可变作用的长期作用效应与永
久作用效应的组合则称为长期效应组合。短期效应组合中的可变作用可直接采用其标准值；长期效应组合
中的可变作用则应将其标准值乘以小于 1.0 的长期组合系数ρ，作为经常出现的可变作用值参与长期效应
组合。长期组合系数ρ的确定方法，已在《水工统标》附录 F中给出，并由各类水工结构设计规范作出具体规定。
对于正常使用极限状态，《水工统标》尚规定，一般应按相应于持久设计状况的长期组合和短期组合
设计，根据需要也可考虑相应于短暂设计状况的短期组合。在两种效应组合计算时，各个永久作用和可变
作用的作用分项系数均可采用 1.0。
6 建筑物自重及永久设备自重
6.1 建筑物自重
6.1.1 附录表 B1系参照 GB J9-87《建筑结构荷载规范》和《港口工程技术规范》(1987)中有关的材料重
度，并根据水利水电工程有关资料进行了修正补充。
6.1.2 本规范编制过程中，共收集了国内外 52个水利水电工程(其中国内 25个工程)的大体积常态混凝土、
碾压混凝土和沥青混凝土的重度实测资料。常态混凝土中部分为钻孔取芯样实测重度，其他为机口取样实
测重度；碾压混凝土为核子密度仪现场测定的重度；沥青混凝土为实验室测定的重度。大量数理统计分析
结果表明，级配相同、施工合格的常态混凝土和碾压混凝土可采用相同的重度值。大体积混凝土的重度服
从正态分布，对 80%的工程而言，变异系数为 0.005～0.01。根据统计分析结果，并参考国内外一些比较成
熟的成果，规范列出了附录表 B2供设计选用。通过试验确定混凝土的重度时，参照《水工统标》5.2.2之
规定，可按其概率分布的 0.2分位值取值。
6.1.3 本规范编制过程中，共收集了国内外 100余座(其中国内 30余座)土石坝的压实干重度资料，并进行
了大量的数理统计工作。结果表明，土石坝的压实干重度服从正态分布，80%工程的变异系数为 0.02～0.08。
根据统计分析结果并参考国内外土石坝的设计和施工经验，规范列出了表 B3 供设计选用。由于影响土石
坝干重度的因素较多，各具体工程的筑坝材料千变万化，附表 B3 只给出了一个大致的范围。在工程设计
中，主要应以碾压试验为依据来确定土石坝的压实干重度。参照《水工统标》5.2.2之规定，其重度可按其
概率分布的 0.1分位值取值。附录表 B3中土的分类，遵循了 GB J145-90《土的分类标准》。
6.1.4 水工大体积混凝土(包括常态混凝土和碾压混凝土)的重量，主要用以抵抗倾覆和滑移，一般对结构
有利，且其几何尺寸的变异性相对较小，施工质量控制也为混凝土的重度提供了一定的保证，故取其分项
系数为 1.0。
对于普通混凝土结构，GB J68-84《建筑结构设计统一标准》编制组曾对 17个省、市、自治区实测的
2667块大型工民建钢筋混凝土预制构件的自重，以及 20000m2以上找平层、垫层、保温层、防水层等约 10000
个测点的厚度和部分重度进行统计，结果表明，实测平均值为标准值的 1.060倍。《港口工程结构可靠度设
计统一标准》编制组曾对全国港口建设中混凝土和钢筋混凝土 322个样本进行统计，结果表明，自重均值
与标准值的比值为 1.03。《水工统标》(送审稿)附件二《水工钢筋混凝土结构可靠度分析和分项系数确定》
对永久作用(主要为水工钢筋混凝土自重)开展了研究，结果表明，普通水工混凝土结构的自重的作用分项
系数采用 1.05是恰当的。
在土石坝的稳定分析中，土体或堆石部位不同，所起的作用也不同，滑弧上部的重量促使其滑动，而
下部的重量则往往阻止其滑动。因此，很难从整体上区分土石坝的自重对结构有利或不利。但对于同一土
体或堆石，其重度越大，说明其压实度越高，其抗剪性能也越好，对坝体稳定有利，故规定其分项系数采用 1.0。
7 静水压力
7.1 一 般 规 定
7.1.2 按照《水工统标》的规定，结构设计时应根据结构在施工和运用过程中的具体情况分别考虑持久、
短暂、偶然三种设计状况。水工建筑物(结构)的施工、运行条件复杂，因而静水压力计算时，计算水位的
确定必须与一定的设计状况相适应。相应于持久设计状况或施工、检修短暂设计状况下的静水压力属可变
作用；在遇到校核洪水时的偶然设计状况下，静水压力则是一种偶然作用。为使条文简明起见，条文中将
静水压力作为可变作用时的标准值及作为偶然作用时的代表值，统称为静水压力的代表值。
7.1.3 枢纽建筑物和闸门结构在不同设计状况下静水压力代表值的计算水位，一般为水库的特征水位，在
建筑物运用过程中水位可以人为控制，故对静水压力的作用分项系数采用 1.0。影响坝内管道和地下结构
外水压力标准值取值的因素较为复杂，本规范基本上沿用现行水工结构设计规范中确定的原则和方法，并
规定其作用分项系数采用 1.0。
7.2 枢纽建筑物的静水压力
7.2.1 《水工统标》4.3.3 的规定，“对那些有传统的取值或有显著特征的，以及难以依靠统计资料按概率
分布的分位值确定其标准值的可变作用，可采用定义形式规定其标准值”。枢纽建筑物的静水压力即属于
这种情形。现行水工建筑物设计规范在考虑建筑物的静水压力时，均以水库特征水位为依据。因此，本规
范原则上也以水库特征水位为依据，用以确定相应设计状况下枢纽建筑物的静水压力代表值。
本规范明确规定正常蓄水位(或防洪高水位)作为持久设计状况下静水压力标准值的计算水位。正常蓄
水位系指水库在正常运用的情况下，为满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位；防洪高水
位系指水库遇到下游防护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位。鉴于坝下游防护对象的防洪标准一般
都在 100年一遇的洪水范围以内，可以认为属于常遇洪水范畴。因此，对于有防洪作用的水库，可将高于
(或等于)正常蓄水位的防洪高水位作为持久状况下的水位对待。
水库校核洪水位系指水库遇到大坝的校核洪水时在坝前达到的最高水位。校核洪水出现的概率很低，
属稀遇事件，应作为偶然设计状况考虑，相应的校核洪水位就是偶然设计状况下静水压力代表值的计算水位。
水库设计洪水位系指水库遇到大坝的设计洪水时在坝前达到的最高水位，它介于正常蓄水位(或防洪高
水位)与校核洪水位之间，主要用以计算正常运用时的泄洪流量，确定泄水建筑物的泄洪能力。对挡水建筑
物的稳定和结构强度而言，设计洪水位一般不起控制作用。在 SDJ21-78《混凝土重力坝设计规范(试行)
补充规定》和 SDJ145-85《混凝土拱坝设计规范》中，一般已不考虑设计洪水位这一荷载组合情况。参
考美国、日本等国外的坝工设计规范或设计导则，对大坝设计也都只考虑正常蓄水位和校核洪水位两种情
况。因此，本规范不考虑设计洪水这种情况。
本规范系确定各种设计状况下作用代表值的取值标准，有的建筑物(如拱坝、土石坝)还需考虑计算水
位低于正常蓄水位时的静水压力与相应作用的组合，此种组合情况应由有关的专业设计规范作出规定。河
床式水电站厂房作为挡水建筑物的一部分，故其静水压力代表值的计算水位应与闸、坝等挡水建筑物相同。
7.2.3 坝后式和岸边式水电站厂房承受的静水压力作用，其计算水位取决于下游特征水位，即采用由有关
设计标准规定的厂房防洪设计洪水位和校核洪水位；在厂房施工期、机组检修等短暂设计状况下，其静水
压力代表值的计算水位应按照 SD335-89《水电站厂房设计规范》的有关规定确定。
7.2.5 临时性水工建筑物(如导流建筑物、施工围堰、临时性泵站等)和各种类型大坝施工期渡汛时设计采
用的设计洪水标准，在 SDJ12-78、SDJ217-87《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》、SDJ338-89
《水利水电施工组织设计规范》中均有明确规定，可据以计算确定其静水压力代表值的计算水位。
7.3 水工闸门的静水压力
7.3.1 水工闸门有多种型式，按其用途可分为工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工闸门等，各种闸门的
具体运用条件各不相同。本条系指出确定闸门静水压力代表值时应考虑的一般原则。
7.3.2 设置在发电、供水、泄水等建筑物进水口的工作闸门或事故闸门，是大坝、水闸等挡水建筑物的组
成部分，闸门关闭时即起挡水作用。因此，工作闸门或事故闸门的静水压力代表值的计算水位，应按照与
7.2.1相同的水位标准，即持久设计状况下的计算水位可采用正常蓄水位或防洪高水位，偶然设计状况下的
计算水位采用校核洪水位。
7.3.3 根据国内工程资料，多数船闸的上游最高通航水位与正常蓄水位一致，最高挡水位与校核洪水位一致。
7.3.4 本条所列水工建筑物，在其上游或下游侧一般设有检修闸门，供该建筑物检修时挡水。除河床式水
电站有可能安排在汛期检修外，一般安排在枯水期进行，各建筑物检修时的上、下游水位有所不同。因此，
检修闸门在短暂设计状况下静水压力代表值的计算水位，应根据设计预定的该建筑物检修时的水位确定。
7.3.5 导流底孔和其他临时挡水建筑物设置的闸门，运用条件复杂，情况各异。因此，闸门静水压力代表
值的计算水位可参照 7.2.5规定的有关洪水标准，结合设计预定的挡水水位，经综合分析确定。
7.4 管道及地下结构的外水压力
7.4.1 坝内钢管的外水压力主要由水库经坝体混凝土的渗流和沿钢管外壁的绕渗形成。本条系参照 SD144
-85《水电站压力钢管设计规范》的有关规定，并参考国内 17 个工程和日本田子仓、南非莫希罗克等水
电站的设计经验，以及美国垦务局钢管设计标准等编写而成。目前工程设计中折减系数α值多采用 1.0。
7.4.2 实测地下水位线是确定建筑物外水压力的基本依据。由于地下水位实测工作量很大，一般测量期限
较短，所取得的数据有限，因此可以考虑按测得的较高地下水位线作为确定设计地下水位线的基础。此外，
在有些情况下很难或几乎不可能测得地下水位线，此时可考虑由地质专家凭经验给出。对于靠近水库的地
段，应考虑水库蓄水后地下水位可能出现的变化。对于内水压力较大的引水隧洞，内水外渗可能抬高地下
水位，特别是在混凝土衬砌与钢管交界处，更应注意这种情况。
7.4.3 本条沿用 SD134-84《水工隧洞设计规范》关于混凝土衬砌有压隧洞外水压力的计算方法及外水压
力折减系数的取值。考虑到即使在完整性很好的岩层中，通过裂隙处仍可能有渗漏水，故本规范对附录 C
中 1、2级岩体的外水压力折减系数作了适当调整。
7.4.4 无压隧洞和地下厂房的洞室，可直接通过衬砌排水以大幅度降低外水压力。云峰水电站阀室在混凝
土衬砌边墙与围岩之间设置了排水槽，使外水压力几乎减小到零；龚咀、南水水电站在地下厂房周围设置
了排水廊道，衬砌与岩体之间设置排水槽，厂房边墙均不考虑外水压力，顶拱则按 0.3～0.5倍外压水头考
虑。鉴于国内水电工程的实践经验，故提出条文中的有关规定。
7.4.5 本条对钢板衬砌压力隧洞的外水压力分为三种情况作出规定。
(1)埋深较浅的钢衬隧洞，钢板厚度通常按内水压......
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