水工建築物荷載

1．荷載按其作用特點可分為三類。

①長期荷載：如結構自重、 土壓力、 地基變形等；②可變荷載：在建築物使用期間荷載強度隨時間變化，如水荷載、冰荷載、波浪荷載、温度荷載、施工期荷載、風荷載 ^[3]  等；③偶然荷載：如地震荷載等。

2.按結構的反應特點可分為兩類。

①靜荷載：不使建築物、結構產生加速度（或可忽略不計），如結構自重、温度變化等；②動力荷載：可使建築物、結構產生不可忽略的加速度，如地震荷載、高速水流脈動壓力等。

各種環境因素都有不確定性。因此，各種荷載都具有變異性或隨機性。水利工程界對其中主要作用荷載按概率統計方法定值。如按不同重現期的洪水給出 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特徵值。地震的場地基本烈度是指在建築物的使用期間可能遭遇的強震場地烈度。其他作用荷載，視其影響大小、資料數量，按統計方法給出均值、方差，或者是統計最大值、最小值或折減值等，按規範與計算公式、安全係數等配合使用。

水荷載　隨建築物上下游水位而定。上游水位（庫水位）及下游水位（河道水位）隨時間變動，設計時需經水文分析、水利規劃及計算確定。水荷載包括①靜水壓力：其壓強與水面以下深度成正比；②動水壓力：即水流的流速、方向改變時，對建築物表面的作用力；③脈動壓力：即高速水流強烈紊動，產生的隨機壓強變動，它附加於時均的動水壓力上。

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

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

冰壓力　水體結冰而膨脹，對建築物表面作用有靜冰壓力；冰蓋開裂，冰塊隨水飄流，撞擊建築物形成動冰壓力。冰的作用對於低壩、閘墩、胸牆及閘門等結構影響很大。

土壓力　填土對建築物的作用，隨土壤的含水量、顆粒組成、密實性、固結程度而變動。一般按土壤的抗剪強度及相對變形計算土壓力。水下淤積泥沙的壓力隨淤沙逐步固結、沙面衝淤消長而變化。

温度荷載　水庫的水温受氣温影響，庫水面的水温接近月平均氣温（結冰後表面近於0℃）,年變温幅度較大，水深大於20m處變幅微弱，約為4～12℃。日照輻射可使向陽面温度高於氣温。日照輻射、氣温、水温的年變化、中期變化及日變化引起建築物的週期性温度變化，但日變化只限於結構表層。大體積混凝土澆注後，水泥水化熱使混凝土升温，而後的温度長期消散過程使建築物產生温度變形。結構單元的温度自由變形不產生應力，但若受毗鄰單元或地基的約束時，變形不協調將產生温度應力。混凝土的自生體積變形的影響相似，可與温度作用一併分析。

地震荷載　地震可引起地表隨機運動。地震對建築物作用的強弱取決於震動的烈度和建築物的動力反應特性。當建築物的自振週期與地面運動的主振週期相近時，容易產生共振，使建築物破壞加劇。地震使建築物產生隨機性加速運動，一般以地震慣性力代表建築物質點的加速運動效應。地震還使各種外荷載產生附加的動力作用，如地震動水壓力（亦稱水激盪力）、地震動土壓力等。 ^[2] 

作用在水工建築物上的各種荷載都有一定的變化範圍。如大壩在正常運行、放空水庫、設計或校核洪水等情況下其上下游水位各不相同，當水位發生變化時，相應的水壓力、揚壓力都隨之發生變化。又如當水庫水面結冰時，壩面要受到冰壓力的作用，而浪壓力就不存在。因此，在進行設計時，應把各種荷載根據它們同時出現的幾率，合理地組合成不同的設計狀況進行安全核算，以達到既安全又經濟的目的。

根據結構在施工、安裝、運行和檢修等不同階段可能出現的不同結構、作用體系和環境條件等，結構設計狀況可分為下列3種：

(1)持久狀況——在結構正常使用過程中一定出現且持續期很長，一般與結構設計基準期為同一數量級的設計狀況。

(2)短暫狀況——在結構施工(安裝)、檢修或使用過程中短暫出現的設計狀況。

(3)偶然狀況——在結構使用過程中出現概率很小、持續期很短的設計狀況。

在上述3種設計狀況中，持久狀況和短暫狀況下的作用效應組合稱為基本組合，它僅考慮永久作用和可變作用的效應組合；偶然狀況下的作用效應組合稱為偶然組合，它是永久作用和可變作用與一種偶然作用的效應組合。由於偶然作用在設計基準期內出現的概率很小，兩種偶然作用同時出現的概率必然更小，因此在偶然組合中只考慮一種偶然作用。如校核洪水位時，靜水壓力就不應與地震作用同時參與組合。

現行規範中安全核算均採用概率極限狀態設計原則，而本章計算所得的各作用力未考慮隨時間和空間的變異性，是作用的標準值(或代表值)，因此，在安全核算時應乘以各自對應的分項係數後再計算。 ^[1]