7.5　取排水建筑物和水泵房結構設計

7.5.1　取排水建筑物和水泵房可按抗震Ⅰ類、抗震Ⅱ類或非核抗震類設計，其結構計算應符合下列規定：

1　對于Ⅰ類抗震物項應分別采用SL-1、SL-2進行抗震設計；對于Ⅱ類抗震物項應采用SL-1進行抗震設計。抗震設計應采用反應譜法和時間過程法，當有充分論據能保證安全時也可采用等效靜力計算法。

2　對非核抗震類取排水建筑物應符合下列要求：

1）應采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法，以可靠度指標度量結構構件的可靠度，采用分項系數的設計表達式進行設計；

2）極限狀態可分為承載能力極限狀態和正常使用極限狀態兩類，設計時應根據承載能力及正常使用極限狀態的要求分別進行；所有結構構件均應進行承載能力計算，對需要抗震設防的結構還應進行結構的抗震承載能力計算；對使用上需控制變形值的結構構件應進行變形驗算；對使用上要求進行裂縫控制的結構構件，應進行抗裂或裂縫寬度驗算；

3）抗滑、抗傾及抗浮穩定驗算宜采用極限狀態設計法，以單一安全系數設計表達式進行設計。

7.5.2　混凝土結構耐久性應根據結構的設計使用年限、結構所處的環境類別及作用等級進行設計，分別滿足抗滲、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷等耐久性的要求。耐久性設計應按現行國家標準《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T 50476的規定執行。

7.5.3　混凝土的抗滲等級應根據建筑物所承受的水頭、水力梯度、水質條件以及滲透水的危害程度等因素按表7.5.3的規定確定。

7.5.4　混凝土抗凍等級應根據氣候分區、凍融循環次數、表面局部小氣候條件、水分飽和程度、構件重要性和檢修條件按表7.5.4的規定確定。

混凝土抗凍等級按28d齡期的試件用快凍試驗方法測定，分為F400、F300、F200、F150、F100、F50六級。經論證，也可用60d或90d齡期的試件測定。

7.5.5　取排水建筑物和水泵房水泥品種應按以下原則選用：

1　地上結構宜采用普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥；

2　無侵蝕性環境水中的結構宜采用普通硅酸鹽水泥，有防水、抗滲要求的結構不得采用礦渣硅酸鹽水泥；

3　海水中結構可選用普通硅酸鹽水泥；

4　海水中結構所用水泥熟料中鋁酸三鈣含量宜為6％～8％；

5　嚴寒地區或處于水位變動范圍內的混凝土宜采用高標號普通硅酸鹽水泥，不得采用火山灰質硅酸鹽水泥及礦渣硅酸鹽水泥；

6　對防止溫度裂縫有較高要求的大體積混凝土結構宜選用低熱水泥或摻加合適的摻合料與外加劑；

7　當一般品種水泥均不能滿足抗侵蝕性要求時，應進行專門的試驗研究，提出特殊的水泥品種或采取特殊的防護措施。

7.5.6　取水建筑物及水泵房的計算荷載可分為以下三類：

1　永久荷載包括結構自重、土壓力和設備重等。永久荷載代表值可采用標準值；

2　可變荷載包括屋面活荷載、平臺活荷載、吊車荷載、閘門啟閉力、施工及安裝荷載、堆積荷載、水壓力、滲透壓力、波浪壓力、風壓、冰雪荷載及溫度變化作用等。可變荷載可根據設計要求采用標準值、組合值或準永久值作為代表值，必要時其標準值可根據設計使用年限進行專門研究；

3　偶然荷載即在結構使用期間不一定出現，但發生時其值很大且持續時間很短的荷載。如地震作用、飛射物、飛機墜落的撞擊力、爆炸沖擊波及龍卷風作用；

7.5.7　取水建筑物及水泵房結構計算的荷載組合及分項系數選取應符合下列規定：

1　非核抗震類取排水建筑物的荷載效應組合應按國家現行標準《建筑結構荷載規范》GB 50009和《水工建筑物荷載設計規范》DL 5077的規定選取。根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，應按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載效應組合。對于承載能力極限狀態的基本組合、偶然組合及分項系數應按下列規定執行：

1）基本組合：在正常運行條件下，即水位的頻率取1％的高水位及99％的低水位，進水間全部充水，由長期和經常作用的永久荷載和可變荷載組成。應對可能出現的最不利工況進行計算；

2）偶然組合：由上述基本荷載組合與可能產生的偶然荷載組成，如地震力；或者上述基本組合中，水位取校核高水位，在運行情況下進水間全部充水；或頻率為1％的高水位及99％低水位運行情況下進水間一間放空；或施工和安裝階段可能出現的不利組合；

3）當永久荷載效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合應取1.20；對由永久荷載效應控制的組合應取1.35。

4）當永久荷載效應對結構有利時，應取1.00；對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算應取0.90；

5）可變荷載的分項系數應取1.40；對標準值大于4kN/m2的工業房屋樓面的活荷載應取1.30。當設計使用年限超過50年時，可變荷載的分項系數應根據有關基本變量的概率分布類型和統計參數，以及規定的目標可靠指標，通過計算分析，并結合工程經驗確定。

2　抗震Ⅰ類及抗震Ⅱ類取排水建筑物和水泵房荷載組合及其分項系數選取應符合表7.5.7的規定。

7.5.8　取水建筑物和水泵房荷載的選取應符合下列規定：

1　取水建筑物和水泵房的使用荷載及安裝荷載除有專門要求外，其標準值可按表7.5.8的規定采用。

2　泵房應進行結構自振頻率驗算，以避免水泵及電機運行引起結構共振。泵房結構計算應計入水泵電動機振動荷載。可將設備轉動部分的重量或荷載標準值乘以動力系數后，進行靜力計算。立式水泵電動機支承構件的計算荷載應包括以下內容：

1）電動機靜止部分的重量；

2）電動機轉動部分的重量的2倍（動力系數）；

3）水泵的軸向拉力的2倍（動力系數）；

4）懸掛式水泵傳遞到電動機層的重量；

5）電動機層的鋼筋混凝土支撐梁的撓度不應大于L/750，L為梁的計算長度。

3　寒冷地區取水建筑物和岸邊開敞式泵房應考慮冰荷載，具體荷載值應按照海冰調查報告及冰強度試驗確定，必要時進行物模試驗。

4　巖石基坑回填土側壓力應按下列要求計算：

1）當基坑開挖較大，應按回填土料的抗剪指標計算土壓力；

2）當基坑較小，且基本為垂直開挖時，可按考慮了巖石構造因素后的巖石相似內摩擦角，用松散體土壓力公式計算；

3）當基坑開挖后具有穩定巖石邊坡時，可按有限范圍內填土的土壓力理論計算；

4）當基坑后坡有巖層構造上的滑裂面時，應驗算滑體的壓力。

7.5.9　取水建筑物和水泵房抗滑、抗傾覆、抗浮穩定分析應符合下列規定：

1　非核抗震類取水建筑物和水泵房的基本荷載組合和偶然荷載組合的荷載分項系數、組合值系數均取1.0。穩定安全系數可按表7.5.9-1的規定采用。

2　抗震Ⅰ類及抗震Ⅱ類取水建筑物和水泵房在進行穩定分析時，穩定安全系數應滿足表7.5.9-2的要求。

3　穩定驗算應符合下列規定：

1）抗滑穩定應滿足下式要求：

式中：Ks——抗滑穩定安全系數，可按本規范表7.5.9-1和表7.5.9-2的規定采用；

∑P——垂直荷載標準值（N）；

——前墻水平荷載設計值，根據實際情況計算（N）；

μ——底板與地基土壤之間的摩擦系數，由試驗確定，當缺乏試驗資料時，可按照現行規范采用。

當底板設有齒墻，并考慮齒墻底部連同齒墻間的土體滑動時，抗滑穩定計算應滿足下式要求：

式中：A——齒墻間土體的剪切面積，等于齒墻間的寬度乘以建筑物底板的長度（m2）；

∑PH——后墻水平荷載設計值，按主動土壓力計算（N）；

μ0——沿滑動面土體顆粒之間的摩擦系數，μ0=tanφ，φ為土體的內摩擦角；

c——齒墻間滑動面上土體的內聚力（Pa），可采用試驗值的1/4。

2）抗傾穩定應滿足下式要求：

式中：Kq——抗傾穩定安全系數，可按表7.5.9-1和表7.5.9-2的規定采用；

Mq——總傾覆力矩設計值（N·m）；

Mkq——總抗傾力矩設計值（N·m）。

3）抗浮穩定應滿足下式要求：

式中：Kf——抗浮穩定安全系數，可按表7.5.9-1和表7.5.9-2的規定采用；

G——抗浮力設計值，不包括設備重、使用及安裝荷載（N）；

F——浮力設計值（N），按運行及施工時可能出現的高水位考慮，對巖石地基可按式7.5.9-5計算：

式中：γw——水的重度（N/m3）；

V0——建筑物淹沒在水位以下部分的體積（m3）；

η——浮力作用面積系數，可根據巖石的構造情況、建筑物底板與基巖接合面的施工條件確定，亦可參考相似工程的已有經驗確定，宜取0.7～1.0。

4）建筑物連同土體一起沿圓弧滑動建筑物連同土體一起沿圓弧滑動時，應滿足下式要求：

式中：K——圓弧滑動穩定安全系數，可按表7.5.9-1和表7.5.9-2的規定采用；

Mf——總抗滑力矩設計值（N·m）；

M——總滑動力矩設計值（N·m）。

注：當前墻土體有保證時才能計入前墻土體的被動土壓力，并宜根據土體實際情況適當折減。

4　當按圓弧滑裂面驗算穩定時，應考慮水位降落期和滲流穩定期兩種工況，并可采用簡化法計算。有關土層的計算指標可按下列要求采用：

1）土的重度在浸潤線以上用土體的自然重度。在浸潤線以下、靜水位以上計算滑動力時，用土體的飽和重度；計算抗滑力時，用土體的浮重度。在靜水位以下用土體的浮重度；

2）土的抗剪強度：計算水位降落期時，采用飽和固結不排水的φ、c試驗資料標準值。計算滲流穩定期時，采用固結排水的φ′、c′有效強度試驗資料標準值。

7.5.10　取水建筑物及水泵房結構分析應符合下列規定：

1　取水建筑物和水泵房±0.00m層以下的結構應選用合理的計算模型進行內力計算。內力計算可根據建筑物重要性和結構形式采用空間整體結構分析或將整個結構分為若干單元，按其邊界條件采用單塊板、平面剛架或旋轉殼進行計算，并考慮連接處不平衡內力的調整和傳遞。

2　考慮地震作用組合的混凝土結構構件，其截面承載力應除以承載力抗震調整系數γRE，承載力抗震調整系數γRE取值根據相關規范取用。

3　對于抗震Ⅰ、Ⅱ類物項計算模型的確定應按下列要求執行：

1）對于質量和剛度不對稱分布的建筑物宜計入平移和扭轉的耦聯作用；

2）當使用集中質量模型時，集中質量的個數不宜少于所計入的振型數的兩倍；

3）在結構計算模型中，地基與結構的相互作用應按現行國家標準《核電廠抗震設計規范》GB 50267的規定執行；

4）應計入結構內水體以及附屬部件等的質量；

5）應計入水體晃動和其他液壓效應；

6）該系統建筑物抗震設計時的主體結構和子結構體系是否需要進行耦聯計算應符合現行國家標準《核電廠抗震設計規范》GB 50267的規定；

7）材料阻尼比應按現行國家標準《核電廠抗震設計規范》GB 50267的規定執行。

7.5.11　取水建筑物及水泵房構件撓度及裂縫寬度應滿足下列要求：

1　取水建筑物和水泵房內的屋面梁、吊車梁等應進行撓度計算。鋼結構構件的撓度計算及限值應按現行國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017的規定執行。混凝土構件的撓度應滿足表7.5.11-1的規定。

2　取水建筑物和水泵房鋼筋混凝土構件應進行裂縫開展寬度驗算，表面裂縫最大寬度計算值應滿足表7.5.11-2的規定。

7.5.12　取水建筑物和水泵房的地基應符合下列規定：

1　非核抗震類取水建筑物和水泵房的地基應根據工程地質和水文地質勘測資料、結構類型、施工和使用條件等要求進行設計，在保證建筑物正常使用的前提下，應優先采用天然地基；

2　核抗震類取水建筑物和水泵不應選取軟土、液化土或填土等軟弱土構成的地基，也不應選取水平方向力學性質差異很大的巖土作為地基；同一結構單元的地基不應一部分為人工地基而另一部分為天然地基，但允許在巖面上部分換填混凝土或毛石混凝土材料；

3　對于巖石地基上的取水建筑物和水泵房，為減少基巖的約束力，防止出現裂縫，底板與墊層間可設置隔離層。

7.5.13　取水建筑物和水泵房結構構造要求應按下列規定執行：

1　取水建筑物和水泵房±0.00m層以下部分，當為現澆式鋼筋混凝土結構時，其伸縮縫之間的長度不宜超過以下數值：非巖石地基為40m，巖石地基為25m。當超過該規定時，應采取可靠的設計和施工措施。可采用的措施包括設置隔離層、后澆帶，采用低熱水泥、補償收縮混凝土、合成纖維混凝土等，并嚴格控制混凝土的級配、水膠比和入倉溫度，加強混凝土的振搗和施工養護等。臨時寬縫應設置在受力最小處，并應采取必要的處理措施。

2　取水建筑物和水泵房的地下部分不應留施工縫。當必須留施工縫時，應采取以下措施：

1）施工縫位置應設在應力較小的斷面內；

2）墻身不得留垂直施工縫，但設計考慮預留的臨時寬縫除外；

3）墻身水平施工縫的位置宜高于底板500mm；

4）墻身留有孔洞時，施工縫應距孔洞邊緣300mm以外；

5）底板不宜留施工縫。當必須留施工縫時，應采取有效的處理措施；

6）施工縫應按現行的施工驗收規范的要求處理，其構造可采取的形式有：平式施工縫，適用于壁厚較薄及防水要求不高的結構；凹式或凸式施工縫，適用于壁厚較大的結構；止水片施工縫，適用于防水要求較高或鋼筋較多的結構。

3　取水建筑物和水泵房±0.00m層以下鋼筋混凝土結構的鋼筋直徑，為考慮施工及構造上的需要，墻板的豎向鋼筋不宜小于12mm，水平鋼筋不宜小于10mm，底板內的鋼筋不宜小于10mm，海水環境中的鋼筋不宜小于16mm。

7.5.14　當泵房采用沉井等其他結構形式時，結構設計應滿足相關規范的要求。