水工设计常见问题答疑：结构计算和结构构造篇

问题1：水工结构是否可以参照地下工程防水混凝土的抗渗等级？

答：《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)与《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2008)防水混凝土的设计抗渗等级，概念不同，所应用的工程不同， 不能混淆，更不能简单地将W6等同于P6。地下工程防水构造比较详细，水利 行业的规范中没有，有防渗要求的工程可以参照执行。

问题2：泵、闸底板超长时，采用施工后浇带还是膨胀加强带？

答：因调整地基初期不均匀沉降而设的后浇带，在适当增大伸缩缝最大间距的各 项措施中，在结构施工阶段采取防裂措施是国内外通行的减小混凝土收缩不利影 响的有效方法，我国常用的做法是设置施工后浇带。

当泵房或闸室结构超长过多，单靠设置后浇带 不足以解决混凝土收缩和温度变化问题时，可以考虑采用补偿收缩混凝土，在适 当位置设置膨胀加强带。采用这种方法，不仅可以进一步增大伸缩缝最大间距， 而且可以用膨胀加强带取代部分施工后浇带，从而实现混凝土的连续浇筑即无缝 施工。但应注意，采用膨胀加强带取代部分施工后浇带时，膨胀加强带的位置应 设置在结构温度应力集中部位，并应制定严格的技术保障措施，保证混凝土原材 料的质量和微膨胀剂的配合比准确，并对结构各部位混凝土的限制膨胀率提出明 确要求

问题3：泵房和水闸的排架柱或框架柱的基础，要考虑墩墙的刚度？

答：排架柱或框架柱是泵房或水闸的主要承重构件，多数是支撑在墩墙上，计 算中在确定计算简图时，就要考虑柱脚的约束条件。约束条件一般以两个构件 的刚度比来判断，当墩墙刚度与柱刚度的比值大于5时，可认为墩墙对柱起固 结作用，是柱的嵌固端，因此柱脚为固端支撑。设计人员在拟定构件尺寸时， 就要考虑到墩墙刚度与柱刚度的比值大于5这个条件，以方便后续的结构 计算。

问题4：在钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算时，与水接触的结构构件都要抗裂验算？

答：在钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算时，并不是与水接触的结构构件都 要进行抗裂验算，只有对使用上不允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，才需要进行 抗裂验算。对承受水压的构件，而且是轴心受拉或小偏心受拉的构件才需要进行 抗裂验算；对于承受水压的其他构件，只有当发生裂缝后会引起严重渗漏的，才 需要进行抗裂验算；当结构表面有可靠的防渗或发生渗漏并不影响正常使用的， 也可不进行抗裂验算。

问题5：水工建筑物中的伸缩缝、沉降缝和防震缝的设置，如何综合考虑？

答：水工建筑物在非抗震区，一般要设置两缝（沉降缝、伸缩缝），在抗震区， 一般要设置三缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）。这三种变形缝的作用各不相同， 设置的方法也各不相同，有区别也有联系。

（1）伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使建筑物产生裂缝而设置 的。设置伸缩缝时只需断开上部结构，基础可不断开。

（2）沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在建筑物中产生裂缝而设置的。沉降 缝不但要贯通上部结构，而且要贯通基础。

（3）在需要抗震设防的地区，防震缝应设置在建筑中层数、质量、刚度的差 异过大，可能在地震时引起应力和变形集中而造成破坏的部位。防震缝应在地面 以上设置。

设置永久变形缝时要注意以下几点：

（1）在既需要设置伸缩缝又需要设置沉降缝时，伸缩缝应与沉降缝合并设 置，以使整个建筑物的缝数减少。

（2）需抗震设防的水工建筑，其沉降缝和伸缩缝必须符合防震缝的宽度要求。

（3）采取必要的结构和施工方面的措施，尽量避免各种缝的设置。

（4） 缝的宽度应根据建筑物的类型、地质条件、建筑高度、施工条件等综合 考虑后确定。

（5）要做好缝的止水防渗。

问题6：水工结构构件的混凝土保护层厚度大于50mm时，最大裂缝宽度 的限值也要调整？

答：规范规定，结构构件的混凝土保护层大于50mm时，可增大最大裂缝宽度限值。

问题7：某泵房水下直接挡水的侧墙，采用增加钢筋用量来控制裂缝宽度合理吗？

答：混凝土的抗裂能力取决于混凝土的极限拉伸值。

钢筋在保持总面积不变的情况下，根据直径小，钢筋布置间距密的方式选择 钢筋，能减小裂缝的最大宽度。同时也要考虑混凝土易于振捣密实。

问题8：可以强度较高的钢筋替换原设计中的钢筋？

答：在实际工程中，一般只对非预应力钢筋进行代换，而预应力钢筋所涉及的问 题较复杂，代换较少。非预应力混凝土构件中，钢筋代换有等强度代换和等面积 代换两种方式。当代换前后钢筋为同一级别钢筋时，等强度即为等面积代换，当 代换前后钢筋级别不同时，一般应按等强度代换。

钢筋代换中要注意的问题有：

（1）在框架结构的抗震设计中，为了保证框架的塑性钗发生在梁内，施工中 不宜用强度较高的钢筋替换原设计中的钢筋。当必须代换时，应按照钢筋抗拉力 设计值相等的原则代换。

（2）当构件受裂缝宽度或挠度控制时，代换前后应进行裂缝宽度和挠度的 验算。

（3） 钢筋代换后要满足混凝土设计规范规定的间距、锚固长度、最小直径等 要求。

综上所述，根据上述规范规定，施工单位拟用强度较高的钢筋等面积替换原 设计中的钢筋是错误的，设计代表不应同意，应按上述要求进行代换。

问题9：泵房、水闸上的装饰物等非结构构件与主体结构牢靠的连接？

答：泵站、水闸等水工建筑，因功能需要大都为矩形建筑，如果不做建筑处理， 就是个呆板的“火柴盒”。为了泵房和水闸的建筑效果，设计者采用了不同材质 的装饰件和装饰材料，确实给工程大为增色，使水利工程成为一道亮丽的风景。

主体结构设计时要计入非结构构件的影响：

（1）要做好装饰件本身的受力计算，对支撑结构构件梁、柱的受力计算。譬 如，装饰件挂在梁外，对梁产生的集中力和扭矩，在框架结构计算时不得遗漏， 且挂点处还应做好梁的构造配筋。

（2）要做好装饰件和主体结构的有效连接，做好预埋、预留，并做好装饰件 和预埋件的计算。

问题10：在闸墩和悬臂式挡土墙立板的配筋中，将竖向受力 钢筋配在墙的外侧合适？

答：闸墩通常是作为固支于底板上的悬臂梁，与悬臂式挡土墙的立板受力相似。在进行配筋计算时，对于受力构件截面的配筋设计，受拉钢筋离受压区越远，其 钢筋所能承受的外部弯矩也越大，这样钢筋发挥效率也就越高。所以一般来讲， 无论是梁还是板，受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。因此， 闸墩和悬臂式挡土墙立板的受力钢筋（竖向筋）应放在外则的受拉区，分布筋 （水平筋）应放在内侧。一些设计人员在画配筋图时就将受力钢筋放在外，分布 筋放在内。理论上说这是对的，但是在实际工程中，由于施工是先立竖向钢筋， 后绑水平钢筋，为了施工方便，所以竖向钢筋宜在内，水平钢筋宜在外。

分布钢筋的作用是将荷载均匀地传给受力钢筋，同时在施工中用以固定受力 钢筋，并起到抵抗混凝土温度和收缩应力的作用。保护层是对受力钢筋而言，分 布钢筋的保护层厚度则没有考虑。因此，在闸墩和悬臂式挡土墙立板配筋时，保 护层的厚度可适当增大5?10mm。

问题11：长悬臂构件要进行裂缝和挠度验算？

答：从我国的地震经验可知，8度时，2m以上的悬挑阳台和走廊等震害严重。悬臂构件是工程中容易发生事故的构件，设计时对其挠度需从严掌握。在地震地 区，一般1.5m以上的为长悬臂构件，应进行裂缝和挠度验算。

在进行挠度验算时，如果按《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008) 表3. 3.8注4 “悬臂构件的挠度限值按表中相应数值乘以2取用”，则挠度值限值 偏大，难以满足其要求。当采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表 3. 3.2注4 “计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度按实际悬臂长度的2倍 取用”，则挠度值限值能满足要求。经分析比较，悬臂构件的挠度限值计算，以 计算跨度Zo参与计算比较合适。

问题12：某钢筋混凝土结构施工图设计中，首选绑扎搭接？

答：在钢筋的连接中，因绑扎搭接接头比较可靠且施工方便，所以一直得到广泛 的应用。但由于直径较粗的钢筋采用绑扎连接时，混凝土保护层相对变薄或钢筋 间距相对减少，在搭接钢筋间容易产生较宽的劈裂裂缝或滑移。所以，上述规范 规定受拉钢筋的直径d＞28mm,或受压钢筋的直径d＞32mm时，不宜采用绑扎 搭接接头。施工图中对直径d＞25mm的钢筋，一般宜采用焊接接头。钢筋的连 接要求，在设计说明中要标明。

问题13：某涵洞式水闸，现浇箱形涵洞的隔墙、边墙与顶板和底板的连接，节点钢筋有什么要求？

答：根据箱形涵洞的截面形状，计算时可简化为单孔或多孔的框架结构，因此， 其节点可以按框架的梁柱节点进行处理，详见现行《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)第13. 4节。边墙与底板交接按框架梁柱顶层端节点，隔墙则按 框架梁柱顶层中间节点。外墙外侧纵向受力钢筋与底板底纵向受力钢筋搭接连 接，搭接长度应大于1.5l_aE；隔墙和外墙内侧纵向受力钢筋应伸至板底，其锚固 长度应满足规范要求。

问题14：水工建筑物浇筑厚度大于1m的构件，构件顶层水平钢筋的锚固长度要增大？

答：《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)表9.3.2,给出的是受拉钢筋的最小锚固长度么，同时还规定了有6种情况下应进行最小锚固长度的修正。水 工钢筋混凝土结构大截面的构件较多，浇筑厚度大于lm时，顶层水平钢筋的锚 固长度应为1.2么。这是因为构件的厚度较大时，混凝土振捣后泌水上升，聚留在 顶层钢筋的底面，使其黏结力有所削弱，影响其锚固性能，所以，构件顶层水平钢 筋(其下浇筑的新混凝土厚度大于Im时)的最小锚固长度宜乘以修正系数1.2。

问题15：设计使用年限等同于设计基准期？

答：设计基准期是指一个工程结构在正常使用和正常维修条件下，能够满足其可 靠度的时间，它不是工程结构的最终寿命。水利工程设计中，目前尚没有设计使 用年限的规定，只有设计基准期，两者不能混淆。

问题16：某地下泵房的混凝土保护层如何选择？

答：地下泵房的混凝土保护层，因泵房为地下工程，所处环境的多变所引发材料 性能的劣化，影响结构安全性与适用性的现象比较突出，所以应按《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）确 定。如按《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)确定为30mm,对于迎 水面钢筋保护层厚度则偏小。

本文摘录《水工结构设计常见问题解析1》  唐金忠 编著，转载自水利工程师茶楼