7.5 取排水建筑物和水泵房结构设计
7.5.1 取排水建筑物和水泵房可按抗震Ⅰ类、抗震Ⅱ类或非核抗震类设计，其结构计算应符合下列规定：
1 对于Ⅰ类抗震物项应分别采用SL-1、SL-2进行抗震设计；对于Ⅱ类抗震物项应采用SL-1进行抗震设计。抗震设计应采用反应谱法和时间过程法，当有充分论据能保证安全时也可采用等效静力计算法。
2 对非核抗震类取排水建筑物应符合下列要求：
1）应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠度指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计；
2）极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类，设计时应根据承载能力及正常使用极限状态的要求分别进行；所有结构构件均应进行承载能力计算，对需要抗震设防的结构还应进行结构的抗震承载能力计算；对使用上需控制变形值的结构构件应进行变形验算；对使用上要求进行裂缝控制的结构构件，应进行抗裂或裂缝宽度验算；
3）抗滑、抗倾及抗浮稳定验算宜采用极限状态设计法，以单一安全系数设计表达式进行设计。
7.5.2 混凝土结构耐久性应根据结构的设计使用年限、结构所处的环境类别及作用等级进行设计，分别满足抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷等耐久性的要求。耐久性设计应按现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的规定执行。
7.5.3 混凝土的抗渗等级应根据建筑物所承受的水头、水力梯度、水质条件以及渗透水的危害程度等因素按表7.5.3的规定确定。
表7.5.3 混凝土抗渗等级
注：1 水力梯度系指最大作用水头与结构厚度之比；
2 当结构表层设有专门可靠的防渗层时，表中规定的混凝土抗渗等级可适当降低；
3 受侵蚀水作用的结构，混凝土抗渗等级应进行专门的试验研究，但不得低于W4；
4 对严寒、寒冷地区且水力梯度较大的结构，其抗渗等级应按表中的规定提高一个等级。
7.5.4 混凝土抗冻等级应根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和程度、构件重要性和检修条件按表7.5.4的规定确定。
表7.5.4 混凝土抗冻等级
混凝土抗冻等级按28d龄期的试件用快冻试验方法测定，分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级。经论证，也可用60d或90d龄期的试件测定。
7.5.5 取排水建筑物和水泵房水泥品种应按以下原则选用：
1 地上结构宜采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥；
2 无侵蚀性环境水中的结构宜采用普通硅酸盐水泥，有防水、抗渗要求的结构不得采用矿渣硅酸盐水泥；
3 海水中结构可选用普通硅酸盐水泥；
4 海水中结构所用水泥熟料中铝酸三钙含量宜为6％～8％；
5 严寒地区或处于水位变动范围内的混凝土宜采用高标号普通硅酸盐水泥，不得采用火山灰质硅酸盐水泥及矿渣硅酸盐水泥；
6 对防止温度裂缝有较高要求的大体积混凝土结构宜选用低热水泥或掺加合适的掺合料与外加剂；
7 当一般品种水泥均不能满足抗侵蚀性要求时，应进行专门的试验研究，提出特殊的水泥品种或采取特殊的防护措施。
7.5.6 取水建筑物及水泵房的计算荷载可分为以下三类：
1 永久荷载包括结构自重、土压力和设备重等。永久荷载代表值可采用标准值；
2 可变荷载包括屋面活荷载、平台活荷载、吊车荷载、闸门启闭力、施工及安装荷载、堆积荷载、水压力、渗透压力、波浪压力、风压、冰雪荷载及温度变化作用等。可变荷载可根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值，必要时其标准值可根据设计使用年限进行专门研究；
3 偶然荷载即在结构使用期间不一定出现，但发生时其值很大且持续时间很短的荷载。如地震作用、飞射物、飞机坠落的撞击力、爆炸冲击波及龙卷风作用；
7.5.7 取水建筑物及水泵房结构计算的荷载组合及分项系数选取应符合下列规定：
1 非核抗震类取排水建筑物的荷载效应组合应按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009和《水工建筑物荷载设计规范》DL 5077的规定选取。根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，应按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合。对于承载能力极限状态的基本组合、偶然组合及分项系数应按下列规定执行：
1）基本组合：在正常运行条件下，即水位的频率取1％的高水位及99％的低水位，进水间全部充水，由长期和经常作用的永久荷载和可变荷载组成。应对可能出现的最不利工况进行计算；
2）偶然组合：由上述基本荷载组合与可能产生的偶然荷载组成，如地震力；或者上述基本组合中，水位取校核高水位，在运行情况下进水间全部充水；或频率为1％的高水位及99％低水位运行情况下进水间一间放空；或施工和安装阶段可能出现的不利组合；
3）当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.20；对由永久荷载效应控制的组合应取1.35。
4）当永久荷载效应对结构有利时，应取1.00；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算应取0.90；
5）可变荷载的分项系数应取1.40；对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面的活荷载应取1.30。当设计使用年限超过50年时，可变荷载的分项系数应根据有关基本变量的概率分布类型和统计参数，以及规定的目标可靠指标，通过计算分析，并结合工程经验确定。
2 抗震Ⅰ类及抗震Ⅱ类取排水建筑物和水泵房荷载组合及其分项系数选取应符合表7.5.7的规定。
表7.5.7 取排水建筑物和水泵房荷载组合及其分项系数
续表7.5.7
注：表中各种组合中任何一种作用足以减小其他作用，如该作用系经常出现或与其他作用一定同时发生，则此作用分项系数取0.9；否则取0，即不参与组合。
表中各项分别为：
A—在事故工况下产生的作用标准值效应；
E1—严重环境条件下的运行安全地震震动产生的地震作用标准值效应；
E2—极端环境条件下的极限安全地震震动产生的地震作用标准值效应；
G—永久荷载标准值效应；
H—侧向土压力标准值效应；
L—活荷载的标准值效应；
Pa—在设计基准事故工况下的压力荷载标准值效应；
Ra—在设计基准事故温度条件下产生的反力标准值；
Ta—在设计基准事故工况下管道温度作用标准值效应；
Yy—在设计事故情况下产生的局部作用标准值效应。
7.5.8 取水建筑物和水泵房荷载的选取应符合下列规定：
1 取水建筑物和水泵房的使用荷载及安装荷载除有专门要求外，其标准值可按表7.5.8的规定采用。
表7.5.8 取水建筑物和水泵房的使用荷载及安装荷载
续表7.5.8
注：1 栏杆水平荷载为1.0kN/m；
2 一般搬运、装卸重物的动力系数采用1.1～1.3，其动力作用只考虑传至楼板和梁；
3 设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修的集中荷载（人和小工具的自重）应取1.0kN，并应在最不利位置处进行验算。对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。当计算挑檐、雨棚承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载；在验算挑檐、雨棚倾覆时，应沿板宽每隔2.5m～3.0m取一个集中荷载。
2 泵房应进行结构自振频率验算，以避免水泵及电机运行引起结构共振。泵房结构计算应计入水泵电动机振动荷载。可将设备转动部分的重量或荷载标准值乘以动力系数后，进行静力计算。立式水泵电动机支承构件的计算荷载应包括以下内容：
1）电动机静止部分的重量；
2）电动机转动部分的重量的2倍（动力系数）；
3）水泵的轴向拉力的2倍（动力系数）；
4）悬挂式水泵传递到电动机层的重量；
5）电动机层的钢筋混凝土支撑梁的挠度不应大于L/750，L为梁的计算长度。
3 寒冷地区取水建筑物和岸边开敞式泵房应考虑冰荷载，具体荷载值应按照海冰调查报告及冰强度试验确定，必要时进行物模试验。
4 岩石基坑回填土侧压力应按下列要求计算：
1）当基坑开挖较大，应按回填土料的抗剪指标计算土压力；
2）当基坑较小，且基本为垂直开挖时，可按考虑了岩石构造因素后的岩石相似内摩擦角，用松散体土压力公式计算；
3）当基坑开挖后具有稳定岩石边坡时，可按有限范围内填土的土压力理论计算；
4）当基坑后坡有岩层构造上的滑裂面时，应验算滑体的压力。
7.5.9 取水建筑物和水泵房抗滑、抗倾覆、抗浮稳定分析应符合下列规定：
1 非核抗震类取水建筑物和水泵房的基本荷载组合和偶然荷载组合的荷载分项系数、组合值系数均取1.0。稳定安全系数可按表7.5.9-1的规定采用。
表7.5.9-1 稳定安全系数
注：1 在施工及安装阶段可能出现的不利情况下，如不能满足本表规范时，宜在不增加建筑物造价的条件下，采取其他措施；
2 验算浮动、滑动及倾覆稳定时，计算荷载为结构自重，不包括设备、使用荷载及安装荷载的有利作用。验算圆弧滑动时，计算荷载为结构自重、动水压力及设备的使用荷载和安装荷载，按其最不利的组合求得最危险的滑裂面；
3 验算稳定时，不考虑土体与墙壁间的侧面摩擦力；
4 岩石地基的抗滑稳定安全系数，基本荷载效应组合采用1.10，偶然荷载效应组合采用1.05。
2 抗震Ⅰ类及抗震Ⅱ类取水建筑物和水泵房在进行稳定分析时，稳定安全系数应满足表7.5.9-2的要求。
表7.5.9-2 稳定安全系数
3 稳定验算应符合下列规定：
1）抗滑稳定应满足下式要求：
式中：Ks——抗滑稳定安全系数，可按本规范表7.5.9-1和表7.5.9-2的规定采用；
∑P——垂直荷载标准值（N）；
——前墙水平荷载设计值，根据实际情况计算（N）；
μ——底板与地基土壤之间的摩擦系数，由试验确定，当缺乏试验资料时，可按照现行规范采用。
当底板设有齿墙，并考虑齿墙底部连同齿墙间的土体滑动时，抗滑稳定计算应满足下式要求：
式中：A——齿墙间土体的剪切面积，等于齿墙间的宽度乘以建筑物底板的长度（m2）；
∑PH——后墙水平荷载设计值，按主动土压力计算（N）；
μ0——沿滑动面土体颗粒之间的摩擦系数，μ0=tanφ，φ为土体的内摩擦角；
c——齿墙间滑动面上土体的内聚力（Pa），可采用试验值的1/4。
2）抗倾稳定应满足下式要求：
式中：Kq——抗倾稳定安全系数，可按表7.5.9-1和表7.5.9-2的规定采用；
Mq——总倾覆力矩设计值（N·m）；
Mkq——总抗倾力矩设计值（N·m）。
3）抗浮稳定应满足下式要求：
式中：Kf——抗浮稳定安全系数，可按表7.5.9-1和表7.5.9-2的规定采用；
G——抗浮力设计值，不包括设备重、使用及安装荷载（N）；
F——浮力设计值（N），按运行及施工时可能出现的高水位考虑，对岩石地基可按式7.5.9-5计算：
式中：γw——水的重度（N/m3）；
V0——建筑物淹没在水位以下部分的体积（m3）；
η——浮力作用面积系数，可根据岩石的构造情况、建筑物底板与基岩接合面的施工条件确定，亦可参考相似工程的已有经验确定，宜取0.7～1.0。
4）建筑物连同土体一起沿圆弧滑动建筑物连同土体一起沿圆弧滑动时，应满足下式要求：
式中：K——圆弧滑动稳定安全系数，可按表7.5.9-1和表7.5.9-2的规定采用；
Mf——总抗滑力矩设计值（N·m）；
M——总滑动力矩设计值（N·m）。
注：当前墙土体有保证时才能计入前墙土体的被动土压力，并宜根据土体实际情况适当折减。
4 当按圆弧滑裂面验算稳定时，应考虑水位降落期和渗流稳定期两种工况，并可采用简化法计算。有关土层的计算指标可按下列要求采用：
1）土的重度在浸润线以上用土体的自然重度。在浸润线以下、静水位以上计算滑动力时，用土体的饱和重度；计算抗滑力时，用土体的浮重度。在静水位以下用土体的浮重度；
2）土的抗剪强度：计算水位降落期时，采用饱和固结不排水的φ、c试验资料标准值。计算渗流稳定期时，采用固结排水的φ′、c′有效强度试验资料标准值。
7.5.10 取水建筑物及水泵房结构分析应符合下列规定：
1 取水建筑物和水泵房±0.00m层以下的结构应选用合理的计算模型进行内力计算。内力计算可根据建筑物重要性和结构形式采用空间整体结构分析或将整个结构分为若干单元，按其边界条件采用单块板、平面刚架或旋转壳进行计算，并考虑连接处不平衡内力的调整和传递。
2 考虑地震作用组合的混凝土结构构件，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数γRE，承载力抗震调整系数γRE取值根据相关规范取用。
3 对于抗震Ⅰ、Ⅱ类物项计算模型的确定应按下列要求执行：
1）对于质量和刚度不对称分布的建筑物宜计入平移和扭转的耦联作用；
2）当使用集中质量模型时，集中质量的个数不宜少于所计入的振型数的两倍；
3）在结构计算模型中，地基与结构的相互作用应按现行国家标准《核电厂抗震设计规范》GB 50267的规定执行；
4）应计入结构内水体以及附属部件等的质量；
5）应计入水体晃动和其他液压效应；
6）该系统建筑物抗震设计时的主体结构和子结构体系是否需要进行耦联计算应符合现行国家标准《核电厂抗震设计规范》GB 50267的规定；
7）材料阻尼比应按现行国家标准《核电厂抗震设计规范》GB 50267的规定执行。
7.5.11 取水建筑物及水泵房构件挠度及裂缝宽度应满足下列要求：
1 取水建筑物和水泵房内的屋面梁、吊车梁等应进行挠度计算。钢结构构件的挠度计算及限值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定执行。混凝土构件的挠度应满足表7.5.11-1的规定。
表7.5.11-1 构件挠度限值
注：1 表中l0为构件的计算跨度；
2 表中括号内的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；
3 如果构件制作时预先起拱，且使用上也允许，则在验算挠度时，可将计算所得的挠度值减去起拱值；对预应力混凝土构件，尚可减去预加力所产生的反拱值；
4 计算悬臂构件的挠度值时，其计算跨度l0按实际悬臂长度的2倍取用。
2 取水建筑物和水泵房钢筋混凝土构件应进行裂缝开展宽度验算，表面裂缝最大宽度计算值应满足表7.5.11-2的规定。
表7.5.11-2 表面裂缝计算宽度限值
注：1 对裂缝宽度无特殊外观要求的，当保护层设计厚度超过30mm时，可将厚度取为30mm计算裂缝的最大宽度；
2 环境作用等级按现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476划分。
7.5.12 取水建筑物和水泵房的地基应符合下列规定：
1 非核抗震类取水建筑物和水泵房的地基应根据工程地质和水文地质勘测资料、结构类型、施工和使用条件等要求进行设计，在保证建筑物正常使用的前提下，应优先采用天然地基；
2 核抗震类取水建筑物和水泵不应选取软土、液化土或填土等软弱土构成的地基，也不应选取水平方向力学性质差异很大的岩土作为地基；同一结构单元的地基不应一部分为人工地基而另一部分为天然地基，但允许在岩面上部分换填混凝土或毛石混凝土材料；
3 对于岩石地基上的取水建筑物和水泵房，为减少基岩的约束力，防止出现裂缝，底板与垫层间可设置隔离层。
7.5.13 取水建筑物和水泵房结构构造要求应按下列规定执行：
1 取水建筑物和水泵房±0.00m层以下部分，当为现浇式钢筋混凝土结构时，其伸缩缝之间的长度不宜超过以下数值：非岩石地基为40m，岩石地基为25m。当超过该规定时，应采取可靠的设计和施工措施。可采用的措施包括设置隔离层、后浇带，采用低热水泥、补偿收缩混凝土、合成纤维混凝土等，并严格控制混凝土的级配、水胶比和入仓温度，加强混凝土的振捣和施工养护等。临时宽缝应设置在受力最小处，并应采取必要的处理措施。
2 取水建筑物和水泵房的地下部分不应留施工缝。当必须留施工缝时，应采取以下措施：
1）施工缝位置应设在应力较小的断面内；
2）墙身不得留垂直施工缝，但设计考虑预留的临时宽缝除外；
3）墙身水平施工缝的位置宜高于底板500mm；
4）墙身留有孔洞时，施工缝应距孔洞边缘300mm以外；
5）底板不宜留施工缝。当必须留施工缝时，应采取有效的处理措施；
6）施工缝应按现行的施工验收规范的要求处理，其构造可采取的形式有：平式施工缝，适用于壁厚较薄及防水要求不高的结构；凹式或凸式施工缝，适用于壁厚较大的结构；止水片施工缝，适用于防水要求较高或钢筋较多的结构。
3 取水建筑物和水泵房±0.00m层以下钢筋混凝土结构的钢筋直径，为考虑施工及构造上的需要，墙板的竖向钢筋不宜小于12mm，水平钢筋不宜小于10mm，底板内的钢筋不宜小于10mm，海水环境中的钢筋不宜小于16mm。
7.5.14 当泵房采用沉井等其他结构形式时，结构设计应满足相关规范的要求。