临沧市水利水电勘测设计研究院 云南临沧 677000
摘要：本文主要研究了水工建筑物设计使用年限基本问题，明确了水工建筑物设计使用年限的一些基本理论和设计过程中需要关注的问题，合理选择水工建筑物设计使用年限，可以用较少的工程投资建设水工建筑物，让水工建筑物在设计使用年限范围内发挥最大效益。
关键词：水工建筑物；设计；使用年限
前言
水工建筑物具有唯一性，它不同房建工程具有可复制性，水工建筑物在前期设计过程中就受到诸多因素限制，如：水文、气象、地形地质条件、工程等级和受益范围等，故造成没有相同水工建筑物。我们在确定合理水工建筑物设计使用年限时候，就要充分考虑工程环境受限因素，还要考虑水工建筑物在运行期期间，受管理运行、自然环境、设计工况与实际不符等问题造成使用年限影响，故确定水工建筑物使用年限就要综合分析上述影响相关因素，这些都是水工建筑物设计使用年限研究的重点。
1设计使用年限的含义
设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一规定的时期内，只需要进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即水工建筑物在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。
2设计使用年限影响因素
人们在工作实践中发现，工程的使用年限与工程的失效概率（即工程的事故率）有关，一般把使用年限分为三个时段，三个时段的失效性质是有区别的。
2.1第一时段称为早期失效率。
早期失效的特点是失效率非常高，但随着工程运行时间的增加，失效率迅速下降。在这一时段失效的原因，主要是由于设计、施工、制造及安装过程中的缺陷造成的。例如大坝基础或坝肩灌浆质量达不到规范和设计要求，工程投入运行后局部渗水或严重漏水；对通过高速水流的局部体形设计不当，迎水面光滑度达不到设计要求，投入运行后有空蚀现象产生；对金属结构制造、安装控制不严，投入运行后达不到设计要求，或者是管理人员对新投产的工程或设备，管理操作不熟悉，亦会造成一些临时性的事故等。这些事故，在工程刚投入运行时是常见的，而且是较为普通的，但这些事故都是局部的，经过处理是可以解决的。随着运行时间的增加，事故率逐渐减少，最后可达列正常运行状态。这一时段的失效率，人们称它为早期失效率。
2.2第二时段称为恒定失效率。
有人也称这一时段为随机失效期，或稳定工作阶段。这一时段为工程结构最好的工作阶段，设计人员所设计的工程，应当在本时段能够保证其正常运行工作。这一时段也叫设计使用年限，其特点是失效率较低，工程运营比较稳定，事故常常是偶然性引起的，如意外的特大洪水、特大地震等（如1975年河南特大洪水、1976年唐山大地震）。一般在这一时段内，只要按规定操作，正常的管理和维护。则工程结构是可以按照设计预定的要求，正常工作，人们都希望把这一时段尽量延长些。
2.3第三时段称为工程结构老化失效率。
失效是由于材料老化、泥沙淤积及设备磨损等原因造成。在这一时段内，工程结构一旦发生事故不易修复，失效率随着时间的延长而急剧增加。到了这一时段，建筑物的各种构件和机械的大部件等，部份开始失效，人们根据失效的具体情况，采取补救措施，尽量延长一些使用年限。如水库库容被泥沙淤满后不能按设计要求运行，欲使水库继续发挥作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆就需要采取必要的措施，如对库区泥沙进行清出，扩大水库有效库容；或者扩大泄洪建筑物，以适应防洪的要求；或者加大坝高，使其恢复一定的调节能力，否则就达不到设计预定的功能。在这一时段内，不论是拦河坝的功能，还是电站的出力及对工程结构的操作运行方式等，都需作大的改变，甚至有些建筑物需要改建或扩建，不然工程就要报废。
由以上分析，第一、三时段失效概率与随运行时间增加变化很大。而第二时段变化比较稳定，我们设计工程，都希望尽量延长这一时段。但在实际工程设计中，一般认为工程是百年大计，只要建成就得万无一失。故在选择设计参数，特别是安全系数以及建筑物尺寸、材料用量等标准定的很高，增加了建设投资，又不能有效的发挥应有效益。
3水工建筑物设计使用年限确定
不同结构具有不同的安全性要求。这种要求的差别在物理空间中反映为各物理设计参数的代表值在取值上的严格与宽松，在概率空间则反映为目标失效概率的大与小，在时间空间中又可反映为预期使用年限的长短，体现在设计计算式中则为结构的重要性系数最后落实为结构材料用量的多寡。
原统一标准采用结构的重要性分类来体现不同性质结构的安全性差异。在制定设计计算式时，这种差异又体现为在相同设计使用年限内目标失效概率的差别（实际上，这是设计使用年限的另一个作用，即在用目标失效概率划分结构重要性时，为失效概率的比较建立一个相同的时间参考坐标），利用可靠度校准法，以重要性结构为基准，最终反映在设计表达式中的结构重要性系数的变化。
当今世界，随着人们生活水平的提高，要求服装、家用电器等产品的式样不断更新，这些产品的换代已逐年加快。因此，过去那种要求坚固耐用、一劳永逸的作法，在科学技术迅速发展的今天是不适宜的。房屋建筑亦是这样，建国初期二、三层的楼房较为普遍，以后发展为五、六层，后来向着十几层二十余层的高层建筑发展，到现在的超高层建筑，当然相应室内的布置和标准亦在提高。可以说，房屋建设的变化是很大的，如果设计使用年限采用50年，对于低层房屋来讲可能偏大（往往房屋还没有达到设计使用年限就由于不满足城市发展规划要求就进行拆除），根据当前我国实际情况，由于城市发展变化很快，不宜采用过长的设计使用年限。但对水工建筑物来说，由于工程量大、投资多、施工周期长，保护下游居民安全，迄今很少是由于科学技术的发展而将原有工程拆掉、按新标准重建的实例。只有部分小型工程，由于原设计存在问题，运行达不到预期要求，以及社会的发展变化，拆掉重建是有的，但对于大型工程确属罕见。
相同类型的结构或构件，其设计使用期限应该取为一致，这样才能使所规定的可靠度指标，在进行工程方案比较时有一个统一的尺度。水工结构工程设计统一标准，倾向于根据结构的重要性，分别选用不同的设计基准期，采用50年、100年。
结束语
综上所述，在分析水工建筑物设计使用年限的问题方面，只有通过综合判断分析，明确了水工建筑物重要性级别，以较经济来确定比较合适的设计设计使用年限。
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论文作者:董荣
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
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