水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南

1、水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南一 材料2二 水、土壓力計(jì)算3三 側(cè)壁內(nèi)力計(jì)算4四 底板內(nèi)力計(jì)算6五 配筋計(jì)算9六 裂縫寬度驗(yàn)算9七 側(cè)壁、底板厚度擬定 10八 抗浮驗(yàn)算 11九 工況組合 11十 構(gòu)造要求 11 十一 按強(qiáng)度及裂縫寬度控制的最大彎矩值（附表三） 14 十二 例題 26鋼鐵廠(chǎng)的設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常遇到水池，無(wú)論是煉鐵、煉鋼，還是軋鋼，都存在水池。因沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方法較為離散。結(jié)合給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（CECS 138:2002），對(duì)水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行一定的統(tǒng)一。一材料1砼強(qiáng)度等級(jí)不低于C25，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)不低于C30。2抗?jié)B等級(jí)，根據(jù)最大作用水頭與砼厚度的比值確定

2、 最大作用水頭與砼壁、板厚度之比i w 抗?jié)B等級(jí)10103030 S4 S6 S8注：抗?jié)B等級(jí)si 的定義系指齡期為28d 的砼試件，施加i ×0.1MPa 水壓后滿(mǎn)足不滲水指標(biāo)一般情況下采用S6即可滿(mǎn)足要求。3抗凍等級(jí)最冷月平均氣溫低于3的地區(qū)，外露的鋼筋砼構(gòu)筑物的砼應(yīng)具有良好的抗凍性能，按下表采用：大氣溫度最冷月平均氣溫低于10最冷月平均氣溫在310 抗凍等級(jí) F200 F150砼抗凍等級(jí)Fi 系指齡期為28d 的砼試件，在進(jìn)行相應(yīng)要求凍融循環(huán)總次數(shù)i 次作用，其強(qiáng)度降低不大于25%，重量損失不超過(guò)5%。最冷月平均氣溫在民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50176-93中查取。如：北京

3、4.5 天津 4.0通化 16.1 石家莊 2.9承德 9.4 西安 0.9太原 6.5 本溪 12.2蘭州 6.7 銀川 8.9基本上除東北、西北和華北的大部分地區(qū)外，其他地區(qū)均不需要考慮砼抗凍要求。二水、土壓力計(jì)算1水壓力按季節(jié)最高水位計(jì)算水壓力，勘察報(bào)告中一般提出勘察期間地下 水位，可根據(jù)勘察的季節(jié)及水位變化幅度確定計(jì)算水位，準(zhǔn)永久值系數(shù)為1.0。2土壓力地下水位以上土的重度取18kN/m3，主動(dòng)土壓力系數(shù)K a 可按1/3，準(zhǔn)永久值系數(shù)為1.0。 地下水位以下取土的有效重度，可按10 kN/m3，3地面堆積荷載（作用于水池側(cè)面）準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.5。 無(wú)特殊情況時(shí)，地面堆積荷載取10

4、kN/m2，4汽車(chē)荷載（作用于水池側(cè)面）等代均布荷載見(jiàn)下表，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0。荷載等級(jí) 等代均布荷載汽車(chē)10級(jí)kN/m2汽車(chē)15級(jí)kN/m2汽車(chē)20級(jí)kN/m25列車(chē)荷載（作用于水池側(cè)面）若枕木在滑裂體（與水平面夾角55°斜面形成的滑裂體）以外，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0。 則不需考慮；否則按60 kN/m2等代均布荷載考慮，上述均布荷載乘以主動(dòng)土壓力系數(shù)K a 后作為矩形分布的荷載作 三側(cè)壁內(nèi)力計(jì)算1平長(zhǎng)壁板所謂平長(zhǎng)壁板，即L B /HB 2（有頂板）或L B /HB 3（無(wú)頂板） 的側(cè)壁板。取1m 寬截條按豎向單向受彎計(jì)算，下端為固接，上端為自由（無(wú)頂板時(shí)）、鉸接（有頂板或局部走道板）。此

5、時(shí)應(yīng)考慮水平角隅彎矩，即驗(yàn)算構(gòu)造水平筋能否滿(mǎn)足水平角隅處的強(qiáng)度及裂縫寬度。水平向角隅處彎矩：M cx =mc qH B 2q 均布荷載或三角形荷載的最大值（kN/m2）m c 見(jiàn)下表： 荷載類(lèi)別均布荷載 池壁頂端支承條件 m c 自由 鉸接 0.2180.104 三角形荷載 自由鉸接2深長(zhǎng)壁板所謂深長(zhǎng)壁板，即H B /LB 2的側(cè)壁板，按兩部分計(jì)算：從底板頂面算起，2L B 以上部分按水平單向受彎計(jì)算，02LB 部分按雙向板計(jì)算，從底板頂面算起2L B 處視為自由邊。3矩形水池除上述兩種情況外，即介于平長(zhǎng)、深長(zhǎng)之間的壁板，按雙向受彎計(jì)算，以計(jì)算手冊(cè)或軟件進(jìn)行計(jì)算。4圓形水池池壁根據(jù)水池高度、半

6、徑及壁厚確定計(jì)算模型，見(jiàn)下表：H/S圓柱殼內(nèi)力計(jì)算模型 計(jì)算可用水工結(jié)構(gòu)手冊(cè)圖表人工計(jì)算，也可用SAP 2000軟件進(jìn)行計(jì)算。人工計(jì)算較繁瑣，最好以SAP 2000進(jìn)行計(jì)算。四底板內(nèi)力計(jì)算1長(zhǎng)條水池（凈長(zhǎng)/凈寬2）（1）池壁頂以上無(wú)荷載（如無(wú)冷卻塔等）或荷載較小底板底面承受由側(cè)壁傳來(lái)的彎矩，分別按基本組合設(shè)計(jì)值和準(zhǔn)永久組合設(shè)計(jì)值計(jì)算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構(gòu)造配筋，即滿(mǎn)足最小配筋率。按最小配筋率確定的鋼筋面積：、0.21%（C30） A s =min ×bh ， min 為0.20%（C25）也可根據(jù)厚度查表，選取較小配筋，表中配筋率= As /bh0，其一定min ×h

7、/h0， A s /bhmin ，等同于A(yíng) s /bh0min ×h/h0。 （2）池壁頂以上有荷載（如冷卻塔等） 底板以基底凈反力按 1m 寬簡(jiǎn)支板計(jì)算，但要將壁板底部彎矩加到支座處，以降低底板跨中彎矩，M z =ql 2/8-MB 。基底凈反力包括壁板、頂板及上部冷卻塔等設(shè)備自重， 而不包括池內(nèi)水重及底板自重。采用樁基時(shí)以樁的凈反力 作為集中力計(jì)算跨中彎炬，板邊負(fù)彎矩等于壁板底部彎炬，跨中正彎矩以負(fù)彎矩抵消一部分。 。2一般矩形水池（凈長(zhǎng)/凈寬2）（1）池壁頂以上無(wú)荷載（如無(wú)冷卻塔等）或荷載較小底板底面承受由側(cè)壁傳來(lái)的彎矩，分別按基本組合設(shè)計(jì)值和準(zhǔn)永久組合設(shè)計(jì)值計(jì)算配筋和裂縫寬度

8、。底板頂面按構(gòu)造配筋，即最小配筋率和考慮超長(zhǎng)時(shí)的構(gòu)造縱筋。（2）池壁頂以上有荷載（如冷卻塔等）底板以基底凈反力按四邊簡(jiǎn)支板計(jì)算，但要將壁板底部彎矩加到支座處，以降低底板跨中彎矩。基底凈反力包括壁板、頂板及上部冷卻塔等設(shè)備自重，而不包括池內(nèi) 水重及底板自重?？缰袕澗氐挠?jì)算采用 下述方法：M y ，先根據(jù)靜力計(jì)算手冊(cè)按雙向板計(jì)算跨中短向、長(zhǎng)向彎矩M x 、假定底板的長(zhǎng)邊與短邊由壁板所傳彎矩為M x 0、M y 0，則考慮支座負(fù)彎矩后的跨中彎矩按下式計(jì)算M xx =Mx -m xx Mx 0-m xy M y 0 M yy =My -m yx Mx 0-m yy M y 0m xx 長(zhǎng)邊負(fù)彎矩在短向

9、跨中的彎矩系數(shù) m xy 短邊負(fù)彎矩在短向跨中的彎矩系數(shù) m yx 長(zhǎng)邊負(fù)彎矩在長(zhǎng)向跨中的彎矩系數(shù) m yy 短邊負(fù)彎矩在長(zhǎng)向跨中的彎矩系數(shù) 上述系數(shù)見(jiàn)下表： 采用樁基時(shí)，以樁的凈反力作為集中力計(jì)算跨中彎矩，板邊負(fù)彎矩等于壁板底部彎矩，跨中正彎矩以負(fù)彎矩抵消一部分。5 圓形底板 五配筋計(jì)算1彎矩計(jì)算中，水、土壓力乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)1.27，地面堆積 及車(chē)輛荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)1.4。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的池外土壓力荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0；計(jì)算底板跨中彎矩時(shí)，若考慮側(cè)壁彎矩的有力影響，則側(cè)壁彎矩荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0。2以基本組合的設(shè)計(jì)值彎矩計(jì)算配筋面積，可人工計(jì)算，也可 以構(gòu)件計(jì)算軟件計(jì)算，應(yīng)注意

10、保護(hù)層厚度問(wèn)題，即鋼筋合力點(diǎn)至壁邊緣距離a s ，見(jiàn)下表：鋼筋擺放順序 水平鋼筋在外 水平鋼筋在內(nèi)水平鋼筋a （s mm 35 55豎向鋼筋a （s mm 50(4040截面有效高度h 0=h-as六裂縫寬度驗(yàn)算1先按配筋計(jì)算結(jié)果選配出鋼筋的直徑及間距，然后驗(yàn)算裂縫 寬度。2裂縫寬度驗(yàn)算采用準(zhǔn)永久組合值彎矩，水、土壓力按標(biāo)準(zhǔn)值， 地面堆積荷載按標(biāo)準(zhǔn)值的0.5，汽車(chē)、列車(chē)荷載不考慮。 3裂縫寬度限值軋鋼、煉鋼、煉鐵等水處理設(shè)施： 0.25mm 污水處理設(shè)施： 0.20mm4裂縫寬度計(jì)算按給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB 50069-2002）附錄A 進(jìn)行，現(xiàn)有Excel 計(jì)算表格可用。 5

11、受力鋼筋的保護(hù)層厚度：側(cè)壁取30mm ，與污水接觸取35mm ，當(dāng)表面有水泥砂漿或涂料時(shí)可減少10mm ；底板取40mm 。受力筋可能是水平筋或豎筋。七側(cè)壁、底板厚度擬定1側(cè)壁厚度可參考下列表格初步擬定埋置情 況 平面形狀壁頂部邊界條件有板或梁 自由 有板或梁 自由 有板或梁 自由 有板或梁 自由埋深范圍水平長(zhǎng)度內(nèi)有、無(wú)/高度地下水 L B /HB 有無(wú)有無(wú) 有 2 無(wú) 有 2 無(wú) 有 2 無(wú) 有 2 無(wú) 2深度平方/直徑H 2/D 20 20壁厚地下水池 地下水池圓形矩形 矩形地上水池矩形2 2 2H/25H/30 H B /12 H B /15 H B /10 H B /12 H B /1

12、5 H B /18 H B /12 H B /15 H B /12 H B /10 H B /15H B /12注 1） 壁厚按50 mm的倍數(shù)取值，水池較深時(shí)應(yīng)采用變厚度形式，壁厚在任何情況下不小于250 mm。 按假定厚度試算，按強(qiáng)度或裂縫寬度確定的配筋率應(yīng)在0.30.8%2）之間，最好在0.40.6%之間。若配筋率0.3%，應(yīng)減小厚度；若配筋率0.8%，應(yīng)加大厚度。控制裂縫寬度最好用提高配筋率的方法，而不用加大厚度的方法。 3）2底板厚度底板厚度按壁厚的1.21.5倍，以1.2倍起算，與壁板類(lèi)似，以配筋率控制。采用樁基時(shí)，為使樁與池壁中心線(xiàn)一致，應(yīng)將底板外挑。八抗浮驗(yàn)算按最高地下水位計(jì)算

13、底板底面的浮托力，不計(jì)池內(nèi)水重，以池壁、底板自重抵抗地下水浮托力，抗浮系數(shù)1.05。采用樁基時(shí)，可考慮加上樁的抗拔承載力特征值來(lái)抵抗浮托力。 九工況組合 1地下水池在池外水、土壓力（包括地面荷載）作用下的計(jì)算，此時(shí)不考慮 池內(nèi)水壓力；此時(shí)不考慮地面荷載及池外地下水的作在池內(nèi)水壓力作用下的計(jì)算，用，但應(yīng)以池外土壓力抵消一部分池內(nèi)水壓力產(chǎn)生的彎矩，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，此時(shí)的土壓力荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0。2地上水池地上水池指埋深較小的水池，底板頂面位于地面以下1m ，這種情況可只作在池內(nèi)水壓力作用下的計(jì)算。十構(gòu)造要求 1. 伸縮縫間距（m ）地下水池（有覆土） 頂面外露水池40 30 20非嚴(yán)寒、非寒冷地區(qū)嚴(yán)

14、寒、寒冷地區(qū)注：超出上表限值時(shí)，以留后澆帶或摻膨脹劑措施解決。2水平構(gòu)造筋、敞口水池池頂構(gòu)造筋見(jiàn)附表一、二；轉(zhuǎn)角處鋼 筋構(gòu)造見(jiàn)構(gòu)造附圖；3受力筋及構(gòu)造筋盡可能采用直徑較小的鋼筋，鋼筋間距盡可 能100（轉(zhuǎn)角處因鋼筋搭接而加密除外），也200。4筋置于豎筋外側(cè)，這兩種情況豎筋保護(hù)層厚度均為30mm 。當(dāng)水平筋為主要受力筋時(shí)，水平筋置于豎筋外側(cè)，此時(shí)水平筋保護(hù)層厚度為30mm 。附表一 水池水平構(gòu)造配筋：壁厚或底板厚 （mm ）未超過(guò)伸縮縫 超過(guò)伸縮縫 間距時(shí) 間距時(shí)HRB 335備注250350 400550 600750 8001000 10501250 1300150012200 14200

15、 16200 1615018150 附表二 敞口水池池壁頂面水平配筋：壁厚250950 (mm 配筋HRB3351000320U 型套箍高200 8200構(gòu)造附圖： 側(cè)壁、底板轉(zhuǎn)角處 側(cè)壁、底板交接處圖中l(wèi) 按下列取值： 相鄰壁水平較小凈跨長(zhǎng)/4或中間壁水平凈跨長(zhǎng)/4 兩者取較小值，并不小于500側(cè)壁凈高/4十一按強(qiáng)度及裂縫寬度控制的最大彎矩值（附表三） 1受力鋼筋保護(hù)層厚度按30 mm，當(dāng)30mm 時(shí)，將強(qiáng)度彎矩值M 乘以折減系數(shù)0.95（h 600）、0.98（h 600）進(jìn)行折減；將裂、0.95（h 700）。 縫寬度彎矩值M q 乘以折減系數(shù)0.90（h 700）2強(qiáng)度控制的最大彎矩M

16、 系指按表中給定的配筋推算出的最大彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)與在水、土壓力及地面活荷載、車(chē)輛荷載作用下的基本組合彎矩值對(duì)應(yīng)，即考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。3裂縫控制的最大彎矩M q 系指裂縫寬度為0.25 mm時(shí)，按表中給定的配筋推算出的最大彎矩值，應(yīng)與在水、土壓力及地面活荷載作用下的準(zhǔn)永久組合彎矩值對(duì)應(yīng)，不計(jì)車(chē)輛荷載，并考慮地面活荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)0.5。4設(shè)計(jì)人計(jì)算出兩種彎矩后，先核實(shí)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的彎矩值，滿(mǎn)足后再核實(shí)裂縫對(duì)應(yīng)的彎矩值，兩項(xiàng)必須都滿(mǎn)足，即計(jì)算出的兩項(xiàng)彎矩值必須都小于表中數(shù)值。5計(jì)算彎矩值應(yīng)按鋼筋直徑從小到大順序與表中最接近的彎矩值對(duì)應(yīng)，查看配筋率，若0.3%或0.8%，則應(yīng)考慮減小或加大側(cè)壁或底板厚

17、度。查表時(shí)，應(yīng)首優(yōu)先選用直徑較小的鋼筋，這樣可在相同裂縫寬度下降低鋼筋用量。6未列入表中的配筋，小直徑鋼筋屬不滿(mǎn)足最小配筋率，大直徑鋼筋屬配筋率過(guò)大，前者不得采用，后者一般也不采用。7轉(zhuǎn)角處鋼筋間距可能變?yōu)?0、75，可按100、150的強(qiáng)度及裂縫控制的彎矩值分別乘以1.5、1.8。附表三 按強(qiáng)度及裂縫寬度控制的最大彎矩值壁、底板 厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ）間距裂縫控制的最 配筋率 大彎矩M q (% （kN ·m ） A s /bh0 C251220031 15043 0.352501410064 20041 1505

18、3 10084 1620049 150100110 0.9530012 15055 10078 1420050 15067 100101 1620062 15081 100129壁、底板 厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最大彎矩M q （kN ·m ） C25 C30配筋率(% A s /bh03001894 73 77 98 103 169 69 58 5835016 1495 101 70 52 52 93 82 89 125 91 77 77 97 104 155 1888 95 122

19、 193 400121 0.31 1493 93 146 1679 79 124 178壁、底板 厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最 大彎矩M q （kN ·m ） C25 C30配筋率(% A s /bh040018200111 150143 10021820200128 150167 100266 0.87450131 0.27 1415095 950.25100169 1620081 810.24150140 100203 18200114 150166 100244 20200151

20、150191 100294 0.77壁、底板 厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最 大彎矩M q （kN ·m ） C25 C30配筋率 (% A s /bh00.24 0.33 0.2950020 181002000.28 150100200150100 225500.30 161500.26 100 182000.25 150100壁、底板 厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最大彎矩M q （kN &#

21、183;m ） C25 C30配筋率(% A s /bh020232 160 306 245 449 356550 22279 211 366 276 534 420 600252 326 0.36 18209 120 0.23 276 207 407 334 20256 163 0.28 338 275 496 390 22307 214 404 307 592 455 25391 285 518 365壁、底板 厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最 大彎矩M q （kN ·m ） C25 C

22、30 配筋率 (% A s /bh00.25 0.33 0.2865022 200.26 250.807000.23 0.30 180.25 200.24 配筋 （HRB335） 直徑間距強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30裂縫控制的最大彎矩M q （kN ·m ） C25 C30配筋率 (% A s /bh0壁、底板 厚度 (mm367 0.2922 484 711700 468 25 616 899 750417 419 331 0.28 18 355 0.24526 20 435 0.29642 200 393395 222 2220.2722 5

23、22 768505 25 665 973 800444 446 334 0.26 556 560 469 0.33壁、底板厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最 配筋率大彎矩M q (% （kN ·m ） A s /bh0 C25 C3020 1501002008001000.31 0.39 25200150100850100100150100 2220015010025200150100壁、底板厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C2

24、5 C30 裂縫控制的最 配筋率大彎矩M q (% （kN ·m ） A s /bh0 C25 C30636 0.30 20526 0.24 779900933 25612 0.29 808 28760 1000713 0.26 873 0.33 22708 0.26 25686 0.26 906壁、底板厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最大彎矩M q （kN ·m ） C25 C30配筋率(% A s /bh0100028200150787 100 10011002215010087

25、9 25200150100 28200150817 100 1200676 0.27 890 0.33 25150595 0.28 100 28200476 0.27 150826 100壁、底板厚度 (mm配筋 （HRB335） 直徑間距 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M （kN ·m ） C25 C30 裂縫控制的最大彎矩M q （kN ·m ） C25 C30配筋率(% A s /bh0120032200702 1501001300900 25150600 100 28200480 150835 100 32200708 150 100注：1. 配筋率帶下劃線(xiàn)者為較適宜的配筋率。2. 近為前提，即壁厚或底板厚較合適。3. 當(dāng)厚度受某種彎矩（如支座處）控制已確定時(shí)，矩較小部位（如跨中）配筋應(yīng)采用滿(mǎn)足最小配筋率的較小配筋，而不應(yīng)采用適宜配筋率的配筋。十二. 例題長(zhǎng)條水池，截取 1m 寬側(cè)壁，按下端固接、上端鉸接進(jìn)行計(jì)算。 荷載： 土壓力 qs=(18×1+10×4×1/319.33 kN/m 水壓力 qw10×440 kN/m 地面荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力 qm10×1/3=3.3