水池結構設計指南設計

工業(yè)建筑結構設計

混凝土結構設計指南及規(guī)定

第六冊水池結構設計指南

（共八冊）

中冶京誠工程技術

工業(yè)建筑院

二OO五年七月

目錄

一?材料.........................................2

二.水、土壓力計算..............................3

三.側壁力計算................................4

四.底板力計算................................6

五.配筋計算....................................9

六.裂縫寬度驗算................................9

七.側壁、底板厚度擬定..........................10

八.抗浮驗算....................................11

九.工況組合...................................11

十.構造要求....................................11

十一.按強度及裂縫寬度控制的最大彎矩值（附表三）…14

十二.例題........................................26

編制：緒華

審核：衍法

編程：覃嘉仕

資料

鋼鐵廠的設計中會經常遇到水池，無論是煉鐵、煉鋼，還是軋鋼,

都存在水池。因沒有統(tǒng)一的設計方法，導致設計方法較為離散。結合

《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規(guī)程》(CECS138:2002),

對水池結構的設計方法進行一定的統(tǒng)一。

--材料

1.險強度等級不低于C25,嚴寒和寒冷地區(qū)不低于C30。

2.抗?jié)B等級，根據最大作用水頭與碎厚度的比值確定

最大作用水頭與碎壁、板厚度之比抗?jié)B等級

iw

<10S4

10-30S6

>30S8

注：抗?jié)B等級si的定義系指齡期為28d的碎試件，施加

ixO.IMPa水壓后滿足不滲水指標

一般情況下采用S6即可滿足要求。

3.抗凍等級

最冷月平均氣溫低于-的地區(qū)，外露的鋼筋砂構筑物的已應

具有良好的抗凍性能，按下表采用：

大氣溫度抗凍等級

最冷月平均氣溫低于-10℃F200

最冷月平均氣溫在-3?-10℃F150

驗抗凍等級Fi系指齡期為28d的碎試件，在進行相應要求凍融

循環(huán)總次數(shù)i次作用，其強度降低不大于25%,重量損失不超過5%。

資料

最冷月平均氣溫在《民用建筑熱工設計規(guī)》GB50176-93中查取。

如：

-4.5℃天津一4.0℃

-16.1℃-2.9℃

-9.4℃-0.9℃

-6.5℃-12.2℃

-6.7℃-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

考慮險抗凍要求。

水、土壓力計算

1.水壓力

按季節(jié)最高水位計算水壓力，勘察報告中一般提出勘察期間地下

水位，可根據勘察的季節(jié)及水位變化幅度確定計算水位，準永久值系

數(shù)為1.0o

2.土壓力

主動土壓力系數(shù)Ka可按1/3,地下水位以上土的重度取

18kN/m3,地下水位以下取土的有效重度，可按10kN/m3,準永久

值系數(shù)為1.0o

3.地面堆積荷載（作用于水池側面）

無特殊情況時，地面堆積荷載取10kN/m2,準永久值系數(shù)為0.5o

4.汽車荷載（作用于水池側面）

資料

等代均布荷載見下表，準永久值系數(shù)為0。

荷載等級等代均布荷載

汽車一10級10kN/m2

汽車一15級12kN/m2

汽車一20級15kN/m2

5.列車荷載（作用于水池側面）

若枕木在滑裂體（與水平面夾角55°斜面形成的滑裂體）以外,

則不需考慮；否則按60kN/m2等代均布荷載考慮，準永久值系數(shù)為

0o

上述均布荷載乘以主動土壓力系數(shù)Ka后作為矩形分布的荷載作

用于池壁上。

三.側壁力計算

1.平長壁板

所謂平長壁板，即LB/HB>2（有頂板）或LB/HB>3（無頂板）

的側壁板。取1m寬截條按豎向單向受彎計算，下端為固接，上端為

資料

自由（無頂板時）、較接（有頂板或局部走道板）。

此時應考慮水平角隅彎矩，即驗算構造水平筋能否滿足水平角隅

處的強度及裂縫寬度。

水平向角隅處彎矩:

2

Mcx=mcqHB

q—均布荷載或三角形荷載的最大值（kN/m2）

me見下表:

荷載類別池壁頂端支承條件mc

均布荷載自由0.426

較接0.218

三角形荷載自由0.104

較接0.035

2.深長壁板

所謂深長壁板，即HB/LB>2的側壁板,

按兩部分計算：

從底板頂面算起，2LB以上部分按

資料

水平單向受彎計算，。?2LB部分按雙向板

計算，從底板頂面算起2LB處視為自由邊。

3.矩形水池除上述兩種情況外，即介于平長、深長之間的壁板,

按雙向受彎計算，以計算手冊或軟件進行計算。

4.圓形水池池壁

根據水池高度、半徑及壁厚確定計算模型，見下表：

H/S圓柱殼力計算模型

H/S<1按豎向單向計算，類似于平板

1<H/S<15按殼體計算環(huán)向和豎向力

H/S>15頂端自由時，H/S>15部分的圓柱，按無約

束的自由圓柱殼計算薄膜力

H：圓柱殼池壁高度S:圓柱殼的彈體特征系數(shù)，S=0.76j麗

R：圓柱殼計算半徑h:池壁厚度

計算可用水工結構手冊圖表人工計算，也可用SAP2000軟件進

行計算。人工計算較繁瑣，最好以SAP2000進行計算。

四.底板力計算

1.長條水池（凈長/凈寬>2）

（1）池壁頂以上無荷載（如無冷卻塔等）或荷載較小

底板底面承受由側壁傳來的彎矩，分別按基本組合設計值和準永

久組合設計值計算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構造配筋，即滿足最

小配筋率。按最小配筋率確定的鋼筋面積：

資料

As=PminXbh,Qmin為0.20%(C25)、0.21%(C30)

也可根據厚度查表，選取較小配筋，表中配筋率P=As/bho,其

PminXh/ho,As/bh>Qmin,等同于As/bh。>QminXh/ho°

(2)池壁頂以上有荷載(如冷卻塔等)

底板以基底凈反力按1m寬簡支板計算，但要將壁板底部彎矩加

2

到支座處，以降低底板跨中彎矩，Mz=q//8-MBo基底凈反力包括壁

板、頂板及上部冷卻塔等設備自重，

而不包括池水重及底板自重。。???????一'

(ITTIIT11Tli/

采用樁基時以樁的凈反力

作為集中力計算跨中彎炬，

板邊負彎矩等于壁板底部彎炬，跨中正彎矩以負彎矩抵消一部分。

注意此處的負彎矩用作強度計算時，荷載分項系數(shù)為1.0。

2.一般矩形水池(凈長/凈寬&2)

(1)池壁頂以上無荷載(如無冷卻塔等)或荷載較小

底板底面承受由側壁傳來的彎矩，分別按基本組合設計值和準永

久組合設計值計算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構造配筋，即最小配

筋率和考慮超長時的構造縱筋。

(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支板計算，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

卻塔等設備自重，而不包括池

I--------------------C-q--------------1----------------------------r

水重及底板自重。'，

/TA/'

/|X_'j/■-'.

資料''

跨中彎矩的計算采用

下述方法:

先根據靜力計算手冊按雙向板計算跨中短向、長向彎矩Mx、My,

假定底板的長邊與短邊由壁板所傳彎矩為Mx。、My。，則考慮支座負彎

矩后的跨中彎矩按下式計算

00

Mxx=Mx-mXxMx-mxyMy

Myy=My-myx

mxx——長邊負彎矩在短向跨中的彎矩系數(shù)

mxy——短邊負彎矩在短向跨中的彎矩系數(shù)

myx——長邊負彎矩在長向跨中的彎矩系數(shù)

myy——短邊負彎矩在長向跨中的彎矩系數(shù)

上述系數(shù)見下表:

L

1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0

W

0.160.210.260.3180.360.410.450.490.520.560.59

mx0466244822

X

0.300.280.270.2510.230.210.190.170.150.140.12

mx6800245826

y

0.300.310.320..320.320.310.310.300.300.290.28

m

y66044848048

X

0.160.100.070.0470.020.0100000

m

y06428

y

資料

采用樁基時，以樁的凈反力作為集中力計算跨中彎矩，板邊負彎

矩等于壁板底部彎矩，跨中正彎矩以負彎矩抵消一部分。

5.圓形底板

周邊支座形式半徑r處的徑向彎矩半徑r處的切向彎矩

吃嗡1一城.M=99-902)刷

較接

吃=》7—1刎）冰2

固接

q-1m寬的板基底凈反力（kN/m2xm）R一圓板半徑

R

五.配筋計算

1.彎矩計算中，水、土壓力乘以荷載分項系數(shù)1.27,地面堆積

及車輛荷載產生的側壓力乘以荷載分項系數(shù)1.4o

池有水，考慮池外土壓力時,強度計算時的池外土壓力荷載分項

系數(shù)取1.0；計算底板跨中彎矩時，若考慮側壁彎矩的有力影響,則

側壁彎矩荷載分項系數(shù)取1.0。

2.以基本組合的設計值彎矩計算配筋面積，可人工計算，也可

以構件計算軟件計算，應注意保護層厚度問題，即鋼筋合力點至壁邊

緣距離a$,見下表：

鋼筋擺放順序水平鋼筋as（mm）豎向鋼筋as（mm）

水平鋼筋在外3550(40)

水平鋼筋在5540

截面有效高度ho=h-as（括號數(shù)字用于水平筋為構造筋時）

六.裂縫寬度驗算

資料

1.先按配筋計算結果選配出鋼筋的直徑及間距，然后驗算裂縫

范度。

2.裂縫寬度驗算采用準永久組合值彎矩，水、土壓力按標準值,

地面堆積荷載按標準值的0.5,汽車、列車荷載不考慮。

3.裂縫寬度限值

軋鋼、煉鋼、煉鐵等水處理設施：0.25mm

污水處理設施：0.20mm

4.裂縫寬度計算按《給水排水工程構筑物結構設計規(guī)》

(GB50069-2002)附錄A進行，現(xiàn)有Excel計算表格可用。

5.受力鋼筋的保護層厚度：

側壁取30mm,與污水接觸取35mm,當表面有水泥砂漿或涂料

時可減少10mm;底板取40mm。受力筋可能是水平筋或豎筋。

七.側壁、底板厚度擬定

1.側壁厚度可參考下列表格初步擬定

埋置情壁頂部埋深圍水平長度深度平

平面形狀壁厚

況邊界條有、無地/高度方/直徑

LB/HBH2/D

件下水

H/20

有<20

圓形

H/25

無

H/25

地下水有>20

H/30

池無

H/12

地下水有板或有>2B

資料

HB/15

池梁無

矩形

HB/10

自由有>2

矩形

H/12

無B

HB/15

有板或有<2

HB/18

梁無

HB/12

自由有<2

HB/15

無

HB/12

有板或>2—

梁

地上水矩形

HB/10

自由>2—

池

HB/15

有板或<2—

梁

HB/12

自由<2—

注1）壁厚按50mm的倍數(shù)取值，水池較深時應采用變厚度形式，壁

厚在任何情況下不小于250mm。

2）按假定厚度試算，按強度或裂縫寬度確定的配筋率應在0.3?0.8%

之間，最好在0.4?0.6%之間。若配筋率＜0.3%,應減小厚度；

若配筋率＞0.8%,應加大厚度。

3）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。

2.底板厚度

底板厚度按壁厚的1.2?1.5倍，以1.2倍起算，與壁板類似，以

資料

配筋率控制。采用樁基時，為使樁與池壁中心線一致，應將底板外挑。

八.抗浮驗算

按最高地下水位計算底板底面的浮托力，不計池水重，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，可考慮加上樁的抗拔承載力特征值來抵抗浮托力。

九.工況組合

1.地下水池

在池外水、土壓力（包括地面荷載）作用下的計算,此時不考慮

池水壓力；

在池水壓力作用下的計算,此時不考慮地面荷載及池外地下水的

作用，但應以池外土壓力抵消一部分池水壓力產生的彎矩,強度計算

時，此時的土壓力荷載分項系數(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w1m,這

種情況可只作在池水壓力作用下的計算。

十.構造要求

1.伸縮縫間距（m）

地下水池（有覆土）40

頂面外露水池30非嚴寒、非寒冷地區(qū)

20嚴寒、寒冷地區(qū)

注：超出上表限值時，以留后澆帶或摻膨脹劑措施解決。

2.水平構造筋、敞口水池池頂構造筋見附表一、二；轉角處鋼

資料

筋構造見構造附圖；

3.受力筋及構造筋盡可能采用直徑較小的鋼筋，鋼筋間距盡可

能4100(轉角處因鋼筋搭接而加密除外)，也》200。

4.水平筋一般置于豎筋側，水池長度超過伸縮縫間距時水平筋

置于豎筋外側,這兩種情況豎筋保護層厚度均為30mm。

當水平筋為主要受力筋時，水平筋置于豎筋外側，此時水平筋保

護層厚度為30mm。

附表一水池水平構造配筋：

壁厚或底板厚未超過伸縮縫超過伸縮縫備注

(mm)間距時間距時

HRB335

250-350912200@12150

400-550(/p>

600-750中16200(P14100

800-1000916150916100

1050-1250918100

1300-1500918150920100

附表二敞口水池池壁頂面水平配筋:

壁厚250?500550?700750?950U型套箍

(mm)

1000高200

配筋3cp164cp184cp206cp20cp8200

HRB335

資料

構造附圖:

圖中I按下列取值：

相鄰壁水平較小凈跨長乂］

A

或中間壁水平凈跨長/4y兩者取較小值，并不小于500

側壁凈高/4

資料

十一.按強度及裂縫寬度控制的最大彎矩值(附表三)

1.受力鋼筋保護層厚度按30mm,當>30mm時，將強度彎矩

值M乘以折減系數(shù)0.95(h<600)s0.98(h>600)進行折減；將裂

縫寬度彎矩值Mq乘以折減系數(shù)0.90(h<700)、0.95(h>700)o

2.強度控制的最大彎矩M系指按表中給定的配筋推算出的最大

彎矩設計值，應與在水、土壓力及地面活荷載、車輛荷載作用下的基

本組合彎矩值對應,即考慮荷載分項系數(shù)。

3.裂縫控制的最大彎矩Mq系指裂縫寬度為0.25mm時，按表

中給定的配筋推算出的最大彎矩值，應與在水、土壓力及地面活荷載

作用下的準永久組合彎矩值對應,不計車輛荷載，并考慮地面活荷載

的準永久值系數(shù)0.5。

4.設計人計算出兩種彎矩后，先核實強度對應的彎矩值，滿足

后再核實裂縫對應的彎矩值，兩項必須都滿足，即計算出的兩項彎矩

值必須都小于表中數(shù)值。

5.計算彎矩值應按鋼筋直徑從小到大順序與表中最接近的彎矩

值對應，查看配筋率，若<0.3%或>0.8%,則應考慮減小或加大側壁

或底板厚度。查表時，應首優(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，小直徑鋼筋屬不滿足最小配筋率，大直

徑鋼筋屬配筋率過大，前者不得采用，后者一般也不采用。

7.轉角處鋼筋間距可能變?yōu)?0、75,可按100、150的強度及

資料

裂縫控制的彎矩值分別乘以1.5、1.8。

附表三按強度及裂縫寬度控制的最大彎矩值

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

(HRB335)大彎矩

厚度M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C30C25C30

直徑間距

200353531310.26

(p12150464643460.35

100686864670.53

200474741440.36

250(p14150616253570.48

100899184880.62

200606149520.47

cp16150787966700.63

1001121151101140.95

cp12150575855550.29

100848578830.43

200585950500.29

300(p14150777767720.39

1001121141011050.59

200757662670.38

cp16150989981860.51

資料

1001421451291340.77

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直徑間距

200939473770.49

300cp18150122124981030.65

1001741791641690.97

(p12150696958580.24

100101102951010.36

200707052520.24

cp14150929382890.33

1001351371181250.49

350200909177770.32

cp16150118120971040.43

1001731751491550.64

20011211388950.41

(p181501471491161220.55

1002132171861930.82

cp121001181191131210.31

cp1415010810893930.28

資料

4001001581601381460.42

20010510679790.28

cp161501391401151240.37

1002032051701780.56

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直徑間距

2001311321061110.35

cp181501731741351430.47

4001002512552092180.70

2001601621201280.44

cp201502092121581670.58

1003023082572660.87

(p121001351361311310.27

cp1415012312495950.25

1001811831581690.37

20012012181810.24

450(p161501591601351400.33

1002332351922030.49

2001501521141140.31

資料

cp181501982001551660.41

1002892932332440.62

2001841851401510.38

(p201502412431801910.51

1003493552842940.77

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN'm)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直徑間距

9121001521531341340.24

cp141002052061811950.33

(p161501791801431430.29

1002632662162290.43

2001701711161160.28

(p181502232251781910.37

5001003273312592720.55

2002072091571570.34

q)201502722752032170.46

1003964023113240.68

2002482501801930.41

資料

cp221503243282332470.55

1004684783733860.83

(p141002282292062120.30

cp161501992001451450.26

5501002932962412580.39

2001891901181180.25

(p181502492512022040.33

1003653692863020.50

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN'm)(kN'm)

C25C3OC25C3O

直徑間距

2002312321601600.31

cp201503043062282450.41

1004434493403560.62

5502002762792042110.37

9221503623662592760.50

1005255344044200.75

cp141002512522162160.27

cp161003233262692890.36

2002082091201200.23

資料

cp181502742762072070.30

1004034073143340.45

2002542561631630.28

600cp201503353382552750.37

1004904963703900.56

2003053072142140.34

cp221504004042863070.45

1005825924364550.68

(p252003873912652850.44

1505115183453650.58

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN?m)(kN-m)

C25C3OC25C30

直徑間距

cp141002762772202200.25

cp161003573592993220.33

cp181503023042102100.28

1004454493453690.41

2002802821651650.26

cp201503693722852850.34

6501005425484024250.51

資料

2003363382172170.31

cp221504424463173400.41

1006456544694920.62

2004284312953140.40

cp251505605673764000.53

1008108255926160.80

(p141002993012222220.23

(p161003873893263260.30

cp181503273302132130.25

7001004844883784050.38

2003043051671670.24

cp201504014042892890.31

1005895954354630.47

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)

(kN-m)(kN-m)As/bho

C25C3OC25C3O

直徑間距

2003653672202200.29

cp221504804843493760.38

1007027115045310.57

7002004644683183180.37

9251506096164094360.49

資料

1008848996306570.74

(p161004174193313310.28

(p181503533552152150.24

1005225264124440.36

(p201504324352922920.29

1006366424715020.44

7502003933952222220.27

cp221505185223833840.35

1007597685415720.53

2005015053223220.34

cp251506586654444750.46

1009579736707010.69

800(p161004444463343340.26

cp181005565604494690.33

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直徑間距

cp201504614632952950.28

1006786855085440.41

2004194212242240.25

資料

cp221505525563883880.33

8001008108195806150.50

2005345383253250.32

cp251507037094815170.43

100102410397107460.65

(p161004744773373370.25

(p181005945984744740.31

cp201504924952972970.26

cp201007267325485880.39

8502004474502262260.23

cp221505905943923920.31

1008678766206610.47

2005715753283280.30

cp251507527585205600.41

100109711137537940.61

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

厚度(HRB335)大彎矩M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直徑間距

(p181006326364784780.30

資料

cp201505235263003000.24

1007737795896350.37

cp221506286323953950.29

1009249336627080.44

9002006086123303300.29

cp251508018085615720.38

100117111867978430.57

2007547604594590.36

(p2815099010006406860.48

1001437146196410100.72

(p181007097134864860.26

cp201008678736586580.33

cp221507047084014010.26

1000100103810477538100.40

2006826863353350.26

(p251508999065815810.34

100131813338919480.51

壁、底板配筋強度控制的最裂縫控制的最配筋率

大彎矩

厚度(HRB335)M大彎矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C30

直徑間距

資料

2008478534654650.32

1000cp28150111311247307870.43

10016221646106311190.64

cp181007857894924940