水池結(jié)構(gòu)設(shè)計指南

工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計指南及規(guī)定 第六冊 水池結(jié)構(gòu)設(shè)計指南 （共八冊） 中冶京誠工程技術(shù)有限公司 工業(yè)建筑院 二五年七月目錄一 材料2二 水、土壓力計算3三 側(cè)壁內(nèi)力計算4四 底板內(nèi)力計算6五 配筋計算9六 裂縫寬度驗算9七 側(cè)壁、底板厚度擬定 10八 抗浮驗算 11九 工況組合 11十 構(gòu)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：李緒華審核：孫衍法 編程：覃嘉仕 鋼鐵廠的設(shè)計中會經(jīng)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(shè)計方法，導致設(shè)計方法較為離散。結(jié)合給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程（CECS 138:2002），對水池結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法進行一定的統(tǒng)一。一材料1砼強度等級不低于C25，嚴寒和寒冷地區(qū)不低于C30。2抗?jié)B等級，根據(jù)最大作用水頭與砼厚度的比值確定最大作用水頭與砼壁、板厚度之比iw抗?jié)B等級 10 S4 1030 S6 30 S8注：抗?jié)B等級si的定義系指齡期為28d的砼試件，施加i0.1MPa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3的地區(qū)，外露的鋼筋砼構(gòu)筑物的砼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310 F150砼抗凍等級Fi系指齡期為28d的砼試件，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%。最冷月平均氣溫在民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB 50176-93中查取。如： 北京 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(jù)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1.0。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10 kN/m3，準永久值系數(shù)為1.0。3地面堆積荷載（作用于水池側(cè)面）無特殊情況時，地面堆積荷載取10 kN/m2，準永久值系數(shù)為0.5。4汽車荷載（作用于水池側(cè)面）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10級10 kN/m2汽車15級12 kN/m2汽車20級15 kN/m25列車荷載（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，則不需考慮；否則按60 kN/m2等代均布荷載考慮，準永久值系數(shù)為0。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(cè)壁內(nèi)力計算1平長壁板所謂平長壁板，即LB/HB2（有頂板）或LB/HB3（無頂板）的側(cè)壁板。取1m寬截條按豎向單向受彎計算，下端為固接，上端為自由（無頂板時）、鉸接（有頂板或局部走道板）。此時應考慮水平角隅彎矩，即驗算構(gòu)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： Mcx=mcqHB2 q均布荷載或三角形荷載的最大值（kN/m2） mc見下表：荷載類別池壁頂端支承條件mc均布荷載 自由0.426 鉸接 0.218三角形荷載自由 0.104鉸接0.0352深長壁板所謂深長壁板，即HB/LB2的側(cè)壁板，按兩部分計算：從底板頂面算起，2LB以上部分按水平單向受彎計算，02LB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(jù)水池高度、半徑及壁厚確定計算模型，見下表：H/S圓柱殼內(nèi)力計算模型H/S1按豎向單向計算，類似于平板1H/S15按殼體計算環(huán)向和豎向內(nèi)力H/S15頂端自由時，H/S15部分的圓柱，按無約束的自由圓柱殼計算薄膜內(nèi)力H：圓柱殼池壁高度 S：圓柱殼的彈體特征系數(shù)，R：圓柱殼計算半徑 h：池壁厚度計算可用水工結(jié)構(gòu)手冊圖表人工計算，也可用SAP 2000軟件進行計算。人工計算較繁瑣，最好以SAP 2000進行計算。四底板內(nèi)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(cè)壁傳來的彎矩，分別按基本組合設(shè)計值和準永久組合設(shè)計值計算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構(gòu)造配筋，即滿足最小配筋率。按最小配筋率確定的鋼筋面積：As=minbh，min為0.20%（C25）、0.21%（C30）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minh/h0， As/bhmin，等同于As/bh0minh/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，Mz=ql2/8-MB?；變舴戳Πū诎濉㈨敯寮吧喜坷鋮s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(cè)壁傳來的彎矩，分別按基本組合設(shè)計值和準永久組合設(shè)計值計算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構(gòu)造配筋，即最小配筋率和考慮超長時的構(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?；變舴戳Πū诎濉㈨敯寮吧喜坷鋮s塔等設(shè)備自重，而不包括池內(nèi)水重及底板自重?？缰袕澗氐挠嬎悴捎孟率龇椒ǎ合雀鶕?jù)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Mx0、My0，則考慮支座負彎矩后的跨中彎矩按下式計算 Mxx=Mx-mxx Mx0-mxyMy0 Myy=My-myx Mx0-myyMy0mxx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：1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0mxx0.1600.2140.2660.3180.3660.4120.4540.4940.5280.5620.592mxy0.3060.2880.2700.2510.2300.2120.1940.1750.1580.1420.126myx0.3060.3160.3200.3240.3240.3180.3140.3080.3000.2940.288myy0.1600.1060.0740.0470.0220.01800000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處的切向彎矩鉸接 固接q1m寬的板基底凈反力（kN/m2m） R圓板半徑 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(chǎn)生的側(cè)壓力乘以荷載分項系數(shù)1.4。 池內(nèi)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(cè)壁彎矩的有力影響，則側(cè)壁彎矩荷載分項系數(shù)取1.0。2以基本組合的設(shè)計值彎矩計算配筋面積，可人工計算，也可以構(gòu)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as，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) 水平鋼筋在內(nèi) 55 40截面有效高度h0=h-as （括號內(nèi)數(shù)字用于水平筋為構(gòu)造筋時）六裂縫寬度驗算1先按配筋計算結(jié)果選配出鋼筋的直徑及間距，然后驗算裂縫寬度。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(shè)施： 0.25mm污水處理設(shè)施： 0.20mm 4裂縫寬度計算按給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 50069-2002）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(cè)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(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埋深范圍內(nèi)有、無地下水水平長度/高度LB/HB深度平方/直徑H2/D 壁厚地下水池地下水池圓形有20H/20無H/25有20H/25無H/30矩形矩形有板或梁有2HB/12無HB/15自由有2HB/10無HB/12有板或梁有2HB/15無HB/18自由有2HB/12無HB/15地上水池矩形有板或梁2HB/12自由2HB/10有板或梁2HB/15自由2HB/12注 1） 壁厚按50 mm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250 mm。2） 按假定厚度試算，按強度或裂縫寬度確定的配筋率應在0.30.8%之間，最好在0.40.6%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1.21.5倍，以1.2倍起算，與壁板類似，以配筋率控制。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，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，此時不考慮池內(nèi)水壓力；在池內(nèi)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內(nèi)水壓力產(chǎn)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1m，這種情況可只作在池內(nèi)水壓力作用下的計算。十構(gòu)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(gòu)造筋、敞口水池池頂構(gòu)造筋見附表一、二；轉(zhuǎn)角處鋼筋構(gòu)造見構(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水平筋一般置于豎筋內(nèi)側(cè)，水池長度超過伸縮縫間距時水平筋置于豎筋外側(cè)，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(cè)，此時水平筋保護層厚度為30mm。附表一 水池水平構(gòu)造配筋：壁厚或底板厚 （mm）未超過伸縮縫間距時超過伸縮縫間距時備注HRB 335250350122001215040055014200121006007501620014100800100016150161001050125018100130015001815020100附表二 敞口水池池壁頂面水平配筋：壁厚(mm)2505005507007509501000U型套箍高2008200配筋HRB335316418420620構(gòu)造附圖： 側(cè)壁轉(zhuǎn)角處 側(cè)壁交接處側(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/4或中間壁水平凈跨長/4 兩者取較小值，并不小于500 側(cè)壁凈高/4 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30 mm，當30mm時，將強度彎矩值M乘以折減系數(shù)0.95（h600）、0.98（h600）進行折減；將裂縫寬度彎矩值Mq乘以折減系數(shù)0.90（h700）、0.95（h700）。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(shè)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0.25 mm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(shè)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(cè)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(zhuǎn)角處鋼筋間距可能變?yōu)?0、75，可按100、150的強度及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、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C302501220035353131 0.26150464643460.35100686864670.5314200474741440.36150616253570.48100899184880.6216200606149520.47150787966700.631001121151101140.9530012150575855550.29100848578830.4314200585950500.29150777767720.391001121141011050.5916200757662670.38150989981860.511001421451291340.77壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C3030018200939473770.49150122124981030.651001741791641690.9735012150696958580.24100101102951010.3614200707052520.24150929382890.331001351371181250.4916200909177770.32150118120971040.431001731751491550.641820011211388950.411501471491161220.551002132171861930.82400121001181191131210.311415010810893930.281001581601381460.421620010510679790.281501391401151240.371002032051701780.56壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30400182001311321061110.351501731741351430.471002512552092180.70202001601621201280.441502092121581670.581003023082572660.87450121001351361311310.271415012312495950.251001811831581690.371620012012181810.241501591601351400.331002332351922030.49182001501521141140.311501982001551660.411002892932332440.62202001841851401510.381502412431801910.511003493552842940.77壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30500121001521531341340.24141002052061811950.33161501791801431430.291002632662162290.43182001701711161160.281502232251781910.371003273312592720.55202002072091571570.341502722752032170.461003964023113240.68222002482501801930.411503243282332470.551004684783733860.83550141002282292062120.30161501992001451450.261002932962412580.39182001891901181180.251502492512022040.331003653692863020.50壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30550202002312321601600.311503043062282450.411004434493403560.62222002762792042110.371503623662592760.501005255344044200.75600141002512522162160.27161003233262692890.36182002082091201200.231502742762072070.301004034073143340.45202002542561631630.281503353382552750.371004904963703900.56222003053072142140.341504004042863070.451005825924364550.68252003873912652850.441505115183453650.58壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30650141002762772202200.25161003573592993220.33181503023042102100.281004454493453690.41202002802821651650.261503693722852850.341005425484024250.51222003363382172170.311504424463173400.411006456544694920.62252004284312953140.401505605673764000.531008108255926160.80700141002993012222220.23161003873893263260.30181503273302132130.251004844883784050.38202003043051671670.241504014042892890.311005895954354630.47壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30700222003653672202200.291504804843493760.381007027115045310.57252004644683183180.371506096164094360.491008848996306570.74750161004174193313310.28181503533552152150.241005225264124440.36201504324352922920.291006366424715020.4422200393395 2222220.271505185223833840.351007597685415720.53252005015053223220.341506586654444750.461009579736707010.69800161004444463343340.26181005565604494690.33壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30800201504614632952950.281006786855085440.41222004194212242240.251505525563883880.331008108195806150.50252005345383253250.321507037094815170.43100102410397107460.65850161004744773373370.25181005945984744740.31201504924952972970.26201007267325485880.39222004474502262260.231505905943923920.311008678766206610.47252005715753283280.301507527585205600.41100109711137537940.61壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30900181006326364784780.30201505235263003000.241007737795896350.37221506286323953950.291009249336627080.44252006086123303300.291508018085615720.38100117111867978430.57282007547604594590.3615099010006406860.481001437146196410100.721000181007097134864860.26201008678736586580.33221507047084014010.26100103810477538100.40252006826863353350.261508999065815810.34100131813338919480.51壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C301000282008478534654650.32150111311247307870.4310016221646106311190.641100181007857894924940.24201009619676686680.30221507807844064060.24100115211618528790.36252007557593383380.2315099710045885880.311001465148199310620.46282009399454714710.29150123612468178170.3910018061830116912370.58120020100105510616766760.2722100126612758908900.3325150109511025955950.2810016121627110311850.4228200103110374764760.27150135913698268260.3510019912015128213640.53壁、底板厚度(mm)配筋（HRB335）強度控制的最大彎矩M（kNm）裂縫控制的最大彎矩Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30120032200133013407027020.3515017461765107611570.4610025382579158016620.70130020100114911566836830.2522100138013899009000.3025150119312006006000.2610017601775122113020.3928200112311294804800.25150148214938358350.3310021762200140214990.4932200145114617087080.3215019071925119312300.4310027802820170518020.64注：1. 配筋率帶下劃線者為較適宜的配筋率。2. 較適宜的配筋率必須以計算彎矩值與表中彎矩值較接近為前提，即壁厚或底板厚較合適。3. 當厚度受某種彎矩（如支座處）控制已確定時，其他彎矩較小部位（如跨中）配筋應采用滿足最小配筋率的較小配筋，而不應采用適宜配筋率的配筋。十二. 例題長條水池，截取1m寬側(cè)壁，按下端固接、上端鉸接進行計算。荷載： 土壓力 qs=(181+104)1/319.33 kN/m 水壓力qw10440 kN/m 地面荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力 qm101/3=3.33 kN/m 三種壓力產(chǎn)生的彎矩值：類別 部位 土壓力彎矩 Ms水壓力彎矩Mw地面荷載彎矩 Mm下端支座365310.4跨中16.8216支座基本組合彎矩值: M=( Ms +Mw)1.27+ Mm1.4=127.6 kNm 支座準永久組合彎矩值: Mq= Ms +Mw +0.5Mm=99.4 kNm跨中基本組合彎矩值: M=( Ms +Mw)1.27+ Mm1.4=56.4 kNm跨中準永久組合彎矩值: Mq= Ms +Mw +0.5Mg=40.8 kNm將壁厚擬定為400mm (HB/12)，按C25砼查表,支座外側(cè)采用16150，按強度和裂縫寬度控制的彎矩最大值分別為139、115 kNm，分別127.6、99.4 kNm，滿足要求。配筋率為0.37%，較合適。跨中內(nèi)側(cè)選用14150，彎矩值滿足要求。此時厚度已定，因彎矩較小，應在滿足最小配筋率的前提下采用較小配筋。上述為在池外水、土及地面荷載作用下的計算，還應進行在池內(nèi)水壓力作用下、而池外僅有土壓力作用下的計算。此時，強度計算的池外土壓力荷載分項系數(shù)取1.0。兩種壓力產(chǎn)生的彎矩值：類別 部位 土壓力彎矩 Ms水壓力彎矩Mw下端支座3653跨中16.821支座基本組合彎矩值: M=Mw1.27- Ms1.0=31.3 kNm 支座準永久組合彎矩值: Mq= Mw - Ms =17 kNm跨中基本組合彎矩值: M= Mw1.27- Ms1.0=9.9 kNm跨中準永久組合彎矩值: Mq= Mw - Ms =4.2 kNm池壁內(nèi)側(cè)選配的14150能滿足本工況支座彎矩要求，外側(cè)選配的16150更能滿足本工況跨中彎矩要求。29