[整理]6、水池結(jié)構(gòu)設計指南

1、工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計混凝土結(jié)構(gòu)設計指南及規(guī)定第六冊水池結(jié)構(gòu)設計指南（共八冊）中冶京誠工程技術有限公司工業(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(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)一的設計方法，導致設計方法較為離散。結(jié)合 給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設計規(guī)程(CE

2、CS 138:2002)，對水池結(jié)構(gòu)的設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v 10S41030S6> 30S8注：抗?jié)B等級si的定義系指齡期為 28d的砼試件，施加i x 0.1MPa水壓后滿足不滲水指標般情況下采用S6即可滿足要求。水頭，實際上是地下水壓力的一種通俗說法。 比如說地下水位的標高在-2.0m處, 那么對于標高-3.0m處的地方，水頭高度就是1.0m。那么此處的地下水壓力就 是10*仁10KPa。如果水頭咼度是10m，那么地下水

3、壓力就是 lOOKPa。3. 抗凍等級最冷月平均氣溫低于一3C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一10CF200最冷月平均氣溫在一3一10CF150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計規(guī)范GB 50176-93中查取。如：北京45C天津4.0C通化16.1C石家莊29C承德94C西安09C太原65C本溪122C蘭州67C銀川89C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

4、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。荷載等級等代均布何載汽車一10級10 kN/m2汽車一15級12 kN/m2汽車一20級15 kN/m25. 列車荷載（作用

5、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/Hb>2 （有頂板）或Lb/Hb>3 （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：2M ex=mcqH bq均布荷載或三角形荷載的最大值（kN/m2

6、）me見下表： 計算出來的是跨中處的彎矩。何載類別池壁頂端支承條件me均布何載自由0.426鉸接0.218三角形何載自由0.104鉸接0.0352. 深長壁板所謂深長壁板，即Hb/Lb>2的側(cè)壁板,按兩部分計算：； 彳X 11-7_，/ / |從底板頂面算起，2Lb以上部分按丨r X /II水平單向受彎計算，02Lb部分按雙向板丨LJL_z_/y_d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/SW

7、1按豎向單向計算，類似于平板1 v H/S< 15按殼體計算環(huán)向和豎向內(nèi)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內(nèi)力H:圓柱殼池壁高度S：圓柱殼的彈體特征系數(shù)，S = 0.76JRhR: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(gòu)造配筋

8、，即滿足最 小配筋率。按最小配筋率確定的鋼筋面積：As= p min X bh, p 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p = AJbho，其疋p min X h/ho, As/bhp min，等冋于 As/bhop min X h/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到支座處，以降低底板跨中彎矩，Mz二ql2/8-MB?；變舴戳Πū诎濉㈨敯寮吧喜坷鋮s塔等設備自重，而不包括池內(nèi)水重及底板自重。（j 1 1 丨 1 1 1 1 1 門j采用樁基時以樁的凈反力作為集

9、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w 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(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?、頂板及上部冷 K* /* * *L卻塔等設備自重，而不包括池內(nèi)水重及底板自重。跨中彎矩的計算采

10、用下述方法:先根據(jù)靜力計算手冊按雙向板計算跨中短向、長向彎矩 Mx、M y ,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二Mx-mxx Mx°-mxyMy°Myy二My-myx MxmyMy0mxx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:LW1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0mxx0.1600.2140.2660.3180.3660.4120.4540.4940.5280

11、.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19-22Mr P)qR961 2 2Mt =(19_9P )qR96固接Mr =丄(7 -19P2

12、)qR296Mt =丄(7_9P2)qR296rq 1m寬的板基底凈反力（kN/m x m）R圓板半徑P= 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(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)壁彎矩的有利影響， 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a$(mm)水平鋼筋在外3

13、550(40)水平鋼筋在內(nèi)5540截面有效咼度ho二h-as (括號內(nèi)數(shù)子用于水平筋為構(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、煉鐵等水處理設施：0.25mm污水處理設施：0.20mm4. 裂縫寬度計算按給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計規(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

14、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

15、< 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V 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)

16、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w1m,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)

17、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 能玄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 335250350© 12200© 12150400550© 14200© 1210060075

18、0© 16200© 141008001000© 16150© 1610010501250© 1810013001500© 18150© 20100附表二敞口水池池壁頂面水平配筋：壁厚(mm)250500550700750950> 1000U型套箍高200© 8200配筋HRB3353© 164 © 184© 206© 20構(gòu)造附圖:側(cè)壁轉(zhuǎn)角處側(cè)壁、底板轉(zhuǎn)角處圖中I按下列取值：側(cè)壁、底板交接處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

19、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 (h<600)、0.98 (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)。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0.25 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

20、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v 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)?50、75

21、,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(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30250© 12200353531310.26150464643460.35100686864670.53© 14200474741440.36150616253570.48100899184880.62© 16200606149520.47150787966700.631001121151

22、101140.95300© 12150575855550.29100848578830.43© 14200585950500.29150777767720.391001121141011050.59© 16200757662670.38150989981860.511001421451291340.77壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最 大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30300© 18200939473770.49150122124981030.651

23、001741791641690.97350© 12150696958580.24100101102951010.36© 14200707052520.24150929382890.331001351371181250.49© 16200909177770.32150118120971040 43100173175149155© 1820011211388950.411501471491161220.551002132171861930.82400© 121001181191131210.31© 1415010810893930.281

24、001581601381460.42© 1620010510679790.281501391401151240.371002032051701780.56壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30400© 182001311321061110.351501731741351430.471002512552092180.70© 202001601621201280.441502092121581670.581003023082572660

25、.87© 121001351361311310.27© 1415012312495950.251001811831581690.3720012012181810.24450© 161501591601351400.331002332351922030.49© 182001501521141140.311501982001551660.411002892932332440.62© 202001841851401510.381502412431801910.511003493552842940.77壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制

26、的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30500© 121001521531341340.24© 141002052061811950.33© 161501791801431430.291002632662162290.43© 182001701711161160.281502232251781910.371003273312592720.55© 202002072091571570.341502722752032170.461003964023113240 68&#

27、169; 222002482501801930.411503243282332470.551004684783733860.83550© 141002282292062120.30© 161501992001451450.261002932962412580.39© 182001891901181180.251502492512022040.331003653692863020.50壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30550

28、69; 202002312321601600.311503043062282450.411004434493403560.62© 222002762792042110.371503623662592760.501005255344044200.75© 141002512522162160.27© 161003233262692890.36© 182002082091201200.231502742762072070 306001004034073143340.45© 202002542561631630.281503353382552750.3

29、71004904963703900.56© 222003053072142140.341504004042863070.451005825924364550.68© 252003873912652850.441505115183453650.58壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30650© 141002762772202200.25© 161003573592993220.33© 181503023042102

30、100.281004454493453690.41© 202002802821651650.261503693722852850.341005425484024250.51© 222003363382172170.311504424463173400.411006456544694920 62© 252004284312953140.401505605673764000.531008108255926160.80700© 141002993012222220.23© 161003873893263260.30©/p>

31、2132130.251004844883784050.38© 202003043051671670.241504014042892890.311005895954354630.47壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30700© 222003653672202200.291504804843493760.381007027115045310.57© 252004644683183180.3715060961640943604910088

32、48996306570.74© 161004174193313310.28© 181503533552152150.24100522526412444© 201504324352922920.297501006366424715020.44© 222003933952222220.271505185223833840.351007597685415720.53© 252005015053223220.341506586654444750.461009579736707010.69800© 161004444463343340.26&#

33、169; 181005565604494690.33壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30800© 201504614632952950.281006786855085440.41©251505525563883880.331008108195806150.50© 252005345383253250.321507037094815170.43100102410397107460.65

34、9; 161004744773373370.25© 181005945984744740.31850© 201504924952972970.26© 201007267325485880.39© 222004474502262260.231505905943923920.311008678766206610.47© 252005715753283280.301507527585205600.41100109711137537940.61壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)

35、配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30900© 181006326364784780.30© 201505235263003000.241007737795896350.37© 221506286323953950.291009249336627080.44© 252006086123303300.291508018085615720.38100117111867978430.57© 282007547604594590.3615099010006406860 481001437146196410100.721000&#

36、169; 181007097134864860.26© 201008678736586580.33© 221507047084014010.26100103810477538100.40© 252006826863353350.261508999065815810.34100131813338919480.51壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最 大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C301000© 282008478534654650.321501113112

37、47307870.4310016221646106311190.641100© 181007857894924940.24© 201009619676686680.30© 221507807844064060.24100115211618528790.36© 252007557593383380.231509971004588588g1001465148199310620.462009399454714710.29© 28150123612468178170.3910018061830116912370.581200© 2010010

38、5510616766760.27© 22100126612758908900.33© 25150109511025955950.2810016121627110311850.42© 28200103110374764760.27150135913698268260.3510019912015128213640.53壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C301200© 32200133013407027020.3515017461765107611570.4610025382579158016620.701300