水池结构设计指南

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工业建筑结构设计

混凝土结构设计指南及规定

第六册水池结构设计指南

（共八册）

中冶京诚工程技术有限公司

工业建筑院

二○○五年七月

目录

一．材料 (2)

二．水、土压力计算 (3)

三．侧壁内力计算 (4)

四．底板内力计算 (6)

五．配筋计算 (9)

六．裂缝宽度验算 (9)

七．侧壁、底板厚度拟定 (10)

八．抗浮验算 (11)

九．工况组合 (11)

十．构造要求 (11)

十一．按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值（附表三） (14)

十二．例题 (26)

编制：李绪华

审核：孙衍法

编程：覃嘉仕

钢铁厂的设计中会经常遇到水池，无论是炼铁、炼钢，还是轧钢，都存在水池。因没有统一的设计方法，导致设计方法较为离散。结合《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138:2002），对水池结构的设计方法进行一定的统一。

一．材料

1．砼强度等级不低于C25，严寒和寒冷地区不低于C30。

2．抗渗等级，根据最大作用水头与砼厚度的比值确定

一般情况下采用S6即可满足要求。

3．抗冻等级

最冷月平均气温低于－3℃的地区，外露的钢筋砼构筑物的砼应具有良好的抗冻性能，按下表采用：

砼抗冻等级Fi系指龄期为28d的砼试件，在进行相应要求冻融循环总次数i次作用，其强度降低不大于25%，重量损失不超过5%。

最冷月平均气温在《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93中查取。如：

北京－4.5℃天津－4.0℃

通化－16.1℃石家庄－2.9℃

承德－9.4℃西安－0.9℃

太原－6.5℃本溪－12.2℃

兰州－6.7℃银川－8.9℃基本上除东北、西北和华北的大部分地区外，其他地区均不需要考虑砼抗冻要求。

二．水、土压力计算

1．水压力

按季节最高水位计算水压力，勘察报告中一般提出勘察期间地下

水位，可根据勘察的季节及水位变化幅度确定计算水位，准永久值系数为1.0。

2．土压力

主动土压力系数K a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，准永久值系数为1.0。

3．地面堆积荷载（作用于水池侧面）

无特殊情况时，地面堆积荷载取10 kN/m2，准永久值系数为0.5。

4．汽车荷载（作用于水池侧面）

等代均布荷载见下表，准永久值系数为0。

5．列车荷载（作用于水池侧面）

若枕木在滑裂体（与水平面夹角55°斜面形成的滑裂体）以外，则不需考虑；否则按60 kN/m2等代均布荷载考虑，准永久值系数为0。

上述均布荷载乘以主动土压力系数K a后作为矩形分布的荷载作

三．侧壁内力计算

1．平长壁板

所谓平长壁板，即L B/H B＞2（有顶板）或L B/H B＞3（无顶板）的侧壁板。取1m宽截条按竖向单向受弯计算，下端为固接，上端为自由（无顶板时）、铰接（有顶板或局部走道板）。

此时应考虑水平角隅弯矩，即验算构造水平筋能否满足水平角隅处的强度及裂缝宽度。

水平向角隅处弯矩：

M cx=m c qH B2

q—均布荷载或三角形荷载的最大值（kN/m2）

m c见下表：

2．深长壁板

所谓深长壁板，即H B/L B＞2的侧壁板，

按两部分计算：

从底板顶面算起，2L B以上部分按

水平单向受弯计算，0~2L B部分按双向板

计算，从底板顶面算起2L B处视为自由边。

3．矩形水池除上述两种情况外，即介于平长、深长之间的壁板，按双向受弯计算，以计算手册或软件进行计算。

4．圆形水池池壁

根据水池高度、半径及壁厚确定计算模型，见下表：

计算可用水工结构手册图表人工计算，也可用SAP 2000软件进行计算。人工计算较繁琐，最好以SAP 2000进行计算。

四．底板内力计算

1．长条水池（净长/净宽＞2）

（1）池壁顶以上无荷载（如无冷却塔等）或荷载较小

底板底面承受由侧壁传来的弯矩，分别按基本组合设计值和准永久组合设计值计算配筋和裂缝宽度。底板顶面按构造配筋，即满足最小配筋率。按最小配筋率确定的钢筋面积：

A s=ρmin×bh，ρmin为0.20%（C25）、0.21%（C30）

也可根据厚度查表，选取较小配筋，表中配筋率ρ= A s/bh0，其一定≥ρmin×h/h0，A s/bh≥ρmin，等同于A s/bh0≥ρmin×h/h0。

（2）池壁顶以上有荷载（如冷却塔等）

底板以基底净反力按1m宽简支板计算，但要将壁板底部弯矩加到支座处，以降低底板跨中弯矩，M z=ql2/8-M B。基底净反力包括壁板、顶板及上部冷却塔等设备自重，

而不包括池内水重及底板自重。

采用桩基时以桩的净反力

作为集中力计算跨中弯炬，

板边负弯矩等于壁板底部弯炬，跨中正弯矩以负弯矩抵消一部分。

注意此处的负弯矩用作强度计算时，荷载分项系数为1.0。

2．一般矩形水池（净长/净宽≤2）

（1）池壁顶以上无荷载（如无冷却塔等）或荷载较小

底板底面承受由侧壁传来的弯矩，分别按基本组合设计值和准永久组合设计值计算配筋和裂缝宽度。底板顶面按构造配筋，即最小配筋率和考虑超长时的构造纵筋。

（2）池壁顶以上有荷载（如冷却塔等）

底板以基底净反力按四边简支板计算，但要将壁板底部弯矩加到支座处，以降低底板跨中弯矩。基底净反力包括壁板、顶板及上部冷却塔等设备自重，而不包括池内

水重及底板自重。

跨中弯矩的计算采用

下述方法：

先根据静力计算手册按双向板计算跨中短向、长向弯矩M x、M y，假定底板的长边与短边由壁板所传弯矩为M x0、M y0，则考虑支座负弯矩后的跨中弯矩按下式计算

M xx=M x-m xx M x0-m xy M y0

M yy=M y-m yx M x0-m yy M y0

m xx——长边负弯矩在短向跨中的弯矩系数

m xy——短边负弯矩在短向跨中的弯矩系数

m yx——长边负弯矩在长向跨中的弯矩系数

m yy——短边负弯矩在长向跨中的弯矩系数

上述系数见下表：

采用桩基时，以桩的净反力作为集中力计算跨中弯矩，板边负弯矩等于壁板底部弯矩，跨中正弯矩以负弯矩抵消一部分。

5．圆形底板

五．配筋计算

1．弯矩计算中，水、土压力乘以荷载分项系数1.27，地面堆积及车辆荷载产生的侧压力乘以荷载分项系数1.4。

池内有水，考虑池外土压力时，强度计算时的池外土压力荷载分项系数取1.0；计算底板跨中弯矩时，若考虑侧壁弯矩的有力影响，则侧壁弯矩荷载分项系数取1.0。

2．以基本组合的设计值弯矩计算配筋面积，可人工计算，也可以构件计算软件计算，应注意保护层厚度问题，即钢筋合力点至壁边缘距离a s，见下表：

六．裂缝宽度验算

1．先按配筋计算结果选配出钢筋的直径及间距，然后验算裂缝宽度。

2．裂缝宽度验算采用准永久组合值弯矩，水、土压力按标准值，地面堆积荷载按标准值的0.5，汽车、列车荷载不考虑。

3．裂缝宽度限值

轧钢、炼钢、炼铁等水处理设施：0.25mm

污水处理设施：0.20mm

4．裂缝宽度计算按《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB 50069-2002）附录A进行，现有Excel计算表格可用。

5．受力钢筋的保护层厚度：

侧壁取30mm，与污水接触取35mm，当表面有水泥砂浆或涂料时可减少10mm；底板取40mm。受力筋可能是水平筋或竖筋。

七．侧壁、底板厚度拟定

1．侧壁厚度可参考下列表格初步拟定

注1）壁厚按50 mm的倍数取值，水池较深时应采用变厚度形式，壁厚在任何情况下不小于250 mm。

2）按假定厚度试算，按强度或裂缝宽度确定的配筋率应在0.3~0.8%之间，最好在0.4~0.6%之间。若配筋率＜0.3%，应减小厚度；

若配筋率＞0.8%，应加大厚度。

3）控制裂缝宽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，与壁板类似，以配筋率控制。采用桩基时，为使桩与池壁中心线一致，应将底板外挑。

八．抗浮验算

按最高地下水位计算底板底面的浮托力，不计池内水重，以池壁、底板自重抵抗地下水浮托力，抗浮系数≥1.05。

采用桩基时，可考虑加上桩的抗拔承载力特征值来抵抗浮托力。

九．工况组合

1．地下水池

在池外水、土压力（包括地面荷载）作用下的计算，此时不考虑池内水压力；

在池内水压力作用下的计算，此时不考虑地面荷载及池外地下水的作用，但应以池外土压力抵消一部分池内水压力产生的弯矩，强度计算时，此时的土压力荷载分项系数取1.0。

2．地上水池

地上水池指埋深较小的水池，底板顶面位于地面以下≤1m，这种情况可只作在池内水压力作用下的计算。

十．构造要求

1.伸缩缝间距（m）

注：超出上表限值时，以留后浇带或掺膨胀剂措施解决。

2．水平构造筋、敞口水池池顶构造筋见附表一、二；转角处钢筋构造见构造附图；

3．受力筋及构造筋尽可能采用直径较小的钢筋，钢筋间距尽可能≮100（转角处因钢筋搭接而加密除外），也≯200。

4．水平筋一般置于竖筋内侧，水池长度超过伸缩缝间距时水平筋置于竖筋外侧，这两种情况竖筋保护层厚度均为30mm。

当水平筋为主要受力筋时，水平筋置于竖筋外侧，此时水平筋保护层厚度为30mm。

附表一水池水平构造配筋：

附表二 敞口水池池壁顶面水平配筋：

构造附图：

侧壁转角处 侧壁交接处

侧壁、底板转角处侧壁、底板交接处

图中l按下列取值：

相邻壁水平较小净跨长/4

或中间壁水平净跨长/4 两者取较小值，并不小于500

侧壁净高/4

十一．按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值（附表三）

1．受力钢筋保护层厚度按30 mm，当＞30mm时，将强度弯矩值M乘以折减系数0.95（h≤600）、0.98（h＞600）进行折减；将裂缝宽度弯矩值M q乘以折减系数0.90（h≤700）、0.95（h＞700）。

2．强度控制的最大弯矩M系指按表中给定的配筋推算出的最大弯矩设计值，应与在水、土压力及地面活荷载、车辆荷载作用下的基本组合弯矩值对应，即考虑荷载分项系数。

3．裂缝控制的最大弯矩M q系指裂缝宽度为0.25 mm时，按表中给定的配筋推算出的最大弯矩值，应与在水、土压力及地面活荷载作用下的准永久组合弯矩值对应，不计车辆荷载，并考虑地面活荷载的准永久值系数0.5。

4．设计人计算出两种弯矩后，先核实强度对应的弯矩值，满足后再核实裂缝对应的弯矩值，两项必须都满足，即计算出的两项弯矩值必须都小于表中数值。

5．计算弯矩值应按钢筋直径从小到大顺序与表中最接近的弯矩值对应，查看配筋率，若＜0.3%或＞0.8%，则应考虑减小或加大侧壁或底板厚度。查表时，应首优先选用直径较小的钢筋，这样可在相同裂缝宽度下降低钢筋用量。

6．未列入表中的配筋，小直径钢筋属不满足最小配筋率，大直径钢筋属配筋率过大，前者不得采用，后者一般也不采用。

7．转角处钢筋间距可能变为@50、75，可按@100、150的强度及裂缝控制的弯矩值分别乘以1.5、1.8。

附表三按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值