水池結(jié)構(gòu)設(shè)計指南

1、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(qiáng)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(dǎo)致設(shè)計方法較為離散。結(jié)合

2、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(jìn)行一定的統(tǒng)一。 一. 材料 1. 砼強(qiáng)度等級不低于C25,嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)不低于 C3O 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 i w 抗?jié)B等級 v 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 i x水壓后滿足不滲水指標(biāo) 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一3C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 抗凍等級 最冷月平均氣溫低于一10C

3、 F200 最冷月平均氣溫在一3一10C F150 砼抗凍等級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5% 最冷月平均氣溫在民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB50176-93中查 取。如： 北京 C 天津 C 通化 C 石家莊 C 承德 C 西安 C 太原 C 本溪 C 蘭州 C 銀川 C 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(zhǔn)永久值系 數(shù)為。 2. 土壓力

4、 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(zhǔn)永久值系數(shù)為。 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(zhǔn)永久值系數(shù)為。 4. 汽車荷載（作用于水池側(cè)面） 等代均布荷載見下表，準(zhǔn)永久值系數(shù)為 0。 荷載等級 等代均布何載 汽車一10級 2 10 kN/m 汽車一15級 12 kN/m2 汽車一20級 2 15 kN/m 5.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(zhǔn)永久值

5、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(yīng)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(qiáng)度及裂縫寬度 何載類別 池壁頂端支承條件 m 均布何載 自由 鉸接 三角形何載 自由 鉸接 m c見下表: 2.深長壁板 I / / / a ：ZZI 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

6、/m） 所謂深長壁板，即H/Lb 2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(jìn)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 1 按豎向單向計算，類似于平板 1 v 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 0.7&Rh R:圓柱殼計算半徑

7、 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(jìn) 行計算。人工計算較繁瑣，最好以 SAP 2000進(jìn)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(zhǔn)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： A=p min x bh,p min 為 ( C25)、 ( C3C) 也可根據(jù)厚度查表，選取較小配筋，表中配筋率p= As/bh0，其 一定min x h/h 0, As/bh p min，等同于

8、 As/bh 0p minX h/h 0。 （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, 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。 采用樁基時以樁的凈反力 作為集中力計算跨中彎炬， 2 M=ql /8-Mb。基底凈反力包括壁板、 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 注意此處的負(fù)彎矩用作強(qiáng)度計算時，荷載分項系數(shù)為。 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(shè)計值和準(zhǔn)永 久組合設(shè)計值計

9、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?卻塔等設(shè)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M、 M, 假定底板的長邊與短邊由壁板所傳彎矩為M0、My0，則考慮支座負(fù)彎 矩后的跨中彎矩按下式計算 Mxx=MI-mxx Mx -mixyM Myy二M-mVx Mx0-myyM mxx長邊負(fù)彎矩在短向跨中的彎矩系數(shù) my短邊負(fù)彎矩

10、在短向跨中的彎矩系數(shù) mx 長邊負(fù)彎矩在長向跨中的彎矩系數(shù) my短邊負(fù)彎矩在長向跨中的彎矩系數(shù) 上述系數(shù)見下表: L W mxx my mx 0.324 my 0 0 0 0 0 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(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 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 M r 19(12)qR2 96 1 2 2 Mt 一(19 9 )qR 96 固接 1 2 2 Mr (7 19 )qR 96 1 2 2 Mt j(7 9 )qR 96 q 1m寬的板基底凈反力（kN/m2x m） R 圓板半徑

11、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)，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)。 池內(nèi)有水，考慮池外土壓力時,強(qiáng)度計算時的池外土壓力荷載分 項系數(shù)??；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。 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(yīng)注意保護(hù)層厚度問題，即鋼筋合力點(diǎn)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 35 50(40) 水平鋼筋在內(nèi) 55 40 截面有效高度ho=h-as （括號內(nèi)數(shù)字用于水平筋為構(gòu)造筋時） 六. 裂縫寬

12、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(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，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： 污水處理設(shè)施: 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(jìn)行，現(xiàn)有Excel計算表格可用。 5 .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 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

13、 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 h7d 壁厚 地下水 池 地下水 池 圓形 有 20 H/25 無 H/30 矩形 矩形 有板或 梁 有 2 H/12 無 HB/15 自由 有 2 H/10 無 H/12 有板或 梁 有 2 HB/15 無 H/18 自由 有 2 H/12 水 上 地池 矩形 梁 自由 2 H/10 有板或 梁 2 HB/15 自由 1000 U型套箍 高200 8200 配筋 HRB335 3 16 4 18 4 20 6 20 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I按下

14、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(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)30mnS寸，將強(qiáng)度彎矩值 M乘以折減系數(shù)（h600）進(jìn)行折減；將裂縫寬度彎矩值 M乘以折減系數(shù)（h700）。 2. 強(qiáng)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(yīng)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(yīng)，即考慮荷載分項系數(shù)。 3. 裂縫控制的最大彎矩 M系指裂縫寬度為mm時，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

15、組合彎矩值對應(yīng),不計車輛荷載，并考慮地面活荷載的準(zhǔn)永 久值系數(shù)。 4. 設(shè)計人計算出兩種彎矩后，先核實 強(qiáng)度對應(yīng)的彎矩值，滿足 后再核實裂縫對應(yīng)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(yīng)按鋼筋直徑 從小到大順序與表中最接近的彎矩 值對應(yīng)，查看配筋率，若v %或 %則應(yīng)考慮減小或加大側(cè)壁或底板 厚度。查表時，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,可按100 150

16、的強(qiáng)度及 裂縫控制的彎矩值分別乘以、。 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 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m) 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m) 配筋率 P (%) A/bh 0 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 200 35 35 31 31 12 150 46 46 43 46 250 100 68 68 64 67 14 200 47 47 41 44 150 61 62 53 57 100 89 91 84 88 16 200 60 61 49 52 150 78 79 66 70 100 112 115 11

17、0 114 300 12 150 57 58 55 55 100 84 85 78 83 14 200 58 59 50 50 150 77 77 67 72 100 112 114 101 105 16 200 75 76 62 67 150 98 99 81 86 100 142 145 129 134 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m 配筋率 P (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 300 18 200 93 94 73 77 150 122 124 98 103 1

18、00 174 179 164 169 350 12 150 69 69 58 58 100 101 102 95 101 14 200 70 70 52 52 150 92 93 82 89 100 135 137 118 125 16 200 90 91 77 77 150 118 120 97 104 100 173 175 149 155 18 200 112 113 88 95 150 147 149 116 122 100 213 217 186 193 400 12 100 118 119 113 121 14 150 108 108 93 93 100 158 160 138 1

19、46 16 200 105 106 79 79 150 139 140 115 124 100 203 205 170 178 壁、底板 配筋 強(qiáng)度控制的最 裂縫控制的最 配筋率 厚度 (HRB335 大彎矩M 大彎矩M P (%) (mm) (kN- m (kN - m A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 400 18 200 131 132 106 111 150 173 174 135 143 100 251 255 209 218 20 200 160 162 120 128 150 209 212 158 167 100 302 308 257 266 450 1

20、2 100 135 136 131 131 14 150 123 124 95 95 100 181 183 158 169 16 200 120 121 81 81 150 159 160 135 140 100 233 235 192 203 18 200 150 152 114 114 150 198 200 155 166 100 289 293 233 244 20 200 184 185 140 151 150 241 243 180 191 100 349 355 284 294 壁、底板 配筋 強(qiáng)度控制的最 裂縫控制的最 配筋率 厚度 (HRB335 大彎矩M 大彎矩M P (

21、%) (mm) (kN - m (kN - m A/bh 0 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 500 12 100 152 153 134 134 14 100 205 206 181 195 16 150 179 180 143 143 100 263 266 216 229 18 200 170 171 116 116 150 223 225 178 191 100 327 331 259 272 20 200 207 209 157 157 150 272 275 203 217 100 396 402 311 324 22 200 248 250 180 193 150 3

22、24 328 233 247 100 468 478 373 386 550 14 100 228 229 206 212 16 150 199 200 145 145 100 293 296 241 258 18 200 189 190 118 118 150 249 251 202 204 100 365 369 286 302 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m) 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m 配筋率 P (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 550 20 200 231 232 160 160 15

23、0 304 306 228 245 100 443 449 340 356 22 200 276 279 204 211 150 362 366 259 276 100 525 534 404 420 600 14 100 251 252 216 216 16 100 323 326 269 289 18 200 208 209 120 120 150 274 276 207 207 100 403 407 314 334 20 200 254 256 163 163 150 335 338 255 275 100 490 496 370 390 22 200 305 307 214 214

24、150 400 404 286 307 100 582 592 436 455 25 200 387 391 265 285 150 511 518 345 365 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m 配筋率 P (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 650 14 100 276 277 220 220 16 100 357 359 299 322 18 150 302 304 210 210 100 445 449 345 369 20 200 280 282 165 165

25、 150 369 372 285 285 100 542 548 402 425 22 200 336 338 217 217 150 442 446 317 340 100 645 654 469 492 25 200 428 431 295 314 150 560 567 376 400 100 810 825 592 616 14 100 299 301 222 222 16 100 387 389 326 326 18 150 327 330 213 213 700 100 484 488 378 405 20 200 304 305 167 167 150 401 404 289 2

26、89 100 589 595 435 463 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m) 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m) 配筋率 P (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 700 22 200 365 367 220 220 150 480 484 349 376 100 702 711 504 531 25 200 464 468 318 318 150 609 616 409 436 100 884 899 630 657 750 16 100 417 419 331 331 18 150 353 355 2

27、15 215 100 522 526 412 444 20 150 432 435 292 292 100 636 642 471 502 22 200 393 395 222 222 150 518 522 383 384 100 759 768 541 572 25 200 501 505 322 322 150 658 665 444 475 100 957 973 670 701 800 16 100 444 446 334 334 18 100 556 560 449 469 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m) 裂縫控制的最 大彎

28、矩M (kN - m 配筋率 P (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 800 20 150 461 463 295 295 100 678 685 508 544 22 200 419 421 224 224 150 552 556 388 388 100 810 819 580 615 25 200 534 538 325 325 150 703 709 481 517 100 1024 1039 710 746 850 16 100 474 477 337 337 18 100 594 598 474 474 20 150 492 495 297 297 20

29、100 726 732 548 588 200 447 450 226 226 22 150 590 594 392 392 100 867 876 620 661 25 200 571 575 328 328 150 752 758 520 560 100 1097 1113 753 794 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m 配筋率 p (%) A/bh 0 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 900 18 100 632 636 478 478 20 150 523 526 300 300

30、 100 773 779 589 635 22 150 628 632 395 395 100 924 933 662 708 25 200 608 612 330 330 150 801 808 561 572 100 1171 1186 797 843 28 200 754 760 459 459 150 990 1000 640 686 100 1437 1461 964 1010 1000 18 100 709 713 486 486 20 100 867 873 658 658 22 150 704 708 401 401 100 1038 1047 753 810 25 200 6

31、82 686 335 335 150 899 906 581 581 100 1318 1333 891 948 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m 配筋率 p (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 1000 28 200 847 853 465 465 150 1113 1124 730 787 100 1622 1646 1063 1119 1100 18 100 785 789 492 494 20 100 961 967 668 668 22 150 780 784 4

32、06 406 100 1152 1161 852 879 25 200 755 759 338 338 150 997 1004 588 588 100 1465 1481 993 1062 28 200 939 945 471 471 150 1236 1246 817 817 100 1806 1830 1169 1237 1200 20 100 1055 1061 676 676 22 100 1266 1275 890 890 25 150 1095 1102 595 595 100 1612 1627 1103 1185 28 200 1031 1037 476 476 150 13

33、59 1369 826 826 100 1991 2015 1282 1364 壁、底板 厚度 (mm) 配筋 (HRB335 強(qiáng)度控制的最 大彎矩M (kN - m 裂縫控制的最 大彎矩M (kN - m 配筋率 p (%) A/bho 直徑 間距 C25 C30 C25 C30 1200 32 200 1330 1340 702 702 150 1746 1765 1076 1157 100 2538 2579 1580 1662 1300 20 100 1149 1156 683 683 22 100 1380 1389 900 900 25 150 1193 1200 600 600 100 17