水池结构设计指南.pdf

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1、 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

2、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 最大作用水头与砼壁、板厚度之比iw 抗渗等级 10 S4 1030 S6 30 S8 注：抗渗等级 si 的定义系指龄期为 28d 的砼试件，施加 i0.1MPa 水压后满足不渗水指标 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：大气温度 抗冻等级 最冷月平均气温低于10 F200 最冷月平均气温在310 F150

3、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

4、主动土压力系数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，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。.荷载等级 等代均布荷载 汽车10 级 10 kN/m2 汽车15 级 12 kN/m2 汽车20 级 15 kN/m2 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

5、述均布荷载乘以主动土压力系数 Ka后作为矩形分布的荷载作用于池壁上。三侧壁内力计算 1平长壁板 所谓平长壁板，即 LB/HB2（有顶板）或 LB/HB3（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：Mcx=mcqHB2 q均布荷载或三角形荷载的最大值（kN/m2）mc见下表：荷载类别 池壁顶端支承条件 mc 均布荷载 自由 0.426 铰接 0.218 三角形荷载 自由 0.104 铰接 0.035 2深长壁板 所谓深长壁板，

6、即 HB/LB2 的侧壁板，按两部分计算：从底板顶面算起，2LB以上部分按 水平单向受弯计算，02LB部分按双向板 计算，从底板顶面算起 2LB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：H/S 圆柱壳内力计算模型 H/S1 按竖向单向计算，类似于平板 1H/S15 按壳体计算环向和竖向内力 H/S15 顶端自由时，H/S15 部分的圆柱，按无约束的自由圆柱壳计算薄膜内力 H：圆柱壳池壁高度 S：圆柱壳的弹体特征系数，RhS76.0 R：圆柱壳计算半径 h：池壁厚

7、度 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：As=minbh，min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=As/bh0，其一定minh/h0，As/bhmin，等同于 As/bh0minh/h0。.（2）池壁顶以上有

8、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，Mz=ql2/8-MB。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）

9、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 Mx、My，假定底板的长边与短边由壁板所传弯矩为 Mx0、My0，则考虑支座负弯矩后的跨中弯矩按下式计算 Mxx=Mx-mxx Mx0-mxyMy0 Myy=My-myx Mx0-myyMy0 mxx长边负弯矩在短向跨中的弯矩系数 mxy短边负弯矩在短向跨中的弯矩系数 myx长边负弯矩在长向跨中的弯矩系数 myy短边负弯矩在

10、长向跨中的弯矩系数 上述系数见下表：WL 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 mxx 0.160 0.214 0.266 0.318 0.366 0.412 0.454 0.494 0.528 0.562 0.592 mxy 0.306 0.288 0.270 0.251 0.230 0.212 0.194 0.175 0.158 0.142 0.126 myx 0.306 0.316 0.320 0.324 0.324 0.318 0.314 0.308 0.300 0.294 0.288 myy 0.160 0.106 0.074 0.0

11、47 0.022 0.018 0 0 0 0 0 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 周边支座形式 半径 r 处的径向弯矩 半径 r 处的切向弯矩 铰接 22)1(9619qRMr 22)919(961qRMt 固接 22)197(961qRMr 22)97(961qRMt q1m 宽的板基底净反力（kN/m2m）R圆板半径 Rr.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

12、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 as，见下表：钢筋摆放顺序 水平钢筋 as（mm）竖向钢筋 as（mm）水平钢筋在外 35 50(40)水平钢筋在内 55 40 截面有效高度 h0=h-as （括号内数字用于水平筋为构造筋时）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

13、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 埋置情况 平面形状 壁顶部边界条件 埋深范围内有、无地下水 水平长度/高度LB/HB 深度平方/直径H2/D 壁厚 地下水池 地下水池 圆形 有 20 H/20 无 H/25 有 2

14、0 H/25 无 H/30 矩形 矩形 有板或梁 有 2 HB/12 无 HB/15 自由 有 2 HB/10 无 HB/12 有板或梁 有 2 HB/15 无 HB/18 自由 有 2 HB/12 无 HB/15 地上水池 矩形 有板或梁 2 HB/12 自由 2 HB/10 有板或梁 2 HB/15 自由 2 HB/12 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 0.30.8%之间，最好在 0.40.6%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）

15、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 1.21.5 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

16、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）地下水池（有覆土）40 顶面外露水池 30 非严寒、非寒冷地区 20 严寒、寒冷地区.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

17、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：壁厚或底板厚 （mm）未超过伸缩缝 间距时 超过伸缩缝 间距时 备注 HRB 335 250350 12200 12150 400550 14200 12100 600750 16200 14100 8001000 16150 16100 10501250 18100 13001500 18150 20100 附表二 敞口水池池壁顶面水平配筋：壁厚(mm)250500 550700 750950 1000 U 型套箍高 200 8200 配筋HRB335 316 418 420 620 .构造附图：侧

18、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（h600）、0.98（h600）进行折减；将裂缝宽度弯矩值 Mq乘以折减系数 0.90（h700）、0.95（h700）。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

19、裂缝控制的最大弯矩 Mq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

20、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 壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 250 12 200 35 35 31 31 0.26 0.35 1 .53 0.48 1 .62 0.63 1 114 0.95 300 1 .43 0.39 1 105 0.59 0.51 1 134 0.77

21、 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 300 103 0.65 1 169 0.97 1 01 0.36 0.33 10 5 0.49 104 0.43 1 155 0.64 6 122 0.55 100 2 0.82 10 6 0.42 5 124 0.37 1 178 0.56.壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30

22、 C25 C30 400 5 143 0.47 1 218 0.70 8 167 0.58 1 266 0.87 1 169 0.37 5 140 0.33 1 203 0.49 5 166 0.41 1 244 0.62 0 191 0.51 1 294 0.77 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 1 229 0.43 8 191 0.37 1 272 0.55 3 217 0.46 1 324 0.68 3 247 0.55 1 386 0

23、.83 1 258 0.39 2 204 0.33 1 302 0.50 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 550 8 245 0.41 1 356 0.62 9 276 0.50 1 420 0.75 7 207 0.30 1 334 0.45 5 275 0.37 1 390 0.56 6 307 0.45 1 455 0.68 5 365 0.58 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最

24、 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 1 369 0.41 5 285 0.34 1 425 0.51 7 340 0.41 1 492 0.62 6 400 0.53 1 616 0.80 1 405 0.38 20 2 167 0.24 9 289 0.31 1 463 0.47.壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 700 9 376 0.38 1 531 0.57 9 436 0.49

25、 1 657 0.74 1 444 0.36 1 502 0.44 22 200 393 395 222 222 0.27 3 384 0.35 1 572 0.53 4 475 0.46 1 701 0.69 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 1 544 0.41 8 388 0.33 1 615 0.50 1 517 0.43 1 10 746 0.65 850 2 392 0.31 1 661 0.47 25 200 57 .30 0 5

26、60 0.41 1 53 794 0.61 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 1 635 0.37 1 708 0.44 1 572 0.38 1 97 843 0.57 40 686 0.48 1 64 1010 0.72 1000 1 53 810 0.40 1 581 0.34 10 948 0.51 .壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh

27、0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 1000 730 787 0.43 1 063 1119 0.64 100 1 79 0.36 88 588 0.31 1 93 1062 0.46 28 2 471 0.29 817 817 0.39 10 9 1237 0.58 1 103 1185 0.42 826 826 0.35 100 1991 2 .53.壁、底板 厚度(mm)配筋（HRB335）强度控制的最 大弯矩 M（kNm）裂缝控制的最 大弯矩 Mq （kNm）配筋率(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 1200 1076 1157 0.46 1 5

28、80 1662 0.70 1 221 1302 0.39 835 835 0.33 1 402 1499 0.49 1193 1230 0.43 1 705 1802 0.64 注：1.配筋率带下划线者为较适宜的配筋率。2.较适宜的配筋率必须以计算弯矩值与表中弯矩值较接近为前提，即壁厚或底板厚较合适。3.当厚度受某种弯矩（如支座处）控制已确定时，其他弯矩较小部位（如跨中）配筋应采用满足最小配筋率的较小配筋，而不应采用适宜配筋率的配筋。.十二.例题 长条水池，截取 1m 宽侧壁，按下端固接、上端铰接进行计算。荷载：土压力 qs=(181+104)1/319.33 kN/m 水压力 qw10440

29、 kN/m 地面荷载产生的侧压力 qm101/3=3.33 kN/m .三种压力产生的弯矩值：类别 部位 土压力弯矩 Ms 水压力弯矩 Mw 地面荷载弯矩 Mm 下端支座 36 53 10.4 跨中 16.8 21 6 支座基本组合弯矩值:M=(Ms+Mw)1.27+Mm1.4=127.6 kNm 支座准永久组合弯矩值:Mq=Ms+Mw+0.5Mm=99.4 kNm 跨中基本组合弯矩值:M=(Ms+Mw)1.27+Mm1.4=56.4 kNm 跨中准永久组合弯矩值:Mq=Ms+Mw+0.5Mg=40.8 kNm 将壁厚拟定为 400mm(HB/12)，按 C25 砼查表,支座外侧采用 1615

30、0，按强度和裂缝宽度控制的弯矩最大值分别为 139、115 kNm，分别127.6、99.4 kNm，满足要求。配筋率为 0.37%，较合适。跨中内侧选用14150，弯矩值满足要求。此时厚度已定，因弯矩较小，应在满足最小配筋率的前提下采用较小配筋。上述为在池外水、土及地面荷载作用下的计算，还应进行在池内水压力作用下、而池外仅有土压力作用下的计算。此时，强度计算的池外土压力荷载分项系数取 1.0。.两种压力产生的弯矩值：类别 部位 土压力弯矩 Ms 水压力弯矩 Mw 下端支座 36 53 跨中 16.8 21 支座基本组合弯矩值:M=Mw1.27-Ms1.0=31.3 kNm 支座准永久组合弯矩值:Mq=Mw-Ms=17 kNm 跨中基本组合弯矩值:M=Mw1.27-Ms1.0=9.9 kNm 跨中准永久组合弯矩值:Mq=Mw-Ms=4.2 kNm 池壁内侧选配的14150 能满足本工况支座弯矩要求，外侧选配的16150 更能满足本工况跨中弯矩要求。