水池结构设计指南

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OO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(CE

2、CS 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v 10S41030S6 30S8注：抗渗等级si的定义系指龄期为 28d的砼试件，施加i x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一3C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一10CF200最冷月平均气温在一3一10CF150砼抗冻等级Fi系指龄期为28d的砼试件，在

3、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C天津C通化C石家庄C承德C西安C太原C本溪C兰州C银川C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。2土压力主动土压力系数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。3地面

4、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。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。荷载等级等代均布何载汽车一10级10 kN/m2汽车一15级12 kN/m2汽车一20级15 kN/m25.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 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

5、。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:Mex二mcqHB2q均布荷载或二角形荷载的最大值（kN/m2）何载类别池壁顶端支承条件me均布何载自由铰接二角形何载自由铰接me见下表:2.深长壁板所谓深长壁板，即Hb/Lb 2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O3. 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

6、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/S 1按竖向单向计算，类似于平板1 v H/S 15顶端自由时，H/S 15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，S 0.7&fRhR:圆柱壳计算半径h： 池壁厚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

7、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= p min X bh ,p min 为% (C25)、% (C30)也可根据厚度查表，选取较小配筋，表中配筋率p = As/bho，其一定p min X h/ho, As/bhp min，等同于 Ajbhop min X h/h。（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,Mz二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，

8、 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。2 .一般矩形水池（净长/净宽w 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

9、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Mx、My0，则考虑支座负弯矩后的跨中弯矩按下式计算M xx = M x-mxx Mx-mxyMy0Myy = M y-myx Mx-myyMymxx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短边负弯矩在长向跨中的弯矩系数上述系数见下表:LWmxxmxymyx0.324myy00000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192

10、2Mr -(12)qR2961 2 2Mt (19 9 2)qR296固接1 2 2Mr 一(7 19 2)qR2961 2 2Mt j(7 9 )qR96rq1m宽的板基底净反力（kN/卄m）R圆板半径R五. 配筋计算1. 弯矩计算中，水、土压力乘以荷载分项系数，地面堆积 及车辆荷载产生的侧压力乘以荷载分项系数。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；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。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氏，见下表：钢筋摆

11、放顺序水平钢筋as (mm)竖向钢筋as(mm)水平钢筋在外3550(40)水平钢筋在内5540截面有效咼度ho=h-as (括号内数子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，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:污水处理设施：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,

12、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壁厚有 20H/25无H/30地下水有板或有 2Hb/12池梁无Hb/15地下水自由1有 2Hb/10池矩形无Hb/12矩形有板或有 2Hb/15梁无Hb/18自由有 2Hb/12地上水矩形自由 2Hb/10池有板或 梁 2Hb/15自由 1000U型套箍 高200 8200配筋HRB3353 164 184 206 20构造附图:侧壁转角处

13、侧壁交接处/.- 11侧壁、底板转角处侧壁、底板交接处图中I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（hW600）、（h600）进行折减；将裂缝宽度弯 矩值Mq乘以折减系数（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. 裂缝控制的最大弯矩Mq系指裂缝宽度为 mm时，按表中给

14、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。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V %或%，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

15、用。7 .转角处钢筋间距可能变为 50、75,可按100、150的强度壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩M q(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直径间距C25C30C25C30250 12200353531311504646434610068686467 14200474741441506162535710089918488 162006061495215078796670100112115110114300 121505758555510084857883 1420058595050150777767721001121141

16、01105 162007576626715098998186100142145129134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(kN m)裂缝控制的最 大弯矩M q(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直径间距C25C30C25C30300 182009394737715012212498103100174179164169350 121506969585810010110295101 142007070525215092938289100135137118125 162009091777715011812097104100

17、173175149155 182001121138895150147149116122100213217186193400 12100118119113121 141501081089393100158160138146 162001051067979150139140115124100203205170178壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最大弯矩M(kN m)裂缝控制的最大弯矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直径间距C25C30C25C30400 18200131132106111150173174135143100251255209218 2020016

18、0162120128150209212158167100302308257266450 12100135136131131 141501231249595100181183158169 162001201218181150159160135140100233235192203 18200150152114114150198200155166100289293233244 20200184185140151150241243180191100349355284294壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩Mq(kN m)配筋率 p (%)A

19、s/bh。直径间距C25C30C25C30500 12100152153134134 14100205206181195 16150179180143143100263266216229 18200170171116116150223225178191100327331259272 20200207209157157150272275203217100396402311324 22200248250180193150324328233247100468478373386550 14100228229206212 16150199200145145100293296241258 18200189

20、190118118150249251202204100365369286302壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直径间距C25C30C25C30550 20200231232160160150304306228245100443449340356 22200276279204211150362366259276100525534404420600 14100251252216216 16100323326269289 18200208209120120150274276207207100

21、403407314334 20200254256163163150335338255275100490496370390 22200305307214214150400404286307100582592436455 25200387391265285150511518345365壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh。直径间距C25C30C25C30650 14100276277220220 16100357359299322 18150302304210210100445449345369

22、 20200280282165165150369372285285100542548402425 22200336338217217150442446317340100645654469492 25200428431295314150560567376400100810825592616700 14100299301222222 16100387389326326 18150327330213213100484488378405 20200304305167167150401404289289100589595435463壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M(kN

23、m)裂缝控制的最 大弯矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直径间距C25C30C25C30700 22200365367220220150480484349376100702711504531 25200464468318318150609616409436100884899630657750 16100417419331331 18150353355215215100522526412444 20150432435292292100636642471502 22200393395222222150518522383384100759768541572 25200501505322

24、322150658665444475100957973670701800 16100444446334334 18100556560449469壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh。直径间距C25C30C25C30800 20150461463295295100678685508544 22200419421224224150552556388388100810819580615 2520053453832532515070370948151710010241039710746850 161

25、00474477337337 18100594598474474 20150492495297297 20100726732548588 22200447450226226150590594392392100867876620661 2520057157532832815075275852056010010971113753794壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩M q(kN m)配筋率 p (%)As/bh。直径间距C25C30C25C30900 18100632636478478 201505235263003001007737

26、79589635 22150628632395395100924933662708 2520060861233033015080180856157210011711186797843 2820075476045945915099010006406861001437146196410101000 18100709713486486 20100867873658658 2215070470840140110010381047753810 2520068268633533515089990658158110013181333891948壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最 大弯矩M

27、(kN m)裂缝控制的最 大弯矩M q(kN m)配筋率 p (%)As/bho直径间距C25C30C25C301000 282008478534654651501113112473078710016221646106311191100 18100785789492494 20100961967668668 2215078078440640610011521161852879 252007557593383381509971004588588100146514819931062 282009399454714711501236124681781710018061830116912371200

28、2010010551061676676 2210012661275890890 25150109511025955951001612162711031185 2820010311037476476150135913698268261001991201512821364壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)强度控制的最大弯矩M(kN m)裂缝控制的最 大弯矩M q(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直径间距C25C30C25C301200 3220013301340702702150174617651076115710025382579158016621300 2010011491156683683 2210013801389900900 25150119312006006001001760177512211302 28200112311294804801501482149383583510021762200140214