水池结构设计指南设计

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

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.侧壁力计算................................4

四.底板力计算................................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：绪华

审核：衍法

编程：覃嘉仕

资料

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》(CECS138:2002),

对水池结构的设计方法进行一定的统一。

--材料

1.险强度等级不低于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碎厚度的比值确定

最大作用水头与碎壁、板厚度之比抗渗等级

iw

<10S4

10-30S6

>30S8

注：抗渗等级si的定义系指龄期为28d的碎试件，施加

ixO.IMPa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-的地区，外露的钢筋砂构筑物的已应

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-3〜-10℃F150

验抗冻等级Fi系指龄期为28d的碎试件，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%。

资料

最冷月平均气温在《民用建筑热工设计规》GB50176-93中查取。

如：

-4.5℃天津一4.0℃

-16.1℃-2.9℃

-9.4℃-0.9℃

-6.5℃-12.2℃

-6.7℃-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

考虑险抗冻要求。

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1.0o

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10kN/m3,准永久

值系数为1.0o

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10kN/m2,准永久值系数为0.5o

4.汽车荷载（作用于水池侧面）

资料

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

汽车一10级10kN/m2

汽车一15级12kN/m2

汽车一20级15kN/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60kN/m2等代均布荷载考虑，准永久值系数为

0o

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.侧壁力计算

1.平长壁板

所谓平长壁板，即LB/HB>2（有顶板）或LB/HB>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

资料

自由（无顶板时）、较接（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:

2

Mcx=mcqHB

q—均布荷载或三角形荷载的最大值（kN/m2）

me见下表:

荷载类别池壁顶端支承条件mc

均布荷载自由0.426

较接0.218

三角形荷载自由0.104

较接0.035

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

资料

水平单向受弯计算，。〜2LB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圆柱壳力计算模型

H/S<1按竖向单向计算，类似于平板

1<H/S<15按壳体计算环向和竖向力

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力

H：圆柱壳池壁高度S:圆柱壳的弹体特征系数，S=0.76j丽

R：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SAP2000软件进

行计算。人工计算较繁琐，最好以SAP2000进行计算。

四.底板力计算

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：

资料

As=PminXbh,Qmin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P=As/bho,其

PminXh/ho,As/bh>Qmin,等同于As/bh。>QminXh/ho°

(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

2

到支座处，以降低底板跨中弯矩，Mz=q//8-MBo基底净反力包括壁

板、顶板及上部冷却塔等设备自重，

而不包括池水重及底板自重。。।।।।।।।一'

(ITTIIT11Tli/

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

I--------------------C-q--------------1----------------------------r

水重及底板自重。'，

/TA/'

/|X_'j/■-'.

资料''

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Mx。、My。，则考虑支座负弯

矩后的跨中弯矩按下式计算

00

Mxx=Mx-mXxMx-mxyMy

Myy=My-myx

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——短边负弯矩在长向跨中的弯矩系数

上述系数见下表:

L

1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0

W

0.160.210.260.3180.360.410.450.490.520.560.59

mx0466244822

X

0.300.280.270.2510.230.210.190.170.150.140.12

mx6800245826

y

0.300.310.320..320.320.310.310.300.300.290.28

m

y66044848048

X

0.160.100.070.0470.020.0100000

m

y06428

y

资料

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

吃嗡1一城.M=99-902)刷

较接

吃=》7—1刎）冰2

固接

q-1m宽的板基底净反力（kN/m2xm）R一圆板半径

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1.4o

池有水，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$,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3550(40)

水平钢筋在5540

截面有效高度ho=h-as（括号数字用于水平筋为构造筋时）

六.裂缝宽度验算

资料

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

范度。

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》

(GB50069-2002)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

埋置情壁顶部埋深围水平长度深度平

平面形状壁厚

况边界条有、无地/高度方/直径

LB/HBH2/D

件下水

H/20

有<20

圆形

H/25

无

H/25

地下水有>20

H/30

池无

H/12

地下水有板或有>2B

资料

HB/15

池梁无

矩形

HB/10

自由有>2

矩形

H/12

无B

HB/15

有板或有<2

HB/18

梁无

HB/12

自由有<2

HB/15

无

HB/12

有板或>2—

梁

地上水矩形

HB/10

自由>2—

池

HB/15

有板或<2—

梁

HB/12

自由<2—

注1）壁厚按50mm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250mm。

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

资料

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

池水压力；

在池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w1m,这

种情况可只作在池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

资料

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4100(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：

壁厚或底板厚未超过伸缩缝超过伸缩缝备注

(mm)间距时间距时

HRB335

250-350912200@12150

400-550(/p>

600-750中16200(P14100

800-1000916150916100

1050-1250918100

1300-1500918150920100

附表二敞口水池池壁顶面水平配筋:

壁厚250〜500550〜700750〜950U型套箍

(mm)

1000高200

配筋3cp164cp184cp206cp20cp8200

HRB335

资料

构造附图:

图中I按下列取值：

相邻壁水平较小净跨长乂］

A

或中间壁水平净跨长/4y两者取较小值，并不小于500

侧壁净高/4

资料

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30mm,当>30mm时，将强度弯矩

值M乘以折减系数0.95(h<600)s0.98(h>600)进行折减；将裂

缝宽度弯矩值Mq乘以折减系数0.90(h<700)、0.95(h>700)o

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0.25mm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

资料

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、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

(HRB335)大弯矩

厚度M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C30C25C30

直径间距

200353531310.26

(p12150464643460.35

100686864670.53

200474741440.36

250(p14150616253570.48

100899184880.62

200606149520.47

cp16150787966700.63

1001121151101140.95

cp12150575855550.29

100848578830.43

200585950500.29

300(p14150777767720.39

1001121141011050.59

200757662670.38

cp16150989981860.51

资料

1001421451291340.77

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直径间距

200939473770.49

300cp18150122124981030.65

1001741791641690.97

(p12150696958580.24

100101102951010.36

200707052520.24

cp14150929382890.33

1001351371181250.49

350200909177770.32

cp16150118120971040.43

1001731751491550.64

20011211388950.41

(p181501471491161220.55

1002132171861930.82

cp121001181191131210.31

cp1415010810893930.28

资料

4001001581601381460.42

20010510679790.28

cp161501391401151240.37

1002032051701780.56

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直径间距

2001311321061110.35

cp181501731741351430.47

4001002512552092180.70

2001601621201280.44

cp201502092121581670.58

1003023082572660.87

(p121001351361311310.27

cp1415012312495950.25

1001811831581690.37

20012012181810.24

450(p161501591601351400.33

1002332351922030.49

2001501521141140.31

资料

cp181501982001551660.41

1002892932332440.62

2001841851401510.38

(p201502412431801910.51

1003493552842940.77

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN'm)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直径间距

9121001521531341340.24

cp141002052061811950.33

(p161501791801431430.29

1002632662162290.43

2001701711161160.28

(p181502232251781910.37

5001003273312592720.55

2002072091571570.34

q)201502722752032170.46

1003964023113240.68

2002482501801930.41

资料

cp221503243282332470.55

1004684783733860.83

(p141002282292062120.30

cp161501992001451450.26

5501002932962412580.39

2001891901181180.25

(p181502492512022040.33

1003653692863020.50

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN'm)(kN'm)

C25C3OC25C3O

直径间距

2002312321601600.31

cp201503043062282450.41

1004434493403560.62

5502002762792042110.37

9221503623662592760.50

1005255344044200.75

cp141002512522162160.27

cp161003233262692890.36

2002082091201200.23

资料

cp181502742762072070.30

1004034073143340.45

2002542561631630.28

600cp201503353382552750.37

1004904963703900.56

2003053072142140.34

cp221504004042863070.45

1005825924364550.68

(p252003873912652850.44

1505115183453650.58

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN•m)(kN-m)

C25C3OC25C30

直径间距

cp141002762772202200.25

cp161003573592993220.33

cp181503023042102100.28

1004454493453690.41

2002802821651650.26

cp201503693722852850.34

6501005425484024250.51

资料

2003363382172170.31

cp221504424463173400.41

1006456544694920.62

2004284312953140.40

cp251505605673764000.53

1008108255926160.80

(p141002993012222220.23

(p161003873893263260.30

cp181503273302132130.25

7001004844883784050.38

2003043051671670.24

cp201504014042892890.31

1005895954354630.47

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)

(kN-m)(kN-m)As/bho

C25C3OC25C3O

直径间距

2003653672202200.29

cp221504804843493760.38

1007027115045310.57

7002004644683183180.37

9251506096164094360.49

资料

1008848996306570.74

(p161004174193313310.28

(p181503533552152150.24

1005225264124440.36

(p201504324352922920.29

1006366424715020.44

7502003933952222220.27

cp221505185223833840.35

1007597685415720.53

2005015053223220.34

cp251506586654444750.46

1009579736707010.69

800(p161004444463343340.26

cp181005565604494690.33

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直径间距

cp201504614632952950.28

1006786855085440.41

2004194212242240.25

资料

cp221505525563883880.33

8001008108195806150.50

2005345383253250.32

cp251507037094815170.43

100102410397107460.65

(p161004744773373370.25

(p181005945984744740.31

cp201504924952972970.26

cp201007267325485880.39

8502004474502262260.23

cp221505905943923920.31

1008678766206610.47

2005715753283280.30

cp251507527585205600.41

100109711137537940.61

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

厚度(HRB335)大弯矩M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C3O

直径间距

(p181006326364784780.30

资料

cp201505235263003000.24

1007737795896350.37

cp221506286323953950.29

1009249336627080.44

9002006086123303300.29

cp251508018085615720.38

100117111867978430.57

2007547604594590.36

(p2815099010006406860.48

1001437146196410100.72

(p181007097134864860.26

cp201008678736586580.33

cp221507047084014010.26

1000100103810477538100.40

2006826863353350.26

(p251508999065815810.34

100131813338919480.51

壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率

大弯矩

厚度(HRB335)M大弯矩MqP(%)

(mm)As/bho

(kN-m)(kN-m)

C25C3OC25C30

直径间距

资料

2008478534654650.32

1000cp28150111311247307870.43

10016221646106311190.64

cp181007857894924940