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 111一.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

2、 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).1MPa水压后满足不渗水指标般情况下采用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一10 cF200最冷月平均气温在一3一10 cF150砼抗冻等级Fi系指龄期为28d的

3、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 C天津4.0 C通化16.1 C石家庄2.9 C承德9.4 C西安0.9 C太原6.5 C本溪12.2 C兰州6.7 C银川8.9 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1.0。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

4、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。荷载等级等代均布何载汽车一10级10 kN/m 2汽车一15级12 kN/m2汽车一20级15 kN/m 25 .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

5、荷载作 用于池壁上。/L i f亠jri f-可编辑修改-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二mcqHB2q 均布荷载或三角形荷载的最大值（kN/m2）mc见下表：何载类别池壁顶端支承条件me均布何载自由0.426铰接0.218二角形何载自由0.104铰接0.0352 .深长壁板所谓深长壁板，即Hb/Lb 2的侧壁板, 按

6、两部分计算：H从底板顶面算起，2Lb以上部分按水平单向受弯计算，02L b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/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乂面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SAP 2000软件进行计

7、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= pmin Wh , pmin 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/bh0，其疋pin Xi/ho, As/bhmin，等冋于 As/bhomin Xl/h 0 o（2）池壁顶以上有荷载（如冷却塔等）底板以基底净

8、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1.02 .一般矩形水池（净长/净宽W2）（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

9、）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。张（#小*跨中弯矩的计算采用；. A.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-mxy My0Myy = My-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 m yy短边负弯矩在长

10、向跨中的弯矩系数上述系数见下表:LW1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0mxx0.1600.2140.2660.3180.3660.4120.4540.4940.5280.5620.592mxy0.3060.2880.2700.2510.2300.2120.1940.1750.1580.1420.126myx0.3060.3160.3200.3240.3240.3180.3140.3080.3000.2940.288myy0.1600.1060.0740.0470.0220.01800000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

11、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Mr =空（1 - P2）qR2961 2 2Mt =（19_9P ）qR96固接122Mr = （7 19P ）qR96122Mt（7_9卩）qR96rq 1m宽的板基底净反力（kN/m 2Xm）R 圆板半径P =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 1.4。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

12、 .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3550(40)水平钢筋在内5540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. 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：0.20mm4. 裂缝宽

13、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壁顶部埋深范围水平长度深度平况平面形状边界条件内有、无地下水/高度LB/HB方/直径h2/d壁厚地下水池 地下水池圆形有 20H/25无H/30矩形矩形有板或梁有 2Hb/12无Hb/15自由有 2Hb/10无Hb/12有板或梁有2Hb/15无Hb/18自由有 2Hb

14、/12自由 2Hb/10有板或梁2Hb/15自由两者取较小值，并不小于500侧壁净高/4J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)进行折减；将裂 缝宽度弯矩值Mq乘以折减系数0.90 ( 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

15、 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0.54 .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 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、7

16、5，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(kN m)裂缝控制的最大弯矩Mq(kN m)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C3020353531310.2612015464643460.35010686864670.53025014200474741440.3615616253570.48010899184880.62020606149520.4716015787966700.630101121151101140.9501215575855550.

17、29010848578830.43300020585950500.2914015777767720.390101121141011050.59016200757662670.38150989981860.511001421451291340.77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C25C30C25C3030018200939473770.49150122124981030.651001741791641690.9735012150696958580.24100101102951010.36

18、14200707052520.24150929382890.331001351371181250.4916200909177770.32150118120971040.431001731751491550.641820011211388950.411501471491161220.551002132171861930.82400121001181191131210.311415010810893930.281001581601381460.421620010510679790.281501391401151240.371002032051701780.56壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335

19、 )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C25C30C25C30201311321061110.35180400151731741351430.470102512552092180.7002001601621201280.44201502092121581670.58103023082572660.870机2101351361311310.270141512312495950.250450101811831581690.3702012012181810.24160151591601351400.330102332351922030.

20、490201501521141140.31180151982001551660.410102892932332440.620202001841851401510.381502412431801910.511003493552842940.77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)(kN m)(kN m)As/bh0直径间距C25C30C25C3012101521531341340.24014102052061811950.33016151791801431430.290500102632662162290.430机82001701711

21、161160.28152232251781910.370103273312592720.550202072091571570.34200152722752032170.460103964023113240.680202482501801930.41220153243282332470.550104684783733860.83014102282292062120.30055016151992001451450.2601002932962412580.39201891901181180.25机80152492512022040.330103653692863020.500壁、底板厚度(mm)配筋

22、(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C25C30C25C30550202002312321601600.311503043062282450.411004434493403560.62222002762792042110.371503623662592760.501005255344044200.75141002512522162160.27161003233262692890.36600182002082091201200.231502742762072070.301004034073143340.4520200

23、2542561631630.281503353382552750.371004904963703900.56222003053072142140.341504004042863070.451005825924364550.68252003873912652850.441505115183453650.58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C25C30C25C30141002762772202200.25161003573592993220.33181503023042102100.281

24、004454493453690.412002802821651650.26201503693722852850.346501005425484024250.512003363382172170.31221504424463173400.411006456544694920.622004284312953140.40251505605673764000.531008108255926160.80141002993012222220.23161003873893263260.30181503273302132130.257001004844883784050.382003043051671670.

25、24201504014042892890.311005895954354630.47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/bh0直径间距C25C30C25C302003653672202200.29221504804843493760.381007027115045310.57700252004644683183180.371506096164094360.491008848996306570.74750161004174193313310.28181503533552152150.241005225264

26、124440.36201504324352922920.291006366424715020.44222003933952222220.271505185223833840.351007597685415720.53252005015053223220.341506586654444750.461009579736707010.69800161004444463343340.26181005565604494690.33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C25C30C25C3020150

27、4614632952950.288001006786855085440.41222004194212242240.251505525563883880.331008108195806150.50252005345383253250.321507037094815170.43100102410397107460.65850机61004744773373370.25181005945984744740.31201504924952972970.26201007267325485880.39222004474502262260.231505905943923920.31100867876620661

28、0.47252005715753283280.301507527585205600.41100109711137537940.61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C25C30C25C30900机81006326364784780.30201505235263003000.241007737795896350.37221506286323953950.291009249336627080.44252006086123303300.291508018085615720.3810011711

29、1867978430.57282007547604594590.3615099010006406860.481001437146196410100.721000181007097134864860.26201008678736586580.33221507047084014010.26100103810477538100.40252006826863353350.261508999065815810.34100131813338919480.51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 0直径间距C25C

30、30C25C30208478534654650.32100028015111311247307870.4301016221646106311190.640机8107857894924940.24020109619676686680.300110022157807844064060.24010115211618528790.360207557593383380.2325015099710045885880.31101465148199310620.460209399454714710.2928015123612468178170.3901018061830116912370.5802010105

31、510616766760.2702210126612758908900.33120002515109511025955950.2801016121627110311850.42020103110374764760.2728015135913698268260.35010019912015128213640.53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 0直径间距C25C30C25C3020133013407027020.351200代201517461765107611570.4601025382579158016620.7002010114911566836830.2502210138013899009000.30013002515119312006006000.2601017601775122113020.39028200112311294804800.2515148214938358350.3301021762200140214990.49020145114617087080.32代201519071925119312300.4301