水池结构设计指南设计

1、实用文档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）标准文案中冶京诚工程技术有限公司工业建筑院二。五年七月目录1 .材料 22 .水、土压力计算33 .侧壁内力计算44 .底板内力计算65 .配筋计算96 .裂缝宽度验算97 .侧壁、底板厚度拟定 108 .抗浮验算 119 .工况组合 11十.构造要求 11一.按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值（附表三）14资料十二.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

2、(CECS 138:2002 ),对水池结构的设计方法进行一定的统一。一.材料1 .硅强度等级不低于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硅厚度的比值确定最大作用水头与碎壁、板厚度之比iw抗渗等级<10S41030S6>30S8注：抗渗等级si的定义系指龄期为 28d的碎试件，施加i >0.1MPa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-3 c的地区，外露的钢筋硅构筑物的硅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10CF200最冷月平均气温在310CF150硅抗冻等级F

3、i系指龄期为28d的硅试件，在进行相应要求冻融循环总次数i次作用，具强度降低不大于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硅抗冻要求。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

4、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

5、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/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 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：Mcx=mcqHB2q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均布何载自由0.426较接0.218二角形荷载自由0.104较接0.0352 .深长壁板所谓深长壁板，即Hb/Lb>2

6、的侧壁板,按两部分计算： 工从底板顶面算起，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<按竖向单向计算，类似于平板1<H/S<5按壳体计算环向和竖向内力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内力H：圆柱壳池壁高度S：圆柱壳的弹体特征系数，S=0.76/RhR：圆柱壳计算半径h：池

7、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 油h, 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/bh。，其 一定 n min xh/h0, As/bh > min

8、,等同于 As/bh0> min M/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。/ , 诀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

9、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。，（，八 乜 '跨中弯矩的计算采用； 一 ；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-mxyMy0Myy = My-myx Mx0myy My0mxx长边负弯矩在短向跨

10、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:LW1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0mx0.160.210.260.310.360.410.450.490.520.560.59x04686244822mx0.300.280.270.250.230.210.190.170.150.140.12y68010245826my0.300.310.320.320.320.310.310.300.300.290.28x66044848048myy0.1600.1060.074

11、0.0470.0220.01800000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处的切向弯矩较接Mr =型(1 P2)qR296Mt(19-9P2)qR296固接1c 22Mr = (7 -19P )qR 961c 22Mt(79P )qR96一 .- rq 1m范的板基底净反力（kN/m2Xm）R一圆板半径P =一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

12、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1.02 .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

13、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向形状边界条内启、无/高度方/直径壁厚件地下水Lb/Hbh2/d有唠0H/20圆形无H/25有>20H/25无H/30地下水有板或有

14、2Hb/12池梁无Hb/15地下水自由有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无Hb/15有板或2Hb/12梁自由2Hb/10地上水矩形池有板或梁<2Hb/15自由<2Hb/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）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

15、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A 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

16、位于地面以下w 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

17、o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 335250350（|）12200制2150400550（|）14200（|）12100600750制6200（|）141008001000制6150制610010501250制810013001500制8150。20100构造附图:附表二敞口水池池壁顶面水平配筋壁厚（mm）250500550700750950/000U型套箍高200脚200配筋HRB3353 01640184 0206 020侧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

18、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 (h<600)、0.98 (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)。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

19、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

20、。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(kN m)裂缝控制的最大弯矩Mq(kN m)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C30250（|）12200353531310.26150464643460.35100686864670.53（|）14200474741440.36150616253570.48100899184880.62016200606149520.47150787966700.63100112

21、1151101140.95300012150575855550.29100848578830.43(|)14200585950500.29150777767720.391001121141011050.59016200757662670.38150989981860.511001421451291340.77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/bh。直径间距C25C30C25C30300018200939473770.49150122124981030.651001741791641690.970121

22、50696958580.24350100101102951010.36(|)14200707052520.24150929382890.331001351371181250.49016200909177770.32150118120971040.431001731751491550.6401820011211388950.411501471491161220.551002132171861930.82400(|)121001181191131210.3101415010810893930.281001581601381460.4201620010510679790.28150139140115

23、1240.371002032051701780.56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K%)As/bh。直径间距C25C30C25C304000182001311321061110.351501731741351430.471002512552092180.700202001601621201280.441502092121581670.581003023082572660.87450M21001351361311310.27M415012312495950.251001811831581690.37M620012

24、012181810.241501591601351400.331002332351922030.49M82001501521141140.311501982001551660.411002892932332440.620202001841851401510.381502412431801910.511003493552842940.77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C25C30C25C30500M21001521531341340.24M41002052061811950.33M61

25、501791801431430.291002632662162290.43M82001701711161160.281502232251781910.371003273312592720.550202002072091571570.341502722752032170.461003964023113240.68（|）222002482501801930.411503243282332470.551004684783733860.83550M41002282292062120.300161501992001451450.261002932962412580.3901820018919011811

26、80.251502492512022040.331003653692863020.50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K%)As/bh。直径间距C25C30C25C30550花02002312321601600.311503043062282450.411004434493403560.62（|）222002762792042110.371503623662592760.501005255344044200.756000141002512522162160.270161003233262692890.360182

27、002082091201200.231502742762072070.301004034073143340.45花02002542561631630.281503353382552750.371004904963703900.560222003053072142140.341504004042863070.451005825924364550.680252003873912652850.441505115183453650.58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/bh。直径间距C25C30C25C306

28、500141002762772202200.250161003573592993220.330181503023042102100.281004454493453690.41花02002802821651650.261503693722852850.341005425484024250.510222003363382172170.311504424463173400.411006456544694920.620252004284312953140.401505605673764000.531008108255926160.807000141002993012222220.23016100387

29、3893263260.300181503273302132130.251004844883784050.382003043051671670.24花01504014042892890.311005895954354630.47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C25C30C25C307000222003653672202200.291504804843493760.381007027115045310.570252004644683183180.371506096164094360.49

30、1008848996306570.747500161004174193313310.280181503533552152150.241005225264124440.36花01504324352922920.291006366424715020.440222003933952222220.271505185223833840.351007597685415720.530252005015053223220.341506586654444750.461009579736707010.698000161004444463343340.260181005565604494690.33壁、底板厚度(m

31、m)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C25C30C25C308000201504614632952950.281006786855085440.410222004194212242240.251505525563883880.331008108195806150.500252005345383253250.321507037094815170.43100102410397107460.658500161004744773373370.250181005945984744740.31020150492495

32、2972970.260201007267325485880.390222004474502262260.231505905943923920.311008678766206610.47252005715753283280.301507527585205600.41100109711137537940.61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C25C30C25C309000181006326364784780.300201505235263003000.241007737795896350.

33、370221506286323953950.291009249336627080.440252006086123303300.291508018085615720.38100117111867978430.570282007547604594590.3615099010006406860.481001437146196410100.7210000181007097134864860.260201008678736586580.331507047084014010.26100103810477538100.40(|)252006826863353350.261508999065815810.34

34、100131813338919480.51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C25C30C25C3010000282008478534654650.32150111311247307870.4310016221646106311190.640181007857894924940.242 O Oo o自2自 o自00自5自2自 o°(电 O° © oo©OO©5° © 2 OO©Oo©5°

35、 © 2 OO©O° ©5o©O266 o 5 500 s2369394659 977555 27 00 O9 6 27 5s 00 3 O6CD5舌O o7 59、67 009 6700 g6O6900 大49935 00 0033 0000 524s6 60000 9 OO623 700-hjs 25 00 003 30000966 600o00 3OKoOUI 00O009o Ko9OO3OKo 3o00 6O boo25150109511025955950.2810016121627110311850.42028200103110374764760.27150135913698268260.3510019912015128213640.53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。直径间距C25C30C25C301200强2200133013407027020.3515017461765107611570.4610025382579158016620.70130002