水池结构设计指引

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工业建筑院目录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11十一.按强度及裂缝宽度限制的最大弯矩值附表三14十二.例题26 李绪华 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?(CECS138:2002),对水池结构的设计方法进行一定的统

2、一.一.材料1 .硅强度等级不低于C25,严寒和严寒地区不低于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30S8注：抗渗等级si的定义系指龄期为28d的碎试件,施加ix0.1MPa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-3c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Fi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

3、均气温在?民用建筑热工设计标准?GB50176-93中查取.如:北京-4.5C天津-4.0C通化-16.1C石家庄-2.9C承德-9.4C西安-0.9C太原-6.5C本溪-12.2C兰州-6.7C银川-8.9C根本上除东北、西北和华北的大局部地区外,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1.0.3 .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10kN/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10kN/m2汽车一15级12kN/m2汽车一20级15kN/m25 .列车荷载作用于水池侧面假设枕木在滑裂体与水平面夹角55斜面形成的滑裂体以外,那么不需考虑；否那么按60kN/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

5、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:2Mcx=mcqHBq均布荷载或三角形荷载的最大值kN/m2mc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/Lb2的侧壁板,按两局部计算：从底板顶面算起,2Lb以上局部按水平单向受弯计算,02Lb局部按双向板计算,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

6、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顶端自由时,H/S15局部的圆柱,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=0.762)(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,分别按根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=pminXbh,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APminX

7、h/h0,As/bhApmin,等同于A/bhoApminXh/h0.2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.,口、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局部.注意此处的负弯矩用作强度计算时、荷裁分项系数为1.0.2 .一般矩形水池净长/净宽W21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,分别按根本组合设计值和准永久组合设计值计算配筋和裂

8、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.I:乜跨中弯矩的计算采用-F下述方法：一M口XL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,那么考虑支座负弯矩后的跨中弯矩按下式计算Mxx=Mx-mxxMx0-mxyMy0Myy=My-myxMxmyyMy0mxx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

9、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:LW1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0mxx0.1600.2140.2660.3180.3660.4120.4540.4940.5280.5620.592mxy0.3060.2880.2700.2510.2300.2120.1940.1750.1580.1420.126myx0.3060.3160.3200.3240.3240.3180.3140.3080.3000.2940.288myy0.1600.1060.0740.0470.0220.01800000采用桩基时,以

10、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局部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=19(1-P2)qR2961f22Mt=一(199P)qR96固接Mr=(7-19P2)qR2961PY22Mt-(7-9P2)qR296q1m宽的板基底净反力kN/mxmR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、强度计算时的池外土压力荷载分项系数取1.0;计算底板跨中弯矩时,假设考虑侧壁弯矩的有力影响,那么侧壁

11、弯矩荷载分项系数取1.0.2 .以根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生,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：0.20mm

12、4 .裂缝宽度计算按?给水排水工程构筑物结构设计标准?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,当外表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 .侧壁厚度可参考以下表格初步拟定埋置情况平向形状壁顶部边界条件埋深范围内启、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20H/25:无H/30形形矩矩有板或梁有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/12无H

13、b/15地上水池矩形有板或梁2Hb/12自由2Hb/10有板或梁2Hb/15自由1000U型套箍高200小8200配筋HRB3353.164|184|206.20构造附图:侧壁转角处侧壁交接处侧壁、底板转角处4悖Ki侧壁、底板交接处图中l按以下取值：1X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.按强度及裂缝宽度限制的最大弯矩值(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(hW600)、0.98(h600)进行折减；将裂缝宽度弯矩值Mq乘以折减系数0.90(hW700)、0.95(h700).2

14、 .强度限制的最大弯矩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、车辆荷载作用下的根本组合弯矩值对应,即考虑荷载分项系数.3 .裂缝限制的最大弯矩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,假设0.3%或0.8%,

15、那么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的强度及裂缝限制的弯矩值分别乘以1.5、1.8.壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C3025012200353531310.26150464643460.35100686864670.5301420047

16、4741440.36150616253570.48100899184880.62016200606149520.47150787966700.631001121151101140.9530012150575855550.29100848578830.43014200585950500.29150777767720.391001121141011050.590162007576626703815098998186051100142145129134077附表三按强度及裂缝宽度限制的最大弯矩值壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋

17、率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C30300018200939473770.49150122124981030.651001741791641690.9735012150696958580.24100101102951010.36014200707052520.24150929382890.331001351371181250.49016200909177770.32150118120971040.431001731751491550.6401820011211388950.411501471491161220.551002132171861930.82400121001181

18、1911312103101415010810893930.28100158160138146_04201620010510679790.28150139140115124_037100203205170178056壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kN-m)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C304000182001311321061110.351501731741351430.471002512552092180.700202001601621201280.441502092121581670.5810030230

19、82572660.87450121001351361311310.2701415012312495950.251001811831581690.3701620012012181810.241501591601351400.331002332351922030.490182001501521141140.311501982001551660.411002892932332440620202001841851401510-381502412431801910511003493552842940.77壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kN-m)裂缝限制的最大弯矩Mq(kN

20、m)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C30500121001521531341340.240141002052061811950.330161501791801431430.291002632662162290.430182001701711161160.281502232251781910.371003273312592720.550202002072091571570.341502722752032170.461003964023113240.68222002482501801930.411503243282332470.551004684783733860.83550

21、0141002282292062120.300161501992001451450.261002932962412580390182001891901181180.25150249251202204033100365369286302050壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kN-m)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C305500202002312321601600.311503043062282450.411004434493403560.620222002762792042110.3715036236625927

22、60.501005255344044200.756000141002512522162160.270161003233262692890.360182002082091201200.231502742762072070.301004034073143340.452002002542561631630.281503353382552750.371004904963703900.562222003053072142140.34150400404286307_0451005825924364550680552003873912652850441505115183453650J8壁、底板厚度(mm)配

23、筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C306500141002762772202200.250161003573592993220.330181503023042102100.281004454493453690.412002002802821651650.261503693722852850.341005425484024250.512222003363382172170.311504424463173400.411006456544694920.620552004284312953140.401

24、505605673764000.531008108255926160.807000141002993012222220.230161003873893263260300181503273302132130.251004844883784050380002003043051671670.24150401404289289031100589595435463047壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kN-m)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C307000222003653672202200.291504804843493

25、760.381007027115045310.572552004644683183180.371506096164094360.491008848996306570.747500161004174193313310.280181503533552152150.241005225264124440.365201504324352922920.291006366424715020.445222003933952222220.271505185223833840.351007597685415720.532552005015053223220.3415065866544447504610095797

26、36707010598000161004444463343340.260181005565604494690.33壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C308000201504614632952950.281006786855085440.410222004194212242240.251505525563883880.331008108195806150.502552005345383253250.321507037094815170.43100102410397107460

27、.658500161004744773373370.250181005945984744740.312001504924952972970.262001007267325485880.392222004474502262260.231505905943923920.3110086787662066104725520057157532832803015075275852056004110010971113753794061壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kNm)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C3090001810

28、06326364784780.302201505235263003000.241007737795896350.372221506286323953950.291009249336627080.442552006086123303300.291508018085615720.38100117111867978430.572882007547604594590.3615099010006406860.481001437146196410100.7210000181007097134864860.262001008678736586580.332221507047084014010.2610010

29、3810477538100402552006826863353350.2615089990658158103410013181333891948051壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kN-m)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C3010000282008478534654650.32150111311247307870.4310016221646106311190.6411000181007857894924940.242201009619676686680.302221507807844064060.241001

30、15211618528790.362552007557593383380.2315099710045885880.311001465148199310620.462882009399454714710.29150123612468178170.3910018061830116912370.581200200100105510616766760.2722210012661275890890033255150109511025955950.281001612162711031185042288200103110374764760.27150135913698268260351001991202112821364053壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)强度限制的最大弯矩M(kNm)裂缝限制的最大弯矩Mq(kN-m)配筋率p(%)As/bh0直径间距C25C30C25C301200322200133013407027020.3515017461765107611570.4610025382579158016620.701300220100114911566836830.25222100138013899009000.30255150119312006006000.2610017601775122113020.39028200112311294