水池设计探讨

钢筋混凝土水池设计探讨期刊门户-中国期刊网2009-5-14来源:《建筑科技与管理》2009年第4期供稿文/关铁勇，牛兰岗[导读]在给排水工程的污水处理厂设计中，水池结构设计的技术与经济合理性显得尤为重要。【摘要】本文介绍了钢筋混凝土水池分类方法及应用的重要性，并通过具体实例对水池进行荷载组合，强度计算、抗裂度和裂缝宽度验算，保证水池结构设计的技术与经济合理性。【关键词】钢筋混凝土水池;水压力;水平角隅；固定端ReinforcedconcreteponddesigninquiryintoGuanTie-yong,NiuLan-gang(LiaoningprovinceDalianFisheryConstructionGroupCo.,LtdDalianLiaoning116113)[Abstract]Thearticleintroducedclassificationmethodofreinforcedconcretepondandtheimportanceofapplication,andpassaconcretelysolidexampletocarryonalotustocarryacombinationtothepond,thestrengthcalculation,anti-crackandcrackwidthcheckcalculate,assurancepondstructuredesignoftechniqueandeconomicrationality.[Keywords]Reinforcedconcretepond;Waterpressurestress;LevelCapecorner;Fixedend随着时代的进步和人们环保观念的增强，对于污水处理及再利用的项目日渐增多，钢筋混凝土水池在工业和民用建筑中广泛存在，工程中最常见的是清水池、蓄水池、隔油池、沉淀池、反应池等。同时，在给排水工程的污水处理厂设计中，水池结构设计的技术与经济合理性显得尤为重要。钢筋混凝土水池根据结构形式分为圆形水池、矩形水池；单格水池、多格水池。根据埋置深度分为地上式、地下式、半地上式。根据池体高度和宽度(或直径)的关系分为浅池、深池等。由于水池多建于地下或半地下，由于多种原因产生变形所引起的池体结构裂缝(包括池顶板、壁板、底板)都是难免的。由于受温度及风化作用等因素影响较小，而且池壁外土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力。在规范允许的范围内，经济设计尤为突出。地上水池表1构筑物名称地上水池水池内净规格(长x宽x高)m37.1x20.1x2.3操作介质水池内净规格(长x宽x高)m37.1x20.1x2.3操作介质清水水重度(KN/m2)10介质高度(m)2.3年最低月平均介质温度TN(°C)20年最低月平均温度TA(°C)年最低月平均温度TA(°C)-5.5TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"钢筋混凝土重度(KN/m2) 25\o"CurrentDocument"水泥砂浆重度(KN/m2) 20混凝土标号 C25钢筋种类 HRB335抗震设防烈度 7度0.1g1.钢筋混凝土水池的结构设计1.1钢筋混凝土水池计算步骤：根据水池的有盖、无盖情况确定水池的计算简图；确定水池在侧向荷载作用下单、双向受力的区分条件；⑶根据实际情况计算池内力；(4)各种结构类别、形式的水池均应进行强度计算。根据荷载条件、工程地质条件和水地质条件，决定是否验算结构稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度验算。在荷载作用下，构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时，应进行抗裂度验算，在使用阶段荷载作用下，构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时，应进行裂缝宽度的验算。1.2现通过具体实例来说明水池计算过程1.2.1基础资料(见表1)。1.2.2池壁配筋及裂缝计算计算长度及高度的确定。池壁I：长方向计算长度LB=37.6-0.25=37.35m；池壁II：短方向计算长度LB=21.6-0.25=20.35m；计算高度HB=2.3m。池壁在侧向荷载作用下单、双向受力的确定。壁板I:LBHB=37.352.3=16.3>3.0，按竖向单向计算；壁板II:LBHB=20.35.352.3=8.9>3.0，按竖向单向计算。池壁内力计算。池壁自重标准值(KN/m)：G1k=(0.25x2.3x25+0.04x2.3x20)=16.22KN/m；池内水压力标准值计算：池内水压力(三角形荷载)最大值：q=rwxHB=10x2.3=23KN/m2壁板I的内力计算(按竖向单向计算)在池内水压力作用下，池底弯矩为M0xk(标准值)在池内水压力作用下，水平角隅处局部负弯矩为Mcxk(标准值)Mcxk=mcqH2B=-0.104x23x2.32=-12.7KN-mmc 角隅处水平向弯矩系数在池内水压力作用下，板的边缘反力计算(标准值)RLmk=12qH2B;RLmk=0.50x23x2.3=26.5KN/m壁板II计算同壁板I。在温度变化作用下，各截面的弯矩计算(标准值)Mtk=acAtEch212ns由于TN=20°CTA=-5.5°C^=0.252.03123.26+0.252.03(20+5.5)=19°。水池池壁的壁面湿度当量温差At=10C取At=i9rMtk=acAtEch212ns=1x10-5x19x2.8x107x0.25212x0.65=18KN•m/m（4）池壁强度计算：按承载能力极限状态计算的作用效应基本组合按下式计算：S=rG1C1G1k+rGCWFwk+^cyQCtFtk作用效应基本组合的设计值见下表2各截面配筋计算：C25混凝土：fc=11.9N/mm2，ftk=1.78N/mm2HRB335钢筋：fy=f'y=300N/mm2表2截面位置池内水压力作用下各截面力（标）温（湿）度作用下各截面内（标）基本组合设计值弯矩（KN-m）弯矩（KN-m）弯矩（KN-m）壁板I固定端20.31.27x20.3=25.8水平角隅处-12.7-18（1.27x12.7+1.4x18）=-41.33壁板II固定端同上同上水平角隅处同上同上壁板I：固定端配筋计算：弯矩设计值M=25.8KN-m，根据《简明钢筋混凝土结构设计手册》中A-p（%）值计算用表。A=Mvh20A=25.8x1061000x21002查表2-13p=0.202%>pmin=0.2%As=pbh0=0.202%x1000x210=424.2mm2选用口12@150Ass=754mm2水平角隅配筋计算：弯矩设计值M=41.33KN-m根据《简明钢筋混凝土结构设计手册》中A-p（%）值计算用表A=Mbh20A=41.33x1061000x2102=0.94查表2-13,p=0.327%>pmin=0.2%pmin构件最小配筋率（%）As=pbh0=0.327%x1000x210=687mm2选用口12@150As=754mm2壁板I固定端裂缝宽度验算（受弯构件）：准永久组合弯矩设计值Mq=20.3KN-mwmax=1.8^asqEs（1.5c+0.11dpte（1+a1）v<[wmax]wmax=1.8x0.4x147.362x105x（1.5x35+0.11120.0061）x0.7=0.11mm<[wmax]=0.2mm水平角隅处裂缝宽度验算（受弯构件）准永久组合弯矩设计值Mq=-30.7KN-m3max=1.8x0.4x222.92x105x（1.5x35+0.11120.0061）x0.7=0.15mm<[wmax]=0.2mm壁板II计算同壁板I。池底板计算从略。1.3设计中应注意的问题。水池的四角处，侧压力是沿双向传递，且沿水平传递的比例较大，这些水平传递的侧压力在池壁两端产生较大的水平弯矩即角隅弯矩，角隅处的剪力使垂直于本池壁方向的相邻池壁产生拉力（或压力），故相邻池壁计算时应考虑此力的影响。池底计算时，作用于板上的荷载为池盖、池壁、上部设备及或荷载等作用下的地基反力，但应考虑池壁下端的弯矩作为力偶荷载作用于两端，底板所受轴力等于其两端池壁下端的剪力。2.结束语以上通过具体实例对钢筋混凝土水池的计算步骤、过程、及要点进行了阐述，本实例仅为池壁竖向单向板的计算，其计算步骤同样适用于池壁双向板的计算。通

过合理的计算确定水池的板厚及配筋后，同时还应该满足对水池池壁、底板、顶板厚度、伸缩缝设置、钢筋配置等构造要求，施工时应严格按照图纸及施工、验收规范进行施工和验收，最终才能得到合格的、满足使用要求的产品。水池结构的设计有其特定的技术要求，如防腐抗渗等。设计时，先要进行各种不同的荷载组合，其次要进行强度计算、抗裂度和裂缝宽度验算等。只有这样才能保证水池结构设计的技术与经济合理性。笔者针对水池结构的特点，从设计与施工两方面，就水池结构的关键技术措施及方法进行了介绍，探讨保证水池结构设计技术的经济合理及施工的安全有效进行的方法。水池结构；设计；施工1水池结构的设计1.1结构设计应符合的规定各种结构类别、形式的水池均应进行强度验算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件，决定是否验算结构的稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度的验算。在荷载作用下，构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时，应进行抗裂度验算，在使用阶段荷载作用下，构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时，应进行裂缝宽度的验算。预应力混凝土水池还应进行抗裂度验算。1.2荷载及荷载组合各种荷载。水压。这里指池内水压，是水池的主要荷载之一。现在习惯上将水池按满水来计算水压。这是因为:一方面很可能存在误操作而造成满池;另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位。

土压力。池外有填土的水池，土对池壁的侧压力通常用朗肯理论计算土的主动压力。但土的侧压力变化因素很多，如回填土的密实度、粘结力、内摩擦角等。实践证明，用朗肯理论计算主动土压力偏于安全。地下水压力。地下水压对水池底板的托浮力是威胁水池底板安全的一种主要荷载，设计时应予以重视。为了抵消地下水对底板的影响，在用无梁板作为底板时，其最经济有效的办法是以池底浮土来平衡，而采用增加结构自重的方法是不经济的。当地下水位低于池底而不考虑地下水压时，需采取措施排除地表滞水。温、湿度荷载。由于环境的影响，造成结构物产生温度或湿度的变化，从而引起结构物体积变化，当这种体积变化受到约束时，就会产生应力。通常将温度差及湿度差称之为温、湿度荷载。荷载组合。水压+自重。这是水池结构设计的基本组合。水压+自重+冬季温差。综合温差、湿差和水压的共同作用，当壁面冬季温差的绝对值大于夏季壁面湿差的绝对值时，这种情况是最不利的组合。水压+自重+湿差。综合温差、湿差和水压的共同作用，当夏季壁面湿差的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时，这种情况是最不利的组合。土压+自重。这是指池外有覆土的水池，当有地下水时还应包括地下水压，这种组合是水池荷载的基本组合之一，当水池建成后运营前以及水池放空期间均属此种荷载组合情况。根据上述几种情况，可归纳为如下两类:a.无覆土的水池，池壁的荷载应取上述四种组合的最不利情况求得内力。b.有覆土的水池，可不考虑2）和3）两种组合。1.3截面设计的关键性问题强度设计的安全系数。水池顶盖强度设计的附加安全系数。顶盖所承受的荷载是自重、覆土重、活载等，其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重随密度和含水量而变，其变异性较大，因此，附加安全系数取1.0是合适的。

池壁强度设计的附加安全系数。池壁主要承受土压和水压，水深一般取满池计算，水的容重差别极小。土压强度一般用朗肯主动土压力理论，是略偏大的。从而说明池壁荷载的取值一般是高限，且变异性很小，因此，附加安全系数取0.9，即能满足结构设计要求。底板强度设计的附加系数。池底实际上是与地基共同工作的，一般情况下计算水压及均布荷载均偏大。底板强度设计的附加安全系数取0.9,即能满足结构设计要求。关于裂缝问题的探讨。根据对已建成水池所作的调查。水池裂缝一般为竖向裂缝。这些裂缝有两种:一是贯穿性裂缝，由混凝土收缩引起的；二是出现于池壁外侧的表面裂缝，其逐步扩伸至全截面。另外在工程实践中发现，所有的外挑现浇走道板都产生严重裂缝，并随之扩展到池壁，因此，有必要考虑到预制装配式走道板，或作现浇走道板，每隔3m〜4m设伸缩缝一道。构造配筋。水池池壁的构造配筋，宜按矩形和圆形水池加以区分。对于地面式矩形水池池壁，因对湿差和温差的影响甚为敏感，为避免产生贯穿裂缝，池壁水平向的最小构造配筋率每侧不小于0.15%为宜。对于无顶盖的水池往往在池壁顶部先开裂，宜在顶部每侧放置不小于2根016的水平向钢筋。对于圆形水池池壁的环向最小构造配筋率，其外侧的最小构造配筋率不宜小于0.35%，内侧不宜小于0.15%，对于外池有覆土的水池池壁，其内、外侧宜对称配置，但全截面总配筋率不宜小于0.3%。水池底板最小构造配筋率，对于无顶盖的敞口水池，其底板上层钢筋的最小构造配筋率不宜小于0.15%，其下层配筋率及有顶盖的水池底板配筋率不小于0.1%。经济配筋率。对于矩形水池，当上端自由，下端固定的竖向截面池壁时，其最大配筋率在0.8%左右尚属经济。其他矩形水池的池壁，某一界面的最大配筋率可达到1.0%左右亦属经济范围。2水池结构的施工2.1水池底板施工要点混凝土垫层浇筑前，应检查地基土质是否与设计资料相符合，如有不同，则应该针对不同情况加以处理，然后再浇筑混凝土垫层。混凝土垫层在浇筑完毕后的1d〜2d，在垫层面测定底板中心，然后根据设计尺寸进行放线，定出柱基及底板的