《土木工程特种结构》课件 马芹永 第5-8章 冷却塔-带式输送机走廊

《土木工程特种结构》第5章冷却塔第5章冷却塔概述5.1冷却塔的布置与选型5.2冷却塔的组成与构造5.3冷却塔的结构设计计算5.45.1概述大型冷却塔是火电/核电厂二次高温循环水的冷却工业设施，是电力建设发展的重大生命线节点工程。火电/核电厂热力循环系统简图冷却塔（CoolingTower）是一种塔形冷却构筑物。在冷却塔内，热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。冷却塔的主要功能是将工业生产中携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中，以降低循环水的温度，为被冷却设备提供足够的冷却水，保证工业生产安全、稳定地运行。5.1概述5.1.1冷却塔的分类根据空气进入冷却塔内的情况，冷却塔可分为：自然通风冷却塔机械通风冷却塔混合通风冷却塔根据水与空气流动方向的不同，冷却塔按可分为：逆流式冷却塔横流式冷却塔混流式冷却塔根据水与空气的接触方式的不同，冷却塔可以分为：湿式冷却塔干式冷却塔干湿式冷却塔5.1概述5.1.1冷却塔的分类自然通风和机械通风冷却塔自然通风冷却塔自然通风冷却塔不设置专门的风机设备，依靠塔内外的空气密度差或自然风力形成的空气对流作用来完成热交换。塔外冷空气进入冷却塔后，吸收由热水蒸发和接触散失的热量，温度增加、湿度变大、密度变小；塔外空气温度低、湿度小、密度大；由于塔内外空气密度差异，在进风口内外产生压差，致使塔外空气源源不断地流进塔内且无需通风设备提供动力，故称为自然通风。自然通风冷却塔需要配套建造高大的塔筒。5.1概述5.1.1冷却塔的分类自然通风和机械通风冷却塔机械通风冷却塔机械通风冷却塔根据风机设备的安装位置不同，可分为鼓风式和抽风式。鼓风式冷却塔将风机设备安装在进风口处，便于风机的维护与检修，风机设备不受湿热空气的腐蚀，但可冷却的水量较抽风式冷却塔小。抽风式冷却塔将风机设备安装在冷却塔的顶部，风机设备经常处于湿热空气中，运行易受腐蚀，且因安装位置较高，维护与检修较困难。5.1概述5.1.1冷却塔的分类逆流式和横流式冷却塔逆流式冷却塔逆流式冷却塔中水由上向下，空气由下向上形成逆向流动。冷却过程：来自被冷却设备的热循环水，由水管送入塔的配水系统，配水系统将热水喷洒在填料顶面上，经过填料与填料下的进风空间（又称为雨区）落入集水池，空气在填料区中与热水发生热交换，吸热后的湿热空气借助塔筒的抽力上升后，自塔顶排出。5.1概述5.1.1冷却塔的分类逆流式和横流式冷却塔横流式冷却塔横流式冷却塔中水由上向下，空气则是水平流入，形成交叉流动。冷却过程：经过被冷却设备变热的循环水，由水管流入配水池内，通过池底孔或小型喷头将热水喷洒于淋水填料的顶面，在流经填料区时，与从进风口进入的冷空气进行热交换，然后流入下面的集水池中。与逆流式冷却塔相仿，空气是通过塔内外的空气密度差产生抽力而流动的。5.1概述5.1.1冷却塔的分类湿式和干式冷却塔湿式冷却塔湿式冷却塔，简称湿冷塔，主要通过蒸发传热与接触传热两种方式完成水与大气的热交换，如自然通风逆流式冷却塔和自然通风横流式冷却塔。湿式冷却塔的传热效率高，冷却极限是空气的湿球温度，而缺点则是蒸发使部分冷却水损失到大气中，造成水资源浪费，余下的水由于含盐量增大，还需进行水质稳定处理，否则，造成工艺设备的腐蚀或结垢。因此，湿式冷却塔需要有供给水的水源。5.1概述5.1.1冷却塔的分类湿式和干式冷却塔干式冷却塔干式冷却塔，又称为空冷塔。冷却过程：经过被冷却设备变热的循环水，由热水管进入密闭的散热器；在散热器中与从进风口进入的冷空气进行热交换。升温后的热空气由塔筒排出，冷却后的循环水沿冷水管再送回到被冷却设备中。如此反复，形成闭路循环系统，循环水与空气不直接接触。干式冷却塔没有蒸发，循环水不损失，可节约淡水资源；但其效率低，冷却极限为空气干球温度。因此，干式冷却塔适合于缺水地区，如我国的北方地区。5.1概述5.1.2冷却塔的发展冷却塔伴随采矿业的兴起而发展，最初的冷却塔作为煤矿开发的配套设施而存在。冷却塔的结构发展经历了从圆筒形或多边形到双曲线或多段线壳体的变革，材料从最初的木材发展为钢筋混凝土材料及钢材。1918年，世界上第一座32.3m高的钢筋混凝土冷却塔诞生于荷兰，塔筒采用双曲抛物旋转薄壳结构。在之后的近100年里，双曲线冷却塔在电力、石油、化工、钢铁和轻纺等领域都发挥着巨大的作用。1952年，在辽河电厂建设中，我国自行设计和建造了第一座双曲线钢筋混凝土冷却塔，揭开了国内冷却塔建造的新纪元。之后，我国陆续建成了许多大型自然通风双曲线湿式冷却塔。5.1概述5.1.2冷却塔的发展近年来，为保护环境，满足烟气的大气排放标准，对烟气普遍采用湿法进行脱硫。经过脱硫后的烟气温度一般为60~70℃；为防止烟气温度低于露点，并符合排放标准，需对烟气进行再加热。这不仅增加了设备投资，而且占用土地。因此，建议采用排烟冷却塔。排烟冷却塔可充分利用冷却塔的热交换能力，提高烟气的抬升高度，降低扩散浓度，获得较好的经济和环保效益。5.1概述5.1.2冷却塔的发展目前，双曲线冷却塔的发展趋势：塔型高大化、塔群复杂化。寻求投资最省、材料消耗最少，而安全度最大、冷却效率最高的塔型。通过模型试验和对现有大型冷却塔进行原型观测，提出更科学的计算理论和方法。研制适合建造冷却塔的高强、高耐久性新材料。采用新的结构方案建造冷却塔的塔筒。解决冷却塔对环境的各种不利影响。考虑冷却塔与周围建筑物或自然环境的艺术效果及整体美观。不断改进冷却塔的施工方法。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则湿式和干式冷却塔干式冷却塔干式冷却塔，又称为空冷塔。冷却过程：经过被冷却设备变热的循环水，由热水管进入密闭的散热器；在散热器中与从进风口进入的冷空气进行热交换。升温后的热空气由塔筒排出，冷却后的循环水沿冷水管再送回到被冷却设备中。如此反复，形成闭路循环系统，循环水与空气不直接接触。干式冷却塔没有蒸发，循环水不损失，可节约淡水资源；但其效率低，冷却极限为空气干球温度。因此，干式冷却塔适合于缺水地区，如我国的北方地区。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则冷却塔在厂区总平面规划中的位置应根据生产工艺流程要求，结合其与周围环境之间的相互影响及工业企业的发展扩建规模等因素综合考虑确定，并应满足以下要求：在寒冷地区，为避免或减轻冷却塔在运行过程中从塔顶飘散出去的飘滴、水雾对厂区主要建（构）筑物和露天配电装置的不良影响，冷却塔宜布置在厂区冬季主导风向的下风侧或侧风侧。为了防止煤尘或其他粉尘对循环水的污染，冷却塔宜布置在贮煤场等粉尘污染源的全年主导风向的上风侧或侧风侧。冷却塔宜远离厂内露天热源，如发电厂的露天锅炉等，以免受这些露天热源的影响，使进入冷却塔空气参数的数值长时间高于设计值，导致冷却效果达不到设计要求。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则冷却塔之间或冷却塔与其他建（构）筑物之间的距离除应满足冷却塔的通风要求外，还应满足管、沟、道路、建（构）筑物的防火和防爆要求，以及冷却塔和其他建（构）筑物的施工和检修场地要求。冷却塔的位置宜远离对噪声敏感的区域。当冷却塔内的淋水及水滴落入集水池时，水滴撞击产生噪声。在确定冷却塔的位置时，应考虑其噪声对环境的影响，使冷却塔远离对噪声敏感的区域或采取有效措施降低其噪声。当环境对冷却塔的噪声有限制时，根据工程具体条件可采取以下措施降低噪声：在冷却塔外设隔声屏障；在进风口处设降噪装置；改善配水和集水系统，降低淋水噪声；在集水池水面处设降噪装置；采用高位收水冷却塔。5.2冷却塔的布置与选型5.2.1冷却塔的布置原则冷却塔宜靠近主要用水车间，避免修建过长的循环水管沟，节省投资，降低循环水泵的电耗，利于循环水水质处理的操作。冷却塔的集中或分散布置方案的选择，应根据使用循环水的车间数量、分布位置及各车间生产工艺的用水要求，通过技术经济比较后确定。排烟冷却塔宜布置于炉后区域，靠近脱硫吸收塔。冷却塔布置时宜避开地质不均匀地段，应选择地形、地质条件较好，地基处理简单的场地。在山区和丘陵地带布置冷却塔时，应避免受到湿热空气回流的影响。此外，由于冷却塔的规模巨大，形象宏伟，是工业高度发展的表现，因此在布置时，还应考虑它与周围建筑物和自然环境的美学关系，以获得最佳的艺术效果。5.2冷却塔的布置与选型5.2.2冷却塔的选型在塔型选择时，应从以下几方面考虑：使用要求在确定冷却塔类型时，应首先选用冷却性能可能满足使用要求的塔型。机械通风冷却塔常用于冷却水量相对较小、冷却后水温较低、运行条件有变化的情况；而自然通风冷却塔则用于冷却水量较大，冷却水温降不小于5℃，冷却水温与空气湿球温度差大于3℃的情况。水源情况工业生产企业所在地区水源情况对冷却塔选型有着重要的影响。若当地水源缺乏，宜优选干式冷却塔。基建投资有关资料表明，在基本条件相同的情况下，自然通风干式冷却塔的基建投资最大，机械通风冷却塔的基建投资最小，而自然通风湿式冷却塔的基建投资居中。5.2冷却塔的布置与选型5.2.2冷却塔的选型在塔型选择时，应从以下几方面考虑：运行和维修费用与机械通风冷却塔相比，自然通风冷却塔的运行和维修费用低。与干式冷却塔相比，湿式冷却塔的运行和维修费用少。占用土地由于干式冷却塔的热效率比湿式冷却塔的低，在同样热负荷情况下，干式冷却塔占地大于湿式冷却塔。对周围环境的影响冷却塔的类型不同，对周围环境的影响也不同。自然通风干式冷却塔在运行过程中无噪声，不产生水雾，塔周围环境干净。而自然通风湿式冷却塔和机械通风冷却塔在运行过程中，将产生不同程度的噪声和水雾，塔型选择时，应考虑其对周围环境的影响。5.2冷却塔的布置与选型5.2.2冷却塔的选型确定冷却塔的类型是一个比较复杂的问题，应综合考虑各方面的因素，并进行详细的技术经济比较。自然通风冷却塔具有热交换效率高、运营成本低等优点；而电力行业的冷却水流量大，要求冷却塔处理能力大，运行费用低；因此，自然通风冷却塔在我国电力行业中应用最多。塔体规模小型中型大型超大型淋水面积S/m2S<40004000≤S<80008000≤S<10000S≥10000零米直径D/mD<8080≤D<110110≤D<120D≥120塔高H/mH<100100≤H<145145≤H<160H≥160自然通风逆流湿式冷却塔塔体规模划分表5.3冷却塔的组成与构造冷却塔外部主体结构包括母线为双曲线或多段线的薄壳通风筒、塔筒顶部的刚性环、塔筒底部的下环梁、支承塔筒的斜支柱和支柱底部的基础。通风筒内部主要为冷却工艺结构，包括除水器、配水系统、淋水装置和集水池。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒作为冷却塔的主要构件，塔筒的作用是形成良好的空气动力条件，产生足够的抽力，减少通风阻力，并将排出冷却塔中的湿热空气送往高空，以降低湿热空气造成的各种不利影响。冷却塔塔筒是一种母线为双曲线或类似双曲线的多段曲线钢筋混凝土旋转薄壁壳体结构，这种双曲薄壁结构不仅具有较好的结构力学和流体力学特性，还是一种经济合理的结构形式。塔筒主要包括刚性环、筒壁和环梁三部分。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁筒壁是钢筋混凝土旋转薄壁壳体。平分筒壁壳体厚度的中线为一条平面曲线，通常称为母线。当这条母线绕其平面内的一条直线旋转时，就形成了一个曲面，该曲面称为中面，这条直线称为旋转轴。在旋转曲面上的这些母线又称为子午线，子午线与旋转轴构成的平面称为子午面。母线上任一点的旋转轨迹都是一个圆，这些圆都是平行圆。平行圆中半径最小的部位称为喉部。5.3冷却塔的组成与构造

5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁双曲面塔筒线型包括环向线型和子午向线型两方面，环向线型是圆曲线，子午向线型（母线）由两段双曲线（两段线）或由两段双曲线及一段直线（三段线）组成。子午向线型由塔筒顶部至喉部的线段是一段双曲线，记为线段Ⅰ；由塔筒喉部至底部的线段由另一段双曲线和一段直线构成，分别记为线段Ⅱ和线段Ⅲ，线段Ⅱ、Ⅲ在交点处斜率一致。两段线是三段线的特殊情况。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁

5.3冷却塔的组成与构造

5.3冷却塔的组成与构造

自然通风冷却塔筒壁最小厚度淋水面积S/m2常规淡水冷却塔/mm排烟淡水冷却塔/mm排烟或不排烟海水冷却塔/mmS<25001401601702500≤S<40001501701804000≤S<80001601801908000≤S<10000180200210S≥100002002102305.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒筒壁为了便于冷却塔的运行管理人员进入塔内，在筒壁一侧开设塔门或人孔。人孔呈椭圆形，尺寸以满足单人通过为宜，孔底标高取塔内主水槽顶标高。孔门用钢板制作。人孔宜正对主水槽，由主水槽顶加设盖板和栏杆形成塔内通道。寒冷地区人孔应位于向阳侧。塔外设置从地面到塔门或人孔的扶梯和通向塔顶的爬梯。扶梯应设护栏，爬梯应设护笼。当冷却塔总高度大于100m时，从塔门平台至塔顶的爬梯应设休息平台。塔筒开孔处应设置加强钢筋，在孔洞四周加设水平筋、垂直筋和对角处斜钢筋，每侧水平筋或垂直筋的截面不应小于开孔处被切断钢筋截面的0.75倍。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒刚性环有关研究表明，塔顶刚性环可以显著提高冷却塔的抗风稳定性，提高幅度甚至超过20%。为了增加塔顶刚度和稳定性，自然通风冷却塔塔顶应设置刚性环，并兼作塔顶检修平台，用于设置检修步道和栏杆。图中t为刚性环上下两侧壳体平均壁厚。5.3冷却塔的组成与构造

5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒环梁塔筒下部环梁的作用是将上部的荷载均匀地传给其下斜支柱，并加强塔筒的刚度。一般淋水面积为2000m2~5000m2的冷却塔的环梁的高度为2m~3m，壁厚为400mm~700mm。寒冷地区的自然通风逆流式冷却塔常在环梁下部内侧设置宽300mm~400mm，与内壁夹角为45°~60°的挡水檐，以防止水流到支柱上结冰。5.3冷却塔的组成与构造5.3.1塔筒塔筒外表面子午向肋条超大型冷却塔受风荷载作用面积大，为减小风荷载的作用及作用效应，可在塔筒外表面增加子午向肋条提高冷却塔表面的粗糙度，以改善冷却塔表面风压分布，从而减小风荷载的作用及作用效应。

5.3冷却塔的组成与构造5.3.2斜支柱塔筒下部边缘支承在斜支柱上，由此将上部荷载传递到基础上，同时形成进风口。作为塔筒的支撑结构，斜支柱主要承受自重、风荷载和温度应力，并沿塔筒底部等圆弧均匀布置。斜支柱按其几何形状主要有X形、人形、V形和I形四种。大型冷却塔常采用X形支柱。5.3冷却塔的组成与构造5.3.2斜支柱斜支柱在空间是双向倾斜的，且倾斜角大小将影响冷却塔的自振频率和振动幅值。倾斜角为每对斜支柱组成的侧向平面内夹角的1/2。为减少柱顶径向位移，在每对斜支柱组成的平面内，斜支柱的倾斜角不宜小于11°。为保持塔体结构与斜支柱的整体性和减小交接处的附加应力，斜支柱的倾角轴线应与塔筒底部环梁保持一致。斜支柱高度根据冷却塔所需的进风口高度确定。冷却塔的进风口面积对塔内的气流分布和进风口区的气流阻力影响极大，进风口过小会造成冷却塔进口空气流速过高、塔内的风速分布不均匀，塔的阻力增加。自然通风逆流湿式冷却塔的进风口高度应结合进风口空气动力阻力、塔内空气流场分布、冷却塔塔体的各部分尺寸及布置、淋水填料的型式和空气动力阻力等因素，通过技术经济比较确定。5.3冷却塔的组成与构造5.3.2斜支柱斜支柱的截面形式通常有圆形、矩形、多边形等。为了减小冷却塔的通风阻力，冷却塔进风口处的斜支柱应尽量减小断面宽度，并采用气流阻力较小的流线型断面形式，如自然通风冷却塔的斜支柱宜采用圆形断面。矩形斜支柱的计算长度与矩形截面短边长度之比应为12~20；圆形斜支柱的计算长度与圆形截面直径之比宜为10~17；抗震设防烈度8度和9度时宜取取值范围中的较小值。对于斜支柱计算长度，径向宜按斜支柱长度乘以0.9采用，环向宜按斜支柱长度乘以0.7采用。地震时，斜支柱的破坏和丧失承载力是冷却塔遭受震害和倒塌的最重要原因。影响钢筋混凝土支柱延性的主要因素有剪跨比、轴压比、纵向配筋率和塑性铰区的箍筋配置。5.3冷却塔的组成与构造5.3.3塔基塔基主要承受斜支柱传来的全部荷载，多做成带斜面的环形基础（包括倒T型基础和环板型基础），以承受由斜支柱传来的部分环向拉力，也可做成分离的单独基础。冷却塔常采用倒T型基础和环板型基础。

（a）倒T型基础（b）环板型基础1-支柱；2-基础；3-集水池底板；4-混凝土垫层；5-变形缝；6-回水台；7-集水池壁5.3冷却塔的组成与构造5.3.3塔基双曲线自然通风冷却塔塔筒基础型式应根据塔型及地基条件确定。倒T型基础刚性大，能较好地适应地基变形，中小型冷却塔在天然地基较差在地基条件较差时推荐采用，同时倒T型基础的基础梁可兼作集水池的池壁。对于超大型、大中型冷却塔，因进出水管沟尺寸较大，倒T型基础将过大地削弱基础环的刚度，从而降低了它的优越性，宜采用环板型基础。对于岩石地基，可采用单独基础，但应有可靠防滑措施，且上拔力不得大于下压力。基础的沉降对塔筒壳体应力的分布影响较大、敏感性强。自然通风冷却塔塔筒基础在环向应设不少于4个沉降观测点。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构冷却工艺结构主要包括除水器、配水系统、淋水装置和集水池。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构除水器除水器，又称收水器，是用来阻止出塔空气中所夹带飘滴的装置。在冷却塔内，除水器可以把将要排出塔外湿空气中的水滴与空气分离。在冷却塔运行过程中，从塔中飘逸出来的飘滴除造成水的大量损失外，还造成对环境的危害。为了防止冷却塔逸出的飘滴对环境的危害，利于人民生活，保证工业企业的安全运行，并在一定条件下节约用水，自然通风冷却塔应装设除水器。除水器的材质目前应用较多的是聚酯玻璃钢或改性聚氯乙烯塑料制成的片材，ABS塑料制成的支架、联杆。除水器应选用除水效率高、风阻力小、经济、耐用的型式，材质宜采用塑料。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构配水系统冷却塔的配水系统包括配水槽管、喷溅装置和配水竖井三部分。其作用是将来自压力进水管的热水均匀地分布到整个淋水填料的顶面，以提高冷却效果。淋水的均匀性对冷却塔的冷却效果影响极大。配水槽管自然通风冷却塔采用的配水系统分为槽式、管式、管槽结合式和池式。冷却塔的配水系统应满足在同一设计淋水密度区域内配水均匀、通风阻力小、便于维修和能量消耗低等要求，并应根据塔的类型、循环水质和水量等条件进行选择。逆流式冷却塔宜采用管式或管槽结合式，横流式冷却塔宜采用池式或管式。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构配水系统喷溅装置喷溅装置，又称喷头，是把水尽可能均匀地喷洒在淋水填料上的装置。喷头按其溅散水流的工作原理可分为两类：靠冲击力的作用将水流溅散成小水滴洒向四周靠旋转产生的离心力的作用将水流分散洒向四周一般从喷头的泄流能力、喷溅范围、喷溅均匀性三方面对喷头的水力特性进行评价。喷溅装置应选用结构合理、流量系数适宜、喷溅均匀和不易堵塞的型式。喷溅装置宜采用等间距0.8m~1.5m布置。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构配水系统配水竖井配水竖井是将压力进水管中的水输送给配水槽管的直立井筒构筑物，布置形式有单竖井和多竖井。当地基较差时，配水竖井应设置沉降观测点。配水竖井或竖管内的水位标高应保证压力配水槽、管内的水流运行稳定。配水竖井或竖管应有放空措施。为避免竖井水流在上升过程中产生旋流，造成竖井内水面不平稳，各主水槽进流不均匀，影响全塔的均匀配水，可在进入竖井的循环水管出口装设导流弧片或在竖井内装设整流格栅，同时还应当适当增大竖井的过流断面以保持较低的上升流速，一般竖井内上升流速不宜大于0.8m/s。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构淋水装置淋水装置，又称淋水填料，是指将配水系统喷溅下来的热水，以水膜或水滴的形式，最大限度地增加水和空气的接触面积和时间的装置。淋水填料的发展方向是轻型化，各种塑料材质的淋水填料必然得到广泛采用。淋水填料有很多种型式，如S波、双斜波、斜折波、双向波及复合波等。淋水填料的型式和材料的选择应根据冷却塔的类型、循环水的水温和水质、填料的热力特性和阻力性能、填料的物理力学性能、化学性能和稳定性等因素综合确定。淋水填料的支撑方式包括直接搁置式、带托架搁置式、悬挂式。考虑到安全因素，超大型自然通风冷却塔淋水填料宜采用搁置式。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构集水池集水池设在冷却塔下部，用于汇集多台塔从淋水填料落下来的冷却水。集水池将经过淋水填料冷却后的水蓄贮在池中，并起调节水量的作用，应具有足够的容积。集水池的深度可为2.0m，当集水池有其他贮备水量要求时深度可适当增加。为了保证人身安全，不致因失足落人水池后被水流冲入循环水沟造成危险，在塔的出水口和集水池四周应设安全防护设施。集水池周围应设回水台，其宽度宜为1.0m~3.0m，坡度宜为3%~5%。回水台外围应有防止周围地表水流入池内的措施。进出集水池可搭设临时坡道，也可设永久坡道。冷却塔集水池底板与混凝土垫层间宜设防水层。5.3冷却塔的组成与构造5.3.4冷却工艺结构集水池为防止大面积整片底板因温度和混凝土在凝固过程中产生的收缩等作用引起开裂，及防止底板与塔筒竖井荷载差异而产生沉降开裂，自然通风冷却塔集水池底板宜设伸缩缝。集水池底板与塔筒基础和配水竖井等荷重差异较大的结构间应设沉降缝。伸缩缝与沉降缝宜采用止水带或填柔性防水填料。寒冷地区未投入运行前如要越冬，集水池应采取保温措施，堆放炉渣或稻草；冬季冷却塔停止运行时，集水池应用热水循环或对集水池及环形基础采取保温措施。5.3冷却塔的组成与构造5.3.5冷却塔耐久性冷却塔的塔筒是在相当不利的条件下工作的。塔筒内壁经常有凝结水顺筒壁流下，极易将水泥硬化时析出的石灰溶解；塔筒外壁处于变化的大气中，由于塔筒内汽水的渗出或大气降水的湿润，在严寒的气候条件下会遭受冻融破坏。因此，冷却塔应采用水工混凝土，水泥品种宜采用普通硅酸盐水泥。为了提高混凝土的性能，可在混凝土中可掺塑化剂、减水剂等外加剂，但不得掺用氯盐。当有抗冻要求时，应掺加引气剂。冷却塔塔筒、框架、斜支柱和池壁等与水接触构件的裂缝宽度不应大于0.2mm。冷却塔塔筒内表面应设防水层，防水防腐涂层应采用成熟、安全、可靠的技术和材料，免维护使用期不宜少于10年。冷却塔内外裸露的金属部件、管道和机械设备长期暴露在水汽环境中极易腐蚀，为了延长使用年限，应采取有效的防腐蚀措施。5.3冷却塔的组成与构造5.3.6导风装置为削减大风对冷却塔冷却效果的不利影响，在大风地区建造的自然通风逆流式冷却塔，其填料底部至集水池水面间宜在两相互垂直的直径方向设挡风隔板，也可在进风口外设置导风装置。

（a）平面布置图

（b）立面布置图5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算自然通风冷却塔塔筒内力计算应考虑的荷载主要有：结构自重、风荷载、温度作用、地震作用、施工荷载、地基不均匀沉降影响、烟道对塔筒的作用。冷却塔结构设计使用年限应为50年。

（a）塔筒自重（b）法线方向分量（c）切线方向分量

在塔筒自重作用下，筒壁壳体截面上产生子午向压力和环向压力，而且子午向的压力大于环向压力。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算风荷载大型冷却塔高度超过150m，塔筒是典型的高耸薄壳结构，具有柔度大、自振频率低等特点，是典型的风敏感柔性结构。此类结构典型的三维绕流特性使得其表面风荷载的脉动随机特性和风振作用尤为复杂。作为核电和火电重要构筑物之一，一旦冷却塔遭受破坏，影响巨大且后果不堪设想。风荷载是冷却塔结构设计的主要控制荷载之一，准确、合理地计算风荷载对冷却塔的承载力、稳定性和造价具有决定性的意义。作用在塔筒表面上的风荷载有等效风荷载和内吸力。5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

地面粗糙度类别ABC风振系数β1.61.92.3风振系数β5.4冷却塔的结构设计计算

塔间干扰系数参考值1.62.54.01.251.101.01.301.151.05.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算温度作用夏季日照温度作用由于日照是太阳辐射不稳定导热过程，计算复杂，并需要太阳辐射强度、气温幅值及平均值等资料，故采取日照筒壁温差最大值建议值，免去太阳辐射不稳定导热计算，并定为10℃~15℃，具体可根据各地气温而定；热带取较大值，温带如计算可取较小值，寒冷及严寒地区可不考虑日照温度应力。筒壁日照温差沿环向分布见右图，半圆分布较为符合实际日照分布情况。

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地震作用冷却塔系在地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的构筑物，按其使用功能的重要性分类，应属乙类抗震设防类别的构筑物。自然通风冷却塔抗震设计应根据设防烈度、结构类型和淋水面积确定其抗震等级，并应满足相应的抗震计算规定和抗震构造措施要求。冷却塔的抗震等级结构类型6度7度8度9度塔筒S<4000m2四四三二4000m2≤S≤9000m2四三二一S>9000m2三二一一淋水装置框架、排架四三二一5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地震作用根据冷却塔抗震设防标准，以及其结构本身的抗震性能和计算分析，冷却塔宜按多遇地震确定地震影响系数进行地震作用和作用效应计算，其地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。地震影响系数是指单质点弹性体系在地震作用下的最大加速度反应与重力加速度比值的统计平均值。水平地震影响系数最大值应按下表采用；竖向地震影响系数最大值可采用水平地震影响系数最大值的65%。水平地震影响系数最大值地震影响6度7度8度9度多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.325.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地震作用由于冷却塔的结构形式具有较强的抗震性能，故当冷却塔的建设场地和抗震设防烈度等符合下列条件之一时，可不进行抗震验算，但应满足相应的抗震构造措施要求：7度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地或8度Ⅰ、Ⅱ类场地，且淋水面积小于4000m2。7度Ⅰ、Ⅱ类场地或8度Ⅰ类场地，且淋水面积为4000m2~9000m2和基本风压大于0.35kPa。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算施工荷载在塔筒的施工期间，某些施工方法会使筒壁承受施工荷载，如悬挂或爬升脚手架的荷载、起吊塔架的缆绳锚固力等。施工荷载一般在设计中不考虑，而是在施工时对筒壁在未达到100%强度前能否承担施工荷载进行验算。这时由施工单位根据所采用的施工方法提出，并委托设计单位进行验算。验算内容为施工期间塔体的屈曲稳定和筒壁强度。当施工荷载较大，筒壁强度不够，施工期间的筒壁不能承受其施工荷载，一般不宜过多地加大结构断面及配筋，引起塔筒厚度变化或材料增加过多，应采用更为合理的施工方式以减小施工荷载对塔筒的影响，或采取临时措施解决。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.1荷载与作用计算地基不均匀沉降影响对一般均匀地基，可不验算地基变形。当遇有不均匀地基和受采矿塌陷影响的地区时，应复核地基不均匀沉降对塔筒、斜支柱及基础的承载能力和裂缝宽度的影响。塔高在105m及以下的冷却塔，遇有不均匀地基时，在采取地基处理及加强塔体构造措施之后，一般也可不验算风荷载产生的不均匀沉降，但应验算自重产生的不均匀沉降。当塔高于105m并遇有不均匀地基时，除采取地基处理及加强塔体构造措施外，还应验算自重及风载产生的不均匀沉降。烟道对塔筒的作用对于排烟冷却塔，当烟道支撑在塔筒上时，应考虑烟道对塔筒的作用。5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合斜支柱斜支柱一般按冷却塔正常运行状况进行设计，并根据需要按冷却塔冬季停运状况进行复核。计算斜支柱的内力时，可把斜支柱与塔筒和塔基按整体考虑，采用有限单元法计算。斜支柱应对塔筒下传至柱上、下端的内力按承载能力和正常使用极限状态计算，并取其最不利情况进行设计。当需要复核冬季停运状态时，斜支柱内力可按下式计算，并应与塔筒自重及实际风荷载作用下传至柱上、下端的内力进行组合计算：

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合塔基冷却塔塔体承受的所有荷载最终都将由塔基传给地基。由于自重及风荷载是主要荷载，其荷载组合应按下式计算：塔体基础内力应按塔筒、斜支柱、基础和地基整体分析计算，并宜考虑基础与地基的变形协调。

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合塔基塔体基础应进行上拔力平衡验算。基础的上拔力指风荷载作用下的拉力大于自重作用下的压力时两者的差值。对于环板型和倒T型基础，基础底面出现上拔力的平面范围应控制圆心角不大于30°，验算时承载能力极限状态荷载组合应按下式计算：对于单独基础，基础底面不应出现净上拔力，且自重产生的压力与风荷载产生的上拔力之比不应小于1.2。

5.4冷却塔的结构设计计算5.4.2作用效应组合淋水装置构架自然通风冷却塔的淋水装置构架宜采用钢筋混凝土结构。在设计冷却塔淋水装置构架时，应考虑以下基本荷载：淋水装置及构架自重配水槽、管、池内的水重淋水填料表面结垢重淋水填料表面水膜重挂冰荷载风筒检修荷载烟道作用地震作用5.4冷却塔的结构设计计算5.4.3设计计算方法双曲线冷却塔塔筒内力分析理论：薄膜理论（无矩理论）薄膜理论假设双曲线旋转壳体上的应力沿其厚度方向均匀分布，壳体截面上无弯矩及横向剪力，只有轴向力和平面内的剪力；因无矩理论忽略了弯矩的作用，故所得结果是一个近似值，尤其对壳体的上、下两个边界处影响较大。弯曲理论（有矩理论）弯曲理论认为双曲线旋转壳体截面上的弯矩、剪力不能假设为零，弯曲理论的出现为研究双曲线壳体的承载性能开辟了道路。近年来，以弯曲理论为基础的有限单元法解，基本代替了薄膜理论的计算。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.3设计计算方法冷却塔设计计算程序：LBS计算程序在原BS静力计算程序的基础上发展起来的，适用于对弹性地基上的冷却塔进行整体静力分析。其特点是把塔筒下部的支柱系统按循环对称结构进行处理，对基础按弹性地基上的曲梁进行考虑，并对塔筒、支柱及基础进行整体力学分析。LBSD动力计算程序在LBS静力计算程序的基础上编制的，主要用来计算塔筒在地震作用下的内力。该程序在单元划分和结果输出方面同LBS程序。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.3设计计算方法冷却塔设计计算程序：“同济风向标“大型冷却塔结构分析软件平台同济大学自主开发的冷却塔风敏感结构风场模拟、风荷载分析、风效应计算及结构设计的软件平台，包含4个大型冷却塔的主要功能模块：良态与台风气候极值风环境模拟与预测、冷却塔多种荷载组合与设计分析、冷却塔动力及等效风荷载分析和辅助模块（气动力参数数据库、复杂群桩特性分析等）。随着有限元分析技术的发展，许多商业通用有限元分析软件都可用于对冷却塔进行结构分析计算，如ANSYS、ABAQUS、ADINA、SAP2000等。5.4冷却塔的结构设计计算5.4.4塔筒稳定验算双曲线冷却塔塔筒失稳的主要破坏部位为：由塔筒自重引起环梁上部一定范围内的塔体失稳；塔筒自重与风荷载组合引起的喉部附近塔体局部失稳；大风或安装和施工时的边缘荷载引起的塔顶部失稳。（a）环梁上部失稳（b）喉部失稳（c）塔顶部失稳5.4冷却塔的结构设计计算5.4.4塔筒稳定验算由于双曲线冷却塔的塔筒厚度小、高度大，又承受较大的风荷载，因此稳定验算是塔筒设计的重要内容之一。塔筒整体稳定验算对冷却塔塔筒的弹性稳定（或称整体屈曲稳定），塔筒整体稳定验算应按以下公式计算：

5.4冷却塔的结构设计计算

5.4冷却塔的结构设计计算

0.5710.6000.6280.6670.7150.8000.8330.2500.1050.1020.0980.0920.0810.0630.0560.3330.1620.1570.1500.1380.1240.0960.0850.4160.2220.2160.2100.1980.1850.1630.1510.2591.2801.3301.3701.4501.5601.7601.8500.3331.2001.2501.3001.3701.4901.7301.8300.4161.1301.1701.2301.3101.4301.6801.820谢谢！《土木工程特种结构》第6章水池第6章水池水池的荷载及荷载组合6.1圆形水池6.2矩形水池6.3在温度和湿度作用下池壁的内力计算6.4水池的抗裂度及裂缝度验算6.5水池的构造要求6.66.1水池的荷载及荷载组合

水池结构上的作用分为永久作用和可变作用。永久作用包括结构自重、土的竖向压力和侧向压力、池内水压力、结构的预加应力、地基的不均匀沉降等；可变作用包括池顶可变荷载、雪荷载、地表或地下水压力、结构的温（湿）度变化作用、地面堆积荷载等。

水池主要荷载6.1水池的荷载及荷载组合6.1.1池顶荷载

6.1水池的荷载及荷载组合6.1.1池顶荷载

6.1水池的荷载及荷载组合6.1.1池顶荷载

水池顶板上的可变作用，包括活荷载和雪荷载。活荷载是考虑池顶可能走人、行车、堆放物品等引起的重力荷载，计算时应按实际考虑。建造在靠近道路边的地下式水池，应使覆土顶面高出附近地面至少300～500mm，或采取防止超载的措施。雪荷载标准值应根据《建筑结构荷载规范》(GB50009)的有关规定来确定。

活荷载和雪荷载不同时考虑，选择数值较大的一种进行计算。6.1水池的荷载及荷载组合

6.1水池的荷载及荷载组合

6.1水池的荷载及荷载组合

6.1水池的荷载及荷载组合

6.1水池的荷载及荷载组合

6.1水池的荷载及荷载组合6.1.3池底荷载及地基反力

当地基不是太软弱时，可以测定这些重力引起的地基反力为均匀分布，其值为：(6-9)

当底板向池壁外挑出时，池底面积将大于池顶面积，上述荷载取值方法带有近似性，但偏于安全。较精确的计算方法应为池顶活荷载、覆土重取整个池顶上的总重力除以池底面积。

当池壁与底板按弹性固定设计时，为了便于进行最不利内力组合，池底荷载的上述三项应分别单独计算。

无论有无地下水浮力，池底荷载的计算方法相同。当有地下水浮力时，地基土的应力将减小，但作用于底板上的总反力不变。地下水浮力的标准值按最高水位乘以浮力折减系数确定。6.1水池的荷载及荷载组合6.1.4温(湿)度变化作用

暴露在大气中的水池常年承受温（湿）度变化作用，而且冬、夏季甚于春、秋季，并且冬季以温差为主，湿差影响很小；夏季则相反，温、湿度作用总是存在的。根据工程实践经验，对地下水池或有保温措施的水池一般不计算温（湿）度变化作用，但在施工阶段未回填土或未做保温设施前必须加强对混凝土的养护，以避免由于干缩产生裂缝。对暴露在大气中的水池，温（湿）度是一个不可忽视的重要因素，因此在设计中必须考虑温（湿）度变化作用。

水池构筑物的温度变化作用（包括湿度变化的当量温差）可按下列规定确定：6.1水池的荷载及荷载组合6.1.4温(湿)度变化作用

（1）地下或设有保温措施的有盖水池，可不计算温度、湿度变化作用；暴露在大气中符合《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS138-2002)有关变形缝构造要求的水池池壁，可不计算温、湿度变化对壁板中面的作用。

（2）暴露在大气中的水池池壁的温度变化作用，应由池壁的壁面温差确定。壁面温差应按下式计算

6.1水池的荷载及荷载组合

6.1水池的荷载及荷载组合

系数名称工作条件系数值温度在0~100℃范围内两侧表面与空气接触1.55一侧表面与空气接触，另一侧表面与水接触2.03冬季混凝土表面与空气之间23.26夏季混凝土表面与空气之间17.446.1水池的荷载及荷载组合6.1.5荷载组合

上述这些荷载并非同时作用于水池各部件上，因此设计时必须考虑水池各组成部件的最不利荷载组合情况。例如对有顶盖水池池壁的计算，就应该考虑有三种不利的荷载组合，分别计算其内力以绘制池壁最不利的内力包络图。这三种荷载组合为 (1)试水阶段，池内充满水而没有回填土时的验算。 (2)正常使用阶段时，池外已填土，而池内放空时的验算。 (3)正常使用阶段时，池外已填土，而池内满水时的验算。6.1水池的荷载及荷载组合6.1.5荷载组合

一般来说，第一、第二种组合是引起相反最大内力的两种最不利的状态。但是如果绘制池壁最不利包络图，则在包络图极值点以外的某些区段内，第三种荷载组合很可能起控制作用，这对池壁的配筋会有影响。而这种情况常常发生在池壁两端为弹性嵌固的水池中，若能判断出第三种荷载组合在池壁的任何部位均不会引起最不利内力，则在计算中可以不考虑这种荷载组合。池壁两端支承条件为自由、铰支或固定时，往往就属于这种情况。

对于无保温措施的地面式水池，在承载能力极限状态设计时应考虑下列两种荷载组合：(1)池内满水；

(2)池内满水及温(湿)差作用。6.1水池的荷载及荷载组合6.1.5荷载组合

第二种荷载组合中的温(湿)差作用应取壁面温差和湿度当量温差中较大者进行计算。对于有顶盖的地面式水池，应该考虑池顶活荷载参与组合。对于有保温措施的地面式水池，只考虑第一种荷载组合。对于水池的底板，不论水池是否采取了保温措施，都可不计温度作用。

水池结构按正常使用极限状态设计时应考虑哪些荷载组合，可根据正常使用极限状态的设计要求来决定，即主要是裂缝控制。6.1水池的荷载及荷载组合6.1.5荷载组合

当荷载效应为轴心受拉或小偏心受拉时，其裂缝控制应按不允许开裂考虑，此时，凡进行承载能力极限状态设计时必须考虑的各种荷载组合，在抗裂验算时都应予以考虑；当荷载效应为受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，裂缝控制按限制最大裂缝宽度考虑，此时只考虑使用阶段的荷载组合，但可不计入活荷载短期效应的影响。正常使用极限状态设计所采用的荷载组合均以各种荷载的标准值计算，即不考虑荷载分项系数。在计算荷载长期效应时，池顶活荷载的准永久值系数可参照上人的平屋顶采用0.4。

对于多格的矩形水池，还必须考虑可能某些格充水，某些格放空，类似于连续梁活荷载最不利布置的荷载组合。6.2圆形水池6.2.1池壁计算 1.基本假定 (1)所采用的材料是均质的、弹性的、各向同性的； (2)池壁厚度h远小于池半径r； (3)结构各点的位移远小于池壁厚度h； (4)略去垂直于池壁中曲面方向的法向应力。 2.基本原理

由于池壁厚度h远小于水池的半径r，圆形水池的池壁可以看成一圆柱形薄壳，作用在池壁上的荷载主要是池内液体侧向压力和池外填土侧向压力。在正常情况下，这些荷载都是轴对称的。因此，圆形贮液池池壁的计算可以用圆柱壳理论计算。6.2圆形水池6.2.1池壁计算 (1)基本微分方程：现研究承受对称荷载的圆水池池壁。如图6-2-1所示图6-2-1池壁微元体受力分析6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池6.2.1池壁计算

代入内力计算公式，得(6-23) 令(6-24)

6.2圆形水池6.2.1池壁计算

则(6-25)

上述表明，池壁内力的计算步骤是相当繁琐的，如果将内力系数编制成表可以在较大程度上简化计算，用同样的方法可以推导出其他边界条件和荷载状态下的内力计算公式，并编制成内力系数表。附录Ⅰ是常用圆形水池池壁内力系数表。6.2圆形水池6.2.1池壁计算 (3)池壁分类与计算简化

圆形水池结构计算简图可按下列规定确定： 1)敞口水池的池壁顶端应视为自由端。 2)池壁与顶板的连接：

①当顶板预制搁置在池壁顶端，而无其他连接措施时，顶板应视为简支于池壁，池壁顶端应视为自由端；

②当池壁与顶板为整体浇筑并配置连续钢筋时，池壁与顶板的连接节点应视为弹性固定；当仅配置抗剪钢筋时，该节点应视为铰支承。6.2圆形水池

H/S圆柱壳的内力计算H/S≤1按竖向单向计算1＜H/S≤15按壳体计算环向和竖向内力H/S＞15当顶端为自由端时，H/S>15部分的圆柱壳，按无约束的自由圆柱壳计算薄膜内力6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池6.2.2顶盖与底板计算

图6-2-3 周边固定支承的圆板承受三角形荷载的计算6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

6.2圆形水池

表6-2-2

池壁刚度系数

kk一端自由一端固定两端固定一端自由一端固定两端固定0.20.04650.34449.00.95040.59060.40.13530.348910.01.00201.00200.60.21120.356212.01.09801.09800.80.26630.366114.01.18501.18501.00.30720.378216.01.26701.26701.50.38120.415820.01.41701.41702.00.44040.459724.01.55201.55203.00.54310.550428.01.67601.67604.00.63110.634232.01.79201.79205.00.70750.709040.02.00402.00406.00.77580.776548.02.19502.19507.00.83820.838656.02.37102.37108.00.89610.8963注：表中H为池壁高度，D为水池的计算直径，h为钢筋混凝土圆池的池壁厚度

6.2圆形水池6.2.2顶盖与底板计算 2.底板计算

水池的底板有整体式和分离式两种。

整体式的整个底板也就相当于水池的基础，水池的全部重力和荷载都是通过底板传给地基的。对于有支柱的水池底板，通常假设地基反力均分布，故其计算与顶板相同。对于无支柱的圆板，当直径不大时，也可按地基反力均布计算。但当直径较大时，则应根据有无地下水来确定计算方法。当无地下水时，池底荷载为地基土反力，这时应按弹性地基上的圆板来确定池底地基土反力的分布规律；当有地下水且池底荷载主要是地下水的浮力时，应按均匀分布荷载计算。6.2圆形水池6.2.2顶盖与底板计算

当池底处于地下水位变化幅度内时，圆板应按弹性地基（地下水位低于底板）和均匀分布反力（地下水位高于底板)两种情况分别计算，并根据两种计算结果中的最不利内力来设计圆板截面。分离式底板不参与水池主体结构的受力工作，而只是将其本身重力及直接作用在它上面的水重传给地基，通常可以认为在这种底板内不会产生弯矩和剪力，其厚度和配筋均由构造确定。

当采用分离式底板时，國水池池壁的基础为一圆环，原则上应作为支承在弹性地基上的环形基础来计算。但当水池直径较大，地基良好，且分离式底板与环形基础之间未设置分离缝时，可近似地将环形基础展开成为直的条形基础进行计算。此时，在基础内宜按偏心受拉构件受拉钢筋的最小配筋率配置环向钢筋，且这种环向钢筋在基础截面上部及下部均应配置。6.3矩形水池

由于矩形水池平面尺寸与池壁高度之间的比值不同，池壁的受力性质也将有所不同。因此，在进行矩形水池内力分析时，根据结构的主要尺寸，如图6-3-1所示，把水池分为浅池、双向板式池和深池三种。根据表6-3-1来确定池壁的受力情况。

图6-3-1 矩形水池6.3矩形水池

表6-3-1 池壁在侧向荷载作用下单、双向受力的区分条件壁板的边界条件l/H分类板的受力情况四边支承>2浅池按竖向单向计算，水平向角隅处应考虑角隅效应引起的水平向负弯矩0.5≤l/H≤2双向板式池按双向计算<0.5深池H>2l部分按水平单向计算，板端H=2l部分按双向计算，H=2l处可视为自由端三边支承一边自由>3浅池按竖向单向计算，水平向角隅处应考虑角隅效应引起的水平向负弯矩0.5≤l/H≤2双向板式池按双向计算<0.5深池H>2l部分按水平单向计算，板端H=2l部分按双向计算，H=2l处可视为自由端6.3矩形水池

6.3矩形水池

6.3矩形水池6.3.1池壁计算6.3矩形水池6.3.1池壁计算

池壁的水平轴向力N可近似地按下列公式计算：

（6-38）

式中，a、b—水平框架的长边及短边长度，m；

多格式深池池壁的弯矩可利用弯矩分配法进行计算。

6.3矩形水池6.3.1池壁计算

2.浅池的计算

浅池池壁在内水压力或外土压力作用下主要是竖向传力。开敞式浅池池壁，应按顶端自由、底端固定的边界条件，按悬臂板计算池壁竖向钢筋。此时应从构造上来保证底端具有足够的嵌固刚度。当板底较薄时，应将与池壁连接的部分底板局部加厚，使之成为池壁的条形基础。

当有顶板时，应根据顶板与池壁的连接构造确定池壁顶端边界条件。当池壁与顶板连成整体时，边界条件应根据两者线刚度的比值来确定，当池壁线刚度为顶板线刚度的5倍以上时，可假设池壁顶端为铰支，否则应按弹性固定计算。池壁底端与局部未加厚成条形基础的整体式钢筋混凝土底板整体连接时，应根据二者的线刚度比来确定边界条件，当地基软弱时，宜按弹性固定。6.3矩形水池6.3.1池壁计算 (1)顶端自由、底端固定的池壁内力计算公式6.3矩形水池6.3.1池壁计算 (2)顶端铰支、底端固定的池壁内力计算公式6.3矩形水池

6.3矩形水池

荷载类型池壁顶端支承条件壁板厚度均布荷载自由-0.426-0.218铰支-0.076-0.072弹性固定-0.053三角形荷载自由-0.104-0.054铰支-0.035-0.032弹性固定-0.0296.3矩形水池

6.3矩形水池6.3.1池壁计算

3.双向板式水池的计算

双向板式水池的池壁和底边的边长比都在双向板的范围以内。计算方法与双向板井式楼盖类似。可以采用较近似的弯矩分配法，也可用比较精确的空间弯矩分配法计算。下面介绍弯矩分配法。

双向板式水池的各池壁可看作三边固定、顶部铰支或三边固定、顶部自由的双向板。板上承受三角形或梯形的侧向荷载（图6-3-8)。先按双向板计算表格计算各固定边的固端弯矩，再计算出相邻交线上的不平衡弯矩，把不平衡弯矩按相邻池壁的线刚度分配给相邻池壁，池壁两端最后水平弯矩等于固端弯矩与分配弯矩的代数和。则跨中的水平弯矩也能求得。6.3矩形水池6.3.1池壁计算

若池壁与池底为弹性嵌固（图6-3-8c、d)，侧向荷载在池壁底部产生的固端弯矩和地基净反力在底板边沿产生的固端弯矩会形成节点不平衡弯矩，按池壁与池底线刚度分配不平衡弯矩，则池壁与池底端部弯矩等于各自的固端弯矩与分配弯矩的代数和。池壁底端弯矩为竖向弯矩。

若池壁下端为固定端，按双向板计算表格算得的池壁底边竖向弯矩即为最后弯矩。侧向荷载在池壁内引起水平方向轴向力，可取双向板相邻池壁的支座反力，按双向板边缘反力计算表计算。6.3矩形水池6.3.1池壁计算

图6-3-7 壁板水平角隅处的局部负弯矩图6-3-8 双向板式水池6.3矩形水池6.3.1池壁计算 4.长壁水池设置走道板的情形

当无盖矩形水池且符合池壁长度与高度之比大于3时，为了改善池壁的情况，可以在池壁上端设置走道板，并加设一些撑梁（拉、压杆）作为池壁顶端的支承点。支承条件与走道板的刚度有关，一般宜作为弹性支承考虑，只有在具备足够刚度的条件下，才能作为池壁顶端的不动铰考虑。 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS138)规定：当利用池壁顶端的走道板、工作平台作为池壁的支承构件时，走道板、工作平台和池壁的计算应符合下列规定：6.3矩形水池6.3.1池壁计算 (1)走道板或工作平台的厚度不宜小于200mm，并应对其横向受力进行计算。 (2)走道板或工作平台宜作为池壁的弹性支承。假定池壁传给走道板的力是均匀的，以走道板最大挠度处为控制点，而撑梁的拉、压变形影响忽略不计。计算简图如图6-3-9所示。由于走道板边跨的边界条件比较复杂，长壁水池的池壁在角隅处仍属双向受力，走道板实际所承受的荷载较小，因此最大挠度点取在多跨连续梁（走道板）的中间跨。6.3矩形水池6.3.1池壁计算

图6-3-9 走道板、工作平台作为池壁的支承构件6.3矩形水池

6.3矩形水池

6.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算

6.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算 2)壁板一端固定，另一端铰支承（图6-4-1b)。（6-56）式中 x——计算截面至铰支承的距离，m; H——壁板的计算长度，m。

图6-4-1 单向受力壁板在壁面温差或湿度当量温差作用下的内力计算6.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算

6.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算图6-4-2 双向受力壁板在壁面温差或湿度当量温差作用下的内力计算6.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算

L/H计算截面X=0，y=0X=L/2，y=0X=L/2，y=±H/20.5000.08330.7420.00920.083300.7500.08330.5780.02560.083301.0000.08330.04170.04170.083301.2500.08330.02910.05430.083301.5000.08330.01990.06350.083301.7500.08330.01360.06980.083302.0000.08330.00920.07420.083306.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算

L/H计算截面x=0，y=H/2x=L/2，y=H/2x=L/2，y=0x=L/2，y=H0.500.10450.09870.09730.09980.09720.10000.08330.00000.750.11390.09990.09260.10030.09820.10210.08330.00001.000.12330.10080.08850.09610.09810.10940.08330.00001.250.12880.10110.08690.09170.09930.11750.08330.00001.500.13440.10160.08530.08730.10080.12860.08330.00001.750.13290.10130.08770.08290.10140.13440.08330.00002.000.13240.10080.09010.07840.10190.14020.08330.00006.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算

L/H计算截面x=0，y=H/2x=L/2，y=H/2x=L/2，y=0x=L/2，y=H0.500.10180.09830.09480.09740.09730.09750.09550.00000.750.10570.0980.09250.09130.09730.10040.09930.00001.000.10850.09680.09190.08510.09740.10500.10280.00001.250.10720.09570.09310.07680.09790.10850.10570.00001.500.10060.09650.09510.06960.09830.10910.10830.00001.750.09970.09430.09690.06330.09750.10130.11110.00002.000.09810.09330.09850.0570.09630.09570.11180.00006.4在温度和湿度作用下池壁的内力计算

L/H计算截面x=0，y=H/2x=L/2，y=H/2x=L/2，y=0x=L/2，y=H2.250.09390.09080.09880.05030.0950.08610.11190.00002.500.09210.09080.09860.0460.09340.07550.11140.00002.750.09180.09020.09770.04090.09180.06490.10980.00003.000.08820.08880.09650.03610.09030.05510.10790.00006.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算在工程结构中，特别是在给水排水构筑物中，由于荷载作用使截面产生弯矩和轴力,往往形成轴心受拉或偏心受拉等。为确保水池防渗、防漏和耐久,当水池结构构件轴心受拉或小偏心受拉时,由于全截面处于受拉状态,短期内即开裂,应按不出现裂缝控制,并应按短期效应的标准组合进行抗裂度验算;当水池结构构件受弯或大偏心受拉时,由于部分截面处于受拉、部分截面处于受压状态,应按限制裂缝宽度控制,并应按长期效应的准永久组合进行裂缝宽度验算。6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

（6-60）6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

（6-61）6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

（6-62）6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

（6-63）（6-64）6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

（6-65）6.5水池的抗裂度及裂缝宽度验算

（6-66）（6-67）6.6水池的构造要求

6.6.1圆形水池的构造要求1.构件最小厚度

为保证施工质量和构件耐久性，对受力构件的最小厚度必然有要求。水池类构筑物的钢筋保护层厚度不宜太小，这就决定了构件的厚度不宜太小，否则很难保证混凝土的振捣密实性,就会影响其水密性要求，并且将不利于防止钢筋的锈蚀,从而影响构筑物的使用寿命。因此混凝土水池的受力壁板与底板厚度不宜小于200mm，预制壁板的厚度可采用150mm。顶板厚度不宜小于150mm。当钢筋混凝土水池采用构造底板时,其厚度不宜小于120mm。2.池壁钢筋

池壁环向钢筋的直径应不小于6mm,竖向钢筋的直径不小于8mm。钢筋间距应不小于70mm,壁厚在150mm以内时,钢筋间距不大于200mm;壁厚超过150mm时,不大于1.5倍壁厚。但在任何情况下,钢筋最大间距不宜超过250mm。6.6水池的构造要求

6.6.1圆形水池的构造要求3.保护层厚度为保证施工质量和构件耐久性,钢筋混凝土水池受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应符合表6-6-1的规定。构件名称工作条件保护层最小厚度板、壳与水、土接触30与污水污染35梁、柱与水、土接触35与污水污染40底板有垫层的下层筋40无垫层的下层筋70表6-6-1受力钢筋的混凝土保护层最小厚度6.6水池的构造要求

6.6.1圆形水池的构造要求4.池壁与顶盖和底板的连接构造池壁两端连接的一般做法如图6-6-1和图6-6-2所示。6.6水池的构造要求

6.6.1圆形水池的构造要求4.池壁与顶盖和底板的连接构造

池壁和池底的连接要保证抗渗漏能力，一般以采用固定或弹性固定较好。但对于大型水池,采用这两种连接可能使池壁产生过大的竖向弯矩,此外当地基较弱时,这两种连接的实际工作性能与计算假定的差距可能较大,因此最好采用铰接。图6-6-2a为采用橡胶垫及橡胶止水带的铰接构造,这种做法的实际工作性能与计算假定比较一致,而且防渗漏性也比较好,但橡胶垫及橡胶止水带必须用抗老化橡胶(如氯丁橡胶)特制。当地基良好,不会产生不均匀沉陷时,可不用橡胶止水带而只用橡胶垫。图6-6-2a为一种简易的铰接构造,可用于抗渗漏要求不高的水池。6.6水池的构造要求

6.6.1圆形水池的构造要求5.地震区水池的抗震构造要求

加强结构的整体性是水池抗震构造措施的基本原则。水池的整体性主要取决于各部分构件之间连接的可靠程度及结构本身的刚度和强度。对顶板有支柱的水池来说顶板与池壁的可靠连接是保证水池整体性的关键。因此,当采用预制装配式顶板时,在每条板缝内应配置不小于1Ф6钢筋,并用M10水泥砂浆灌缝;预制板应通过预埋铁件与大梁焊接,每块板应不少于三个角与大梁焊在一起。当抗震设防烈度为9度时,应在预制板上浇筑混凝土叠合层。钢筋混凝土池壁的顶部也应设置预埋件,以便与顶板构件通过预埋件相互焊牢。当抗震设防烈度为8度时,柱内纵筋的总配筋率不宜小于0.7%,而且在柱两端l/8高度范围内的箍筋应加密且间距不大于100mm;当抗震设防烈度为9度时,纵筋总配筋率不宜小于0.9%,并将两端l/8高度内的箍筋加密且间距不大于100mm;柱与顶盖应连接牢靠。6.6水池的构造要求

6.6.2矩形水池的构造要求1.一般构造要求矩形水池各部分的截面最小尺寸、钢筋的最小直径、钢筋的最大和最小间距、受力钢筋的净保护层厚度等基本构造要求,均与圆形水池相同。对于顶端自由的浅池池壁,除了按要求配置水平钢筋外,顶部还宜配置水平向加强钢筋,其直径不应小于池壁竖向受力钢筋的直径,且不小于12mm,一般里、外两侧各设置2根。池壁的转角及池壁与底板的连接处,凡按固定或弹性固定设计的,均宜设置腋角，腋角边宽不宜小于150mm,腋角内配置斜筋的直径与池壁受力筋相同,间距宜为池壁受力筋间距的2倍。6.6水池的构造要求

6.6.2矩形水池的构造要求采用分离式底板时,底板厚度不宜小于120mm,常用150~200mm,并在底板顶面配置不小于Ф8@200的钢筋网,必要时在底板底面也应配置,使底板在温、湿度变化影响及地基