水池结构设计指南设计.docx
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水池结构设计指南设计
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○○五年七月
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………………………………………………11
十一．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》（CECS138:
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
＜10
S4
10~30
S6
＞30
S8
注：
抗渗等级si的定义系指龄期为28d的砼试件，施加
i×0.1MPa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－3℃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－10℃
F200
最冷月平均气温在－3～－10℃
F150
砼抗冻等级Fi系指龄期为28d的砼试件，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》GB50176-93中查取。
如：
北京－4.5℃天津－4.0℃
通化－16.1℃石家庄－2.9℃
承德－9.4℃西安－0.9℃
太原－6.5℃本溪－12.2℃
兰州－6.7℃银川－8.9℃
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—10级
10kN/m2
汽车—15级
12kN/m2
汽车—20级
15kN/m2
5．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）、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=mcqHB2
q—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
均布荷载
自由
0.426
铰接
0.218
三角形荷载
自由
0.104
铰接
0.035
2．深长壁板
所谓深长壁板，即HB/LB＞2的侧壁板，
按两部分计算：
从底板顶面算起，2LB以上部分按
水平单向受弯计算，0~2LB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＜H/S≤15
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，
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SAP2000软件进行计算。
人工计算较繁琐，最好以SAP2000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=ρmin×bh，ρmin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ρ=As/bh0，其一定≥ρmin×h/h0，As/bh≥ρmin，等同于As/bh0≥ρmin×h/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。
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≤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。
跨中弯矩的计算采用
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-mxxMx0-mxyMy0
Myy=My-myxMx0-myyMy0
mxx——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
myy——短边负弯矩在长向跨中的弯矩系数
上述系数见下表：
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
mxx
0.160
0.214
0.266
0.318
0.366
0.412
0.454
0.494
0.528
0.562
0.592
mxy
0.306
0.288
0.270
0.251
0.230
0.212
0.194
0.175
0.158
0.142
0.126
myx
0.306
0.316
0.320
0..324
0.324
0.318
0.314
0.308
0.300
0.294
0.288
myy
0.160
0.106
0.074
0.047
0.022
0.018
0
0
0
0
0
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
铰接
固接
q—1m宽的板基底净反力（kN/m2×m）R—圆板半径
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．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
35
50（40）
水平钢筋在内
55
40
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
4．裂缝宽度计算按《给水排水工程构筑物结构设计规范》
（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
埋置情况
平面形状
壁顶部边界条件
埋深范围内有、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
≤20
H/20
无
H/25
有
＞20
H/25
无
H/30
矩形
矩形
有板或梁
有
＞2
HB/12
无
HB/15
自由
有
＞2
HB/10
无
HB/12
有板或梁
有
≤2
HB/15
无
HB/18
自由
有
≤2
HB/12
无
HB/15
地上水池
矩形
有板或梁
＞2
HB/12
自由
＞2
HB/10
有板或梁
≤2
HB/15
自由
≤2
HB/12
注1）壁厚按50mm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250mm。
2）按假定厚度试算，按强度或裂缝宽度确定的配筋率应在0.3~0.8%之间，最好在0.4~0.6%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
底板厚度按壁厚的1.2~1.5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≥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，底板顶面位于地面以下≤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≮100（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。
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
HRB335
250~350
φ12@200
φ12@150
400~550
φ14@200
φ12@100
600~750
φ16@200
φ14@100
800~1000
φ16@150
φ16@100
1050~1250
φ18@100
1300~1500
φ18@150
φ20@100
附表二敞口水池池壁顶面水平配筋：
壁厚
（mm）
250～500
550～700
750～950
≥1000
U型套箍高200
φ8@200
配筋HRB335
3φ16
4φ18
4φ20
6φ20
构造附图：
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30mm，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0.25mm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，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。
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
ρ（%）
As/bh0
直径
间距
C25
C30
C25
C30
250
φ12
@200
35
35
31
31
0.26
@150
46
46
43
46
0.35
@100
68
68
64
67
0.53
φ14
@200
47
47
41
44
0.36
@150
61
62
53
57
0.48
@100
89
91
84
88
0.62
φ16
@200
60
61
49
52
0.47
@150
78
79
66
70
0.63
@100
112
115
110
114
0.95
300
φ12
@150
57
58
55
55
0.29
@100
84
85
78
83
0.43
φ14
@200
58
59
50
50
0.29
@150
77
77
67
72
0.39
@100
112
114
101
105
0.59
φ16
@200
75
76
62
67
0.38
@150
98
99
81
86
0.51
@100
142
145
129
134
0.77
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
ρ（%）
As/bh0
直径
间距
C25
C30
C25
C30
300
φ18
@200
93
94
73
77
0.49
@150
122
124
98
103
0.65
@100
174
179
164
169
0.97
350
φ12
@150
69
69
58
58
0.24
@100
101
102
95
101
0.36
φ14
@200
70
70
52
52
0.24
@150
92
93
82
89
0.33
@100
135
137
118
125
0.49
φ16
@200
90
91
77
77
0.32
@150
118
120
97
104
0.43
@100
173
175
149
155
0.64
φ18
@200
112
113
88
95
0.41
@150
147
149
116
122
0.55
@100
213
217
186
193
0.82
400
φ12
@100
118
119
113
121
0.31
φ14
@150
108
108
93
93
0.28
@100
158
160
138
146
0.42
φ16
@200
105
106
79
79
0.28
@150
139
140
115
124
0.37
@100
203
205
170
178
0.56
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
ρ（%）
As/bh0
直径
间距
C25
C30
C25
C30
400
φ18
@200
131
132
106
111
0.35
@150
173
174
135
143
0.47
@100
251
255
209
218
0.70
φ20
@200
160
162
120
128
0.44
@150
209
212
158
167
0.58
@100
302
308
257
266
0.87
450
φ12
@100
135
136
131
131
0.27
φ14
@150
123
124
95
95
0.25
@100
181
183
158
169
0.37
φ16
@200
120
121
81
81
0.24
@150
159
160
135
140
0.33
@100
233
235
192
203
0.49
φ18
@200
150
152
114
114
0.31
@150
198
200
155
166
0.41
@100
289
293
233
244
0.62
φ20
@200
184
185
140
151
0.38
@150
241
243
180
191
0.51
@100
349
355
284
294
0.77
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
ρ（%）
As/bh0
直径
间距
C25
C30
C25
C30
500
φ12
@100
152
153
134
134
0.24
φ14
@100
205
206
181
195
0.33
φ16
@150
179
180
143
143
0.29
@100
263
266
216
229
0.43
φ18
@200
170
171
116
116
0.28
@150
223
225
178
191
0.37
@100
327
331
259
272
0.55
φ20
@200
207
209
157
157
0.34
@150
272
275
203
217
0.46
@100
396
402
311
324
0.68
φ22
@200
248
250
180
193
0.41
@150
324
328
233
247
0.55
@100
468
478
373
386
0.83
550
φ14
@100
228
229
206
212
0.30
φ16
@150
199
200
145
145
0.26
@100
293
296
241
258
0.39
φ18
@200
189
190
118
118
0.25
@150
249
251
202
204
0.33
@100
365
369
286
302
0.50
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
ρ（%）
As/bh0
直径
间距
C25
C30
C25
C30
550
φ20
@2
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