水池结构设计指南.docx
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水池结构设计指南
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
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
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×
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《民用建筑热工设计标准》GB50176-93中查取。
如：
℃℃
℃℃
℃℃
℃℃
℃℃
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〕
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，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
铰接
三角形荷载
自由
铰接
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。
。
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：
mxx
mxy
myx
0..324
myy
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，假设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
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。
假设配筋率＜0.3%，应减小厚度；假设配筋率＞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按以下取值：
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，假设＜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
@150
46
46
43
46
@100
68
68
64
67
φ14
@200
47
47
41
44
@150
61
62
53
57
@100
89
91
84
88
φ16
@200
60
61
49
52
@150
78
79
66
70
@100
112
115
110
114
300
φ12
@150
57
58
55
55
@100
84
85
78
83
φ14
@200
58
59
50
50
@150
77
77
67
72
@100
112
114
101
105
φ16
@200
75
76
62
67
@150
98
99
81
86
@100
142
145
129
134
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
@150
122
124
98
103
@100
174
179
164
169
350
φ12
@150
69
69
58
58
@100
101
102
95
101
φ14
@200
70
70
52
52
@150
92
93
82
89
@100
135
137
118
125
φ16
@200
90
91
77
77
@150
118
120
97
104
@100
173
175
149
155
φ18
@200
112
113
88
95
@150
147
149
116
122
@100
213
217
186
193
400
φ12
@100
118
119
113
121
φ14
@150
108
108
93
93
@100
158
160
138
146
φ16
@200
105
106
79
79
@150
139
140
115
124
@100
203
205
170
178
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
@150
173
174
135
143
@100
251
255
209
218
φ20
@200
160
162
120
128
@150
209
212
158
167
@100
302
308
257
266
450
φ12
@100
135
136
131
131
φ14
@150
123
124
95
95
@100
181
183
158
169
φ16
@200
120
121
81
81
@150
159
160
135
140
@100
233
235
192
203
φ18
@200
150
152
114
114
@150
198
200
155
166
@100
289
293
233
244
φ20
@200
184
185
140
151
@150
241
243
180
191
@100
349
355
284
294
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
φ14
@100
205
206
181
195
φ16
@150
179
180
143
143
@100
263
266
216
229
φ18
@200
170
171
116
116
@150
223
225
178
191
@100
327
331
259
272
φ20
@200
207
209
157
157
@150
272
275
203
217
@100
396
402
311
324
φ22
@200
248
250
180
193
@150
324
328
233
247
@100
468
478
373
386
550
φ14
@100
228
229
206
212
φ16
@150
199
200
145
145
@100
293
296
241
258
φ18
@200
189
190
118
118
@150
249
251
202
204
@100
365
369
286
302
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
@200
231
232
160
160
@150
304
306
228
245
@100
443
449
340
356
φ22
@200
276
279
204
211
@150
362
366
259
276
@100
525
534
404
420
600
φ14
@100
251
252
216
216
φ16
@100
323
326
269
289
φ18
@200
208
209
120
120
@150
274
276
207
207
@100
403
407
314
334
φ20
@200
254
256
163
163
@150
335
338
255
275
@100
490
496
370
390
φ22
@200
305
307
214
214
@150
400
404
286
307
@100
582
592
436
455
φ25
@200
387
391
265
285
@150
511
518
345
365
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
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