钢筋混凝土水池设计

钢筋混凝土水池设计

2014年第3期·85·第40卷总第179期SichuanBuildingMaterials2014年6月DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2014.03.035钢筋混凝土水池设计魏小勇,张艺(中信重工机械股份有限公司,河南洛阳471000)摘要:根据钢筋混凝土水池结构的特点，总结设计同时,还要满足规范规定的混凝土抗渗,抗冻以及钢筋保的方法和注意事项。护层厚度等要求,详见《混凝土结构设计规范》有关规定。关键词:钢筋混凝土水池;结构设计;荷载组合;构3)当建筑场地的地下水位比较高时,还应对水池进行造抗浮验算。中图分类号:TU375文献标志码:B3钢筋混凝土水池结构的荷载文章编号:1672-4011(2014)03-0085-02对于非地上式水池,池壁的水平向荷载包括：池内水0前言压力,池外土压力(包括地面活荷载影响和地下水位所处的位置的影响);垂直向荷载包括：池内水重和池外土重。荷随着社会的发展,城市的扩大,民用建筑、工业生产载最不利组合可分为：池内有水、池外无土;池外有土、和环境保护的需要,水池类构筑物工程建设逐年增多。而池内无水。钢筋混凝土作为常见的水池结构材料,被广范应用于工业1)池内水压力：池内水压作为水池类构筑物的主要荷与民用建筑的给水、污水、消防工程中。在满足工艺要求载。在设计过程中,应当偏于安全的按满水高度来计算水的前提下,水池结构既要能够满足结构的正常使用要求,压,因为使用过程中很可能由于值班人员疏忽、计量仪表又要经济合理。失灵等造成满池。1钢筋混凝土水池分类及应用2)池外土压力：池外土压力可按库伦土压力理论或郎肯土压力理论确定。在设计过程中,应考虑底面堆载或活钢筋混凝土水池有多种分类方法,如按结构形式可分荷载对池壁所受到的土压力的影响,地面堆载或活荷载的为圆形水池、矩形水池;按施工方式可分为整体式、分离取值可按照相关的规范确定。同时,当建筑场地的地下水式和装配式;按用途可分为水处理水池和贮水池等。钢筋位较高时,池壁所受到的压力应计入池外地下水压力的作混凝土水池大部分建于地下或半地下,因为这种布置方式用。此时,池外土压力应按土的有效重度计算,池壁所受质量较好而且可以节省材料,在地下温度及风化作用等荷到的池外压力为池外土压力加上地下水压力。载较小,池壁外土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力,3)浮力：当建筑场地的地下水位较高时,池壁外侧除对水池结构的正常使用有利。在多种因素的作用下,池体应考虑地下水的水平向压力外,还应考虑地下水对池体的结构会产生裂缝(包括池顶板、壁板、底板),为了使裂缝不浮力。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮致过大而影响水池的使用,应按规范严格控制裂缝的宽度不够等工程事故也时有发生。地质勘察报告所提供的地下(一般水池裂缝控制在0.2mm)。此外,钢筋混凝土水池结水位一般仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当构还应考虑池体的抗渗性能。地枯水期进行,所提供的地下水位标高将无法被设计取用,或导致结构计算的失误。根据实际情况,结合地方水文资2钢筋混凝土水池结构设计的基本规定料,确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位,做到1)各种结构类别、形式的水池均应进行强度计算,可既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全,又能降低按GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中的有关规定计工程造价双赢的目的。算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件,确定4)温、湿度作用。由于混凝土施工过程中的水化热、是否需要验算结构的稳定性。工业生产条件以及季节变化等使水池膨胀或收缩,在池体2)钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度验算。满中产生相应的应力,很容易产生有害裂缝。足正常使用要求时,控制裂缝开展是必要的,对于圆形水4钢筋混凝土水池结构的荷载及边界条件池或矩形水池的某些部位(例如长壁水池的角隅处),其受力状态多属轴拉或小偏心受拉,整个截面处于受拉状态,这池体结构一般由池壁、底板和顶盖组成。选择合理的就需要控制其裂缝出现;更多的构件将处于受弯,大偏心结构计算简图和计算公式才能保证结构设计的准确、可靠。受力状态,为满足结构的耐久性要求,需要限制混凝土的水池内力分析计算时,应做到边界条件的假定与实际情况裂缝开展宽度,防止因钢筋锈蚀而影响水池的使用年限。相符。1)当水池设有顶板时,顶板可按一般的双向板来计算。作者简介:魏小勇(1986-)，男，本科，湖北孝感人，主要从事建筑结构设计工作。(下转第87页)n2014年第3期·87·第40卷总第179期SichuanBuildingMaterials2014年6月h22-7985.772h====745.67m1ζγ3.071.1821.3222×(F1)×ω+1×1.252×+1ζ1F2γp3.181.155式中,G为通风量,kg/h(上述计算结果为985.77kg/15s)。=0.965×1.563×1.023+1通风需要开窗的面积为：933.49+745.67=1679.16m2=15/2.543=5.9m9)核算。h=h-h=15-5.9=9.1m21F1=933.49/745.67=1.252式中,ξ1,ξ2为进、排风窗口局部阻力系数(查表：设F2本工程单层上悬窗开启角60°,高宽比0.5;则ξ1=3.18,结果与原定比值相差0.002,说明计算基本正确。ξ=3.07)。27)确定进、排风窗口压力差。4结论进风口压力差△P1=h1×△γ=5.9×0.026=0.153kg/2本文工程外墙总面积为1576m,小于为满足通风需2m2要开窗的面积1679.16m,所以本工程出铁场外墙不应该排风口压力差△P=h×△γ=9.1×0.026=0.237kg/22封闭。[ID：001226]2m8)确定进、排风窗口面积。参考文献:进风窗总面积：[1]《建筑设计资料集》编委会.建筑设计资料集[M].2版.北京：F=G=985.77中国建筑工业出版社,1994.1112g·γ·Δ×2×9.8×1.182×0.153[2]钢铁企业采暖通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,ωp1ζ3.1811996.=985.77=933.49m2[3]陆辉宇.供暖通风设计手册[M].1998.1.056[4]李亚峰,李英姿.建筑设备工程[M].北京：中国建筑工业出版排风窗总面积：社,2009.G985.77F==2112g·γ·Δ×2×9.8×1.155×0.237pp2ζ3.072瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦瘦(上接第85页)mm。池壁、底板的受力钢筋宜选用小直径且间距较密的钢当顶板长边不小于短边长度的3倍时,可按单向板计算。筋,有利于控制水池裂缝的宽度。水池各部位的钢筋间距2)当水池设有顶板时,池壁顶端的边界条件应根据顶宜控制在100~250mm范围内。为了保证水池结构的耐久板与池壁的连接构造来确定。当池壁线刚度不小于5倍顶性,水池各部位构件受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应板线刚度时,可认为池壁顶端为铰支,否则应按弹性固定符合GB50010-2010《混凝土结构设计规范》等相关规范的计算。当池壁长度不小于池壁高度的3倍时,池壁可简化规定。足够的钢筋保护层厚度,保证了混凝土(钢筋与模为沿池壁高度方向的一端铰接,另一端固定的单向板。开板间)施工振捣的质量,对混凝土的水密性也是有利的。敞式水池的池壁边界条件可假定为三边固定,顶边自由,对于平面尺寸大于规范规定的设置伸缩缝间距的水池,还当池壁长度不小于池壁高度的3倍时,池壁可简化为沿池应设置800~1000mm的后浇带,以控制温度变化,混凝壁高度方向的悬臂板计算。比较两种边界条件假定的内力土收缩等引起的应力和变形。计算结果,设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。2)“暗梁”“暗柱”。现浇钢筋混凝土水池最容易在角3)对于池体容积小,短跨尺寸在6m以内,地基土质隅处出现裂缝,因此必须在池壁转角处、池壁与底板相交较好时,计算底板内力可以按地基反力直线分布计算。一处设置“暗梁”“暗柱”。敞口水池顶端也宜配置水平向加强般情况下,直接作用于底板上的池内水重和底板自重与它钢筋。敞口水池在温差或地基变形作用下池壁顶端是结构们引起的那部分地基反力直接抵消,而不产生弯曲应力。的薄弱点,宜设置暗梁。水池池壁的拐角,池壁与顶、底只有由池壁和池顶、支柱作用在底板上的力所引起的地基板的交接处,宜设置腋角。腋角宽度不应小于150mm,并反力才会使底板产生弯曲应力。当存在多格水池分格盛水应配置构造钢筋,一般可按受力钢筋面积的50％采用。时,地基反力可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计[ID：001250]算。此时应分格满池最不利布置按照单向板或双向板进行参考文献:静力结构计算。当池底为软土地基或板的跨度较大时,应采取单位截条,将构筑物内外墙作为集中力按弹性地基梁[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].进行内力分析。此时考虑地基变形影响,按文克尔假定或[2]《给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水工程结构设半无限弹性体假定计算,两者均可以查表或软件计算。计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.5构造措施1)钢筋混凝土水池,池壁、底板厚度均不宜小于200