长条形水池结构设计总结

王伟丛

摘要：从长条形水池的侧壁计算，底板计算等方面介绍了水池的结构设计，并且对于结构配筋过程中需要注意的问题进行了总结。

关键词：侧壁计算、底板计算、裂缝宽度验算、配筋

工程简介：

某钢厂新建高炉工程中的矩形水池，水池长46米，宽15米，深5米。地下水位标高-1.0米。池壁顶以上有冷却塔。水池顶有走道板。详见图1 水池尺寸示意图。

1 设计条件

1.1 工况选取

在水池计算过程中，会考虑三种工况：有土无水（施工完后到投产之前的阶段）；有土有水（投产后的正常使用中）；有水无土（在施工完后基坑未回填的试水阶段）。

第二种工况相对来说对于水池的侧壁和底板是最有利的情况。本文仅就荷载较复杂的第1种工况进行阐述，第3种工况的计算原理同此。

1.2 计算前提

（1）采用天然地基。

（2）根据已有条件，初步确定：侧壁厚度400mm，底板厚度550mm.

（3）受力钢筋的保护层厚度：

侧壁外侧：30mm，内侧35mm（与污水接触），底板40mm。

（4）根据水池的结构情况，设定池壁顶端支撑条件为铰接，底端支撑条件为固接；底板两端的支撑条件为铰接，但要考虑池壁底端的弯矩对底板受力的影响。

1.3 荷载及材料选取

地面堆积荷载取10 kN/m2，不考虑汽车荷载。

砼强度等级：C30（采用抗渗混凝土，抗渗等级：S6）。

钢筋等级：HRB400。

2 计算过程

2.1 强度计算

2.1.1 侧壁计算

（1）荷载分析

1）水压力

地下水位标高-1.0米（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18 kN/m3，地下水位以下取土的有效重度，按10 kN/m3，准永久值系数为1.0。

3）地面堆积荷载（作用于水池侧面）

地面堆积荷载取10 kN/m2，准永久值系数为0.5，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。

（2）侧壁内力计算

1）长条水池，此侧壁为平长壁板，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，上端为铰接。具体情况见图1 水池尺寸示意图。

荷载：

土压力 qs=（18×1+10×4）×1/3=19.33 kN/m

水压力qw=10×4=40 kN/m

地面荷载产生的侧压力

qm=10×1/3=3.33 kN/m

三种压力产生的弯矩值：

类别

部位 土压力弯矩 Ms 水压力弯矩Mw 地面荷载弯矩

Mm

下端支座 36 53 10.4

跨中 16.8 21 6

支座基本组合弯矩值：

M=（ Ms +Mw）×1.2+ Mm×1.4=127.6 kN·m

支座准永久组合弯矩值：

Mq= Ms +Mw +0.5Mm=99.4 kN·m

跨中基本组合弯矩值：

M=（ Ms +Mw）×1.2+ Mm×1.4=56.4 kN·m

跨中准永久组合弯矩值：

Mq= Ms +Mw +0.5Mg=40.8 kN·m

将壁厚拟定为400mm （HB/12），按C30砼查表，支座外侧采用

φ16@150，按强度和裂缝宽度控制的弯矩最大值分别为139、115 kN·m，分别>127.6、99.4 kN·m，满足要求。配筋率为0.37%，较合适。

跨中内侧选用φ14@150，弯矩值满足要求。此时厚度已定，因弯矩较小，应在满足最小配筋率的前提下采用较小配筋。

此时应注意的是：

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：

2.1.2 底板计算

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=ql 2/8-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。板边负弯矩等于池壁板底部弯炬，跨中正弯矩以负弯矩抵消一部分。详见图3 底板受力示意及弯矩图

计算过程及选筋略。

2.2 裂缝宽度验算

（1）按配筋计算结果选配出钢筋的直径及间距后，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。

（3）裂缝宽度限值（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》

3 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。

4 配筋示意

详见图4 特殊部位钢筋示意图

5 配筋的注意事项

（1）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。

（2）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。

（3）较适宜的配筋率必须以计算弯矩值与表中弯矩值较接近为前提，即壁厚或底板厚较合适。

（4）当厚度受某种弯矩（如支座处）控制已确定时，其他弯矩较小部位（如跨中）配筋应采用满足最小配筋率的较小配筋，而不应采用适宜配筋率的配筋。

6 结语

水池是给排水工程中的重要结构物，随着城市的发展，其建造需求也越来大。高驻地人员应本着以较少的工程造价来解决水池结构所特有的问题，并且在高驻地中应考虑水泥施工过程中可能产生的问题。本文主要从水池的侧壁计算，底板计算等方面介绍了水池的结构设计，并提出一些建议，供相关设计借鉴和参考。