浅析钢筋混凝土矩形水池结构设计

徐浩

摘 要：本文以春风油田二号联合站建设工程中污水回收池结构设计为例，介绍了作用在水池上的主要荷载，进行了水池内力计算、地基承载力，提出了水池设计中值得注意的构造要求，为以后此类水池的结构设计提供了一定的参考。

关键词：水池结构设计；水池荷载；内力计算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.102

1 引言

钢筋混凝土矩形水池结构一般由池壁、底板和顶盖（是否封闭加盖由工艺需要决定）所组成。水池按有无顶盖，可分为无顶盖的开敞式水池、有顶盖的封闭式水池和带走道板的半封闭式水池；按水池埋置情况，可分为全埋式、地下式、半地下式、地面式和架空式水池。本文以春风油田二号联合站建设工程中污水回收及污泥浓缩池为例，简单介绍了水池的结构设计。

2 矩形水池结构设计

2.1 水池主要荷载

作用在水池上的主要荷载：（1）池顶荷载：作用在池顶上的荷载主要有顶板自重、防水层重、覆土重、活荷载和雪荷载。其中活荷载和雪荷载不同时考虑，计算时取二者中的较大值[1]。（2）池底荷载：池底荷载为底板所受的地基反力和地下水产生的浮力。地基反力主要由以下几种荷载引起：①池顶活荷载qk；②池顶覆土荷载qs（根据实际计算确定qs值）；③池顶自重Gr、池壁自重Gw、及支柱自重Gc，取单位面积自重和。（3）池壁荷载：作用在池壁上的荷载主要是水平方向的土压力和水压力。池壁水压力按三角形分布，一般偏安全的按满池来计算。池壁土压力按朗肯主动土压力理论计算。

2.2 水池内力计算

2.2.1 水池资料

本工程水池为半地上式水池，整体尺寸为18mX20m，池体高出地面0.45m，分五个区格，池深2.65m，局部3.55m。池顶为预制混凝土盖板，池体混凝土采用C40、S8级抗渗混凝土，钢筋采用HRB400级，最外层钢筋混凝土保护层厚度，池体底板、池壁与池顶盖板均取50mm。水池的内力计算主要包括池壁板、池底板和池顶板内力计算。池顶为预制混凝土板，仅对池壁板与池底板进行计算。

2.2.2 池壁板计算

进行池壁板的内力计算，首先确定池壁的边界条件，然后考虑“池内有水、池外无土”或“池内无水、池外有土”两种荷载工况进行计算。

跨度为18m的外壁板计算，板厚350mm。按悬臂板计算，沿池壁高度取1m宽板带作为计算单元进行计算。

（1）荷载计算。

①池内有水，池外无土时（按满水的最不利情况计算）水压力：根据公式二计算：=10×3.1=31kN/m2

②池内无水，池外有土时，=0.33

池顶压力：根据公式三计算：=[1.5+18×（0+0.12）]×0.33=1.2 kN/m2

池底压力：根据公式四计算：=[1.5+18×（0+0.12+3.1）]×0.33=19.62 kN/m2

（2）配筋计算。

2.2.3 池底板计算

（1）荷载计算。池底视为简支于池壁上，地基反力按线性分布，取1m宽板带进行计算， 池壁板重：Gw=1977kN；池盖板重：Gr=488 kN；设备重：Ge=40 kN；基底面积：A=248.6m2

11.6 kN/m2

均布线荷载：gk=11.6×1=11.6 kN/m

（2）配筋计算查弯矩计算系数表[4]计算最大弯矩：

支座处最大弯矩：M1=0.125×1.2×11.6×62=62.64 kN·m

跨中最大弯矩：M2=0.07×1.2×11.6×62=35 kN·m

根据支座与跨中最大弯矩分别计算上部和下部钢筋，结合最小配筋率0.2%，最终选配16@150，AS=1340mm2，=1340mm2。根据选配钢筋进行裂缝验算，此处从略。

2.3 地基承载力验算

（1）基底压力：池盖板重：Gr=1285.2 kN；池壁板重：Gw=2970kN，底板+垫层重：Gb=4511.3 kN；设备重：G设=90 kN，水重：G水=9000 kN；基底面积：A=401m2

（2）基底压强：=1.5+0+（1285.2+2970+4511.3+90+9000）/401=46kN/m2小于=140kPa，地基承载力满足要求。

3 水池的构造要求

水池结构设计时值得注意的构造要求如下。（1）现浇钢筋混凝土水池的壁板、中间隔板及底板厚度不宜小于200mm，顶板厚度不宜小于150mm；当底板采用条基时，中间部位底板厚度不宜小于150mm；当壁板或顶板采用梁（柱）板式结构时，板的厚度不宜小于100mm。（2）池壁、底板的受力钢筋宜采用间距较密直径较小的钢筋，直径不宜小于10mm。（3）现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角及與顶板、底板的交接处宜设置腋角，腋角边宽不宜小于150mm，腋角内配斜筋的直径与池壁受力筋相同， 间距宜为池壁受力钢筋间距的两倍或为 200mm。

4 结论

水池设计时，应选取合理的结构方案，确定作用在水池上的主要荷载，形成正确的计算简图，满足规范规定的各项构造要求，从而设计出更为科学合理、经济安全的水池结构。

参考文献：

[1]胡建强.钢筋混凝土结构水池的设计与施工[J].建材世界，2013（34）.

[2]石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范[S].SH/T 3132-2002.

[3] 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].CECS138：2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4]建筑结构静力计算实用手册[M].浙江大学：中国建筑工业出版社，2012.