1、工業建筑結構設計混凝土結構設計指南及規定第六冊水池結構設計指南（共八冊）中冶京誠工程技術有限公司工業建筑院目錄1 .材料 22 .水、土壓力計算33 .側壁內力計算44 .底板內力計算65 .配筋計算96 .裂縫寬度驗算97 .側壁、底板厚度擬定 108 .抗浮驗算 119 .工況組合 11十.構造要求 11十一.按強度及裂縫寬度控制的最大彎矩值（附表三）14十二.例題 26編制：李緒華審核：孫衍法編程：覃嘉仕鋼鐵廠的設計中會經常遇到水池，無論是煉鐵、煉鋼，還是軋鋼, 都存在水池。因沒有統一的設計方法，導致設計方法較為離散。結合給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程(CECS 138:2002

2、),對水池結構的設計方法進行一定的統一。一.材料1 .硅強度等級不低于C25,嚴寒和寒冷地區不低于 C30。2 .抗滲等級，根據最大作用水頭與硅厚度的比值確定最大作用水頭與碎壁、板厚度之比iw抗滲等級<10S410-30S6>30S8注：抗滲等級si的定義系指齡期為 28d的碎試件，施加 i x 0.1MPa水壓后滿足不滲水指標一般情況下采用S6即可滿足要求。3 .抗凍等級最冷月平均氣溫低于-3c的地區，外露的鋼筋硅構筑物的硅應 具有良好的抗凍性能，按下表采用:大氣溫度抗凍等級最冷月平均氣溫低于10CF200最冷月平均氣溫在310CF150硅抗凍等級Fi系指齡期為28d的硅試件，在

3、進行相應要求凍融循環總次數i次作用，具強度降低不大于25%,重量損失不超過5%最冷月平均氣溫在民用建筑熱工設計規范GB 50176-93中查取。如:北京-4.5C天津-4.0C通化-16.1C石家莊-2.9C承德-9.4C西安-0.9C太原-6.5C本溪-12.2C蘭州-6.7C銀川-8.9C基本上除東北、西北和華北的大部分地區外，其他地區均不需要 考慮硅抗凍要求。二.水、土壓力計算1 .水壓力按季節最高水位計算水壓力，勘察報告中一般提出勘察期間地下 水位，可根據勘察的季節及水位變化幅度確定計算水位，準永久值系數為1.0。2 . 土壓力主動土壓力系數Ka可按1/3,地下水位以上土的重度取18k

4、N/m3, 地下水位以下取土的有效重度，可按10 kN/m3,準永久值系數為1.0。3 .地面堆積荷載（作用于水池側面）無特殊情況時，地面堆積荷載取10 kN/m2,準永久值系數為0.5。4 .汽車荷載（作用于水池側面）等代均布荷載見下表，準永久值系數為 0。荷載等級等代均布荷載汽車一10級10 kN/m2汽車一15級12 kN/m2汽車一20級15 kN/m25 .列車荷載（作用于水池側面）若枕木在滑裂體（與水平面夾角 55斜面形成的滑裂體）以外，則不需考慮；否則按60 kN/m2等代均布荷載考慮，準永久值系數為0上述均布荷載乘以主動土壓力系數 Ka后作為矩形分布的荷載作三.側壁內力計算1

5、.平長壁板所謂平長壁板，即Lb/Hb>2 （有頂板）或Lb/Hb>3 （無頂板） 的側壁板。取1m寬截條按豎向單向受彎計算，下端為固接，上端為 自由（無頂板時）、較接（有頂板或局部走道板）。此時應考慮水平角隅彎矩，即驗算構造水平筋能否滿足水平角隅 處的強度及裂縫寬度水平向角隅處彎矩:2M cx=mcqHBq均布荷載或三角形荷載的最大值（kN/m2）mc見下表:荷載類別池壁頂端支承條件mc均布何載自由0.426較接0.218二角形荷載自由0.104較接0.0352 .深長壁板所謂深長壁板，即Hb/Lb>2的側壁板， 按兩部分計算：從底板頂面算起，2Lb以上部分按 水平單向受彎計

6、算，02Lb部分按雙向板 計算，從底板頂面算起2Lb處視為自由邊。3 .矩形水池除上述兩種情況外，即介于平長、深長之間的壁板, 按雙向受彎計算，以計算手冊或軟件進行計算。4 .圓形水池池壁根據水池高度、半徑及壁厚確定計算模型，見下表：H/S圓柱殼內力計算模型H/S< 1按豎向單向計算，類似于平板1 < H/S< 15按殼體計算環向和豎向內力H/S>15頂端自由時，H/S>15部分的圓柱，按無約束的自由圓柱殼計算薄膜內力H：圓柱殼池壁高度S：圓柱殼的彈體特征系數，S = 0.76<RhR：圓柱殼計算半徑h：池壁厚度計算可用水工結構手冊圖表人工計算，也可用SAP

7、 2000軟件進行計算。人工計算較繁瑣，最好以 SAP 2000進行計算。四.底板內力計算1 .長條水池(凈長/凈寬>2)(1)池壁頂以上無荷載(如無冷卻塔等)或荷載較小底板底面承受由側壁傳來的彎矩，分別按基本組合設計值和準永 久組合設計值計算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構造配筋，即滿足最 小配筋率。按最小配筋率確定的鋼筋面積：As=pminXbh, p min 為 0.20% (C25)、0.21% (C30)也可根據厚度查表，選取較小配筋，表中配筋率 P = As/bh。，其 一定A P minXh/h0, As/bhA p min,等同于 A/bhoA p min X h/h0。（2

8、）池壁頂以上有荷載（如冷卻塔等）底板以基底凈反力按1m寬簡支板計算，但要將壁板底部彎矩加到支座處，以降低底板跨中彎矩，Mz=ql2/8-MB。基底凈反力包括壁板、頂板及上部冷卻塔等設備自重，而不包括池內水重及底板自重。， 口、采用樁基時以樁的凈反力 作為集中力計算跨中彎炬，板邊負彎矩等于壁板底部彎炬，跨中正彎矩以負彎矩抵消一部分。注意此處的負彎矩用作強度計算時、荷裁分項系數為1.0。2 . 一般矩形水池（凈長/凈寬W2）（1）池壁頂以上無荷載（如無冷卻塔等）或荷載較小底板底面承受由側壁傳來的彎矩，分別按基本組合設計值和準永 久組合設計值計算配筋和裂縫寬度。底板頂面按構造配筋，即最小配 筋率和考

9、慮超長時的構造縱筋。（2）池壁頂以上有荷載（如冷卻塔等）底板以基底凈反力按四邊簡支板計算，但要將壁板底部彎矩加到 支座處，以降低底板跨中彎矩。基底凈反力包括壁板、頂板及上部冷 卻塔等設備自重，而不包括池內# # # * ¥ *水重及底板自重。'I':乜跨中彎矩的計算采用-F下述方法：一 M 口XL先根據靜力計算手冊按雙向板計算跨中短向、長向彎矩Mx、My,假定底板的長邊與短邊由壁板所傳彎矩為Mx0、My0,則考慮支座負彎矩后的跨中彎矩按下式計算Mxx=Mx-mxx Mx0-mxyMy0Myy = My-myx MxmyyMy0mxx長邊負彎矩在短向跨中的彎矩系數mxy

10、短邊負彎矩在短向跨中的彎矩系數myx長邊負彎矩在長向跨中的彎矩系數myy 短邊負彎矩在長向跨中的彎矩系數上述系數見下表:LW1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0mxx0.1600.2140.2660.3180.3660.4120.4540.4940.5280.5620.592mxy0.3060.2880.2700.2510.2300.2120.1940.1750.1580.1420.126myx0.3060.3160.3200.3240.3240.3180.3140.3080.3000.2940.288myy0.1600.1060.0740.0470.0220.0

11、1800000采用樁基時，以樁的凈反力作為集中力計算跨中彎矩， 板邊負彎 矩等于壁板底部彎矩，跨中正彎矩以負彎矩抵消一部分5.圓形底板周邊支座形式半徑r處的徑向彎矩半徑r處的切向彎矩較接Mr =19(1-P2)qR2961f 22Mt =一(19 9P )qR 96固接Mr =(7 -19P2)qR2961PY 22Mt -(7 -9P2)qR296q 1m寬的板基底凈反力（kN/m x m）R一圓板半徑P=一R五.配筋計算1 .彎矩計算中，水、土壓力乘以荷載分項系數1.27,地面堆積及車輛荷載產生的側壓力乘以荷載分項系數1.4。池內有水、考慮池外土壓力時、強度計算時的池外土壓力荷載分 項系數

12、取1.0;計算底板跨中彎矩時，若考慮側壁彎矩的有力影響， 則側壁彎矩荷載分項系數取1.0。2 .以基本組合的設計值彎矩計算配筋面積，可人工計算，也可 以構件計算軟件計算，應注意保護層厚度問題，即鋼筋合力點至壁邊 緣距離生,見下表：鋼筋擺放順序水平鋼筋as(mm)豎向鋼筋as(mm)水平鋼筋在外3550(40)水平鋼筋在內5540截面有效高度h0=h-as (括號內數字用于水平筋為構造筋時)六.裂縫寬度驗算1 .先按配筋計算結果選配出鋼筋的直徑及間距，然后驗算裂縫 寬度。2 .裂縫寬度驗算采用準永久組合值彎矩，水、 土壓力按標準值, 地面堆積荷載按標準值的 0.5,汽車、列車荷載不考慮。3 .裂

13、縫寬度限值軋鋼、煉鋼、煉鐵等水處理設施：0.25mm污水處理設施：0.20mm4 .裂縫寬度計算按給水排水工程構筑物結構設計規范（GB 50069-2002）附錄A進行，現有Excel計算表格可用5 .受力鋼筋的保護層厚度：側壁取30mm,與污水接觸取35mm,當表面有水泥砂漿或涂料 時可減少10mm;底板取40mm。受力筋可能是水平筋或豎筋。七.側壁、底板厚度擬定1.側壁厚度可參考下列表格初步擬定埋置情 況平向形狀壁頂部 邊界條 件埋深范圍 內啟、無 地下水水平長度/高度 Lb/Hb深度平 方/直徑 h2/d壁厚地下水 池 地下水 池圓形有<20H/20:無H/25有>20H/2

14、5:無H/30形形 矩矩有板或 梁有2Hb/12無Hb/15自由有2Hb/10無Hb/12有板或 梁有<2Hb/15:無Hb/18自由有<2Hb/12無Hb/15地上水 池矩形有板或 梁2Hb/12自由2Hb/10有板或 梁<2Hb/15自由<2Hb/12注1）壁厚按50 mm的倍數取值，水池較深時應采用變厚度形式， 壁厚 在任何情況下不小于250 mm。2）按假定厚度試算，按強度或裂縫寬度確定的配筋率應在 0.30.8% 之間，最好在0.40.6%之間。若配筋率 0.3%、應減小厚度；若 配筋率 0.8%、應加大厚度。3）控制裂縫寬度最好用提高配筋率的方法，而不用加大

15、厚度的方法。2.底板厚度底板厚度按壁厚的1.21.5倍，以1.2倍起算，與壁板類似，以 配筋率控制。采用樁基時，為使樁與池壁中心線一致，應將底板外挑。8 .抗浮驗算按最高地下水位計算底板底面的浮托力，不計池內水重，以池壁、 底板自重抵抗地下水浮托力，抗浮系數1.05。采用樁基時，可考慮加上樁的抗拔承載力特征值來抵抗浮托力。9 .工況組合1 .地下水池在池外水、土壓力（包括地面荷載）作用下的計算,此時不考慮池內水壓力；在池內水壓力作用下的計算,此時不考慮地面荷載及池外地下水 的作用，但應以池外土壓力抵消一部分池內水壓力產生的彎矩、強度計算時，此時的土壓力荷載分項系數取 1.0。2 .地上水池地上

16、水池指埋深較小的水池，底板頂面位于地面以下w1m,這種情況可只作在池內水壓力作用下的計算。十.構造要求1.伸縮縫間距（m）地下水池（有覆土）40頂面外露水池30非嚴寒、非寒冷地區20嚴寒、寒冷地區注：超出上表限值時，以留后澆帶或摻膨脹劑措施解決 。2 .水平構造筋、敞口水池池頂構造筋見 附表一、二；轉角處鋼 筋構造見構造附圖；3 .受力筋及構造筋盡可能采用直徑較小的鋼筋，鋼筋間距盡可 能三100 （轉角處因鋼筋搭接而加密除外），也三200。4 .水平筋一般置于豎筋內側，水池長度超過伸縮縫間距時水平 筋置于豎筋外側,這兩種情況豎筋保護層厚度均為30mm。當水平筋為主要受力筋時，水平筋置于豎筋外側

17、，此時水平筋保 護層厚度為30mm。附表一水池水平構造配筋：壁厚或底板厚（mm）未超過伸縮縫 間距時超過伸縮縫 間距時備注HRB 335250350© 122000 12150400550© 14200© 121006007506 16200© 1410080010006 161506 16100105012506 18100130015006 18150。20100附表二敞口水池池壁頂面水平配筋壁厚(mm)250500550700750950>1000U型套箍高200小 8200配筋HRB3353。164（|）184（|）206。20構造附圖:側

18、壁轉角處側壁交接處側壁、底板轉角處4悖Ki側壁、底板交接處圖中l按下列取值：1 X相鄰壁水平較小凈跨長/4或中間壁水平凈跨長/4兩者取較小值，并不小于500側壁凈高/4十一.按強度及裂縫寬度控制的最大彎矩值(附表三)1 .受力鋼筋保護層厚度按30 mm,當 30mm時，將強度彎矩 值M乘以折減系數0.95 (hW600)、0.98 (h600)進行折減；將裂 縫寬度彎矩值 Mq乘以折減系數0.90 (hW700)、0.95 (h700)。2 .強度控制的最大彎矩 M系指按表中給定的配筋推算出的最大 彎矩設計值，應與在水、土壓力及地面活荷載、車輛荷載作用下的基 本組合彎矩值對應,即考慮荷載分項系

19、數。3 .裂縫控制的最大彎矩 Mq系指裂縫寬度為0.25 mm時，按表 中給定的配筋推算出的最大彎矩值， 應與在水、土壓力及地面活荷載 作用下的準永久組合彎矩值對應,不計車輛荷載，并考慮地面活荷載 的準永久值系數0.5。4 .設計人計算出兩種彎矩后，先核實 強度對應的彎矩值，滿足 后再核實裂縫對應的彎矩值，兩項必須都滿足，即計算出的兩項彎矩 值必須都小于表中數值。5 .計算彎矩值應按鋼筋直徑 從小到大順序與表中最接近的彎矩 值對應，查看配筋率，若 0.3%或0.8%,則應考慮減小或加大側 壁或底板厚度。查表時，應首優先選用直徑較小的鋼筋，這樣可在相 同裂縫寬度下降低鋼筋用量。6 .未列入表中的

20、配筋，小直徑鋼筋屬 不滿足最小配筋率，大直 徑鋼筋屬配筋率過大，前者不得采用，后者一般也不采用。7 .轉角處鋼筋間距可能變為 50、75,可按100、150的強度 及裂縫控制的彎矩值分別乘以1.5、1.8。壁、底板 厚度 (mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30250© 12200353531310.26150464643460.35100686864670.530 14200474741440.36150616253570.48100899184880.620 16

21、200606149520.47150787966700.631001121151101140.95300© 12150575855550.29100848578830.430 14200585950500.29150777767720.391001121141011050.590 162007576626703815098998186051100142145129134077附表三按強度及裂縫寬度控制的最大彎矩值壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30300

22、0 18200939473770.49150122124981030.651001741791641690.97350© 12150696958580.24100101102951010.360 14200707052520.24150929382890.331001351371181250.490 16200909177770.32150118120971040.431001731751491550.640 1820011211388950.411501471491161220.551002132171861930.82400© 121001181191131210310

23、 1415010810893930.28100158160138146_0420 1620010510679790.28150139140115124_037100203205170178056壁、底板 厚度 (mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN - m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C304000 182001311321061110.351501731741351430.471002512552092180.700 202001601621201280.441502092121581670.58100302308

24、2572660.87450© 121001351361311310.270 1415012312495950.251001811831581690.370 1620012012181810.241501591601351400.331002332351922030.490 182001501521141140.311501982001551660.411002892932332440620 202001841851401510-381502412431801910511003493552842940.77壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN - m)裂縫

25、控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C30500© 121001521531341340.240 141002052061811950.330 161501791801431430.291002632662162290.430 182001701711161160.281502232251781910.371003273312592720.550 202002072091571570.341502722752032170.461003964023113240.68© 222002482501801930.411503243

26、282332470.551004684783733860.835500 141002282292062120.300 161501992001451450.261002932962412580390 182001891901181180.25150249251202204033100365369286302050壁、底板厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN - m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C305500 202002312321601600.311503043062282450.41100443449340

27、3560.620 222002762792042110.371503623662592760.501005255344044200.756000 141002512522162160.270 161003233262692890.360 182002082091201200.231502742762072070.301004034073143340.452 002002542561631630.281503353382552750.371004904963703900.562 222003053072142140.34150400404286307_0451005825924364550680

28、 552003873912652850441505115183453650J8壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C306500 141002762772202200.250 161003573592993220.330 181503023042102100.281004454493453690.412 002002802821651650.261503693722852850.341005425484024250.512 222003363382172170.31

29、1504424463173400.411006456544694920.620 552004284312953140.401505605673764000.531008108255926160.807000 141002993012222220.230 161003873893263260300 181503273302132130.251004844883784050380 002003043051671670.24150401404289289031100589595435463047壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN - m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(k

30、N m)配筋率 p(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C307000 222003653672202200.291504804843493760.381007027115045310.572 552004644683183180.371506096164094360.491008848996306570.747500 161004174193313310.280 181503533552152150.241005225264124440.365 201504324352922920.291006366424715020.445 222003933952222220.2715051852

31、23833840.351007597685415720.532 552005015053223220.341506586654444750461009579736707010598000 161004444463343340.260 181005565604494690.33壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C308000 201504614632952950.281006786855085440.41025150552556

32、3883880.331008108195806150.502 552005345383253250.321507037094815170.43100102410397107460.658500 161004744773373370.250 181005945984744740.312 001504924952972970.262 001007267325485880.392 222004474502262260.231505905943923920.311008678766206610472 552005715753283280301507527585205600411001097111375

33、3794061壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN m)配筋率 p (%)As/bh0直徑間距C25C30C25C309000 181006326364784780.302 201505235263003000.241007737795896350.372 221506286323953950.291009249336627080.442 552006086123303300.291508018085615720.38100117111867978430.572 882007547604594590.3615099010006

34、406860.481001437146196410100.7210000 181007097134864860.262 001008678736586580.332 221507047084014010.26100103810477538100402 552006826863353350.2615089990658158103410013181333891948051壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩Mq(kN - m)配筋率 p(%)As/bh0直徑間距C25C30C25C3010000 282008478534654650.321

35、50111311247307870.4310016221646106311190.6411000 181007857894924940.242 201009619676686680.302 221507807844064060.24100115211618528790.362 552007557593383380.2315099710045885880.311001465148199310620.462 882009399454714710.29150123612468178170.3910018061830116912370.5812002 00100105510616766760.272

36、22100126612758908900332 55150109511025955950.2810016121627110311850422 88200103110374764760.27150135913698268260351001991201512821364053壁、底板 厚度(mm)配筋(HRB335)強度控制的最大彎矩M(kN m)裂縫控制的最 大彎矩M q(kN - m)配筋率 p(%) As/bh0直徑間距C25C30C25C3012003 22200133013407027020.3515017461765107611570.4610025382579158016620.70

37、13002 20100114911566836830.252 22100138013899009000.302 55150119312006006000.2610017601775122113020.390 28200112311294804800.25150148214938358350.3310021762200140214990.492 222001451146170870803215019071925119312300.4310027802820170518020.64注：1.配筋率帶下劃線者為較適宜的配筋率2,較適官的醉筋率必須以計算彎矩值與表中彎矩值較接 近為前提，即壁厚或底板厚較

38、合適。3.當厚度受某種彎矩(如支座處)控制已確定時，其他 彎矩較小部位(如跨中)配筋應采用滿足最小配筋率的 較小配筋、而不應采用適宜配筋率的配筋。十二.例題長條水池，截取1m寬側壁，按下端固接、上端較接進行計算。荷載: 土壓力 qs=(18xi+10x 4)X1/3=19.33 kN/m水壓力 qw= 10X4 = 40 kN/m地面荷載產生的側壓力qm= 10X1/3=3.33 kN/m類別部位土壓力彎矩Ms水壓力彎矩Mw地面何載與'矩M m下端支座365310.4跨中16.8216三種壓力產生的彎矩值:支座基本組合彎矩值：M=( Ms +M w) X 1.27+ MmX 1.4=127.6 kN - m支座準永久組合彎矩值：Mq= Ms +Mw +0.5Mm=99.4 kN - m跨中基本組合彎矩值：M=( Ms +M w) X 1.27+ MmX 1.4=56.4 kN m跨中準永久組合彎矩值：Mq= Ms +Mw +0.5Mg=40.8 kN - m將壁厚擬定為400mm (Hb/12),按C25硅查表，支座外側采用。16150,按強度和裂縫寬度控制的彎矩最大值分別為139、115kN m,分別127.6、99.4 kN m,滿足要求。配筋率為0