水池结构设计指南设计.doc

工业建筑结构设计混凝土结构设计指南与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OO五年七月目录一. 材料2二. 水、土压力计算32三. 侧壁力计算2 2四. 底板力计算2 2五. 配筋计算9六. 裂缝宽度验算七. 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111一.按强度与裂缝宽度控制的最大弯矩值附表三14十二.例题26绪华衍法编程：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CECS :2002，对水池结构的设计方法进展一定的统一。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V 10S41030S6> 30S8注：抗渗等级si的定义系指龄期为 28d的砼试件，施加i x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一3C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一10 cF200最冷月平均气温在一3一10 cF150砼抗冻等级Fi系指龄期为28d的砼试件，在进展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规GB 50176-93中查取。如：根本上除东北、西北和华北的大局部地区外，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，可根据勘察的季节与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/m 3,地下水位以下取土的有效重度， 可按10 kN/m 3,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10 kN/m 2，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。荷载等级等代均布何载汽车一10级10 kN/m 2汽车一15级12 kN/m 2汽车一20级15 kN/m 25 .列车荷载作用于水池侧面假如枕木在滑裂体与水平面夹角55 °斜面形成的滑裂体以外, 如此不需考虑；否如此按60 kN/m 2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 处的强度与裂缝宽度。水平向角隅处弯矩：kN/m 2M cx=m cqH b2q 均布荷载或三角形荷载的最大值何载类别池壁顶端支承条件m e均布何载自由铰接二角形何载自由铰接0.me见下表:2 .深长壁板所谓深长壁板，即Hb/Lb > 2的侧壁板,按两局部计算:从底板顶面算起，2Lb以上局部按水平单向受弯计算,02L b局部按双向板计算，从底板顶面算起2Lb处视为自由边L強：铝:&1111 111 11 11 11 11 13 .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展计算。4.圆形水池池壁h/s圆柱壳力计算模型h/s <1按竖向单向计算，类似于平板1 v H/s <15按壳体计算环向和竖向力H/s > 15顶端自由时，H/S > 15局部的圆柱，按无约束的自由圆柱壳计算薄膜力根据水池高度、半径与壁厚确定计算模型，见下表:H:圆柱壳池壁高度S:圆柱壳的弹体特征系数，S 0.76/ RhR: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SAP 2000软件进展计算。人工计算较繁琐，最好以 SAP 2000进展计算。四. 底板力计算1 .长条水池净长/净宽21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，分别按根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= pmin Xbh , pmin 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P = A s/bh 0，其疋pmin Xh/h 0, As/bhpin，等冋于 As/bh 0pin Xh/h 0 o2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二ql2/8-M Bo基底净反力包括壁'111"' " 11板、顶板与上部冷却塔等设备自重, 而不包括池水重与底板自重。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局部2 .一般矩形水池净长/净宽<21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，分别按根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、顶板与上部冷 却塔等设备自重，而不包括池jf jf y / y >水重与底板自重。'#产、X筝kJ _跨中弯矩的计算采用：:下述方法：二.丄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，如此考虑支座 负弯矩后的跨中弯矩按下式计算M xx = M x-m xx M x0-m xyM y0M yy = M y-m yx M x0-m yy M y0m xx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m yx 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:LWmxxmxy0.0.myx0.324myy0.0.00000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局部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.19“2. _2Mr（1）qR961 2 2Mt （199 ）qR96固接1 2 2M r 一（719 ）qR961 2 2Mt （7 9 ）qR96rq 1m宽的板基底净反力kN/m 2XmR圆板半径R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，地面堆积与车辆荷载产生的侧压力乘以荷载分项系数1.4。池有水，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，假如考虑侧壁弯矩的有力影响，如此侧壁弯矩荷载分项系数取1.02 .以根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asmm竖向钢筋asmm水平钢筋在外3550(40)水平钢筋在5540截面有效高度h0=h-a s 括号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与间距，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规GB 50069-2002丨附录A进展，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 .侧壁厚度可参考如下表格初步拟定埋置情壁顶部埋深围水平长度深度平况平面形状边界条有、无地/高度方/直径壁厚件下水Lb/H Bh2/d有<20H/20圆形无H/25有> 20H/25无H/30地下水有板或有> 2Hb/12池梁无Hb/15地下水自由有> 2Hb/10池矩形无Hb/12矩形有板或有<2Hb/15梁无Hb/18自由有<2Hb/12无Hb/15有板或> 2Hb/12梁自由> 2Hb/10地上水矩形池有板或梁<2Hb/15自由<2Hb/12注1壁厚按50 mm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250 mm。2按假定厚度试算，按强度或裂缝宽度确定的配筋率应在 0.30.8% 之间，最好在0.40.6%之间。假如配筋率V 0.3% ,应减小厚度; 假如配筋率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1.21.5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 池水压力;在池水压力作用下的计算，此时不考虑地面荷载与池外地下水的 作用，但应以池外土压力抵消一局部池水压力产生的弯矩,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w 1m，这种情况可只作在池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 .受力筋与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，也越00。4 .水平筋一般置于竖筋侧，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HRB 335250350©12200©12150400550©14200©12100600750©16200©141008001000©16150©1610010501250©1810013001500©18150©20100附表二敞口水池池壁顶面水平配筋：壁厚250550750U型套箍(mm)5007009501000高200配 筋3 ©164 ©184 ©206 ©20©8200HRB335构造附图:Jr1A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I按如下取值：相邻壁水平较小净跨长/4卜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.按强度与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30 mm，当30mm时，将强度弯 矩值M乘以折减系数0.95 h <600、0.98h >600丨进展折减； 将裂缝宽度弯矩值Mq乘以折减系数0.90 h <700、0.95 h >7002 .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、土压力与地面活荷载、车辆荷载作用下的根_ 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0.25 mm时，按表 中给定的配筋推算出的最大弯矩值， 应与在水、土压力与地面活荷载 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，假如V 0.3%或0.8%，如此应考虑减小或加 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 在一样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 与裂缝控制的弯矩值分别乘以1.5、1.8。附表三按强度与裂缝宽度控制的最大弯矩值壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率厚度HRB335大弯矩M大弯矩Mqp(%)(mm)kN mkN mAs/bh 0直径间距C25C30C25C30250©12200353531311504646434610068686467©14200474741441506162535710089918488©162006061495215078796670100112115110114300©121505758555510084857883©142005859505015077776772100112114101105©162007576626715098998186100142145129134壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率厚度HRB335大弯矩M大弯矩M qp(%)(mm)kN mkN mAs/bh 0直径间距C25C30C25C30300©182009394737715012212498103100174179164169350©121506969585810010110295101©142007070525215092938289100137118125©162009091777715011812097104100173175149155©182001121138895150147149116122100213217193400©12100118119113121©141501081089393100158160146©162001051067979150140115124100203205170178壁、底板厚度(mm)配筋HRB335强度控制的最大弯矩MkN m裂缝控制的最大弯矩M qkN m配筋率p(%)As/bh 0直径间距C25C30C25C30200131132106111©18150173174143400100251255209218200160162120128©20150209212158167100302308257266©12100136131131©1415012312495951001811831581692001201218181450©16150159160140100233235192203200150152114114©18150200155166100289293233244200184185140151©20150241243180191100349355284294壁、底板厚度(mm)配筋HRB335强度控制的最大弯矩MkN m裂缝控制的最大弯矩M qkN m配筋率p(%)As/bh 0直径间距C25C30C25C30500©12100152153134134©14100205206181©16150179180143143100263266216229©18200170171116116150223225178191100327331259272©20200207209157157150272275203217100396402311324©22200248250180193150324328233247100468478373386©14100228229206212©16150200145145550100293296241258©18200190118118150249251202204100365369286302壁、底板厚度(mm)配筋HRB335强度控制的最大弯矩MkN m裂缝控制的最大弯矩M qkN m配筋率p(%)As/bh 0直径间距C25C30C25C30550©20200231232160160150304306228245100443449340356©22200276279204211150362366259276100525534404420©14100251252216216©16100323326269289©18200208209120120150274276207207100403407314334200254256600©20150335338255275100490496370390©22200305307214214150400404286307100582592436455©25200387391265285150511518345365壁、底板厚度(mm)配筋HRB335强度控制的最大弯矩MkN m裂缝控制的最大弯矩M qkN m配筋率p(%)As/bh 0直径间距C25C30C25C30650©14100276277220220©16100357359299322©18150302304210210100445449345369©20200280282165165150369372285285100542548402425©22200336338217217150442446317340100645654469492200428431295314©25150560567376400100810825592616©14100299301222222©16100387389326326©18150327330213213700100484488378405200304305167167©20150401404289289100589595435463壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率厚度HRB335大弯矩M大弯矩M qp(%)(mm)kN mkN mnAs/bh 0直径间距C25C30C25C30200365367220220©22150480484349376100702711504531700200464468318318©25150609616409436100884899630657©16100417419331331750©18150353355215215100522526412444©20150432435292292100636642471502©22200393395222222150518522383384100759768541572©25200501505322322150658665444475100957973670701800©16100444446334334©18100556560449469壁、底板厚度(mm)配筋HRB335强度控制的最大弯矩MkN m裂缝控制的最大弯矩M qkN m配筋率p(%)As/bh 0直径间距C25C30C25C30800©20150461463295295100678685508544©22200419421224224150552556388388100810819580615©2520053453832532515070370948151710010241039710746850©16100474477337337©18100594598474474©20150492495297297©20100726732548588©22200447450226226150590594392392100867876620661©2520057157532832815075275852056010010971113753794壁、底板厚度(mm)配筋HRB335强度控制的最大弯矩MkN m裂缝控制的最大弯矩M qkN m配筋率p(%)As/bh 0直径间距C25C30C25C30©18100632636478478900©20150523526300300100773779589635©22150628632395395100924933662708©2520060861233033015080180856157210011711186797843©2820075476045945915099010006406861001437146196410101000©18100709713486486©20100867873658658©2215070470840140110010381047753810©2520068268633533515089990658158110013181333891948壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率厚度HRB335大弯矩M大弯矩M qp(%)(mm)kN mkN mAs/bh 0直径间距C25C30C25C301000©282008478534654651501113112473078710016221646106311191100©18100785789492494©20100961967668668©2215078078440640610011521161852879©252007557593383381509971004588588100146514819931062©282009399454714711501236124681781710018061830116912371200©2010010551061676676©2210012661275890890©25150109511025955951001612162711031185©2820010311037476476150135913698268261001991201512821364壁、底板配筋强度控制的最裂缝控制的最配筋率厚度HRB335大弯矩M大弯矩M qp(%)(mm)kN mkN mAs/bh直径间距C25C30C25C300200133013407027021200©3215017461765107611571002538257915801662©2010011491156683683©2210013801389900900©25150119312006006001001760177512211302130020011231129480480©2815014821493835835100217622001402149920014511461708708©3215019071925119312301002780282017051802注：1.配筋率带下划线者为较适宜的配筋率2. 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，即壁厚或底板厚较适宜。3. 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十二.例题长条水池，截取1m宽侧壁，按下端固接、上端铰接进展计算荷载: 土压力 qs=(18 X1 + 10 X4) X1/3 = 19.33 kN/m水压力 q w = 10 X4 = 40 kN/m地面荷载产生的侧压力qm = 10 X 1/3=3.33 kN/m三种压力产生的弯矩值:类别土压力弯矩水压力弯矩地面荷载弯矩部位MsM wM m下端支座3653跨中216支座根本组合弯矩值mM=( M s +M w) X1.27+ M支座准永久组合弯矩值：M q= M s+M wm =99.4 kN mM=( M s +M w) X1.27+ M m X1.4=56.4 kNL夸中根本组合弯矩值： l跨中准永久组合弯矩值M q = M s +M wg =40.8 kN m将壁厚拟定为400mm (H b/12)，按C25砼查表，支座外侧采用6150，按强度和