钢筋混凝土水池设计探讨

关铁勇，牛兰岗

【关键词】钢筋混凝土水池；水压力；水平角隅；固定端Reinforcedconcreteponddesigninquiryinto

GuanTie-yong,NiuLan-gang

(LiaoningprovinceDalianFisheryConstructionGroupCo.,LtdDalianLiaoning116113)

【Abstract】Thearticleintroducedclassificationmethodofreinforcedconcretepondandtheimportanceofapplication,andpassaconcretelysolidexampletocarryonalotustocarryacombinationtothepond,thestrengthcalculation,anti-crackandcrackwidthcheckcalculate,assurancepondstructuredesignoftechniqueandeconomicrationality.

【Keywords】Reinforcedconcretepond;Waterpressurestress;LevelCapecorner;Fixedend随着时代的进步和人们环保观念的增强，对于污水处理及再利用的项目日渐增多，钢筋混凝土水池在工业和民用建筑中广泛存在，工程中最常见的是清水池、蓄水池、隔油池、沉淀池、反应池等。同时，在给排水工程的污水处理厂设计中，水池结构设计的技术与经济合理性显得尤为重要。

钢筋混凝土水池根据结构形式分为圆形水池、矩形水池；单格水池、多格水池。根据埋置深度分为地上式、地下式、半地上式。根据池体高度和宽度(或直径)的关系分为浅池、深池等。

由于水池多建于地下或半地下，由于多种原因产生变形所引起的池体结构裂缝(包括池顶板、壁板、底板)都是难免的。由于受温度及风化作用等因素影响较小，而且池壁外土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力。在规范允许的范围内，经济设计尤为突出。

表1构筑物名称地上水池水池内净规格(长×宽×高)m37.1×20.1×2.3操作介质清水水重度(KN/m2)10介质高度(m)2.3年最低月平均介质温度TN(°C)20年最低月平均温度TA(°C)-5.5钢筋混凝土重度(KN/m2)25水泥砂浆重度(KN/m2)20混凝土标号C25钢筋种类HRB335抗震设防烈度7度0.1g1.钢筋混凝土水池的结构设计

1.1钢筋混凝土水池计算步骤：

(1)根据水池的有盖、无盖情况确定水池的计算简图；

(2)确定水池在侧向荷载作用下单、双向受力的区分条件；

(3)根据实际情况计算池内力；

(4)各种结构类别、形式的水池均应进行强度计算。根据荷载条件、工程地质条件和水地质条件，决定是否验算结构稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度验算。在荷载作用下，构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时，应进行抗裂度验算，在使用阶段荷载作用下，构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时，应进行裂缝宽度的验算。

1.2现通过具体实例来说明水池计算过程

1.2.1基础资料(见表1)。

1.2.2池壁配筋及裂缝计算

(1)计算长度及高度的确定。池壁Ⅰ：长方向计算长度LB=37.6-0.25=37.35m；池壁Ⅱ：短方向计算长度LB=21.6-0.25=20.35m；计算高度HB=2.3m。

(2)池壁在侧向荷载作用下单、双向受力的确定。壁板Ⅰ：LBHB=37.352.3=16.3>3.0，按竖向单向计算；壁板Ⅱ：LBHB=20.35.352.3=8.9>3.0，按竖向单向计算。

(3)池壁内力计算。池壁自重标准值（KN/m）：G1k=(0.25×2.3×25+0.04×2.3×20)=16.22KN/m；池内水压力标准值计算：池内水压力（三角形荷载）最大值：q=rw×HB=10×2.3=23KN/m2

壁板Ⅰ的内力计算（按竖向单向计算）

a.在池内水压力作用下，池底弯矩为M0xk（标准值）

b.在池内水压力作用下，水平角隅处局部负弯矩为Mcxk（标准值）

Mcxk=mcqH2B=-0.104×23×2.32=-12.7KN·m

mc——角隅处水平向弯矩系数

c.在池内水压力作用下，板的边缘反力计算（标准值）

RLmk=12qH2B;RLmk=0.50×23×2.3=26.5KN/m

壁板Ⅱ计算同壁板Ⅰ。

d.在温度变化作用下，各截面的弯矩计算（标准值）

Mtk=αcΔtEch212ηs

由于TN=20℃TA=-5.5℃Δt=0.252.03123.26+0.252.03(20+5.5)=19℃

水池池壁的壁面湿度当量温差Δt=10℃

取Δt=19℃

Mtk＝αcΔtEch212ηs=1×10-5×19×2.8×107×0.25212×0.65=18KN·m/m

(4)池壁强度计算：按承载能力极限状态计算的作用效应基本组合按下式计算：

S=rG1C1G1k+rGCWFwk+ψcγQCtFtk

a.作用效应基本组合的设计值见下表2

b.各截面配筋计算：C25混凝土：fc=11.9N/mm2，ftk=1.78N/mm2

HRB335钢筋：fy=f′y=300N/mm2表2

截面位置池内水压力作用下各截面力（标）温（湿）度作用下各截面内（标）基本组合设计值弯矩（KN·m）弯矩（KN·m）弯矩（KN·m）壁板Ⅰ固定端20.31.27×20.3=25.8水平角隅处-12.7-18（1.27×12.7＋1.4×18）=-41.33壁板Ⅱ固定端同上同上水平角隅处同上同上壁板Ⅰ：

固定端配筋计算：弯矩设计值M=25.8KN·m，根据《简明钢筋混凝土结构设计手册》中A-ρ(%)值计算用表。

A=Mvh20A=25.8×1061000×21002

查表2-13ρ=0.202%>ρmin=0.2%

As=ρbh0=0.202%×1000×210=424.2mm2

选用12@150Ass=754mm2

水平角隅配筋计算：弯矩设计值M=41.33KN·m根据《简明钢筋混凝土结构设计手册》中A-ρ(%)值计算用表

A=Mbh20A=41.33×1061000×2102=0.94

查表2-13，ρ=0.327%>ρmin=0.2%

ρmin构件最小配筋率（%）

As=ρbh0=0.327%×1000×210=687mm2

选用12@150As=754mm2

壁板Ⅰ

固定端裂缝宽度验算（受弯构件）:准永久组合弯矩设计值Mq=20.3KN·m

ωmax=1.8ψσsqEs(1.5c+0.11dρte(1+α1)ν≤［ωmax］

ωmax=1.8×0.4×147.362×105×(1.5×35+0.11120.0061)×0.7=0.11mm＜［ωmax］=0.2mm

水平角隅处裂缝宽度验算（受弯构件）

准永久组合弯矩设计值Mq=-30.7KN·m

ωmax=1.8×0.4×222.92×105×(1.5×35+0.11120.0061)×0.7=0.15mm＜［ωmax］=0.2mm

壁板Ⅱ计算同壁板Ⅰ。

池底板计算从略。

1.3设计中应注意的问题。水池的四角处，侧压力是沿双向传递，且沿水平传递的比例较大，这些水平传递的侧压力在池壁两端产生较大的水平弯矩即角隅弯矩，角隅处的剪力使垂直于本池壁方向的相邻池壁产生拉力(或压力),故相邻池壁计算时应考虑此力的影响。池底计算时，作用于板上的荷载为池盖、池壁、上部设备及或荷载等作用下的地基反力，但应考虑池壁下端的弯矩作为力偶荷载作用于两端，底板所受轴力等于其两端池壁下端的剪力。

2.结束语

以上通过具体实例对钢筋混凝土水池的计算步骤、过程、及要点进行了阐述，本实例仅为池壁竖向单向板的计算，其计算步骤同样适用于池壁双向板的计算。通过合理的计算确定水池的板厚及配筋后，同时还应该满足对水池池壁、底板、顶板厚度、伸缩缝设置、钢筋配置等构造要求，施工时应严格按照图纸及施工、验收规范进行施工和验收，最终才能得到合格的、满足使用要求的产品。