浅谈钢筋混凝土矩形水池设计.pdf

第 3 3卷第 1期 2 0 1 3年 2月 黑 龙 江 冶 金 H e i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y Vo 1 33 No 1 F e b r u a r y 2 01 3 浅谈钢 筋混凝 土矩形水池设计 姜广才 ，侯 晓峰 ( 黑龙江省冶金规化设计院，哈尔滨1 5 0 0 4 0 ) 摘要： 钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型 ， 被广范应用于工业与民用建筑的给水 、 污水 、 消防工程 中。因此在满足水工艺要求的前提下， 既保证今后的正常生产使用， 又降低工程造价， 是设计人员面临的主要 任务 。 关键词： 钢筋混凝土； 矩形水池；设计 On t h e d e s i g n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e r e c t a n g u l a r p o o l J i a n g G u a n g c a i ， H o n g X i a o f e n g ( H e i l o n g j i a n g M e t a l l u r g i c a l D e s i g n a n d P l a n n i n g I n s t i t u t e H a r b i n 1 5 0 0 4 0 C h i n a ) Ab s t r a c t ： R e i n f o r c e d c o n c r e t e r e c t a n g u l a r p o o l a s s p e c i a l c o mmo n s t r u c t u r e t y p e ，i s w i d e l y u s e d i n i n d u s t r i a l a n d c i v i l b u i l d i n g s r a n g e wa t e r s u p p l y ，s e wa g e， fi r e w o r k s T h e r e f o r e ，u n d e r t h e p r e mi s e o f me e t i n g t h e t e c h n i c al r e q u i r e me n t s o f t h e w a t e r p r o c e s s，b o t h t o e n s u r e t h e f u t u r e o f t h e n o n h a l p r o d u c t i o n u s e ， a n d r e d u c e p r o j e c t c o s t i s t h e m a i n t a s k f a c i n g t h e d e s i g n e r Ke y W o r d s ： r e i n f o r c e d c o n c r e t e ；r e c t a n g u l a r p o o l ；d e s i g n 1 荷载取值的 问题 ( 1 ) 池 内水压力。池 内水压作为水池类构 筑 物的主要荷载， 在设计过程中， 应 当偏于安全 的按 满水高度来计算水 压。这是 因为 ： 一方 面使用 过 程中很可能由于工作人员疏忽或者存在液位计等 部件失灵而造成满池 ； 另一方 面今后工艺 上有可 能技术改造而超过原设计水位。池 内水压荷载的 取值大小对 于挡水墙 式浅池 的下端弯 矩影 响较 大。 ( 2 ) 池外水浮力。当有地下水 时， 池壁外侧除 考虑地下水 的压力外 ， 还应 考虑地下水位以下 的 土由于水的浮力使土的有效重度 降低而对土压力 的影响。同时 ， 地下水对池 体的浮托力也不容小 视 。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误 及抗浮不够等工程事故也时有发生。地质勘察报 告所提供的地下水位一般仅反映勘测期间的地下 水位情况。如果详勘在 当地枯水期进行 ， 所提供 的地下水位标高将无法被设计取用 ， 或导致结构 计算的失误 。根据实际情况 ， 结合地方水文资料 ， 确定一个合适 的地下水 位标 高做设 计地下水位 ， 做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗 浮安 全 ， 又能降低 工程造价 双赢 的 目的。笔者在某厂 设计大型清水池 时， 遇到 了地下水位特别浅 的问 题。该水池采用无梁 楼盖设计 ， 在计算水池抗浮 过程中， 还存在有局部抗浮的问题。设计过程 中， 覆土厚度增加到 1 5 m还不能满足要求。这时候 ， 考虑到把每年检修安排在冬季枯水位时 ， 这样设 计所采用 的低地下水位标高就能保证正常生产 、 检修， 从而很好 的解决了水池抗浮的问题 。 ( 3 ) 温、 湿度作用 。由于混凝土硬化过程 中产 生的水化热 、 工艺特殊要求 以及季节变化等 ， 造成 池壁产生膨胀 或收缩 。当变形受到约束时 ， 在 池 体 中产生相应 的的温度和湿度变形应力 ， 很容 易 收稿 日期 ： 2 0 1 21 21 0 作者简介： 姜广才， 毕业于哈尔滨工业大学， 工业与民用建筑专业， 高级工程师。 2 4 第 1 期 姜广才， 等： 浅谈钢筋混凝土矩形水池设计 产生有害裂缝 。设计时 ， 对夏季应考虑湿差作用 ， 对冬季应考虑温差作用。前者低温收缩与湿涨抵 消 ， 后者由于外界气 温低 ， 池壁 中水分 向外移动 ， 致使外侧湿度增 加。由于 内外侧 湿度相差不大 ， 通常可以不考虑此时的湿差应力。但 内外温差还 在 ， 冬季应考 虑壁面温差应力。在工程设计 中按 规程提供的方法计算 。 2 水池壁板边界条件的分析 池体结构一般由池壁 、 底板和顶盖 ( 是否封闭 加盖由工艺需 要决定) 所组成 。合理的选择结构 计算简图和计 算公 式才能保证结构设计 的准确 、 可靠。水池 内力分析计算 时 ， 尽量做 到边界条件 的假定与实际情况相符。 当水池设有顶盖时 ， 池 壁顶端 的边界条 件应 根据顶板与池壁的连接构造来确定 。当池壁线刚 度为顶板线刚度 的 5倍 以上 时 ， 可假设池壁 顶端 为铰支 ， 否则应按 弹性 固定计 算。而开敞式 水池 的池壁边界条件可假定 为三边支承 ， 顶边 自由的 板 。 比较两种边界条件假定 的内力计 算结果 ， 设 置顶盖的池壁所承受 的弯矩要小很多。因此当采 用顶盖结构有 困难 时， 应尽可能从池壁挑 出走道 板。走道板满足规程要求 时， 可 以假定 为不 动铰 支承 ， 否则可按照弹性支承计算 。 池壁与底板整体浇筑时 ， 也应根据两者 的线 刚度比确定池壁底端 的边界条 件。规程 中规定 ， 底板的抗弯刚度 1 0倍 于池壁 的抗弯 刚度就 可以 满足作为嵌 固端的要求 。底板对池壁的嵌 固作用 效应的程度与池壁高度有关 ， 也与底板单位 截条 的弹性特征有关 ， 而底 板单位截条 的弹性特 征又 与底板的厚度、 地基的基床系数有关 ， 还与材料的 弹性模量有关 。规程规定 ， 当满足嵌 固要求时， 底 板厚度选取为池壁厚度 的 1 21 5倍 。当土质 较好 ， 比如密实性土壤 时采用 1 2倍池壁厚度； 当 土质一般 ， 比如中等密实性土壤时， 采用 1 5倍池 壁厚度 。 3 底板 内力计算模式的选择 对于池体容积小 ， 短跨 尺寸在 6 m 以内时 ， 计 算底板 内力可以按地基反力直线分布计算。一般 情况下， 直接作用于底板上的池内水重和底板 自 重与它们引起 的那部分地基 反力直接抵消 ， 而不 产生弯曲应力 。只有 由池壁 和池顶、 支柱作 用在 底板上的力鹏 I起的地基反力才会使底板产生弯 曲应力。当存在多格水池分格盛水 时， 地基反力 可按照局部均布荷载下 的直线 分布的原则计算 。 此时应分格满池最不利布置按照单向板或双向板 进行静力结构计算 。 当池底为软土地基 或板 的跨度较大 ， 根据上 一 种计算模 式 ， 不考虑 弹性地基 上的地板在荷载 作用下的弹性变形 ， 也不顾及地基土的弹性沉陷。 底板跨中的最大弯矩等于简支底板的跨中弯矩加 上池墙荷载底端的固端弯矩。按以上弯矩进行配 筋， 底板上表面的配筋很大， 下表面为构造配筋。 有时底板上表面的配筋往往达到让人无法接受 的 程度。工程实际计算结果 ， 底板 的内力 ( 弯矩 ) 上 底板下表面内力大 。 配筋应该多 ， 上表面除在纵墙 附近处可为构造配筋 。因此 ， 对 于上述情 况设计 时， 应采取单位截条 ， 将构筑物 内外墙作为集 中力 按弹性地基梁进行内力分析。此时考虑地基变形 影响， 按文克尔假定或半无限弹性体假定计算， 两 者均可 以查表或软件计算 。 4构造措施 池壁 、 底板 的受力 钢筋宜采用小直径 钢筋和 较密的间距 ， 尽可能采用 H R B 3 3 5和 R R B 4 0 0级钢 筋 。水池各部位 的钢筋间距应在 1 0 02 5 0 m m范 围内。如果钢筋间距太密 ， 会影响混凝土振捣 ， 而 钢筋间距太大 ， 容易产生裂缝。 “ 暗梁” 、 “ 暗柱 ” 。现浇钢筋混凝土水池最容 易在角隅处 出现裂缝 ， 因此必须在池壁转角处 、 池 壁与底板相交处设置“ 暗梁” 、 “ 暗柱” 。 敞口水池顶端也 宜配置水平 向加强钢筋 。根 据规程第 7 1 7条的规定要求 ， 敞 口水池 在温差 或地基变形 作用下池壁顶端是结构 的薄弱 点 ， 宜 设置暗梁， 高度不得小于池壁厚度， 内外侧各配置 不小于3 根直径 1 6的受力水平钢筋。 在水池 四周设散水坡 ， 防止地面水渗 入引起 地基不均匀沉降。北方地区的沉淀池等应做成封 闭式 ， 以防冬季水池上部结冰 ， 发生冻胀水池 的事 故 。 2 5