王偉叢

摘要：從長條形水池的側(cè)壁計算，底板計算等方面介紹了水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且對于結(jié)構(gòu)配筋過程中需要注意的問題進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：側(cè)壁計算、底板計算、裂縫寬度驗算、配筋

工程簡介：

某鋼廠新建高爐工程中的矩形水池，水池長46米，寬15米，深5米。地下水位標(biāo)高-1.0米。池壁頂以上有冷卻塔。水池頂有走道板。詳見圖1 水池尺寸示意圖。

1 設(shè)計條件

1.1 工況選取

在水池計算過程中，會考慮三種工況：有土無水（施工完后到投產(chǎn)之前的階段）；有土有水（投產(chǎn)后的正常使用中）；有水無土（在施工完后基坑未回填的試水階段）。

第二種工況相對來說對于水池的側(cè)壁和底板是最有利的情況。本文僅就荷載較復(fù)雜的第1種工況進行闡述，第3種工況的計算原理同此。

1.2 計算前提

（1）采用天然地基。

（2）根據(jù)已有條件，初步確定：側(cè)壁厚度400mm，底板厚度550mm.

（3）受力鋼筋的保護層厚度：

側(cè)壁外側(cè)：30mm，內(nèi)側(cè)35mm（與污水接觸），底板40mm。

（4）根據(jù)水池的結(jié)構(gòu)情況，設(shè)定池壁頂端支撐條件為鉸接，底端支撐條件為固接；底板兩端的支撐條件為鉸接，但要考慮池壁底端的彎矩對底板受力的影響。

1.3 荷載及材料選取

地面堆積荷載取10 kN/m2，不考慮汽車荷載。

砼強度等級：C30（采用抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級：S6）。

鋼筋等級：HRB400。

2 計算過程

2.1 強度計算

2.1.1 側(cè)壁計算

（1）荷載分析

1）水壓力

地下水位標(biāo)高-1.0米（可根據(jù)勘察的季節(jié)及水位變化幅度確定計算水位），準(zhǔn)永久值系數(shù)為1.0。

2）土壓力

主動土壓力系數(shù)Ka可按1/3，地下水位以上土的重度取18 kN/m3，地下水位以下取土的有效重度，按10 kN/m3，準(zhǔn)永久值系數(shù)為1.0。

3）地面堆積荷載（作用于水池側(cè)面）

地面堆積荷載取10 kN/m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.5，乘以主動土壓力系數(shù)Ka后作為矩形分布的荷載作用于池壁上。

（2）側(cè)壁內(nèi)力計算

1）長條水池，此側(cè)壁為平長壁板，所謂平長壁板，即LB/HB>2（有頂板）或LB/HB>3（無頂板）的側(cè)壁板。取1m寬截條按豎向單向受彎計算，下端為固接，上端為鉸接。具體情況見圖1 水池尺寸示意圖。

荷載：

土壓力 qs=（18×1+10×4）×1/3=19.33 kN/m

水壓力qw=10×4=40 kN/m

地面荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力

qm=10×1/3=3.33 kN/m

三種壓力產(chǎn)生的彎矩值：

類別

部位 土壓力彎矩 Ms 水壓力彎矩Mw 地面荷載彎矩

Mm

下端支座 36 53 10.4

跨中 16.8 21 6

支座基本組合彎矩值：

M=（ Ms +Mw）×1.2+ Mm×1.4=127.6 kN·m

支座準(zhǔn)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 +Mw）×1.2+ Mm×1.4=56.4 kN·m

跨中準(zhǔn)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C30砼查表，支座外側(cè)采用

φ16@150，按強度和裂縫寬度控制的彎矩最大值分別為139、115 kN·m，分別>127.6、99.4 kN·m，滿足要求。配筋率為0.37%，較合適。

跨中內(nèi)側(cè)選用φ14@150，彎矩值滿足要求。此時厚度已定，因彎矩較小，應(yīng)在滿足最小配筋率的前提下采用較小配筋。

此時應(yīng)注意的是：

應(yīng)考慮水平角隅彎矩，即驗算構(gòu)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：

2.1.2 底板計算

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=ql 2/8-MB。基底凈反力包括壁板、頂板及上部冷卻塔等設(shè)備自重，而不包括池內(nèi)水重及底板自重。板邊負彎矩等于池壁板底部彎炬，跨中正彎矩以負彎矩抵消一部分。詳見圖3 底板受力示意及彎矩圖

計算過程及選筋略。

2.2 裂縫寬度驗算

（1）按配筋計算結(jié)果選配出鋼筋的直徑及間距后，驗算裂縫寬度。

（2）裂縫寬度驗算采用準(zhǔn)永久組合值彎矩，水、土壓力按標(biāo)準(zhǔn)值，

地面堆積荷載按標(biāo)準(zhǔn)值的0.5。

（3）裂縫寬度限值（污水處理設(shè)施）： 0.20mm。

（4）裂縫寬度計算按《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》

3 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(nèi)水重，以池壁、底板自重抵抗地下水浮托力，抗浮系數(shù)≥1.05。

4 配筋示意

詳見圖4 特殊部位鋼筋示意圖

5 配筋的注意事項

（1）設(shè)計人計算出兩種彎矩后，先核實強度對應(yīng)的彎矩值，滿足后再核實裂縫對應(yīng)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(shù)值。

（2）計算彎矩值應(yīng)按鋼筋直徑從小到大順序與表中最接近的彎矩值對應(yīng)，查看配筋率，若<0.3%或>0.8%，則應(yīng)考慮減小或加大側(cè)壁或底板厚度。查表時，應(yīng)首優(yōu)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。

（3）較適宜的配筋率必須以計算彎矩值與表中彎矩值較接近為前提，即壁厚或底板厚較合適。

（4）當(dāng)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(yīng)采用滿足最小配筋率的較小配筋，而不應(yīng)采用適宜配筋率的配筋。

6 結(jié)語

水池是給排水工程中的重要結(jié)構(gòu)物，隨著城市的發(fā)展，其建造需求也越來大。高駐地人員應(yīng)本著以較少的工程造價來解決水池結(jié)構(gòu)所特有的問題，并且在高駐地中應(yīng)考慮水泥施工過程中可能產(chǎn)生的問題。本文主要從水池的側(cè)壁計算，底板計算等方面介紹了水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并提出一些建議，供相關(guān)設(shè)計借鑒和參考。