淺析鋼筋混凝土矩形水池結構設計

徐浩

摘 要：本文以春風油田二號聯合站建設工程中污水回收池結構設計為例，介紹了作用在水池上的主要荷載，進行了水池內力計算、地基承載力，提出了水池設計中值得注意的構造要求，為以后此類水池的結構設計提供了一定的參考。

關鍵詞：水池結構設計；水池荷載；內力計算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.102

1 引言

鋼筋混凝土矩形水池結構一般由池壁、底板和頂蓋（是否封閉加蓋由工藝需要決定）所組成。水池按有無頂蓋，可分為無頂蓋的開敞式水池、有頂蓋的封閉式水池和帶走道板的半封閉式水池；按水池埋置情況，可分為全埋式、地下式、半地下式、地面式和架空式水池。本文以春風油田二號聯合站建設工程中污水回收及污泥濃縮池為例，簡單介紹了水池的結構設計。

2 矩形水池結構設計

2.1 水池主要荷載

作用在水池上的主要荷載：（1）池頂荷載：作用在池頂上的荷載主要有頂板自重、防水層重、覆土重、活荷載和雪荷載。其中活荷載和雪荷載不同時考慮，計算時取二者中的較大值[1]。（2）池底荷載：池底荷載為底板所受的地基反力和地下水產生的浮力。地基反力主要由以下幾種荷載引起：①池頂活荷載qk；②池頂覆土荷載qs（根據實際計算確定qs值）；③池頂自重Gr、池壁自重Gw、及支柱自重Gc，取單位面積自重和。（3）池壁荷載：作用在池壁上的荷載主要是水平方向的土壓力和水壓力。池壁水壓力按三角形分布，一般偏安全的按滿池來計算。池壁土壓力按朗肯主動土壓力理論計算。

2.2 水池內力計算

2.2.1 水池資料

本工程水池為半地上式水池，整體尺寸為18mX20m，池體高出地面0.45m，分五個區格，池深2.65m，局部3.55m。池頂為預制混凝土蓋板，池體混凝土采用C40、S8級抗滲混凝土，鋼筋采用HRB400級，最外層鋼筋混凝土保護層厚度，池體底板、池壁與池頂蓋板均取50mm。水池的內力計算主要包括池壁板、池底板和池頂板內力計算。池頂為預制混凝土板，僅對池壁板與池底板進行計算。

2.2.2 池壁板計算

進行池壁板的內力計算，首先確定池壁的邊界條件，然后考慮“池內有水、池外無土”或“池內無水、池外有土”兩種荷載工況進行計算。

跨度為18m的外壁板計算，板厚350mm。按懸臂板計算，沿池壁高度取1m寬板帶作為計算單元進行計算。

（1）荷載計算。

①池內有水，池外無土時（按滿水的最不利情況計算）水壓力：根據公式二計算：=10×3.1=31kN/m2

②池內無水，池外有土時，=0.33

池頂壓力：根據公式三計算：=[1.5+18×（0+0.12）]×0.33=1.2 kN/m2

池底壓力：根據公式四計算：=[1.5+18×（0+0.12+3.1）]×0.33=19.62 kN/m2

（2）配筋計算。

2.2.3 池底板計算

（1）荷載計算。池底視為簡支于池壁上，地基反力按線性分布，取1m寬板帶進行計算， 池壁板重：Gw=1977kN；池蓋板重：Gr=488 kN；設備重：Ge=40 kN；基底面積：A=248.6m2

11.6 kN/m2

均布線荷載：gk=11.6×1=11.6 kN/m

（2）配筋計算查彎矩計算系數表[4]計算最大彎矩：

支座處最大彎矩：M1=0.125×1.2×11.6×62=62.64 kN·m

跨中最大彎矩：M2=0.07×1.2×11.6×62=35 kN·m

根據支座與跨中最大彎矩分別計算上部和下部鋼筋，結合最小配筋率0.2%，最終選配16@150，AS=1340mm2，=1340mm2。根據選配鋼筋進行裂縫驗算，此處從略。

2.3 地基承載力驗算

（1）基底壓力：池蓋板重：Gr=1285.2 kN；池壁板重：Gw=2970kN，底板+墊層重：Gb=4511.3 kN；設備重：G設=90 kN，水重：G水=9000 kN；基底面積：A=401m2

（2）基底壓強：=1.5+0+（1285.2+2970+4511.3+90+9000）/401=46kN/m2小于=140kPa，地基承載力滿足要求。

3 水池的構造要求

水池結構設計時值得注意的構造要求如下。（1）現澆鋼筋混凝土水池的壁板、中間隔板及底板厚度不宜小于200mm，頂板厚度不宜小于150mm；當底板采用條基時，中間部位底板厚度不宜小于150mm；當壁板或頂板采用梁（柱）板式結構時，板的厚度不宜小于100mm。（2）池壁、底板的受力鋼筋宜采用間距較密直徑較小的鋼筋，直徑不宜小于10mm。（3）現澆鋼筋混凝土水池池壁的拐角及與頂板、底板的交接處宜設置腋角，腋角邊寬不宜小于150mm，腋角內配斜筋的直徑與池壁受力筋相同， 間距宜為池壁受力鋼筋間距的兩倍或為 200mm。

4 結論

水池設計時，應選取合理的結構方案，確定作用在水池上的主要荷載，形成正確的計算簡圖，滿足規范規定的各項構造要求，從而設計出更為科學合理、經濟安全的水池結構。

參考文獻：

[1]胡建強.鋼筋混凝土結構水池的設計與施工[J].建材世界，2013（34）.

[2]石油化工鋼筋混凝土水池結構設計規范[S].SH/T 3132-2002.

[3] 給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程[S].CECS138：2002.北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4]建筑結構靜力計算實用手冊[M].浙江大學：中國建筑工業出版社，2012.