淺談民用建筑中鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)計(jì)算的幾個(gè)要點(diǎn)

廣州市設(shè)計(jì)院 510000

摘要：根據(jù)民用建筑中鋼筋混凝土水池的現(xiàn)場(chǎng)情況和特點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算的方法和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土水池；水池的荷載；內(nèi)力計(jì)算

0前言

在中國(guó)，隨著城市人口的增加、城鎮(zhèn)化速度的加快，大量民用建筑拔地而起，民用建筑中水池類(lèi)構(gòu)筑物工程建設(shè)也逐年增多，水池的類(lèi)型也呈多樣化發(fā)展的趨勢(shì)。鋼筋混凝土水池以其耐久性和經(jīng)濟(jì)性作為最常見(jiàn)的水池類(lèi)型，被廣范應(yīng)用于民用建筑的給水、污水、消防工程中。在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，水池結(jié)構(gòu)既要保證結(jié)構(gòu)的承載能力，又要保證滿(mǎn)足正常使用和經(jīng)濟(jì)合理的要求。

1鋼筋混凝土水池分類(lèi)

鋼筋混凝土水池的分類(lèi)方法有很多，一般來(lái)說(shuō)可以按照結(jié)構(gòu)的形式分為矩形水池、圓形水池和其他形狀的水池；也可按使用用途可分為蓄水池和水處理水池等。大部分鋼筋混凝土水池建于地下或半地下，這是因?yàn)榈叵禄虬氲叵碌匿摻罨炷了氐馁|(zhì)量較好而且節(jié)省材料，同時(shí)池壁外的土壓力能平衡部分或全部池壁內(nèi)的水壓力，有利于水池結(jié)構(gòu)的正常使用狀態(tài)。但是，在多種荷載的反復(fù)作用下和混凝土帶裂縫工作的特點(diǎn)，池體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生裂縫（包括水池頂板、池壁和底板），為了避免裂縫過(guò)大而影響水池的耐久性和正常使用，應(yīng)該按照規(guī)范要求嚴(yán)格控制裂縫的寬度（一般裂縫控制在0.2mm以?xún)?nèi)）。此外，鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)考慮水池的抗?jié)B性能，采用相應(yīng)的抗?jié)B混凝土。

2水池的荷載計(jì)算

2.1水池頂板荷載

在計(jì)算設(shè)有頂板的封閉式水池時(shí)，作用在頂板的豎向荷載主要有：頂板自重、頂板覆土重量、活荷載、雪荷載及地面堆積荷載等。水池頂板的荷載應(yīng)該根據(jù)擬建場(chǎng)地的情況計(jì)算相應(yīng)的荷載，如水池頂若是消防車(chē)道則活荷載就應(yīng)取消防車(chē)活荷載。

2.2水池底板荷載

當(dāng)水池底板采用整體式底板時(shí)，底板相當(dāng)于一個(gè)筏板基礎(chǔ)。若地下水位高于底板底部時(shí)，地下水浮力可能使水池池底產(chǎn)生彎矩和剪力，此時(shí)水浮力也需要在計(jì)算時(shí)考慮，地下水位應(yīng)根據(jù)建設(shè)地區(qū)的長(zhǎng)期水文資料來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，使底板產(chǎn)生內(nèi)力和變形的荷載主要由以下三項(xiàng)組成：

1）水池頂板活荷載。2）水池頂板覆土。3）池頂板自重、池壁自重及池中水自重。

2.3池壁荷載

鋼筋混凝土池壁計(jì)算時(shí)，主要荷載有：1）池頂荷載所產(chǎn)生的豎向壓力及端部彎矩；2）池壁自重；3）水平方向的池內(nèi)水壓力及池外水、土壓力。其中池內(nèi)水壓力是水池承受的主要荷載之一。在水池的實(shí)際使用過(guò)程中，由于控制儀器故障或操作人員誤操作的原因，水位有可能超過(guò)原設(shè)計(jì)水位即常有水池滿(mǎn)水的情形出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)計(jì)算中常偏保守地采用池中水滿(mǎn)池的最不利情形來(lái)計(jì)算池中水壓力，確保結(jié)構(gòu)的安全性。對(duì)于池外土體對(duì)池壁的土壓力，通常按照朗肯土壓力理論進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法可參考土力學(xué)相關(guān)書(shū)籍和論文。

2.4其它作用的影響

2.4.1對(duì)于地震區(qū)的民用建筑，應(yīng)根據(jù)建筑所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。由于鋼筋混凝土水池具有非常好的抗震性能，對(duì)于以下情況可不作抗震計(jì)算，只需采取一定的抗震構(gòu)造措施：1）抗震設(shè)防烈度為7度的一般地下式及地面式水池；2）抗震設(shè)防烈度為8度的地下式圓形水池；3）抗震設(shè)防烈度為8度的平面長(zhǎng)寬比不大于1.5，無(wú)變形縫的有頂蓋地下式水池。而對(duì)于屬于上述范圍的水池，均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的抗震計(jì)算。

2.4.2根據(jù)在建場(chǎng)地的鋼筋混凝土水池所處的環(huán)境，溫度及濕度的變化和可能的地震作用等也會(huì)對(duì)水池結(jié)構(gòu)引起一定的附加內(nèi)力。對(duì)于地面式鋼筋混凝土水池和不做保溫構(gòu)造的鋼筋混凝土水池，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮溫差的作用，包括濕度當(dāng)量溫差和池壁壁面溫差兩方面，計(jì)算時(shí)取兩者中的較大值。注意在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，夏季應(yīng)計(jì)算濕差作用，而冬季則計(jì)算溫差作用。

3水池的內(nèi)力計(jì)算

目前，鋼筋混凝土水池頂板、池壁和底板的內(nèi)力和配筋計(jì)算基本都是由設(shè)計(jì)人員依據(jù)水池的邊界條件簡(jiǎn)化成對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型進(jìn)行手工計(jì)算。因此，準(zhǔn)確把握計(jì)算方法就顯得相當(dāng)重要。根據(jù)鋼筋混凝土水池屬于地下式還是地上式，荷載組合的計(jì)算不同。

3.1地下式水池一般按以下幾種荷載組合進(jìn)行計(jì)算：1）池外無(wú)水、土，池內(nèi)滿(mǎn)水；2）池外有水、土，池內(nèi)滿(mǎn)水；3）池外有水、土，池內(nèi)無(wú)水。池壁及池底配筋根據(jù)相關(guān)公式按以上荷載組合所求得的最不利內(nèi)力值計(jì)算。無(wú)保溫措施的地面水池一般考慮下列兩種荷載組合：1）池內(nèi)滿(mǎn)水；2）池內(nèi)滿(mǎn)水及溫（濕）差作用。池壁及池底配筋根據(jù)相關(guān)公式按以上荷載組合所求得的最不利內(nèi)力值計(jì)算。

3.2內(nèi)力計(jì)算方法

3.2.1水池的頂板長(zhǎng)邊與短邊長(zhǎng)度的比值不大于3時(shí)可按雙向板計(jì)算，當(dāng)頂板長(zhǎng)邊與短邊長(zhǎng)度的比值大于3時(shí)，可按單向板計(jì)算。

3.2.2池壁計(jì)算時(shí)，對(duì)于有頂板的鋼筋混凝土水池，池壁頂端的邊界條件根據(jù)頂板與池壁的連接情況確定，當(dāng)池壁線(xiàn)剛度大于5倍頂板線(xiàn)剛度時(shí)，可將池壁頂端簡(jiǎn)化為彈性固接，若池壁線(xiàn)剛度小于等于5倍頂板線(xiàn)剛度時(shí)，可將池壁頂端簡(jiǎn)化為鉸接。當(dāng)池壁長(zhǎng)度大于等于池壁高度的3倍時(shí)，池壁可簡(jiǎn)化為沿池壁高度方向一端鉸接另一端固接的單向板計(jì)算內(nèi)力。對(duì)于開(kāi)敞式水池（無(wú)頂板的水池）的池壁邊界條件可假定頂邊自由，當(dāng)池壁長(zhǎng)度不大于等于池壁高度的3倍時(shí)，池壁可簡(jiǎn)化為沿池壁高度方向的懸臂板計(jì)算。根據(jù)計(jì)算可以得出設(shè)置頂蓋的池壁所承受的彎矩要小很多。

3.2.3當(dāng)水池體容積小，且地基土的土質(zhì)較好時(shí)，計(jì)算底板內(nèi)力可以按照將地基反力簡(jiǎn)化為直線(xiàn)分布來(lái)計(jì)算。一般情況下，直接作用于底板上的池內(nèi)水重和底板自重與它們引起的那地基反力平衡，而不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。只有由池壁和池頂、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才會(huì)使底板產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。當(dāng)水池是多格分格盛水時(shí)，地基反力也可按照局部均布荷載下的直線(xiàn)分布的原則計(jì)算，但此時(shí)應(yīng)分格滿(mǎn)池最不利布置按照單向板或雙向板進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)計(jì)算。

3.3鋼筋混凝土水池的計(jì)算主要包括承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)兩方面。其中，承載能力極限狀態(tài)包括對(duì)水池結(jié)構(gòu)構(gòu)件（頂板、池壁、底板）的承載力計(jì)算和上浮、滑移、傾覆的整體失穩(wěn)驗(yàn)算。而正常使用極限狀態(tài)則需要對(duì)裂縫限制寬度的驗(yàn)算等，對(duì)于民用建筑的水池，裂縫限制寬度的驗(yàn)算有可能成為控制因素，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)算?？傊?。鋼筋混凝土的內(nèi)力和配筋計(jì)算應(yīng)嚴(yán)格按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）、《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50069-2002）、和《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS138：2002）等的相關(guān)條文進(jìn)行。

4結(jié)語(yǔ)

由于鋼筋混凝土水池的特殊性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分掌握設(shè)計(jì)特點(diǎn)，根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地的實(shí)際情況，選取合適的結(jié)構(gòu)型式和正確的計(jì)算方法進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)必須滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)程的相關(guān)構(gòu)造要求，才能做到的安全、適用和經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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[3] CECS138：2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

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