水池结构设计规范指南.docx
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水池结构设计规范指南
工业建筑结构设计
混凝土结构设计指南及规定
第六册水池结构设计指南
(共八册)
一.材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2
二.水、土压力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
三.侧壁内力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
四.底板内力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
五.配筋计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
六.裂缝宽度验算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
七.侧壁、底板厚度拟定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
八.抗浮验算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
九.工况组合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
十.构造要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
十一.按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值(附表三)⋯14
十二.例题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26
编制:
李绪华
审核:
孙衍法
编程:
覃嘉仕
钢铁厂的设计中会经常遇到水池,无论是炼铁、炼钢,还是轧钢,都存在水池。
因没有统一的设计方法,导致设计方法较为离散。
结合《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS138:
2002),
对水池结构的设计方法进行一定的统
一.材料
1.砼强度等级不低于C25,严寒和寒冷地区不低于C30
2.抗渗等级,根据最大作用水头与砼厚度的比值确定
最大作用水头与砼壁、板厚度之比iw
抗渗等级
<10
S4
10~30
S6
>30
S8
注:
抗渗等级si的定义系指龄期为28d的砼试件,施加i×0.1MPa水压后满足不渗水指标
一般情况下采用S6即可满足要求。
3.抗冻等级
最冷月平均气温低于-3℃的地区,外露的钢筋砼构筑物的砼应
具有良好的抗冻性能,按下表采用:
大气温度
抗冻等级
最冷月平均气温低于-10℃
F200
最冷月平均气温在-3~-10℃
F150
砼抗冻等级Fi系指龄期为28d的砼试件,在进行相应要求冻融
循环总次数i次作用,其强度降低不大于25%,重量损失不超过5%
最冷月平均气温在《民用建筑热工设计规范》GB50176-93中查
取。
如:
通化
-16.1℃
石家庄
-2.9℃
承德
-9.4℃
西安
-0.9℃
太原
-6.5℃
本溪
-12.2℃
兰州
-6.7℃
银川
-8.9℃
基本上除东北、西北和华北的大部分地区外,其他地区均不需要考虑砼抗冻要求。
二.水、土压力计算
1.水压力按季节最高水位计算水压力,勘察报告中一般提出勘察期间地下水位,可根据勘察的季节及水位变化幅度确定计算水位,准永久值系数为1.0。
2.土压力
主动土压力系数Ka可按1/3,地下水位以上土的重度取18kN/m3,地下水位以下取土的有效重度,可按10kN/m3,准永久值系数为1.0。
3.地面堆积荷载(作用于水池侧面)
无特殊情况时,地面堆积荷载取10kN/m2,准永久值系数为0.5。
4.汽车荷载(作用于水池侧面)
等代均布荷载见下表,准永久值系数为0。
荷载等级
等代均布荷载
汽车—10级
10kN/m2
汽车—15级
12kN/m2
汽车—20级
15kN/m2
5.列车荷载(作用于水池侧面)若枕木在滑裂体(与水平面夹角55°斜面形成的滑裂体)以外,则不需考虑;否则按60kN/m2等代均布荷载考虑,准永久值系数为0上述均布荷载乘以主动土压力系数Ka后作为矩形分布的荷载作用于池壁上。
三.侧壁内力计算
1.平长壁板
所谓平长壁板,即LB/HB>2(有顶板)或LB/HB>3(无顶板)的侧壁板。
取1m宽截条按竖向单向受弯计算,下端为固接,上端为自由(无顶板时)、铰接(有顶板或局部走道板)。
此时应考虑水平角隅弯矩,即验算构造水平筋能否满足水平角隅处的强度及裂缝宽度。
水平向角隅处弯矩:
Mcx=mcqHB2q—均布荷载或三角形荷载的最大值(kN/m2)mc见下表:
荷载类别
池壁顶端支承条件
mc
均布荷载
自由
0.426
铰接
0.218
三角形荷载
自由
0.104
铰接
0.035
3.矩形水池除上述两种情况外,即介于平长、深长之间的壁板,按双向受弯计算,以计算手册或软件进行计算。
4.圆形水池池壁
根据水池高度、半径及壁厚确定计算模型,见下表:
H/S
圆柱壳内力计算模型
H/S≤1
按竖向单向计算,类似于平板
1 按壳体计算环向和竖向内力 H/S>15 顶端自由时,H/S>15部分的圆柱,按无约束的自由圆柱壳计算薄膜内力 H: 圆柱壳池壁高度 S: 圆柱壳的弹体特征系数,S0.76Rh R: 圆柱壳计算半径 h: 池壁厚度 计算可用水工结构手册图表人工计算,也可用SAP2000软件进 行计算。 人工计算较繁琐,最好以SAP2000进行计算。 四.底板内力计算 1.长条水池(净长/净宽>2) (1)池壁顶以上无荷载(如无冷却塔等)或荷载较小底板底面承受由侧壁传来的弯矩,分别按基本组合设计值和准永久组合设计值计算配筋和裂缝宽度。 底板顶面按构造配筋,即满足最小配筋率。 按最小配筋率确定的钢筋面积: As=ρmin×bh,ρmin为0.20%(C25)、0.21%(C30)也可根据厚度查表,选取较小配筋,表中配筋率ρ=As/bh0,其一定≥ρmin×h/h0,As/bh≥ρmin,等同于As/bh0≥ρmin×h/h0。 (2)池壁顶以上有荷载(如冷却塔等) 底板以基底净反力按1m宽简支板计算,但要将壁板底部弯矩加到支座处,以降低底板跨中弯矩,Mz=ql2/8-MB。 基底净反力包括壁 板、顶板及上部冷却塔等设备自重,而不包括池内水重及底板自重。 采用桩基时以桩的净反力 作为集中力计算跨中弯炬,板边负弯矩等于壁板底部弯炬,跨中正弯矩以负弯矩抵消一部分。 注意此处的负弯矩用作强度计算时,荷载分项系数为1.0。 2.一般矩形水池(净长/净宽≤2) (1)池壁顶以上无荷载(如无冷却塔等)或荷载较小底板底面承受由侧壁传来的弯矩,分别按基本组合设计值和准永久组合设计值计算配筋和裂缝宽度。 底板顶面按构造配筋,即最小配筋率和考虑超长时的构造纵筋。 2)池壁顶以上有荷载(如冷却塔等) 底板以基底净反力按四边简支板计算,但要将壁板底部弯矩加到支座处,以降低底板跨中弯矩。 基底净反力包括壁板、顶板及上部冷 却塔等设备自重,而不包括池内水重及底板自重。 跨中弯矩的计算采用 下述方法: 先根据静力计算手册按双向板计算跨中短向、长向弯矩Mx、My, 假定底板的长边与短边由壁板所传弯矩为Mx0、My0,则考虑支座负 弯矩后的跨中弯矩按下式计算 Mxx=Mx-mxxMx0-mxyMy0 Myy=My-myxMx0-myyMy0mxx——长边负弯矩在短向跨中的弯矩系数mxy——短边负弯矩在短向跨中的弯矩系数myx——长边负弯矩在长向跨中的弯矩系数myy——短边负弯矩在长向跨中的弯矩系数 上述系数见下表: LW 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 mxx 0.160 0.214 0.266 0.318 0.366 0.412 0.454 0.494 0.528 0.562 0.592 mxy 0.306 0.288 0.270 0.251 0.230 0.212 0.194 0.175 0.158 0.142 0.126 myx 0.306 0.316 0.320 0..324 0.324 0.318 0.314 0.308 0.300 0.294 0.288 myy 0.160 0.106 0.074 0.047 0.022 0.018 0 0 0 0 0 采用桩基时,以桩的净反力作为集中力计算跨中弯矩,板边负弯矩等于壁板底部弯矩,跨中正弯矩以负弯矩抵消一部分 5.圆形底板 周边支座形式 半径r处的径向弯矩 半径r处的切向弯矩 铰接 1922Mr(12)qR2 96 122Mt(1992)qR2 96 固接 122Mr(7192)qR2 96 122Mt(792)qR296 rq—1m宽的板基底净反力(kN/m2×m)R—圆板半径 R 五.配筋计算 1.弯矩计算中,水、土压力乘以荷载分项系数1.27,地面堆积 及车辆荷载产生的侧压力乘以荷载分项系数1.4 池内有水,考虑池外土压力时,强度计算时的池外土压力荷载分项系数取1.0;计算底板跨中弯矩时,若考虑侧壁弯矩的有力影响,则侧壁弯矩荷载分项系数取1.0。 2.以基本组合的设计值弯矩计算配筋面积,可人工计算,也可以构件计算软件计算,应注意保护层厚度问题,即钢筋合力点至壁边缘距离as,见下表: 钢筋摆放顺序 水平钢筋a(smm) 竖向钢筋a(smm) 水平钢筋在外 35 50(40) 水平钢筋在内 55 40 截面有效高度h0=h-as(括号内数字用于水平筋为构造筋时) 六.裂缝宽度验算 1.先按配筋计算结果选配出钢筋的直径及间距,然后验算裂缝宽度。 2.裂缝宽度验算采用准永久组合值弯矩,水、土压力按标准值,地面堆积荷载按标准值的0.5,汽车、列车荷载不考虑。 3.裂缝宽度限值轧钢、炼钢、炼铁等水处理设施: 0.25mm污水处理设施: 0.20mm 4.裂缝宽度计算按《给水排水工程构筑物结构设计规范》 (GB50069-2002)附录A进行,现有Excel计算表格可用。 5.受力钢筋的保护层厚度: 侧壁取30mm,与污水接触取35mm,当表面有水泥砂浆或涂料时可减少10mm;底板取40mm。 受力筋可能是水平筋或竖筋。 七.侧壁、底板厚度拟定 1.侧壁厚度可参考下列表格初步拟定 埋置情 况 平面形状 壁顶部边界条件 埋深范围内有、无地下水 水平长度/高度LB/HB 深度平方/直径H2/D 壁厚 地下水池 地下水 池 圆形 有 ≤20 H/20 无 H/25 有 >20 H/25 无 H/30 矩形矩形 有板或 梁 有 >2 HB/12 无 HB/15 自由 有 >2 HB/10 无 HB/12 有板或 梁 有 ≤2 HB/15 无 HB/18 自由 有 ≤2 HB/12 无 HB/15 地上水 池 矩形 有板或 梁 >2 HB/12 自由 >2 HB/10 有板或 梁 ≤2 HB/15 自由 ≤2 HB/12 注1)壁厚按50mm的倍数取值,水池较深时应采用变厚度形式,壁厚在任何情况下不小于250mm。 2)按假定厚度试算,按强度或裂缝宽度确定的配筋率应在0.3~0.8%之间,最好在0.4~0.6%之间。 若配筋率<0.3%,应减小厚度;若配筋率>0.8%,应加大厚度。 3)控制裂缝宽度最好用提高配筋率的方法,而不用加大厚度的方法。 2.底板厚度 底板厚度按壁厚的1.2~1.5倍,以1.2倍起算,与壁板类似,以 配筋率控制。 采用桩基时,为使桩与池壁中心线一致,应将底板外挑。 八.抗浮验算 按最高地下水位计算底板底面的浮托力,不计池内水重,以池壁、底板自重抵抗地下水浮托力,抗浮系数≥1.05。 采用桩基时,可考虑加上桩的抗拔承载力特征值来抵抗浮托力。 九.工况组合 1.地下水池 在池外水、土压力(包括地面荷载)作用下的计算,此时不考虑池内水压力; 在池内水压力作用下的计算,此时不考虑地面荷载及池外地下水的作用,但应以池外土压力抵消一部分池内水压力产生的弯矩,强度计算时,此时的土压力荷载分项系数取1.0。 2.地上水池地上水池指埋深较小的水池,底板顶面位于地面以下≤1m,这种情况可只作在池内水压力作用下的计算。 十.构造要求 1.伸缩缝间距(m) 地下水池(有覆土) 40 顶面外露水池 30 非严寒、非寒冷地区 20 严寒、寒冷地区 注: 超出上表限值时,以留后浇带或掺膨胀剂措施解决 2.水平构造筋、敞口水池池顶构造筋见附表一、二;转角处钢筋构造见构造附图; 3.受力筋及构造筋尽可能采用直径较小的钢筋,钢筋间距尽可 能≮100(转角处因钢筋搭接而加密除外),也≯200。 4.水平筋一般置于竖筋内侧,水池长度超过伸缩缝间距时水平筋置于竖筋外侧,这两种情况竖筋保护层厚度均为30mm。 当水平筋为主要受力筋时,水平筋置于竖筋外侧,此时水平筋保护层厚度为30mm。 附表一水池水平构造配筋: 壁厚或底板厚(mm) 未超过伸缩缝 间距时 超过伸缩缝间距时 备注 HRB335 250~350 φ12@200 φ12@150 400~550 φ14@200 φ12@100 600~750 φ16@200 φ14@100 800~1000 φ16@150 φ16@100 1050~1250 φ18@100 1300~1500 φ18@150 φ20@100 附表二敞口水池池壁顶面水平配筋: 壁厚(mm) 250~500 550~700 750~950 ≥1000 U型套箍高200φ8@200 配筋 HRB335 3φ16 4φ18 4φ20 6φ20 构造附图: 侧壁交接处 侧壁转角处 图中l按下列取值: 相邻壁水平较小净跨长/4 或中间壁水平净跨长/4两者取较小值,并不小于500 侧壁净高/4 十一.按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值(附表三) 1.受力钢筋保护层厚度按30mm,当>30mm时,将强度弯矩 值M乘以折减系数0.95(h≤600)、0.98(h>600)进行折减;将裂 缝宽度弯矩值Mq乘以折减系数0.90(h≤700)、0.95(h>700) 2.强度控制的最大弯矩M系指按表中给定的配筋推算出的最大弯矩设计值,应与在水、土压力及地面活荷载、车辆荷载作用下的基本组合弯矩值对应,即考虑荷载分项系数。 3.裂缝控制的最大弯矩Mq系指裂缝宽度为0.25mm时,按表中给定的配筋推算出的最大弯矩值,应与在水、土压力及地面活荷载作用下的准永久组合弯矩值对应,不计车辆荷载,并考虑地面活荷载的准永久值系数0.5。 4.设计人计算出两种弯矩后,先核实强度对应的弯矩值,满足后再核实裂缝对应的弯矩值,两项必须都满足,即计算出的两项弯矩值必须都小于表中数值。 5.计算弯矩值应按钢筋直径从小到大顺序与表中最接近的弯矩值对应,查看配筋率,若<0.3%或>0.8%,则应考虑减小或加大侧壁或底板厚度。 查表时,应首优先选用直径较小的钢筋,这样可在相同裂缝宽度下降低钢筋用量。 6.未列入表中的配筋,小直径钢筋属不满足最小配筋率,大直径钢筋属配筋率过大,前者不得采用,后者一般也不采用。 7.转角处钢筋间距可能变为@50、75,可按@100、150的强度及裂缝控制的弯矩值分别乘以1.5、1.8。 附表三按强度及裂缝宽度控制的最大弯矩值 壁、底板厚度(mm) 配筋 (HRB335) 强度控制的最大弯矩M(kN·m) 裂缝控制的最大弯矩Mq(kN·m) 配筋率ρ(%)As/bh0 直径间距 C25 C30 C25 C30 250 φ12 @200 35 35 31 31 0.26 @150 46 46 43 46 0.35 @100 68 68 64 67 0.53 φ14 @200 47 47 41 44 0.36 @150 61 62 53 57 0.48 @100 89 91 84 88 0.62 φ16 @200 60 61 49 52 0.47 @150 78 79 66 70 0.63 @100 112 115 110 114 0.95 300 φ12 @150 57 58 55 55 0.29 @100 84 85 78 83 0.43 φ14 @200 58 59 50 50 0.29 @150 77 77 67 72 0.39 @100 112 114 101 105 0.59 φ16 @200 75 76 62 67 0.38 @150 98 99 81 86 0.51 @100 142 145 129 134 0.77 壁、底板厚度(mm) 配筋 (HRB335) 强度控制的最大弯矩M(kN·m) 裂缝控制的最大弯矩Mq(kN·m) 配筋率ρ(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 300 φ18 @200 93 94 73 77 0.49 @150 122 124 98 103 0.65 @100 174 179 164 169 0.97 350 φ12 @150 69 69 58 58 0.24 @100 101 102 95 101 0.36 φ14 @200 70 70 52 52 0.24 @150 92 93 82 89 0.33 @100 135 137 118 125 0.49 φ16 @200 90 91 77 77 0.32 @150 118 120 97 104 0.43 @100 173 175 149 155 0.64 φ18 @200 112 113 88 95 0.41 @150 147 149 116 122 0.55 @100 213 217 186 193 0.82 400 φ12 @100 118 119 113 121 0.31 φ14 @150 108 108 93 93 0.28 @100 158 160 138 146 0.42 φ16 @200 105 106 79 79 0.28 @150 139 140 115 124 0.37 @100 203 205 170 178 0.56 壁、底板厚度(mm) 配筋 (HRB335) 强度控制的最大弯矩M(kN·m) 裂缝控制的最大弯矩Mq(kN·m) 配筋率ρ(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 @200 131 132 106 111 0.35 400 φ18 @150 173 174 135 143 0.47 @100 251 255 209 218 0.70 φ20 @200 160 162 120 128 0.44 @150 209 212 158 167 0.58 @100 302 308 257 266 0.87 450 φ12 @100 135 136 131 131 0.27 φ14 @150 123 124 95 95 0.25 @100 181 183 158 169 0.37 φ16 @200 120 121 81 81 0.24 @150 159 160 135 140 0.33 @100 233 235 192 203 0.49 φ18 @200 150 152 114 114 0.31 @150 198 200 155 166 0.41 @100 289 293 233 244 0.62 φ20 @200 184 185 140 151 0.38 @150 241 243 180 191 0.51 @100 349 355 284 294 0.77 壁、底板厚度(mm) 配筋 (HRB335) 强度控制的最大弯矩M(kN·m) 裂缝控制的最大弯矩Mq(kN·m) 配筋率ρ(%)As/bh0 直径 间距 C25 C30 C25 C30 φ12 @100 152 153 134 134 0.24 500 φ14 @100 205 206 181 195 0.33 φ16 @150 179 180 143 143 0.29 @100 263 266 216 229 0.43 φ18 @200 170 171 116 116 0.28 @150 223 225 178 191 0.37 @100 327 331 259 272 0.55 φ20 @200 207 209 157 157 0.34 @150 272 275 203 217 0.46 @100 396 402 311 324 0.68 φ22 @200 248 250 180 193 0.41 @150 324 328 233 247 0.55 @100 468 478 373 386 0.83 550 φ14 @100 228 229 206 212 0.30 φ16 @150 199 200 145 145 0.26 @100 293 296 241 258 0.39 φ18 @200 189 1
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