论文部分内容阅读
中国市政工程华北设计研究总院广州分院 广东广州
摘要：本文分析了钢筋混凝土水池荷载情况，以矩形钢筋混凝土水池为例探讨了结构形式和荷载计算情况，并对施工中需要注意的技术要点做好分析介绍，希望能为市政建设中钢筋混凝土水池的设计施工提供参考。
关键词：钢筋混凝土水池；荷载；结构设计；施工
混凝土水池是排污工程、环保工程中的常用构筑物，随着近几年来国家积极治理污染、提倡环保节能力度加大，水池设计与施工的要求也越来越高。钢筋混凝土水池作为经济性和耐久性都较佳的设计，广泛应用到各类市政工程建设中，无论是水池设计的体积还是难度都逐渐增大，也给施工与设计带来了难度[1]。下面我们针对市政建设中钢筋混凝土水池的结构设计与施工做简要分析。
一.钢筋混凝土水池荷载分析
钢筋混凝土水池根据用途、结构、建造位置、形状、施工方法、配筋方式等有多种分类。水池的池壁也有多种结构形式，根据荷载分布情况可分为变厚池壁和等厚池壁，等厚池壁还可分为圆形与矩形，二者区别在于体积大小，前者容量200m?左右，后者200-1000m?，变厚池壁则主要适用于容量>1000m?的水池。根据用途和施工工艺，水池的池底也有诸如倒球壳、倒锥壳等多个复杂形式。比如倒锥壳和倒球壳具体示意图见图1。
图1 水池倒锥壳和倒球壳池底示意图
水池承受荷載竖向有池顶与池底荷载两种，水平则为池壁荷载，具体示意图见图2。像池顶荷载计算时需要注意活荷载与雪荷载取最大值的筛选准则。池底何在相对整体式地板而言，荷载计算为地下水浮力与地板承受地基反力，效果为底板中产生弯矩与剪力。
图2 作用在水池上的主要荷载示意图
池壁荷载为水压力与土压力共同作用，压力标准值计算公式为：
池壁土压力按照主动土压力计算，外侧压力呈梯形分布，顶端外侧压力标准值的计算公式为：
池壁地段外侧压力标准值的计算公式根据有无地下水分别如下，无地下水时计算公式为：
有地下水时计算公式为：
除去上述荷载之外，对水池结构产生影响的作用力还有诸如温度、湿度与地震作用等。温度与湿度的变化会导致混凝土膨胀或收缩变形，产生附加应力，也称为温度或湿度应力，导致这种应力产生的原因为水池内外温度与湿度的差异[2]。地震作用会破坏水池结构，所以设计时需盐酸水平地震作用，从而达到良好的抗震效果，低于一定烈度下的地震作用。设计时目前多以7度、8度以下地震烈度为考量，多选择地面式或者地下式水池，对于有顶盖的矩形水池着重采取抗震构造措施。在地震烈度>8度时除去考虑水平地震效应外，还必须考虑竖向地震作用影响，通过平方与开平方的方法计算组合获得结果。目前水池的荷载计算主要方式主要依据池内有无满水、池外有无土进行组合计算。
二.混凝土水池设计
在分析完混凝土水池荷载情况之后，在水池结构设计时需要考虑这些荷载作用。下面我们以矩形钢筋混凝土水池为例做结构设计分析。
首先，完成长高比池壁的计算假定。侧向荷载作用下，水池不同长高比受力情况有所差异，根据池壁单向与双向受力情况做划分，具体见表1。
表1 单向与双向受力划分标准
边界条件 比值 受力情况
四边支承 时单向计算，板端部分双向计算，处视为自由端
双向计算
单向计算，考虑角隅效应
时单向计算，底部部分双向计算，处视为自由端
三边支承，顶端自由 双向计算
单向计算，考虑角隅效应
水池结构的布置要符合设计原则，像矩形水池均为长方形，布置时要考虑地形。基础形式为挡土墙水池基础多采用池壁下设置带形基础，地板采用铺砌式结构，地板做成整体式，水池基础为水平框架式和双向板式。
伸缩缝的设置上要考虑建造位置，比如土基中矩形水池，伸缩缝间隔情况如下：普通≤20m，温度区间段≤20m，岩基中间隔≤15m；比如建造在土基中的钢筋混凝土矩形地下式水池，伸缩缝间隔情况如下：普通≤30m，岩基中间隔≤20m。
水池池壁结构形式的选择情况如下：开敞式水池宜选择变厚池壁，池底厚度为池壁的1.5倍；挡土墙式选择等厚池壁；水平框架式池壁选择变厚池壁。遵照以上设计原则，水池的结构设计将会保持合理性与稳定性，利于施工。
水池结构设计完成后，关于水池的地基承载力和抗浮稳定性验算至关重要。假设水池基础选择整体式地板，地基反力均匀分布的情况下承载力验算公式为：
+ + +
代表修正后地基承载力特征值。当池面标高低于地下水位或者地表滞水层无排水措施，水池会受到来自二者的浮力，空池时则有被托浮起来的或顶裂池底板的危险，因此需要进行抗浮稳定性验算，具体情况可根据水池整体和局部做出计算。
水池整体抗浮稳定性验算公式：
摘要：本文分析了钢筋混凝土水池荷载情况，以矩形钢筋混凝土水池为例探讨了结构形式和荷载计算情况，并对施工中需要注意的技术要点做好分析介绍，希望能为市政建设中钢筋混凝土水池的设计施工提供参考。
关键词：钢筋混凝土水池；荷载；结构设计；施工
混凝土水池是排污工程、环保工程中的常用构筑物，随着近几年来国家积极治理污染、提倡环保节能力度加大，水池设计与施工的要求也越来越高。钢筋混凝土水池作为经济性和耐久性都较佳的设计，广泛应用到各类市政工程建设中，无论是水池设计的体积还是难度都逐渐增大，也给施工与设计带来了难度[1]。下面我们针对市政建设中钢筋混凝土水池的结构设计与施工做简要分析。
一.钢筋混凝土水池荷载分析
钢筋混凝土水池根据用途、结构、建造位置、形状、施工方法、配筋方式等有多种分类。水池的池壁也有多种结构形式，根据荷载分布情况可分为变厚池壁和等厚池壁，等厚池壁还可分为圆形与矩形，二者区别在于体积大小，前者容量200m?左右，后者200-1000m?，变厚池壁则主要适用于容量>1000m?的水池。根据用途和施工工艺，水池的池底也有诸如倒球壳、倒锥壳等多个复杂形式。比如倒锥壳和倒球壳具体示意图见图1。
图1 水池倒锥壳和倒球壳池底示意图
水池承受荷載竖向有池顶与池底荷载两种，水平则为池壁荷载，具体示意图见图2。像池顶荷载计算时需要注意活荷载与雪荷载取最大值的筛选准则。池底何在相对整体式地板而言，荷载计算为地下水浮力与地板承受地基反力，效果为底板中产生弯矩与剪力。
图2 作用在水池上的主要荷载示意图
池壁荷载为水压力与土压力共同作用，压力标准值计算公式为：
池壁土压力按照主动土压力计算，外侧压力呈梯形分布，顶端外侧压力标准值的计算公式为：
池壁地段外侧压力标准值的计算公式根据有无地下水分别如下，无地下水时计算公式为：
有地下水时计算公式为：
除去上述荷载之外，对水池结构产生影响的作用力还有诸如温度、湿度与地震作用等。温度与湿度的变化会导致混凝土膨胀或收缩变形，产生附加应力，也称为温度或湿度应力，导致这种应力产生的原因为水池内外温度与湿度的差异[2]。地震作用会破坏水池结构，所以设计时需盐酸水平地震作用，从而达到良好的抗震效果，低于一定烈度下的地震作用。设计时目前多以7度、8度以下地震烈度为考量，多选择地面式或者地下式水池，对于有顶盖的矩形水池着重采取抗震构造措施。在地震烈度>8度时除去考虑水平地震效应外，还必须考虑竖向地震作用影响，通过平方与开平方的方法计算组合获得结果。目前水池的荷载计算主要方式主要依据池内有无满水、池外有无土进行组合计算。
二.混凝土水池设计
在分析完混凝土水池荷载情况之后，在水池结构设计时需要考虑这些荷载作用。下面我们以矩形钢筋混凝土水池为例做结构设计分析。
首先，完成长高比池壁的计算假定。侧向荷载作用下，水池不同长高比受力情况有所差异，根据池壁单向与双向受力情况做划分，具体见表1。
表1 单向与双向受力划分标准
边界条件 比值 受力情况
四边支承 时单向计算，板端部分双向计算，处视为自由端
双向计算
单向计算，考虑角隅效应
时单向计算，底部部分双向计算，处视为自由端
三边支承，顶端自由 双向计算
单向计算，考虑角隅效应
水池结构的布置要符合设计原则，像矩形水池均为长方形，布置时要考虑地形。基础形式为挡土墙水池基础多采用池壁下设置带形基础，地板采用铺砌式结构，地板做成整体式，水池基础为水平框架式和双向板式。
伸缩缝的设置上要考虑建造位置，比如土基中矩形水池，伸缩缝间隔情况如下：普通≤20m，温度区间段≤20m，岩基中间隔≤15m；比如建造在土基中的钢筋混凝土矩形地下式水池，伸缩缝间隔情况如下：普通≤30m，岩基中间隔≤20m。
水池池壁结构形式的选择情况如下：开敞式水池宜选择变厚池壁，池底厚度为池壁的1.5倍；挡土墙式选择等厚池壁；水平框架式池壁选择变厚池壁。遵照以上设计原则，水池的结构设计将会保持合理性与稳定性，利于施工。
水池结构设计完成后，关于水池的地基承载力和抗浮稳定性验算至关重要。假设水池基础选择整体式地板，地基反力均匀分布的情况下承载力验算公式为：
+ + +
代表修正后地基承载力特征值。当池面标高低于地下水位或者地表滞水层无排水措施，水池会受到来自二者的浮力，空池时则有被托浮起来的或顶裂池底板的危险，因此需要进行抗浮稳定性验算，具体情况可根据水池整体和局部做出计算。
水池整体抗浮稳定性验算公式：