浅谈民用建筑中钢筋混凝土水池设计计算的几个要点 4页

浅谈民用建筑中钢筋混凝土水池设计计算的几个要点戴小新广州市设计院510000摘要：根据民用建筑中钢筋混凝土水池的现场情况和特点，总结设计计算的方法和注意事项。关键词：钢筋混凝土水池；水池的荷载；内力计算0前言在中国，随着城市人口的增加、城镇化速度的加快，大量民用建筑拔地而起，民用建筑中水池类构筑物工程建设也逐年增多，水池的类型也呈多样化发展的趋势。钢筋混凝土水池以其耐久性和经济性作为最常见的水池类型，被广范应用于民用建筑的给水、污水、消防工程中。在满足工艺要求的前提下，水池结构既要保证结构的承载能力，乂要保证满足正常使用和经济合理的要求。1钢筋混凝土水池分类钢筋混凝土水池的分类方法有很多，一般来说可以按照结构的形式分为矩形水池、圆形水池和其他形状的水池；也可按使用用途可分为蓄水池和水处理水池等。大部分钢筋混凝土水池建于地下或半地下，这是因为地下或半地下的钢筋混凝土水池的质量较好而且节省材料，同时池壁外的土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力，有利于水池结构的正常使用状态。但是，在多种荷载的反复作用下和混凝土带裂缝工作的特点，池体结构会产生裂缝（包括水池顶板、池壁和底板）,为了避免裂缝过大而影响水池的耐久性和正常使用，应该按照规范要求严格控制裂缝的宽度（一般裂缝控制在0.2mm以内）。此外，钢筋混凝土水池结构考虑水池的抗渗性能，釆用相应的抗渗混凝土。2水池的荷载计算2.1水池顶板荷载在计算设有顶板的封闭式水池时，作用在顶板的竖向荷载主要有：顶板自重、n顶板覆土重量、活荷载、雪荷载及地面堆积荷载等。水池顶板的荷载应该根据拟建场地的情况计算相应的荷载，如水池顶若是消防车道则活荷载就应取消防车活荷载。2.2水池底板荷载当水池底板采用整体式底板吋，底板相当于一个筏板基础。若地下水位高于底板底部吋，地下水浮力可能使水池池底产生弯矩和剪力，此吋水浮力也需要在计算吋考虑，地下水位应根据建设地区的长期水文资料来确定。一般来说，使底板产生内力和变形的荷载主要由以下三项组成：1）水池顶板活荷载。2）水池顶板覆土。3）池顶板自重、池壁自重及池中水自重。2.3池壁荷载钢筋混凝土池壁计算时，主要荷载有：1）池顶荷载所产生的竖向压力及端部弯矩；2）池壁自重；3）水平方向的池内水压力及池外水、土压力。其中池内水压力是水池承受的主要荷载之一。在水池的实际使用过程中，由于控制仪器故障或操作人员误操作的原因，水位冇可能超过原设计水位即常冇水池满水的情形出现，在设计计算中常偏保守地采用池中水满池的最不利情形来计算池中水压力，确保结构的安全性。对于池外土体对池壁的土压力，通常按照朗肯土压力理论进行计算，计算方法可参考土力学相关书籍和论文。2.4其它作用的影响2.4.1对于地震区的民用建筑，应根据建筑所在地区的抗震设防烈度进行抗震设计。由于钢筋混凝土水池具冇非常好的抗震性能，对于以下情况可不作抗震计算，只需采取一定的抗震构造措施：1）抗震设防烈度为7度的一般地下式及地面式水池；2）抗震设防烈度为8度的地下式圆形水池；3）抗震设防烈度为8度的平面长宽比不大于1.5,无变形缝的有顶盖地下式水池。而对于属于上述范围的水池，均应进行相应的抗震计算。n2.4.2根据在建场地的钢筋混凝土水池所处的环境，温度及湿度的变化和可能的地震作用等也会对水池结构引起一定的附加内力。对于地面式钢筋混凝土水池和不做保温构造的钢筋混凝土水池，在进行强度计算吋应冋吋考虑温差的作用，包括湿度当量温差和池壁壁面温差两方面，计算时取两者中的较大值。注意在设计计算时，夏季应计算湿差作用，而冬季则计算温差作用。3水池的内力计算0前，钢筋混凝上水池顶板、池壁和底板的内力和配筋计算基本都是由设计人员依据水池的边界条件简化成对应的计算模型进行手工计算。因此，准确把握计算方法就显得相当重要。根据钢筋混凝上水池属于地下式还是地上式，荷载组合的计算不同。3.1地下式水池一般按以下几种荷载组合进行计算：1）池外无水、土，池内满水；2）池外有水、土，池内满水；3）池外有水、土，池内无水。池壁及池底配筋根据相关公式按以上荷载组合所求得的最不利内力值计算。无保温措施的地面水池一般考虑下列两种荷载组合：1）池内满水；2）池内满水及温（湿）差作用。池壁及池底配筋根据相关公式按以上荷载组合所求得的最不利内力值计算。3.2内力计算方法3.2.1水池的顶板长边与短边长度的比值不大于3吋可按双向板计算，当顶板长边与短边长度的比值大于3吋，可按单向板计算。3.2.2池壁计算吋，对于奋顶板的钢筋混凝土水池，池壁顶端的边界条件根据顶板与池壁的连接情况确定，当池壁线刚度人于5倍顶板线刚度吋，可将池壁顶端简化为弹性固接，若池壁线刚度小于等于5倍顶板线刚度时，可将池壁顶端简化为铰接。当池壁长度大于等于池壁高度的3倍时，池壁可简化为沿池壁高度方向一端铰接另一端固接的单向板计算内力。对于开敞式水池（无顶板的水池）的池壁边界条件可假定顶边自由，当池壁长度不大于等于池壁高度的3倍吋，池壁可简化为沿池壁高度方向的悬臂板计算。根据计算可以得出设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。n3.2.3当水池体容积小，且地基土的土质较好吋，计算底板内力可以按照将地基反力简化为直线分布来计算。一般情况下，直接作用于底板上的池内水重和底板自重与它们引起的那地基反力平衡，而不产生弯曲应力。只冇由池壁和池顶、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才会使底板产生弯曲应力。当水池是多格分格盛水吋，地基反力也可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计算，但此时应分格满池最不利布置按照单向板或双向板进行静力结构计算。3.3钢筋混凝上水池的计算主要包括承载能力极限状态及正常使用极限状态两方面。其中，承载能力极限状态包括对水池结构构件(顶板、池壁、底板)的承载力计算和上浮、滑移、倾覆的整体失稳验算。而正常使用极限状态则需要对裂缝限制宽度的验算等，对于民用建筑的水池，裂缝限制宽度的验算奋可能成为控制因素，应严格按照规范要求进行验算。总之。钢筋混凝土的内力和配筋计算应严格按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《给水排水工程结构设计规范》(GB50069-2002)、和《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS138：2002)等的相关条文进行。4结语由于钢筋混凝土水池的特殊性，设计人员应充分掌握设计特点，根据建设场地的实际情况，选取合适的结构型式和正确的计算方法进行分析计算，冋吋必须满足规范规程的相关构造要求，才能做到的安全、适用和经济。参考文献：[1]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].[2]GB50069-2002,给水排水工程构筑物结构设计规范[S].[3]CECS138：2002,给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].[4】《给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水工程结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.