给水排水工程结构设计不同规范的比较研究

李 鹏

(北京首创股份有限公司，北京 100028)

给水排水工程结构设计不同规范的比较研究

李 鹏

(北京首创股份有限公司，北京 100028)

研究了给排水工程结构设计不同规范中，荷载分项系数、最大裂缝宽度计算、抗渗等级要求、挠度限值的差异性，并分析了差异性产生的原因，为给排水工程结构设计人员提供参考。

给水排水工程，裂缝宽度，抗渗等级，挠度限值

给水排水工程结构设计作为建筑结构设计的一个分支，与其他行业的结构设计相比，有许多异同，这些异同主要体现在不同行业结构设计所遵守的规范标准存在异同。相同的是不同行业的结构设计都应该遵守最基本的国标结构设计规范，如《混凝土结构设计规范》《建筑地基基础设计规范》等。不同的是，各行业都有针对于本行业的国标设计规范和行业设计规程，如市政行业有《给水排水工程构筑物结构设计规范》《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》；水利行业有《水工混凝土结构设计规范》；石油化工行业有《石油化工建筑物结构设计规范》。不同结构设计规范对某一参数的计算方法、取值有着或多或少的区别，这就需要结构设计人员对规范进行认真学习，针对不同的情况采用适当的规范进行设计。

1 不同规范荷载分项系数的比较

给水排水工程结构设计中，荷载分项系数的取值依据为《建筑结构荷载规范》《给水排水工程构筑物结构设计规范》及《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规范》。

《构筑物规范》与《水池规程》中规定，地下水或地表水作用属于可变荷载，水池中水作用属于永久荷载。进行承载能力极限状态验算时，《荷载规范》中规定：对结构的不利作用，永久荷载的分项系数取1.2；可变荷载的分项系数一般情况下应取1.4。《构筑物规范》与《水池规程》中规定：地下水或地表水作用、水池中水作用的荷载分项系数均为1.27。这就造成按照不同规范计算出的荷载值不同。根据《荷载规范》中规定：对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的规定确定。这就说明，进行给水排水工程水池设计时，水作用的荷载分项系数应按照《构筑物规范》和《水池规程》中的要求，取为1.27。

造成这种差异的原因主要为：作用分项系数的拟定，主要根据实测统计数据的分析进行。而编制《构筑物规范》及《水池规程》时，尚缺少详实的统计数据，还需要工程校核法确定。故采用84版《构筑物规范》中规定的，行之有效的荷载分项系数。

2 不同规范最大裂缝宽度的比较

按照《混凝土结构设计规范》中的规定，给水工程水池的环境类别属于二a或者二b类，相应的最大裂缝宽度为0.2 mm。按照《构筑物规范》中的规定，给水工程水池的最大裂缝宽度为0.25 mm。由于水池设计主要由裂缝宽度来控制，0.05 mm的裂缝宽度差异会造成混凝土、钢筋用量的巨大差别。由于《构筑物规范》中规定的最大裂缝宽度经长期的实际检验，证明是合适的，结构设计人员在进行给水工程水池设计时应采用《构筑物规范》中规定的裂缝最大宽度。

这两种规范中规定的裂缝最大宽度计算公式也是不一样的。《混凝土结构设计规范》中最大裂缝宽度的计算公式为：

(1)

《构筑物规范》《水池规范》中最大裂缝宽度的计算公式为：

(2)

其中，αcr为构件受力特征系数；φ为裂缝间纵向受力钢筋不均匀系数；σs为钢筋应力；Es为钢筋弹性模量；c为混凝土净保护层厚度；d为纵向钢筋直径；ρte为有效受拉面积钢筋配筋率；α1为受拉特征系数；v为钢筋表面特征系数。

通过对比可以发现，这两种计算公式对最大裂缝宽度的计算方法是存在差异的。对比式(1)，式(2)，并代入计算一般钢筋混凝土水池壁板、底板时的系数取值，得：

若:

(3)

则wmax1>wmax2。

将式(3)变形为：

进一步变形可得:

(4)

式(4)显然成立，故wmax1>wmax2。

通过以上计算过程可以证明，相同情况下，按照《混凝土结构设计规范》计算出的最大裂缝宽度大于按照《构筑物规范》与《水池规程》计算出的最大裂缝宽度。取c=30 mm，整理出不同钢筋直径，不同配筋率下wmax1与wmax2的比值(见表1)。

表1 wmax1与wmax2的比值

通过表1可以看出，根据《混凝土结构设计规范》计算出的最大裂缝宽度与根据《构筑物规范》《水池规程》计算出的最大裂缝宽度的比值在1.117～1.253之间。相同配筋率的情况下，钢筋直径越小，比值越大。钢筋直径相同的情况下，配筋率越大，比值越大。

从以上分析我们不难得到，在以最大裂缝宽度控制结构配筋率的情况下，按照《混凝土结构设计规范》计算出的配筋率要大于按照《构筑物规范》《水池规程》计算出的配筋率。在此通过一个实际算例来说明此问题。

设悬挑板板厚200 mm，宽1 000 mm，长3 000 mm。板上作用三角形荷载，荷载最大25 kN/m2，最大裂缝容许值0.25 mm，混凝土标号C30，钢筋标号HRB400，计算时不考虑板重。根据计算，最大裂缝宽度出现在板支座处，最大裂缝宽度处弯矩为38.1 kN·m。

按照《混凝土结构设计规范》计算最大裂缝宽度，支座处受拉纵筋配为12@140，配筋率为0.40%。

按照《构筑物规范》《水池规程》计算最大裂缝宽度，支座处受拉纵筋为12@160，配筋率为0.35%。

按照实际经验，《构筑物规范》《水池规程》中给出的最大裂缝计算方法可以满足实际使用的需要，从节约投资的角度出发，在进行给水排水工程水池结构设计时，应按照《构筑物规范》进行最大裂缝宽度的计算。

3 不同规范抗渗等级的比较

《构筑物规范》与《水池规程》中规定，混凝土的抗渗等级由最大作用水头与钢筋混凝土水池池壁厚度的比值确定。当最大作用水头与池壁厚度的比值小于10时，混凝土抗渗等级为S4；当最大作用水头与池壁厚度的比值在10～30之间时，混凝土抗渗等级为S6；当最大作用水头与池壁厚度的比值大于30时，混凝土抗渗等级为S8。另外，《水池规程》中还规定，混凝土抗渗等级应根据试验确定。根据《水池规程》，给水排水工程水池的抗渗等级基本为S4和S6，这就与《工业建筑防腐蚀设计规范》中所做的规定产生了不同。《防腐蚀规范》中规定，污水处理池的混凝土抗渗等级不应低于S8。

造成《构筑物规范》《水池规程》与《防腐蚀规范》中对抗渗等级要求不同的主要原因是，工业污水中含有的离子较多，腐蚀性比市政污水高。一般来说，工业污水进入市政污水处理厂前，都经过了处理，达到了《污水综合排放标准》或《污水排入城市下水道水质标准》中的相关规定。这就使得市政污水的腐蚀性较工业污水的腐蚀性下降很多，水池的抗渗要求没必要按照《防腐蚀规范》中规定的S8执行，只需按照《构筑物规范》《水池规程》的要求，根据最大作用水头与池壁厚度的比值确定水池的抗渗等级。

值得注意的是，水池抗渗等级还需现场试验来最终确定。

4 不同规范挠度限值的比较

给水排水工程中，钢筋混凝土梁也是重要的结构构件之一。《构筑物规范》与《混凝土结构设计规范》中对挠度限值的取值也存在不同。

《构筑物规范》中规定，电机层楼面的支承梁应按作用的长期效应的准永久组合进行变形计算，其允许挠度应小于l0/750，l0为梁的计算跨度。《混凝土结构设计规范》中规定，屋盖、楼盖梁的挠度限值最小为l0/400。

若按照《混凝土结构设计规范》梁挠度限值控制电机层楼面支撑梁的挠度，梁的挠度变形不影响梁的使用功能、外观及与其他构件的连接。但给水排水工程中的电机是长时间运转的，电机基础的平整度会直接影响电机的正常运行及能耗，这就对电机层支撑梁的挠度限值提出了更高要求，而实践证明l0/750的挠度限值可以保证电机的正常运行并可以节约能耗。所以在进行电机层支撑梁的设计时，应该按照《构筑物规范》计算挠度限值。

5 结语

通过对比不同规范对荷载分项系数、最大裂缝宽度、抗渗等级、挠度限值做的不同规定，发现在进行给水排水构筑物结构设计时，设计人员应该采用市政行业的设计规范、规程，以避免造成设计失误或设计浪费。

[1] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3] GB 50069—2002，给水排水工程构筑物结构设计规范[S].

[4] CECS 138∶2002，给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规范[S].

[5] GB 50046—2008，建筑结构荷载规范[S].

[6] SH 3076—2002，石油化工建筑物设计规范[S].

[7] GB 50046—2008,工业建筑防腐蚀设计规范[S].

Abstract: The paper studies the differences of load sub-coefficient, maximum crack width computation, anti-seepage degree demand and deflection limit value in different structural design regulations of water supply and drainage engineering, and analyze causes leading to a difference, which has provided some guidance for water supply and drainage engineering structure designers.

Key words: water supply and drainage engineering, crack width, anti-seepage degree, deflection limit value

Comparative research on different structural design regulations of water supply and drainage engineering

Li Peng

(BeijingShouchuangCo.,Ltd,Beijing100028,China)

2016-03-12

李 鹏(1983- )，男，工程师

1009-6825(2016)15-0042-03

TU991

A