浅析钢筋混凝土矩形水池结构设计

刘海峰王 霞

(1中国城市建设研究院有限公司山东分院， 山东 济南 250101； 2山东华城城建设计工程有限公司， 山东 济南 250101）

浅析钢筋混凝土矩形水池结构设计

刘海峰1王 霞2

(1中国城市建设研究院有限公司山东分院， 山东 济南 250101； 2山东华城城建设计工程有限公司， 山东 济南 250101）

钢筋混凝土矩形水池是目前较为常用的一种水池结构，这种结构通常情况下是由三部分所组成的即池壁、底板以及顶盖，其被广泛的应用于我们日常的生产生活之中。本文在研究的过程中对此类结构的设计方法以及特点进行简单的阐述，从荷载计算及内力组合、内力计算以及构造措施三个方面入手提出了设计人员在设计的过程中应当注意的几点问题，希望能给相关设计人员提供一定的帮助。

0 前言

通过我们所看到的水池的外轮廓基本都为圆形，而随着使用上的限制以及工程经济性的考虑，矩形水池结构越来越受到设计人员的青睐，如今其已经没广泛的使用到工业与民用建筑的给水、消防以及排污工程之中。本文将从水池荷载及内力组合、内力计算以及构造措施三个方面，对设计过程中应当注意的问题加以阐述。

1 水池荷载的计算及内力组合中应当注意的问题

1.1 水池何在分类及应用

（1）池顶荷载

当设计的水池属于有顶盖的水池，那么在计算荷载的过程中应当将作用在水池顶板上的竖向荷载良好的考虑在内，一般来说，竖向荷载主要包括顶板的自重，防水层重量，其上覆盖土的重量，雪荷载以及活荷载。这里需要注意的一点就是，根据我国最新出版的荷载规范规定雪荷载和活荷载不需要同时考虑。

（2）池壁荷载

对于水池结构来说，池壁荷载也是一种比较常见的荷载主要包括池内水对侧壁的压力，以及池外土压力以及地下水压力等等。而其中池内水压则是其中对池壁作用最为明显的一种主要荷载，笔者建议在设计的过程中为了最大限度上的保证水池的结构安全，在计算水压时，应当按照满池来计算。这种计算方式主要是从两方面考虑即工艺上有可能挖掘的深度超过了设计水位，而另外一方面，一旦出现操作失误的情况，也有可能造成慢池的情况发生。

对于地下式或者半地下式的水池来说，土对侧壁也存在着一定的侧压力，在计算侧压力的时候，一般是使用朗肯主动土压力理论进行计算。而在初步设计的过程中我们无法得到比较详细的勘测资料，所以就要对一些基本情况进行预估，笔者建议在初步设计时土的内摩擦角可以选用30°，土的重度可以选择为18，当地面没有堆放其他杂物的时候，可以将地面活荷载按1.5～2.0KN/m2进行考虑。

最后一点就是当地下水位在水池埋置深度以内时，还应当综合考虑地下水位以下的土由于水的浮力影响导致自身对水池侧壁的压力有所降低。另外，如果这种情况确实存在的话，还要计算地下水对水池的托浮作用，应当进行抗浮验算。如果缺失超过相应标准的话，就需要采取一些构造措施对其进行处理，例如设置排水盲沟等等。

（3）温度、湿度荷载

通常情况下，混凝土内部出现温度、湿度荷载的原因主要可以概括为以下三种即混凝土在硬化过程中产生的水化热、相关工艺要求或者是天气变化导致，而这些变化都可能造成池壁产生膨胀或者收缩的现象。而温度或者湿度变化产生的应力又是导致混凝土池壁产生裂缝的最主要的原因。所以如果项目所在地一年四季气候变化比较明显，就需要对温度以及湿度荷载进行适当的考虑。

1.2 荷载组合

通常情况下只需要考虑三种荷载组合的方式如下所示

（1）水池内压+自重

（2）池外土压+自重

（3）池内水压+自重+温湿度荷载

当设计的水池为地上式时，第一种组合较为适用，而对于半地上式水池或者地下式水池来说，通常情况下需要选择（1）（2）两种组合进行校核。而如果工程项目所在地是在一些湿度比较大或者温差较大的地区的话，就应当采取第三种荷载组合方式对其进行校核。

2 水池内力计算中应当考虑的问题

一般情况下，在进行水池结构设计的过程中，需要对内力进行计算，其中主要包括池壁内力计算和底板内力计算两个方面。而如果选取不同的边界条件或者地基反力模型的话，对于最后计算结果将会产生比较大的影响，以下将简单介绍在内力计算的过程中应当着重注意哪些问题。

2.1 池壁的边界条件假定和内力计算

2.1.1 池壁的边界条件假定极其应用

首先对于开敞式水池池壁来说，应当将其边界条件假定为三边固定，顶板为自由的板。其次对于有顶盖的封闭式水池池壁来说，在考虑其边界条件时间，应当综合考虑其与顶板的连接情况，通常情况下使用的都是三边固接、顶板铰接的板。而当池壁与顶板整体连接而且池壁的线刚度是顶板线刚度的5倍以上的话，就可以将池壁顶端作为铰接看待，如果没有上述条件的话，就应当将其视为弹性支撑。

从笔者的设计经验来看，对于一些比较大型的矩形水池来说，如果条件允许的话，应当尽可能的将其设计成为有顶盖的结构形式，这种方式可以有效的改变其受力状态，如果采用这种方式确实存在困难的话，也应当从池壁内部挑出走道板，让其成为池壁的不动铰支撑，但是从笔者的设计经验上来看，采用这种方式还是比较困难的。这里笔者建议应当尽可能的减小走道板水平方向的计算跨度。

2.1.2 池壁内力计算

对于矩形水池来说，其池壁板都是矩形形状，所以在对其进行计算的过程中可以按照传统的计算方法，将其划分为单向板以及双向板进行计算。

首先对于可以作为单向板计算的池壁来说，可以将所有的水平荷载都沿竖向进行传递。计算的过程中沿池壁高度取1m宽的半单元作为一个计算单元，而对于竖向单向板来说，可以将池壁作为悬臂板进行计算。这里需要着重说明的一点就是对于池壁与相邻池壁的交界处来说，由于池壁的位移会受到一定的限制，所以应当计算水角隅的水平向局部弯矩最大值。

其次对于可以作为双向板进行计算的池壁来说，其水平荷载作用是沿着两个方面进行传递的，与单向板相比，这种传递方式使得在力的分配可能就比较复杂。一般情况下，是将其按照单块双向板利用查表法进行计算，之后综合考虑相邻壁板之间的变形连续性，根据线刚度的变化对其进行调整，最终求得板的跨中弯矩。这种方法对于一些小型工程来说可能比较适用，但对于一些设计使用年限较长的工程来说，应当使用有限元分析软件对其进行整体分析。

2.2 底板内力计算

在考虑地基反力时，可以将池底看成是简支于池壁至上，而池壁的间距对于池底反力分布来说也有一定的影响。在笔者实际进行设计的过程中，通常情况下都是采用静力平衡法或者考虑池底与地基相互作用的内力分析方法对水池底板的内力进行考虑。设计应当注意的一点就是静力平衡法相对来说只是一种近似的计算方法，对于一些结构比较小，形式比较简单的工程来说可能比较适用，而对于那些技术要求比较复杂的工程来说采用内力分析方法相对来说还是比较合适的。在使用这种方法计算地基反力的过程中，模型绝大多数使用的都是Winkler弹性地基模型，随着计算机软件的不断发展，这种方法的使用频率也逐渐的升高。

3 水池的构造措施

往往在设计的过程中都比较重视计算的过程，但是对于一名设计人员而言，如果能良好的使用构造措施的话，会使得一些问题迎刃而解。矩形水池结构一个比较复杂的空间结构体系，其四周的约束条件相对来说都比较复杂，而水池的构造措施可以有效的提高其整体刚度，提升防水、抗渗以及耐冻性能。例如池壁以及底板的厚度应当在200mm以上。而对于其中时的受力钢筋来说，选用的过程中可以选择一下直径较小的钢筋，并设置较密的间距。同时还要采取比较合理的结构布置以及围护措施，在水池的内外表面抹防水砂浆面层，从而降低温湿度对结构所产生的影响。还可以在水池的四周设置一些散水坡，方式由于地面水的渗入导致地基出现不均匀沉降的现象发生。

4 结语

通过以上的论述我们能够清楚的看到，在设计的过程中只有选择合理的结构方案，让假定的边界条件最大程度上的与实际情况相符合，才能让设计出来的水池结构更加安全，经济性更好。

[1]王晖,刘超,史志利. 钢筋混凝土水池池壁施工温度场仿真分析[J]. 特种结构,2007,01:14-16.

[2]李琪,谢云飞. 某钢筋混凝土水池裂缝成因分析[J]. 特种结构,2007,01:20-23.

[3]张勇强,伊勇,陈明翰. 给排水钢筋混凝土水池设计中的裂缝控制[J]. 市政技术,2013,05:96-100.

G322

：B

1007-6344（2017）08-0341-01