鋼筋混凝土矩形水池構(gòu)造設計的研究分析

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土矩形水池；水池荷載；內(nèi)力計算；構(gòu)造措施 

　　鋼筋混凝土矩形水池構(gòu)造設計需要考慮以下幾方面：池壁與頂板連接構(gòu)造、水平轉(zhuǎn)角構(gòu)造、后澆帶構(gòu)造、保溫構(gòu)造、池體防滲構(gòu)造措施等方面。構(gòu)造設計是鋼筋混凝土矩形水池設計的重要組成部分，隨著計算機軟件的開發(fā)和利用，計算應用技術(shù)將為結(jié)構(gòu)計算帶來便捷和精確，但如何確保計算結(jié)果和實際受力情況想匹配，必須借助構(gòu)造設計達到，從而使水池設計安全性、可靠性、經(jīng)濟性得到保證，以下從荷載計算、內(nèi)力計算、構(gòu)造措施三個方面，對鋼筋混凝土矩形水池構(gòu)造設計進行探討分析，以供參考。 

　　一、水池荷載的計算及組合 

　　1、水池荷載分類及選用。（1）池頂荷載。對于有頂蓋的封閉式水池，應計算作用于池頂板上的豎向荷載，主要包括頂板自重、防水層重、覆土重、雪荷載和活荷載。雪荷載和活荷載不同時考慮。（2）池壁荷載。作用在池壁上的荷載可分為池內(nèi)水壓力、池外土壓力和地下水壓力。池內(nèi)水壓是水池承受的主要荷載之一，一般偏安全地按滿池來計算水壓。一方面，工藝上有可能挖掘潛力超過原設計水位；另一方面，一旦誤操作而造成滿池時可保證結(jié)構(gòu)的安全。對于地下式或半地下式水池，土對池壁有側(cè)壓力，側(cè)壓力通常用朗肯主動土壓力理論計算。土的各參數(shù)可按巖土勘察報告所提供的實際數(shù)值取用。但在初步設計或缺乏資料時，土的內(nèi)摩擦角φ可取30º，土的重度可取18。當?shù)孛鏌o堆載時，地面活荷載可按1.5～2.0KN/O考慮。當?shù)叵滤�位線在水池埋置深度范圍內(nèi)時，池壁外側(cè)除考慮地下水的壓力外，還應考慮地下水位以下的土由于水的浮力使土的有效重度降低而對土壓力的影響。同時，地下水對池體的托浮也不容忽視，設計時，應進行抗浮穩(wěn)定驗算，并采取有效措施防止水池漂浮事故的發(fā)生，如設置排水盲溝等。 

　�。�3）溫、濕度荷載。由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的水化熱、工藝要求以及季節(jié)變化等，造成池壁產(chǎn)生膨脹和收縮。當變形受到約束時，在池體中產(chǎn)生相應的溫度或濕度應力。溫度應力和濕度應力是導致混凝土池壁產(chǎn)生裂縫的主要原因，對于冬夏季或早晚溫、濕差大的地區(qū)，溫、濕度荷載計算是不可忽略的。 

　　2、荷載組合。水池設計中通常考慮以下3種荷載組合：（1）池內(nèi)水壓+自重（對應工況為：池內(nèi)有水，池外無土）。（2）池外土壓+自重（對應工況為：池內(nèi)無水，池外有土）。（3）池內(nèi)水壓+自重+溫、濕度荷載。第（1）組合為地上式水池的必需組合，第（1）、（2）組合是半地下式水池和地下式水池的必需組合，第（3）組合用于冬夏季或早晚溫、濕差大的地區(qū)，并且沒采區(qū)任何保溫措施的水池。 

　　二、水池內(nèi)力計算 

　　水池的內(nèi)力計算主要包括池壁內(nèi)力計算和底板內(nèi)力計算。不同邊界條件和地基反力模型的選取，對水池的內(nèi)力計算結(jié)果有很大的影響，下面分別談一談池壁和底板內(nèi)力計算的方法及其中應注意的問題。 

　　1、池壁的邊界條件假定和內(nèi)力計算：（1）池壁的邊界條件假定及應用：開敞式水池池壁的邊界條件可假定為三邊固接、頂邊自由的板。有頂蓋的封閉式水池池壁，視其與頂板的連接情況，池壁的邊界條件可假定為三邊固接、頂邊鉸接（或彈性支承）的板。當池壁與頂板整體連接，且池壁線剛度為頂板線剛度的5倍以上時，可假設池壁頂端為鉸接，否則為彈性支承。（2）池壁內(nèi)力計算。矩形水池的壁板為矩形板，其計算可按混凝土結(jié)構(gòu)矩形板的計算方法，劃分為單向板和雙向板進行計算。當池壁為單向板時，在水平荷載作用下，荷載幾乎全部沿豎向傳遞，計算時沿池壁高度H取1m寬板帶作為計算單元，池壁按豎向單向板計算，對于開敞式水池池壁即按懸壁板計算。池壁與相鄰池壁相連處，由于池壁位移受到約束，荷載不僅沿豎向傳遞，還沿水平向傳遞，故應計算角隅的水平向局部彎矩最大值。角隅彎矩一般按以下兩種狀態(tài)分布：①池頂為自由邊時，產(chǎn)生在頂端，角隅彎矩的零點離池壁豎向邊約為0.6H；②池頂為鉸接（或彈性支承）時，產(chǎn)生在池壁高度的中部，角隅彎矩的零點離池壁豎向邊約為0.25H。值得注意的是角隅處剪力對池壁截面設計不起控制作用，但使與該池壁垂直的相鄰池壁產(chǎn)生拉力（或壓力）。當池壁為雙向板池壁時，在水平荷載作用下，荷載沿兩個方向傳遞，且荷載傳遞復雜，首先按單塊雙向板用查表法進行計算，然后考慮相鄰壁板之間的變形連續(xù)性，按相鄰板的線剛度比對板端彎矩進行調(diào)整，最終求得板的跨中彎矩。對大型的、重要的雙向板池宜用整體分析方法。 

　　2、底板內(nèi)力計算。當池底在最高地下水位以上，地基具有較均勻的中、低壓縮性，池型平面尺寸不大時，地基反力可按線性分布考慮，水池底板可做成等厚截面和變截面兩種形式，這兩種形式的底板內(nèi)力計算有所不同。如果水池底板做成等截面的形式，地基反力按均勻直線分布進行計算。當?shù)装彘L邊與短邊之比大于3時，沿短邊方向取1m寬截條，按單跨或多跨連續(xù)板計算；當?shù)装彘L邊與短邊之比小于等于3時，沿短邊和長邊方向各取1m寬截條，按單跨或多跨連續(xù)板計算，可不驗算地基承載力。如果水池底板做成變截面的形式，可沿池壁做成條形基礎，池底其余部分采用構(gòu)造底板，地基反力按邊緣最大和最小反力斜直線分布。做成條形基礎的水池底板，其內(nèi)伸部分和外伸部分均視為懸臂板，按懸臂板計算其固端彎矩和剪力，需驗算地基承載力。 

　　三、重視水池的構(gòu)造措施 

　　矩形水池實際是空間結(jié)構(gòu)體系，其自身約束和外界條件的約束都十分復雜，除了通過計算來滿足水池的強度、穩(wěn)定和裂縫寬度要求外，更應該采用構(gòu)造措施，加強結(jié)構(gòu)的整體剛度，增強其防水、抗?jié)B和耐凍性能，所以必須重視水池的構(gòu)造措施。在設計中應采用以下措施：（1）為保證施工中搗制混凝土的質(zhì)量，避免滲水，池壁和底板的厚度宜≥200mm。（2）池壁、底板的受力鋼筋宜采用小直徑鋼筋和較密的間距，對于直徑≤φ10的鋼筋采用HPB300級鋼筋，對于直徑>φ12的鋼筋采用HRB335級鋼筋。（3）為保證池壁與池壁、池壁與底板為剛性連接，避免應力集中，增強連接處的抗裂性，連接轉(zhuǎn)角處應設45°腋角，并在腋角內(nèi)配附加筋φ10@200。 

　　（4）采用合理的結(jié)構(gòu)布置和圍護措施，在水池內(nèi)外表面抹防水砂漿面層，以減小溫濕度對結(jié)構(gòu)的影響，并加強整體剛度及保溫防寒。（5）在水池四周設散水坡，防止地面水滲入引起地基不均勻沉降。 

　　結(jié)束語 

　　綜上所述，由于鋼筋混凝土矩形水池對場地適應性較強，特別是在狹長地帶，矩形水池可以節(jié)約用地和較少開挖。同時鋼筋混凝土矩形水池模板制作簡單，模板損失較少，施工簡單。在其構(gòu)造設計時只有選取合理的結(jié)構(gòu)方案，與實際情況相符合，應用正確的結(jié)構(gòu)計算簡圖和計算公式，并結(jié)合水池這種特種結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點，才能把鋼筋混凝土矩形水池設計得更加可靠和經(jīng)濟。 

　　[1]GB50069-2002給水排水工程構(gòu)筑物構(gòu)造設計規(guī)范[s]. 

　　[2]CESC138：2002給水排水工程鋼筋混凝土水池設計規(guī)程[S] 

　　[3]余瑜.給水排水工程結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006 

　　[4]建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造資料集編委會.建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造資料集[G].北京：中國建筑工業(yè)出版社