钢筋混凝土水池设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.10,钢筋混凝土水池设计,水池的选型,水处理用池,贮水池,圆形,矩形,用途,平面,形状,水池的结构,池 壁,顶 盖,底 板,1.,水处理用池,，,如沉淀池、滤池、曝气池等；该类型水池的,容量、形式和空间尺寸,主要由工艺设计决定,。,2.,贮水池,，,如清水池，高位水池，调节池；该类型水池的,容量、标高和水深,由工艺确定，而,池型及尺寸,则主要由结构的经济性和场地、施工条件等因素来确定。,水池常用的平面形状为圆形或矩形，其池体结构一般由,池壁、顶盖和底板,三部分组成。按照工艺上需不需要封闭，又可分为有,顶盖,（封闭水池）和,无顶盖,（,开敞水池）两类。,给水工程中的贮水池多数有顶盖（如图），而其他池子则多不设顶盖。,预处理底板配筋,周进周出二沉池底部,二沉池布筋,清水池布筋,水解池底布筋,河南开封辅仁制药有限公司污水处理厂,改造工程二沉池（,5000/m3d,）,集水坑施工图,12,清水池施工图,13,圆形水池施工图,14,15,16,1.1,贮水池容量、形状、水深等技术经济指标,贮水池容量在,3000m,3,以内时，相同容量的圆形水池比矩形水池具有更好的技术经济指标,。,圆形水池在池内水压力或池外土压力作用下，池壁在环向处于轴心受拉或轴心受压状态，在竖向则处于受弯状态，受力均匀明确；而矩形水池的池壁则为受弯为主的拉弯或压弯构件，当容量在,200m,3,以上时，池壁的,长高比,将超过,2,而主要靠竖向受弯来传递侧压力，因此池壁厚度常比圆形水池的大。,17,贮水池的设计水深一般为,3.55.0m,，故容量的增大主要使水池平面尺寸增大,。当水池容量超过,3000m,3,时，圆形水池的直径将超过,30m,，水压力将使池壁产生过大的环拉力，此时除非对池壁施加环向预应力，否则将导致过厚的池壁而不经济。对大容量的矩形水池来说，壁厚取决于水深，当水深一定时，水池平面尺寸的扩大不会影响池壁厚度。,故容量大于,3000m,3,的水池，矩形比圆形经济。,18,经济分析还表明，就每立方米容量的造价、水泥用量和钢材等经济指标来说，当水池容量大约在,3000m3,以内时，不论圆形或矩形池，上述各项经济指标都随容量增大而降低，当容量超过约,3000m3,时，矩形池的各项经济指标基本趋于稳定。,19,1.2,贮水池场地布置,矩形水池对场地地形的适应性较强，便于节约用地及减少场地开挖的土方量，在山区狭长地带建造水池以及在城市大型给水工程中，矩形水池的这一优越性具有重要意义。,自上世纪,80,年代以来，随着水池容量向大型发展，用地矛盾加剧，矩形水池更加受到重视。北京市水源九厂一期工程的调节水池，采用平面尺寸,255.9m,90.9m,、池高,5m,的矩形水池，容量达,10.7,万,m3,。如果与采用多个万吨级预应力圆形水池达到相同容量的方案相比，其节约用地和造价的效果都是肯定的。,20,水池池壁根据内力大小及其分布情况，可以做成等厚的或变厚的,1.3,水池池壁厚度,变厚池壁的厚度按直线变化，变化率以,2%,5%,（每米高增厚,20,50mm,）为宜。,无顶盖水池壁厚的变化率可以适当加大，现浇整体式钢筋混凝土圆水池容量在,1000m,3,以下，可采用等厚池壁；容量在,1000m,3,及,1000m,3,以上，用变厚池壁较经济，装配式预应力混凝土圆形水池的池壁通常采用等厚度。,21,目前，国内除预应力原水池有采用装配式池壁者外，一般钢筋混凝土水池都采用现浇整体式池壁。,矩形水池的池壁绝大多数采用现浇整体式，有有少数工程采用装配整体式池壁。,采用装配整体式池壁可以节约模板，使池壁生产工厂化和加快施工进度。缺点是壁板接缝处水平钢筋焊接工作量大，二次混凝土灌缝施工不便，连接部位施工质量难以保证，因此，实际时应特别慎重。,1.4,装配式和现浇整体式水池池壁,22,按照建造在地面上下位置的不同，水池可以分为地下式、半地下式及地上式。,1.5,地下式、半地下式及地上式水池,为了尽量缩小水池的温度变化幅度，降低温度变形的影响，水池应优先采用地下式或半地下式。,对于有顶盖的水池，顶盖以上应覆土保温。,水池的底面标高应尽可能高于地下水位，以避免地下水对水池的浮托作用，当必须建造在地下水位以下时，池顶覆土又是一种最简便有效的抗浮措施。,23,贮水池的顶盖和底板大多采用平顶和平底。,工程实践表明，对有覆土的水池顶盖，整体式无梁顶盖的造价和材料用量都比一般梁板体系为低。,装配式梁板结构的优点是能够节约模板和加快工程进度，但经济指标不如现浇整体式无梁楼盖。,从,20,世纪,80,年代以来，由于工具化钢模在混凝土工程中应用越来越普遍，使现浇混凝土结构得以扬长避短，在水池设计中优先采用全现浇混凝土结构已成为主流。,1.6,贮水池的顶盖和底板,24,当水池底板位于地下水位以下或地基较弱时，贮水池的底板通常作成整体式反无梁底板。,当底板位于地下水位以上，且基土较坚实、持力层承载力特征值不低于,100kN/m,2,时，底板和池壁支柱基础则可以分开考虑。此时池壁、支柱基础按独立基础设计，底板的厚度和配筋均由构造确定，这种底板称为分离式（或铺砌式）底板。,分离式底板可设置分离缝，也可以不设置，后者在外观上与整体式反无梁底板无异，但计算时不考虑底板的作用，柱下基础及池壁基础均单独计算。有分离缝时，分离缝处应有止水措施。,25,。,26,倒锥形和倒球壳组合池底的加速澄清池。,27,圆形水池的顶盖和底板也可以采用球形或锥形薄壳结构，这类结构的特点是可以跨越很大的空间而不必设置中间支柱，由于壳体厚度可以做得很薄，在混凝土和钢材用量上往往比平面结构经济。缺点是模板制作费费工费料，施工要求较高，而且水池净高不必要地增大，当水池为地下式或半地下式时，土方开挖和池顶覆土的工作量也因此增大，为了克服后一缺点，可以尽量压低池壁的高度，甚至完全不用直线形池壁而由池顶和池底直接相接组成蚌壳式水池。,3.10.1,水池的荷载,1,、水池荷载分类及选用,（,1,）池顶荷载,对于有顶盖的封闭式水池，应计算作用于池顶板上的竖向荷载，主要包括顶板自重、防水层重、覆土重、雪荷载和活荷载。,池顶、池底及池壁的各种荷载必须分别进行计算,（,2,）池壁荷载,作用在池壁上的荷载可分为,池内水压力,、池外土压力和地下水压力。,是水池承受的主要荷载之一，一般偏安全地按满池来计算水压。,（,3,）温、湿度荷载,由于混凝土硬化过程中产生的水化热、工艺要求以及季节变化等，造成池壁产生膨胀和收缩。当变形受到约束时，在池体中产生相应的,温度或湿度应力,。,温度应力,和,湿度应力,是导致混凝土池壁产生,裂缝,的主要原因。,（,4,）池底荷载,池底板作用的荷载包括：池内水的,自重,荷载，水池顶板和壁板的,重力荷载,，底板顶面以上（包括挑出部分）覆,土荷载,及活荷载引起的,基底反力,。,2,、荷载组合,水池设计中通常考虑以下,3,种荷载组合：,池内水压,+,自重,(,对应工况为：池内有水，池外无土,),池外土压,+,自重,(,对应工况为：池内无水，池外有土,),池内水压,+,自重,+,温、湿度荷载,3.10.2,水池设计的内力计算,水池的内力计算主要包括,池壁内力计算,和,底板内力计算,。不同边界条件和地基反力模型的选取，对水池的内力计算结果有很大的影响,1,、池壁的边界条件假定和内力计算,池壁的边界条件假定及应用：,开敞式水池池壁的边界条件可假定为,三边固接、顶边自由,的板。,有顶盖的封闭式水池池壁，视其与顶板的连接情况，池壁的边界条件可假定为,三边固接、顶边铰接,(,或弹性支承,),的板。,当池壁与顶板整体连接，且池壁线刚度为顶板线刚度的,5,倍以上时，可假设池壁顶端为铰接，否则为弹性支承。,2,、底板内力计算,（,1,）,地基反力的分布规律及底板内力计算的常用方法，在地基反力作用下，池底可视为,简支,于池壁上，池壁间距对池底反力分布有影响。,（,2,）,当池壁间距小至使两邻池壁刚性角重叠时，变形与反力比较均匀，不计弯矩。当池壁间距增大，变形与反力的不均匀分布愈加显著，甚至可能出现跨中反向挠曲引起与地基脱开现象，反力向池壁下集中，前者可以按地基反力为线性分布进行计算，而后者弯矩的变化已不可忽视。,实际工程中，常采用,静力平衡法,或考虑池底与地基相互作用的,内力分析方法,来计算水池底板内力。当使用静力平衡法计算时，假定地基反力按线性分布，只要求满足静力平衡条件，乎略变形协调条件，所以计算结果是相当近似的，此法适用于计算池型小、容积小的小型水池，是一种适宜手工计算的简便方法。当使用考虑池底与地基相互作用的内力分析方法时，地基反力模型一般采用,Winkler,弹性地基模型,。,3.10.3,水池设计的构造要求,水池实际是空间结构体系，其自身约束和外界条件的约束都十分复杂，除了通过计算来满足水池的强度、稳定和裂缝宽度要求外，更应该采用构造措施，加强结构的整体刚度，增强其防水、抗渗和耐冻性能，所以必须重视水池的构造措施。,为保证施工中捣制混凝土的质量，避免渗水，池壁和底板的,厚度宜,200mm,；,池壁、底板的受力钢筋宜采用小直径钢筋和较密的间距，对于直径,10,的钢筋采用,HPB235,级钢筋，对于直径,12,的钢筋采用,HRB335,级钢筋。,采用合理的结构布置和围护措施，在水池内外表面抹防水砂浆面层，以减小温湿度对结构的影响，并加强整体刚度及保温防寒。,在水池四周设散水坡，防止地面水渗入引起地基不均匀沉降。,为保证池壁与池壁、池壁与底板为刚性连接，避免应力集中，增强连接处的抗裂性，连接转角处应设,45,腋角。,