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浅谈钢筋混凝土矩形水池设计
摘要：钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型，被广范应用于与民用建筑的给水、污水、消防工程中。因此在满足水工艺要求的前提下，既保证今后的正常生产使用，又降低工程造价，是设计人员面临的主要任务。下面就设计中经常遇到的一些问题，提出几点看法。关键词：矩形水池；设计；要点
1 荷载取值的问题
1.1 池内水压力。池内水压作为水池类构筑物的主要荷载。在设计过程中，应当偏于安全的按满水高度来水压。这是因为:一方面使用过程中很可能由于值班人员疏忽或者存在液位计等部件失灵而造成满池；另一方面今后工艺上有可能技术改造而超过原设计水位。池内水压荷载的取值大小对于挡水墙式浅池的下端弯矩影响较大。
1.2 池外水浮力。当有地下水时，池壁外侧除考虑地下水的压力外，还应考虑地下水位以下的土由于水的浮力使土的有效重度降低而对土压力的影响。同时，地下水对池体的浮托力也不容小视。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故也时有发生。地质勘察报告所提供的地下水位一般仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行，所提供的地下水位标高将无法被设计取用，或导致结构计算的失误。根据实际情况，结合地方水文资料，确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位，做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全，又能降低工程造价双赢的目的。笔者在设计黄骅港某水厂设计大型清水池时，遇到了地下水位特别浅的问题。该水池采用无梁楼盖设计，在计算水池抗浮过程中，还存在有局部抗浮的问题。设计过程中，覆土厚度增加到1.5m还不能满足要求。这时候，考虑到是否考虑每年检修安排在冬季枯水位时，这样设计所采用的低地下水位标高就能保证正常生产、检修，从而很好的解决了水池抗浮的问题。
1.3 温、湿度作用。由于混凝土硬化过程中产生的水化热、工艺特殊要求以及季节变化等，造成池壁产生膨胀或收缩。当变形受到约束时，在池体中产生相应的的温度和湿度变形应力，很容易产生有害裂缝。设计时，对夏季应考虑湿差作用，对冬季应考虑温差作用。前者低温收缩与湿涨抵消，后者由于外界气温低，池壁中水分向外移动，致使外侧湿度增加。由于内外侧湿度相差不大，通常可以不考虑此时的湿差应力。但内外温差还在，冬季应考虑壁面温差应力。在工程设计中按规程提供的方法计算。
2 水池壁板边界条件的分析
池体结构一般由池壁、底板和顶盖（是否封闭加盖由工艺需要决定）所组成。合理的选择结构计算简图和计算公式才能保证结构设计的准确、可靠。水池内力分析计算时，尽量做到边界条件的假定与实际情况相符。
当水池设有顶盖时，池壁顶端的边界条件应根据顶板与池壁的连接构造来确定。当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支，否则应按弹性固定计算。而开敞式水池的池壁边界条件可假定为三边支承，顶边自由的板。
比较两种边界条件假定的内力计算结果，设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。因此当采用顶盖结构有困难时，应尽可能从池壁挑出走道板。走道板满足规程要求时，可以假定为不动铰支承，否则可按照弹性支承计算。 池壁与底板整体浇筑时，也应根据两者的线刚度比确定池壁底端的边界条件。规程中规定，底板的抗弯刚度10倍于池壁的抗弯刚度就可以满足作为嵌固端的要求。底板对池壁的嵌固作用效应的程度与池壁高度有关，也与底板单位截条的弹性特征有关，而底板单位截条的弹性特征又与底板的厚度、地基的基床系数有关，还与材料的弹性模量有关。规程规定，当满足嵌固要求时，底板厚度选取为池壁厚度的1.2-1.5倍。当土质较好，比如密实性土壤时采用1.2倍池壁厚度；当土质一般，比如中等密实性土壤时，采用1.5倍池壁厚度。
3 底板内力模式的选择
3.1 对于池体容积小，短跨尺寸在6m以内时，计算底板内力可以按地基反力直线分布计算。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部分地基反力直接抵消，而不产生弯曲应力。只有由池壁和池顶、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。当存在多格水池分格盛水时，地基反力可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计算。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。
3.2 当池底为软土地基或板的跨度较大，根据上一种计算模式，不考虑弹性地基上的地板在荷载作用下的弹性变形，也不顾及地基土的弹性沉陷。底板跨中的最大弯矩等于简支底板的跨中弯矩加上池墙荷载底端的固端弯矩。按以上弯矩进行配筋，底板上表面的配筋很大，下表面为构造配筋。有时底板上表面的配筋往往达到让人无法接受的程度。工程实际计算结果，底板的内力（弯矩）上底板下表面内力大，配筋应该多，上表面除在纵墙附近处可为构造配筋。因此，对于上述情况设计时，应采取单位截条，将构筑物内外墙作为集中力按弹性地基梁进行内力分析。此时考虑地基变形影响，按文克尔假定或半无限弹性体假定计算，两者均可以查表或软件计算。
4 构造措施
4.1 池壁、底板的受力钢筋宜采用小直径钢筋和较密的间距，尽可能采用采用HRB335和RRB400级钢筋。水池各部位的钢筋间距应在100-250mm范围内。如果钢筋间距太密，会影响混凝土振捣，而钢筋间距太大，容易产生裂缝。
4.2 “暗梁”、“暗柱”。现浇钢筋混凝土水池最容易在角隅处出现裂缝，因此必须在池壁转角处、池壁与底板相交处设置“暗梁”、“暗柱”。
敞口水池顶端也宜配置水平向加强钢筋。根据规程第7.1.7条的规定要求，敞口水池在温差或地基变形作用下池壁顶端是结构的薄弱点，宜设置暗梁，高度不得小于池壁厚度，内外侧各配置不小于3?准16的受力水平钢筋。
4.3 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。北方地区的沉淀池等应做成封闭式，以防冬季水池上部结冰，发生冻胀水池的事故。
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[1]CECS 138:2002 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].北京：建筑出版社，2002.
[2]郭天木.贮水构筑物底板内力的合理计算[J].特种结构，2004，21（1）.
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