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特殊钢筋混凝土水池结构设计

[摘要]本文主要总结了钢筋混凝土水池结构设计的基本方法，主要从结构型

式、水池基本设计规定、荷载及荷载组合、矩形水池计算、圆形水池计算、水池

抗浮及抗裂验算，并结合工程实际分析了圆形浓缩池的计算要点以及设计中需要

注意的问题。

[关键词]钢筋混凝土水池,荷载,计算简图,内力计算

水池是工业与民用建筑中常用的给排水工程构筑物。在核电站的给水生

产厂房和其他辅助厂房中，就有多种类型的水池，如清水池、中和池、回收池等

等。

水池的结构设计内容包括：计算在各种荷载组合的情况下，水池各部分构件

应满足强度、抗震、裂缝宽度的要求；根据工作条件，水池还要满足稳定性、抗

渗性、抗冻性和抗侵蚀的要求。

一.水池的结构型式

钢筋混凝土水池有矩形池和圆形池两大类。矩形池施工较方便，占地紧凑，

多用于小型水池。矩形水池有单格和多格等结构形式。圆形水池受力合理，并适

合于施加预应力力，一般200m3～3000m3的中型池宜采用钢筋混凝土圆形池，

3000m3以上的大型池宜采用预应力混凝土圆形池。圆形池由圆柱壳池壁、无柱

或有柱平顶板、平底板或顶、底盖圆锥壳组成等形式。若蓄水深度较浅，大中型

水池也可采用矩形池。

水池的安置方式有地上式、半地下式和地下式三种。水池可做成无顶盖的开

敞式池或有顶盖的封闭池。地下式和半地下式水池受大气温（湿）度变化的影响

较小，并且在使用期间由于池壁外有填土，存在土压力，能抵消池壁的部分内水

压力，使池壁处于较低的应力状态。但若埋入过深，会使顶盖和底板的荷载增大，

反而使材料用量增多。此外，地下式及半地下式水池的抗震性能较好，一般在8

度地震区可不进行抗震验算。

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。底板和顶盖可采用平板结构、肋形结构及无梁板结构等，当容量很大时，也

可采用薄壳结构。

二.水池基本设计规定

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068－2001)的规定,一般情况

下，水池安全等级取二级,重要性系数取1.0。对重要工程的关键构筑物，其安全

等级可提高一级执行。

各种类别、形式的水池结构构件，均采用以概率理论为基础的极限状态设计

方法，即按承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。按承载能力极限状

态计算时，除结构整体稳定验算外，其余均采用分项系数设计表达式。按正常使

用极限状态验算时，对轴心受拉和小偏心受拉构件应按作用效应标准组合进行抗

裂度验算；对受弯、大偏心受拉或大偏心受压构件应按作用效应准永久组合进行

裂缝宽度验算;对需要控制变形的结构构件应按作用效应准永久组合进行变形验

算。

水池结构的内力分析，均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所产生的

塑性内力重分布。

三．水池的荷载与荷载组合

水池结构上的作用主要可分为永久作用和可变作用两类。永久作用应包括结

构和永久设备的自重、土的竖向压力和侧向压力、水池内的盛水压力、结构的预

加应力、地基的不均匀沉降等；可变作用应包括池顶活荷载、雪荷载、地表或地

下水压力（侧压力、浮托力）、结构构件的温（湿）度变化作用、地面堆积荷载

等。

1.池顶荷载：

作用于池顶板上的竖向荷载包括顶板和永久设备的自重、防水层重、覆土重、

雪荷载、活荷载等。雪荷载与活荷载不同时考虑。

2.池壁荷载：

池壁荷载主要是水平方向的水压力和土压力。由顶板传来的竖向压力对池壁

的影响，一般可以忽略不计。

当水池为地下式或半地下式时，池壁外侧将受到主动土压力的作用。当有地

下水作用时，尚需考虑地下水的静水压力作用。

3.池底荷载

池底荷载是指使底板产生弯矩和剪力的那部分地基反力或地下水浮力。水池

的地基反力，可按直线分布计算。当地基承载力较高，且池底位于最高地下水位

以上时，池壁基础可按独立基础计算。

4.荷载组合：

水池设计时，一般应按下列设计工况的荷载组合分别计算截面内力：

1)池内满水，池外无土――竣工试水时；

2)池内无水，池外有土――建成及使用放空或检修时；

3)池内满水，池外有土――正常使用时；

对地面式水池，只需考虑第1)种荷载组合。当无隔温措施时，则还应考虑池

内满水及温（湿）差作用的组合。但对于底板，无论水池是否采用隔温措施，都