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淺談鋼筋混凝土矩形水池設計
摘要：鋼筋混凝土矩形水池作為常見的特種結構類型，被廣范應用于與民用建筑的給水、污水、消防工程中。因此在滿足水工藝要求的前提下，既保證今后的正常生產使用，又降低工程造價，是設計人員面臨的主要任務。下面就設計中經常遇到的一些問題，提出幾點看法。關鍵詞：矩形水池；設計；要點
1 荷載取值的問題
1.1 池內水壓力。池內水壓作為水池類構筑物的主要荷載。在設計過程中，應當偏于安全的按滿水高度來水壓。這是因為:一方面使用過程中很可能由于值班人員疏忽或者存在液位計等部件失靈而造成滿池；另一方面今后工藝上有可能技術改造而超過原設計水位。池內水壓荷載的取值大小對于擋水墻式淺池的下端彎矩影響較大。
1.2 池外水浮力。當有地下水時，池壁外側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，地下水對池體的浮托力也不容小視。由于地下水位未掌握好而引起結構選型錯誤及抗浮不夠等工程事故也時有發生。地質勘察報告所提供的地下水位一般僅反映勘測期間的地下水位情況。如果詳勘在當地枯水期進行，所提供的地下水位標高將無法被設計取用，或導致結構計算的失誤。根據實際情況，結合地方水文資料，確定一個合適的地下水位標高做設計地下水位，做到既保證使用階段結構安全和不利情況抗浮安全，又能降低工程造價雙贏的目的。筆者在設計黃驊港某水廠設計大型清水池時，遇到了地下水位特別淺的問題。該水池采用無梁樓蓋設計，在計算水池抗浮過程中，還存在有局部抗浮的問題。設計過程中，覆土厚度增加到1.5m還不能滿足要求。這時候，考慮到是否考慮每年檢修安排在冬季枯水位時，這樣設計所采用的低地下水位標高就能保證正常生產、檢修，從而很好的解決了水池抗浮的問題。
1.3 溫、濕度作用。由于混凝土硬化過程中產生的水化熱、工藝特殊要求以及季節變化等，造成池壁產生膨脹或收縮。當變形受到約束時，在池體中產生相應的的溫度和濕度變形應力，很容易產生有害裂縫。設計時，對夏季應考慮濕差作用，對冬季應考慮溫差作用。前者低溫收縮與濕漲抵消，后者由于外界氣溫低，池壁中水分向外移動，致使外側濕度增加。由于內外側濕度相差不大，通常可以不考慮此時的濕差應力。但內外溫差還在，冬季應考慮壁面溫差應力。在工程設計中按規程提供的方法計算。
2 水池壁板邊界條件的分析
池體結構一般由池壁、底板和頂蓋（是否封閉加蓋由工藝需要決定）所組成。合理的選擇結構計算簡圖和計算公式才能保證結構設計的準確、可靠。水池內力分析計算時，盡量做到邊界條件的假定與實際情況相符。
當水池設有頂蓋時，池壁頂端的邊界條件應根據頂板與池壁的連接構造來確定。當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支，否則應按彈性固定計算。而開敞式水池的池壁邊界條件可假定為三邊支承，頂邊自由的板。
比較兩種邊界條件假定的內力計算結果，設置頂蓋的池壁所承受的彎矩要小很多。因此當采用頂蓋結構有困難時，應盡可能從池壁挑出走道板。走道板滿足規程要求時，可以假定為不動鉸支承，否則可按照彈性支承計算。 池壁與底板整體澆筑時，也應根據兩者的線剛度比確定池壁底端的邊界條件。規程中規定，底板的抗彎剛度10倍于池壁的抗彎剛度就可以滿足作為嵌固端的要求。底板對池壁的嵌固作用效應的程度與池壁高度有關，也與底板單位截條的彈性特征有關，而底板單位截條的彈性特征又與底板的厚度、地基的基床系數有關，還與材料的彈性模量有關。規程規定，當滿足嵌固要求時，底板厚度選取為池壁厚度的1.2-1.5倍。當土質較好，比如密實性土壤時采用1.2倍池壁厚度；當土質一般，比如中等密實性土壤時，采用1.5倍池壁厚度。
3 底板內力模式的選擇
3.1 對于池體容積小，短跨尺寸在6m以內時，計算底板內力可以按地基反力直線分布計算。一般情況下，直接作用于底板上的池內水重和底板自重與它們引起的那部分地基反力直接抵消，而不產生彎曲應力。只有由池壁和池頂、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才會使底板產生彎曲應力。當存在多格水池分格盛水時，地基反力可按照局部均布荷載下的直線分布的原則計算。此時應分格滿池最不利布置按照單向板或雙向板進行靜力結構計算。
3.2 當池底為軟土地基或板的跨度較大，根據上一種計算模式，不考慮彈性地基上的地板在荷載作用下的彈性變形，也不顧及地基土的彈性沉陷。底板跨中的最大彎矩等于簡支底板的跨中彎矩加上池墻荷載底端的固端彎矩。按以上彎矩進行配筋，底板上表面的配筋很大，下表面為構造配筋。有時底板上表面的配筋往往達到讓人無法接受的程度。工程實際計算結果，底板的內力（彎矩）上底板下表面內力大，配筋應該多，上表面除在縱墻附近處可為構造配筋。因此，對于上述情況設計時，應采取單位截條，將構筑物內外墻作為集中力按彈性地基梁進行內力分析。此時考慮地基變形影響，按文克爾假定或半無限彈性體假定計算，兩者均可以查表或軟件計算。
4 構造措施
4.1 池壁、底板的受力鋼筋宜采用小直徑鋼筋和較密的間距，盡可能采用采用HRB335和RRB400級鋼筋。水池各部位的鋼筋間距應在100-250mm范圍內。如果鋼筋間距太密，會影響混凝土振搗，而鋼筋間距太大，容易產生裂縫。
4.2 “暗梁”、“暗柱”。現澆鋼筋混凝土水池最容易在角隅處出現裂縫，因此必須在池壁轉角處、池壁與底板相交處設置“暗梁”、“暗柱”。
敞口水池頂端也宜配置水平向加強鋼筋。根據規程第7.1.7條的規定要求，敞口水池在溫差或地基變形作用下池壁頂端是結構的薄弱點，宜設置暗梁，高度不得小于池壁厚度，內外側各配置不小于3?準16的受力水平鋼筋。
4.3 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。北方地區的沉淀池等應做成封閉式，以防冬季水池上部結冰，發生凍脹水池的事故。
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[1]CECS 138:2002 給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程[S].北京：建筑出版社，2002.
[2]郭天木.貯水構筑物底板內力的合理計算[J].特種結構，2004，21（1）.
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