地下式水池结构计算及构造要点

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1、地下式水池结构计算及构造要点　　【摘要】随着我国城市化的发展，土地资源日渐紧缺，城市用水及污水处理日渐增多，为解决城市供水和污水处理，须建设大型的供水水池和污水处理水池。为减小对占有土地和美化城市面貌，大型水池逐渐转入地下。【关键词】地下水池；结构计算；水池荷载；水池构造　　一、地下水池荷载的计算及内力组合分析　　作为特种结构，地下钢筋混凝土矩形水池被广泛应用于工业与民用建筑的配套工程中。池壁、底板和顶盖这三个部分是构成地下钢筋混凝土水池的主要结构。　　1、水池荷载的计算及内力组合　　水池荷载的分类及选用　　池顶荷载对

2、于封闭式地下水池，作用于池顶板上的竖向荷载主要有：顶板自重、覆土及保温重、雪荷载、绿化种植和活荷载。在荷载组合时一般活荷载比雪荷载大，有时还要按地面堆载考虑。　　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。池内水压是水池承受的主要荷载之一，在实际设计中，一般可按满池来计算水压。一是考虑工艺上实际运行时有可能超过原设计水位；二是一旦误操作而造成满池时可保证结构的强度满足要求，而不至于造成垮塌。对于地下式水池，主要是地下水和土对池壁的侧压力，由土产生的侧压力通常用朗肯主动土压力理论计算，土的各参数可

3、按岩土勘察报告所提供的实际数值取用，但在初步设计或缺乏资料时，土的内摩擦角可暂取30°，土的重度可取18kN/m3；此外，地面还需考虑堆载影响，无资料时地面堆载可按10KN/m2考虑。　　荷载组合地下水池设计中一般考虑三种工况：第一种工况为池内有水而池外土还没有回填；第二种工况为池内无水而池外有土，此时需要考虑地面堆积荷载和池外地下水压力的共同作用；第三种工况为池内有水、池外有土共同作用的情况。　　2、水池内力计算水池的内力计算主要包括顶板、池壁和底板内力计算。顶板计算可利用PKPM软件按楼板进行建模计算；池壁按不同边

4、界条件简化为单向板或者双向板计算；底板则简化为地基反力作用下的倒楼盖进行建模近似计算。　　池壁的边界条件假定和内力计算　　池壁的边界条件假定：池壁与顶板的连接情况，池壁的边界条件可假定为三边固接、顶边铰接的板。当池壁与顶板整体连接，且池壁与顶板配置抗剪钢筋时，可假设池壁顶端为铰支承；当池壁与顶板整体浇筑且配置连接钢筋时，该节点应视为弹性固定，一般按第一种节点进行处理。池壁底部视为与底板固结时须确保底板刚度要大于池壁，底板厚度一般大于壁板厚度的倍。　　底板内力计算　　地基反力的理解这里先明确一个概念“地基净反力”：水池最

5、终通过底板作用将整个池体荷载传给地基，不考虑池底板的荷载作用，作用于底板上的主动力包含壁板及顶板自重、顶板覆土重和承受的活荷载，此时的荷载组合后假定均匀作用于地基土，由此部分力反作用在底板上的方称之为“地基净反力”，该地基净反力可认为直接作用在底板上的均布荷载。　　底板内力计算的常用方法水池底板结构计算，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，忽略变形协调条件，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

6、的小型水池，是一种适宜手工计算的简便方法。但多格水池底板计算时手算较繁琐，可借用计算机进行简化计算，当地基满足承载力要求时，将水池底板简化为倒楼盖模型，进行如PKPM软件建模计算，在底板配筋时，要考虑由于多格水池池壁间距不同会产生的应力集中问题。在底板配筋中，由于池壁厚度一般小于底板，底板刚度要强于池壁，在计算出底板配筋时，池壁支座处负筋计算面积较大，要注意底板与池壁相交处的刚度及配筋差异，一般池壁根部弯矩较大，池壁竖向加筋可按照图一进行设置，既能满足受力要求，又便于施工。增设竖筋和通长竖筋间隔布置，其长度以实际受力计

7、算确定。　　二、地下水池抗浮设计　　1.浮力的合理计算　　浮力的计算原理　　基本原理是根据阿基米德定律：浮力等于它所排开水体体积的重量，即：p=ρgv/A=rwv/A=γwh　　式中p——单位面积水浮力；A——物体底面积；γw——水容重；h———物体在水中的高度。考虑到池体空池检修的工况，在实际工程中设计抗浮水位按地勘报告给出的抗浮水位取用。　　2.水池的抗浮验算　　池顶荷载　　池顶荷载仅考虑恒荷载，恒荷载包括覆土重、防水层重和结构自重。整体式水池的防水层重量较小，可略去不计。池顶覆土的主要作用是保温和抗浮，另外还可以

8、达到种植绿化的要求。　　池底荷载　　池底所受的荷载有池底结构自重及地下水向上的反作用力。　　水池的抗浮计算　　地下水池产生的上浮的原因是结构自重和地下水池侧壁磨擦力之和小于水浮力。地下结构所受的地下水浮力总和为作用在基础板上的静水压强与底板面积的乘积，　　即水浮力：P=p×A，式中P—基底所受的水浮力；p—作用在底板上的静水压强；