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摘要：钢筋混凝土水池是给排水工程中重要的构筑物之一。本文探讨了水池结构设计的方法和特点，从使用材料、荷载计算及内力组合、内力计算、构造措施四个方面提出了设计中一些值得注意的问题，从而使钢筋混凝土矩形水池设计的更加可靠和经济。
关键词：结构设计；矩形水池；使用材料；水池荷载；内力计算；构造措施
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
引言
钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型，被广范应用于工业与民用建筑的给水、消防、排污工程中。在实际的工程设计中，应充分对所设计谁吃的环境以及结构特点进行分析，保证今后的正常生产使用，又降低工程造价。
钢筋混凝土矩形水池一般由池壁、池底板和池顶盖组成。
1.水池结构设计假定
1.1 水池使用材料
在水工构筑物的设计工程中,应首先确定该水池的结构类型,一般情况下半地下式及地下矩形水池,建议采用钢筋混凝土材料。
贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25;3.0.3.钢筋混凝土构筑物的抗渗,宜以混凝土本身的密实性满足抗渗要求。混凝土的抗冻等级应进行试验确定。
贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土，其含碱量最大限制应符合《混凝土碱含量限值标准》CECS53的规定，不得采用氯盐作为防冻、旱强的掺和料。受侵蚀介质影响的混凝土，应根据侵蚀性质选用。
2.水池结构分析
2.1 水池荷载分类及选用
2.1.1 池顶荷载
有顶盖的水池，应计算作用于池顶板上的竖向荷载，包括顶板自重、防水层重、覆土重、雪荷载和活荷载。雪荷载和活荷载不同时考虑。
当地面无堆载时，地面活荷载可按1.5~2.0KN/m2考虑。
2.1.2 池壁荷载
作用在池壁上的荷载可分为池内水壓力、池外土压力和地下水压力。
池内水压一般偏安全地按满池来计算水压。对于地下式或半地下式水池，土对池壁有侧压力，侧压力通常用朗肯主动土压力理论计算。
2.1.3 温、湿度变形应力
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。在水池结构设计中，主要采取下列措施来消除或控制温差、湿差造成的不利影响：
1）设置伸缩缝或者后浇带，以减少对温度或者湿度变形的约束；
2）配置适量的构造钢筋，以抵抗可能出现的温度或湿度应力；
3）通过计算来确定温度或湿度造成的内力，在承载力和抗裂计算中加以考虑。
2.2 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)，
第①组合为地上式水池的必需组合；
②池外土压+自重(对应工况为：池内无水，池外有土)，第②组合是半地上式水池和地下式水池的必需组合；
③池内水压+自重+温、湿度变形应力；
第③组合用于冬夏季或早晚温、湿差大的地区，并且没采区任何保温措施的水池。
水池结构构件正常使用极限状态的设计要求主要是裂缝控制。当荷载效应为轴心受拉或小偏心受拉时，其裂缝控制应按不允许开裂考虑，此时，凡承载能力极限状态设计时，必须考虑的各种荷载组合，在抗裂计算时都要考虑；当荷载效应为受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，裂缝控制按限制最大裂缝宽度考虑，此时，只考虑使用使用阶段的荷载组合，但可不计入活荷载短期作用的影响，即最大裂缝宽度应按荷载效应的准永久组合值计算。
3.水池内力计算
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。
3.1 池壁的边界条件假定和内力计算
3.1.1 池壁与顶板
a.对于敞口水池池壁和顶板为预制搁置且无连接措施时，池壁顶端视为自由端；
b.当预制板与池壁顶端设有抗剪钢筋连接或池壁与顶板整体浇筑，仅配置抗剪钢筋时，连接应视为铰接；
c.当池壁与顶板整体浇筑，并配置连续钢筋时，池壁与顶板节点应视为弹性固定，而当池壁与顶板整浇，且池壁的线刚度与顶板线刚度比值大于5时，顶板相对于池壁来说可视为铰接。
3.1.2 池壁与底板
a.当池壁底端为独立基础时，池壁底端可视为固定支承；
b.对于非独立的基础，当池底板外挑长度大于池壁厚度及底板厚度时，池壁底端也可视为固定支承；
c.当底板较薄或挑出长度较小，而地基较弱时，宜按弹性固定计算。
3.1.3 池壁与池壁
矩形水池相邻池壁间的连接应按弹性固定考虑。
3.2 抗浮稳定计算
当水池地面标高在地下水位以下，或位于地表滞水层内又无排除上层滞水措施时，地下水或者地表滞水就会对水池产生浮力。当水池处于空池状态时就有被浮托起来或池底板和顶板被浮力顶裂的危险，此时应对水池进行抗浮稳定性验算。
封闭式水池的抗浮稳定性不够时，可以用增加池顶覆土厚度的办法来解决。开敞式水池的抗浮稳定性不够时，则采用增加水池自重，将底板悬伸出池壁以外，并在上边压土。凡采用覆土抗浮的水池，在施工阶段尚未覆土之前，应采取降低地下水位的措施。
4.构造措施
水池计算不仅要满足水池的强度、稳定和裂缝宽度要求，还要采用构造措施，加强结构的整体刚度，增强其防水、抗渗和耐冻性能。构造措施如下：
a.混凝土水池的受力壁板与底板厚度不宜小于20cm。
b.混凝土水池各部件的受力钢筋宜采用小直径钢筋，每米宽度不宜小于4根，且不宜超过10根。
c.现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角与顶、底板的交接处，为增强连接处的抗裂性，宜设45°腋角，并在腋角内配附加筋与受力筋相同，间距宜为受力筋间距的两倍。
d.敞开式水池往往在池壁顶部先开裂，池壁顶端宜设置暗梁，高度不得小于池壁厚度；在池壁的转角和内隔墙与外池壁交接处宜设置暗柱，池壁太长，也可以每隔一段距离设置暗柱。
e.钢筋混凝土水池池内外表面抹防水砂浆面层。
f.在水池露出地面四周设散水坡，防止地面水渗入引起地基不均匀沉降。
5.结语
综上所述，只有全面了解水池各构件的组成及联系，才能更好的对其进行简化，选取合理的结构方案，应用正确的结构计算简图和计算公式，并结合水池这种特种结构的构造特点，才能把钢筋混凝土矩形水池设计得更加可靠和经济。
参考文献
SH/T3132-2002 石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范
CECS138：2002给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程
GB50069-2002给排水工程构筑物结构设计规范
关键词：结构设计；矩形水池；使用材料；水池荷载；内力计算；构造措施
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
引言
钢筋混凝土矩形水池作为常见的特种结构类型，被广范应用于工业与民用建筑的给水、消防、排污工程中。在实际的工程设计中，应充分对所设计谁吃的环境以及结构特点进行分析，保证今后的正常生产使用，又降低工程造价。
钢筋混凝土矩形水池一般由池壁、池底板和池顶盖组成。
1.水池结构设计假定
1.1 水池使用材料
在水工构筑物的设计工程中,应首先确定该水池的结构类型,一般情况下半地下式及地下矩形水池,建议采用钢筋混凝土材料。
贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25;3.0.3.钢筋混凝土构筑物的抗渗,宜以混凝土本身的密实性满足抗渗要求。混凝土的抗冻等级应进行试验确定。
贮水或水处理构筑物、地下构筑物的混凝土，其含碱量最大限制应符合《混凝土碱含量限值标准》CECS53的规定，不得采用氯盐作为防冻、旱强的掺和料。受侵蚀介质影响的混凝土，应根据侵蚀性质选用。
2.水池结构分析
2.1 水池荷载分类及选用
2.1.1 池顶荷载
有顶盖的水池，应计算作用于池顶板上的竖向荷载，包括顶板自重、防水层重、覆土重、雪荷载和活荷载。雪荷载和活荷载不同时考虑。
当地面无堆载时，地面活荷载可按1.5~2.0KN/m2考虑。
2.1.2 池壁荷载
作用在池壁上的荷载可分为池内水壓力、池外土压力和地下水压力。
池内水压一般偏安全地按满池来计算水压。对于地下式或半地下式水池，土对池壁有侧压力，侧压力通常用朗肯主动土压力理论计算。
2.1.3 温、湿度变形应力
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。在水池结构设计中，主要采取下列措施来消除或控制温差、湿差造成的不利影响：
1）设置伸缩缝或者后浇带，以减少对温度或者湿度变形的约束；
2）配置适量的构造钢筋，以抵抗可能出现的温度或湿度应力；
3）通过计算来确定温度或湿度造成的内力，在承载力和抗裂计算中加以考虑。
2.2 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)，
第①组合为地上式水池的必需组合；
②池外土压+自重(对应工况为：池内无水，池外有土)，第②组合是半地上式水池和地下式水池的必需组合；
③池内水压+自重+温、湿度变形应力；
第③组合用于冬夏季或早晚温、湿差大的地区，并且没采区任何保温措施的水池。
水池结构构件正常使用极限状态的设计要求主要是裂缝控制。当荷载效应为轴心受拉或小偏心受拉时，其裂缝控制应按不允许开裂考虑，此时，凡承载能力极限状态设计时，必须考虑的各种荷载组合，在抗裂计算时都要考虑；当荷载效应为受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，裂缝控制按限制最大裂缝宽度考虑，此时，只考虑使用使用阶段的荷载组合，但可不计入活荷载短期作用的影响，即最大裂缝宽度应按荷载效应的准永久组合值计算。
3.水池内力计算
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。
3.1 池壁的边界条件假定和内力计算
3.1.1 池壁与顶板
a.对于敞口水池池壁和顶板为预制搁置且无连接措施时，池壁顶端视为自由端；
b.当预制板与池壁顶端设有抗剪钢筋连接或池壁与顶板整体浇筑，仅配置抗剪钢筋时，连接应视为铰接；
c.当池壁与顶板整体浇筑，并配置连续钢筋时，池壁与顶板节点应视为弹性固定，而当池壁与顶板整浇，且池壁的线刚度与顶板线刚度比值大于5时，顶板相对于池壁来说可视为铰接。
3.1.2 池壁与底板
a.当池壁底端为独立基础时，池壁底端可视为固定支承；
b.对于非独立的基础，当池底板外挑长度大于池壁厚度及底板厚度时，池壁底端也可视为固定支承；
c.当底板较薄或挑出长度较小，而地基较弱时，宜按弹性固定计算。
3.1.3 池壁与池壁
矩形水池相邻池壁间的连接应按弹性固定考虑。
3.2 抗浮稳定计算
当水池地面标高在地下水位以下，或位于地表滞水层内又无排除上层滞水措施时，地下水或者地表滞水就会对水池产生浮力。当水池处于空池状态时就有被浮托起来或池底板和顶板被浮力顶裂的危险，此时应对水池进行抗浮稳定性验算。
封闭式水池的抗浮稳定性不够时，可以用增加池顶覆土厚度的办法来解决。开敞式水池的抗浮稳定性不够时，则采用增加水池自重，将底板悬伸出池壁以外，并在上边压土。凡采用覆土抗浮的水池，在施工阶段尚未覆土之前，应采取降低地下水位的措施。
4.构造措施
水池计算不仅要满足水池的强度、稳定和裂缝宽度要求，还要采用构造措施，加强结构的整体刚度，增强其防水、抗渗和耐冻性能。构造措施如下：
a.混凝土水池的受力壁板与底板厚度不宜小于20cm。
b.混凝土水池各部件的受力钢筋宜采用小直径钢筋，每米宽度不宜小于4根，且不宜超过10根。
c.现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角与顶、底板的交接处，为增强连接处的抗裂性，宜设45°腋角，并在腋角内配附加筋与受力筋相同，间距宜为受力筋间距的两倍。
d.敞开式水池往往在池壁顶部先开裂，池壁顶端宜设置暗梁，高度不得小于池壁厚度；在池壁的转角和内隔墙与外池壁交接处宜设置暗柱，池壁太长，也可以每隔一段距离设置暗柱。
e.钢筋混凝土水池池内外表面抹防水砂浆面层。
f.在水池露出地面四周设散水坡，防止地面水渗入引起地基不均匀沉降。
5.结语
综上所述，只有全面了解水池各构件的组成及联系，才能更好的对其进行简化，选取合理的结构方案，应用正确的结构计算简图和计算公式，并结合水池这种特种结构的构造特点，才能把钢筋混凝土矩形水池设计得更加可靠和经济。
参考文献
SH/T3132-2002 石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范
CECS138：2002给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程
GB50069-2002给排水工程构筑物结构设计规范