异形水池的合理性与设计分析

【摘 要】一座净水（或污水）处理厂，其建筑设计的技术与经济合理性，主要取决于水池结构的技术与经济合理性，掌握水池选型和结构布置的科学性是水池结构设计的关键。近年来，对于异形水池的使用力度逐步加大，因此必须对异形水池的适用条件、经济指标有明确的概念，用以指导工程实践 。

【关键词】异形水池；设计合理性；工程实践性

1. 概述

水池是给排水以及其他一些水处理结构工程中的核心工程，广泛应用与市政、环境、水利和工业项目建设工程中。土建工程中水池造价占全部费用的75%以上，其中水池结构设计的科学性与合理性对水池的造价有直接的影响。如何从概念入手，掌握水池选型和结构布置的科学性是水池结构设计的关键，因此必须对不同形式水池的适用条件、经济指标有明确的概念，用以指导工程实践 。

2. 圆形水池和矩形水池的影响因素

给排水和水处理结构工程中最常用的水池形式圆形水池和矩形水池，无论是选择何种水池，都需优先考虑以下三方面因素：

2.1 水池容积

工程实践表明，对于贮水类水池，容积在3 000 m3以内时，圆形水池比矩形水池的经济效果更好。容积如果继续增大，则圆形水池的直径需要变大，池壁的环向拉力将会增大，则需要较大的壁厚来抵消拉力以维持稳定结构，这将导致造价过大。但对于一般的水处理结构水池虽然容积小，由于考虑施工和多个水池的组合而多采用矩形水池。

2.2 抗裂要求

上述可知，圆形水池池壁主要以环向受拉为主，容易引起贯通裂缝，在容积较大的时候需采用预应力结构形式，这样会使圆形水池的造价增大。矩形水池的池壁除极小的偏心受拉外，主要是受弯力影响较大，一般截面都会存在均匀的受压区，裂缝一般不会贯通，只需要让最大裂缝满足抗裂要求即可。

2.3 布置场地

就场地的相关布置而言，矩形水池相比圆形水池，对场地的适应性更强一些，如在山区狭长地带建造水池以及在城市大型给水工程中，矩形水池的这一优越性有利于节约用地，同时矩形水池又便于水池间的组合和管道连接。

3.异形水池的设计影响因素

近年来，以上介绍的圆形和矩形水池在水厂之类的大型企业中依然大量使用。但是随着人们生活水平的提高，经济条件的改善，尤其是别墅的出现，异性水池的艺术感与其相适应，从而异性水池的建造力度一直加大，下文将对其构建和理性进行讨论。

3.1 构造简图设计

3.1.1 池壁与顶板

对于敞口水池池壁和预制的顶板，并且顶板搁置在池壁顶端无任何连接措施时，应视池壁顶端为自由端。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，池壁与顶板的连接应视为铰接。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

当池壁底端为独立结构时，池壁底端可视为固定支承。而对于非独立基础，当满足一定数量关系时，池壁底端也可视为固定支承。当水池底板较薄或挑出长度较小的情况下，按弹性固定计算比较合适。

3.1.3 池壁与池壁

水池的设计中，相邻壁间的连接按照固定弹性考虑。所以在计算有关相邻池壁间的弯矩时，需要对相邻近的不平衡弯矩进行平衡分配，以使水池的设计趋于科学性。

3.2 荷载组合

3.2.1 地下式水池

地下水池的设计一般主要计算两种工况，第一种工况为闭水试验情况下，即池内有水而池外无回填土。第二种工况为池内无水期间，而池外有土，同时还需考虑地面有堆积荷载以及池外地下水压力共同作用。

3.2.2 地面水池

第一种工况为闭水试验，主要考虑池内水和温、湿度作用的影响。第二种工况为使用期，主要考虑池内水，池外填土、地下水压力和温、湿度作用的影响。

3.3 内力计算

3.3.1 顶板和底板

对于有顶盖水池，顶盖计算和钢筋混凝土楼盖的计算方法比较类似；而对于圆形顶板，根据支承条件可查静力计算手册进行计算；对于异形水池的内力计算，可将其进行相关微分，化为若干个小圆形和小矩形进而用上述方法进行计算。底板计算时，视水池底板的结构形式而定，当水池池壁采用独立基础时，底板的反力按直线分布考虑，对于一般水处理结构水池，由于平面尺寸较小，底板多为等厚平板，须按不同荷载情况计算内力，进行组合叠加即可。

3.3.2 池壁的内力计算

水池池壁的内力按弹性理论进行计算，根据池壁壁板的长度和壁板的高度的比值和壁板边界条件按《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》规定计算。应该注意的是池壁与池壁的边界条件多为弹性固定，因此须进行不平衡弯矩的分配。

4. 构造要求和注意事项

4.1 钢筋的混凝土保护层

新《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》对水池的耐久性提出了更高要求，提高了混凝土保护层厚度，最小保护层厚度取值直接和构件类型以及构件所处环境相关，一般情况下最小保护层厚度要求不低于25mm。

4.2 水池的变形缝

《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》规定伸缩缝之间的间距不大于20 m，而往往实际工程中不希望分缝，一般采用掺外加剂和设置后浇带等方法，并结合施工季节的温度延长伸缩缝的2倍，特别是地面式水池，必要时还是设置伸缩缝为宜。

4.3 暗梁与暗柱

敞开式水池池壁的顶端宜设置暗梁，高度不得小于池壁厚度，内外两侧各配置一定的受力水平钢筋，以加强上口的抗裂性能。在池壁的转角和内隔墙与外池壁交接处也宜设置暗柱，以改善节点的受力效果和加强钢筋的锚固及抗裂性能。

4.4 配筋构造要求

受力钢筋一般采用直径较小的钢筋较为合适，间距宜为140 mm～240 mm ，内、外各侧受力钢筋和构造钢筋配筋率均不应小于0.20% ，受力钢筋的配筋百分率宜控制在0.3%～0.7%的经济配筋率范围内。受力钢筋的有效锚固长度必须按GB 50010钢筋混凝土结构设计规范的规定采用。

4.5 转角加腋

现浇钢筋混凝土水池池壁的拐角及与顶板、底板的交接处宜设置腋角，腋角边宽不宜小于150 mm ，腋角内配斜筋的直径与池壁受力筋相同，间距宜为池壁受力钢筋间距的两倍或为200 mm。

5. 结束语

全面理解和掌握水池设计的要点并能正确运用于工程实践，有利于提高水池设计的科学性和经济性，鉴于钢筋混凝土水池所处的环境，除正确的理论计算和选择合理的结构形式外，同时必须重视水池的构造要求，从而全面提高水池设计的质量。

参考文献：

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