钢筋混凝土水池是常见的构筑物，但由于结构专业常用的规范涉及水池的内容较少，且国内针对水池 的专业结构计算软件尚不成熟，结构设计者大多分解取出水池构件，假定为杆件或单双向板模型，通过手 算加经验进行粗糙式的工程设计，在计算及构造甚至制图上很不规范，得出的结果也不是很精确。这种将 组成结构的底板、池壁与地基分离为各自独立的结构单元分别进行力学分析，不能很好地模拟水池结构的 实际工作状态。本文结合某矿山项目实际工程中采用的异形水池，详细介绍运用MIDAS/Gen进行有限元分 析和结构设计的过程，供广大工程技术人员参考。

二、工程概况与有限元模型的建立

该工程位于我国中东部某地区，其中有一清水池及废水调节池，由于场地限制，合并为一异形水池（详 见图1、图2）。总长度29.45米，宽14.45米，地上3.7米，地下1.0米（含底版及垫层厚度），属于半地下 口钢筋混凝土异形水池。设计有效水深为3.7米。根据业主提供的地质勘察报告，持力层承载力为200Kpa 该层厚度4.2米左右，可做为持力层。地下水位较低，稳定水位在地面下3.7米左右，可不考虑地下水的影 响。根据水池试算情况，底板厚度为500mm、池外侧壁厚度为350mm，池内侧壁厚度为250mm，混凝土强 度等级为C30。另外为满足工艺要求，在池内侧壁上设置了一定数量的导流孔[1.0米（宽)x0.5米高)]。

图1 水池平面布置图

（二）荷载的选取与组合 1.顶板荷载 对于有顶盖的封闭式水池，顶板作用的荷载由恒载及活载组成，恒载包括覆土荷载和顶板自重；活荷 载包括顶板活荷载和地面活荷载。对于全地下水池，只考虑地面活荷载；对于半地下式或地面水池，只考 虑顶板活荷载；散口式水池无顶板荷载。本项目采用散口式水池，因此不考虑顶板荷载。 2.池壁荷载 池壁作用的荷载包括：池内水压力、池外土压力、池外地下水压力、地面活荷载及温度（湿度）作用 （1）池内水压力（作用于壁板内侧）是水池承受的主要荷载之一，偏于安全考虑按满池来计算水压。

工业建筑2015增刊

第土五届全国现代结构工程学术研讨会

图3划分网格后的有限元模型

工业建筑2015增王

第土五届全国现代结构工程学术研讨会

在考虑了土压力、池内水压力、温度作用、风荷载等方面的作用下，对异形水池进行静力有限元分析 较为精确地得到设计所需的内力设计值。 通过有限元分析，可以很直观地得到结构设计所需要的弯矩值。根据计算所得弯矩值，进行配筋设计 有限元分析可以全面地了解水池整体的受力情况，直观精确地给出结构设计所需要的内力值，方便结构设 计，提高了工作效率。 由于清水池、废水调节池相互独立，有废水调节池满水、清水池无水以及清水池满水、废水调节池无 水两种情况。

图5侧壁②最大弯矩值134.2kN?m/m

清水池满水、废水调节池无水

工业建筑2015增刊

图7侧壁③最大弯矩值110.6kN?m/m

侧壁③最大弯矩值56.7

第土五届全国现代结构工程学术研讨会

废水调节池满水、清水池无水 图9内侧壁最大拉力值757.4kN/m

周节池满水、清水池无水

图10底板③最大弯短值166.2kN?m/m

水池配筋设计时，须注意以下几点： （1）通过有限元分析求得内力后，可按规范要求进行配筋设计，一般按矩形截面，取截面宽度1m进 行计算，并且要验算裂缝等。 （2）池壁竖向：竖向弯矩按受弯构件计算。 （3）池壁水平向：水平向弯矩和水平拉力一般按偏心受拉构件计算；当弯矩为零时，按轴心受拉构件 计算；当轴力为零时，按受弯构件计算。 （4）池底按受弯构件或偏心受拉构件计算。

水池结构的设计计算，除满足强度、结构稳定性和抗裂度或限制裂缝的宽度计算外，还必须在构造上 具有防水、抗渗耐冻的能力。钢筋混凝土水池主要靠自身的密实性来增强其防水、抗渗和耐冻性能。针对 这项工程，在设计方面采取了以下构造措施 （1）设置“暗梁”、“暗柱”。 水池最易在池壁上部出现裂缝，依据规程CECS138：2002第7.1.7条“散口水池顶端配置的水平向加 强钢筋内外两侧各部应少于3根，间距不宜大于10cm，直径不应小于池壁受力钢筋，且不小于16mm” 称为“暗梁”。从而使易裂的薄弱部位含钢率增大，也增强了结构的抗裂性能。“暗柱”设在池壁交接 的转角和丁字交接处以及十字交叉处，配4根Φ20mm的竖向受力筋来加强水池整体性，加强薄弱部 位，提高抗裂性能。 （2）为保证池壁与池壁、池壁与底板的刚性连接，避免应力集中，一般池壁与池壁设置45°腋角， 水池池壁与底板之间设置胶角高宽比为1/2。依据规程CESC138：2002第7.1.8条，腋角边宽度不宜 小于150mm，一般取池壁厚度的0.8倍~1.2倍，腋角内配置斜筋不小于池壁受力钢筋的50%。

工业建筑2015增刊

第士五届全国现代结构工程学术研讨会

设计提供可靠的设计依据，确保工程质量。有限元模型的建模、计算分析的过程中，计算假定难 之处，欢迎同行们指正。

工业建筑2015增刊

工业建筑2015增刊