CECS139-2002 给水排水工程 水塔结构设计规程.pdf

E j CjCECS 1 39:2 002中国工程建设标准化协会标准 给水排水工程水塔结构设计规程S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o f w a t e r t o w e ro f w a t e r s u p p l y a n d s e w e r a g e e n g i n e e r i n g中国工程建设标准化协会标准 给水排水工程水塔结构设计规程S p e c i f ic a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o f wa t e r t o we r o f w a t e r s u p p l y a n d s e we r a g e e n g i n e e r in gCE CS 1 3 9-2 0 0 2主编单位:铁 道 专 业 设 计院批准单位:中国工程建设标准化协会施行日期;2 0 0 3年 2月1日前言 本规程原属于 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4中第五章的内容。根据逐步与国际接轨的需要，现将本规程独立成本，以便工程应用和今后修订。据此，按中国工程建设标准化协会(9 4)建标协字第 1 1 号 关于下达推荐性标准编制计划的函 的要求进行编制。本规程根据国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准)G B5 0 0 6 8-2 0 0 1 和 工程结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 1 5 3-9 2规定的原则，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法编制，并与有关的结构专业设计规范协调一致。本规程总结了原 给水排水工程结构设计规范 GB J 6 9-8 4近十多年来在国内工程中的应用经验，吸取了国内外的科研成果，并征求了有关设计、施工、科研和高等院校的意见，对内容作了大量的充实。本规程共分 6 章和4个附录。主要内容有总则、主要符号、结构上的作用、基本设计规定、静力计算、基本构造要求及附录。根据国家计委计标 1 9 8 6 1 6 4 9 号文 关于请中国工程建设标准化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知 的要求，现批准协会标准 给水排水工程水塔结构设计规程，编号为C E C S 1 3 9:2 0 0 2，推荐给工程建设设计、施工、使用单位采用。本规程第 4.2.1,4.3.1,6.1.1,6.5.3,6.5.4,6.5.7,6.5.8条及第 6.2.3 条 2,3 款,6.3.2 条 1 款、6.3.3条 1 款，建议列人 工程建设标准强制性条文。本规程 由中国工程建设标准化 协会贮藏构筑物 委员会C E C S/T C 1 0(北京西城区月坛南街乙二号北京市市政工程设计研究总院，邮编:1 0 0 0 4 5)归口管理，并负责解释。在使用中如发现需要修改或补充之处，请将意见和资料径寄解释单位。主编单位:铁道专业设计院 参编单位:中冶集团长沙冶金设计研究总院 主要起 草人:宋绍先、归衡石中国工程建设标准化协会 2 0 0 2年 1 2月 2 0日目次1 总则2 主要符 号3 结构上的作用 3.1 作用分类和作用代表值 “3.2 永久作用标准值 。一“3.3 可变作用标准值、准永久值系数 。”4 基本设计规定 4.1 一般规定4.24.3承载能力极限状态计算正常使用极限状态验算5 静力计算 5.1 一般规定 5.2 水箱计算 5.3 支承结构计算 .5.4 地基基础计算 .6 基本构造要求 6.1 一般规定6.26.3水箱支 承 结 构础他基其 6.4 6.5附录 A附录 B附录 C框架式多支柱水箱下环梁内力计算水塔结构基本自 振周期计算附加力矩计算 (1)(2)(6)(6)(6)(7)(1 0)(1 0)(11)(12)(1 5)(1 5)(15)(2 0)(24)(29)(29)(3 0)(3 2)(35)(35)(37)(3 8)(4 1)1附录 D 钢筋混凝土矩形截面处于受弯或大偏心受压(拉)状态时的最大裂缝宽度计算 。本规程用词说明 .附:条文说明(45)(47)(49)1 总则1.0.1 为了在给水排水工程的水塔结构设计中，贯彻执行国家的技术经济政策，达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的目的，制定本规程。1.0.2 本规程适用于城镇公用设施和工业企业中一般给水排水工程贮存常温水的水塔结构设计。本规程不适用于工业企业中具有特殊要求的给水排水工程水塔结构设计(如烟囱水塔、多功能组合水塔等)。1.0.3 本规程适用于常用的钢筋混凝土结构水塔和小型钢筋混凝土水箱砖石支承结构水塔。本规程不适用于钢水塔、钢丝网水泥水箱和其他材料水箱的结构设计。1.0.4 本规程系根据现行国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 0 6 8,工程结构可靠度设计统一标准K GB 5 0 1 5 3和 给水排水工程构筑物结构设计规范 G B 5 0 0 6 9 规定的原则制定。1.0.5 按本规程设计时，对于一般荷载的确定、构件截面计算和地基基础设计等，应按国家现行有关标准的规定执行。对于建造在地震区、湿陷性黄土区、膨胀土区、永冻土区等特殊地区的水塔结构设计，尚应符合国家现行有关标准的规定。2 主 要 符 号2.0.1 作用、作用效应和抗力 s钢筋混凝土支筒的计算刚度;几 第i 个永久作用的作用效应系数;co,第 1 个可变作用的作用效应系数;C Q;第i个可变作用的作用效应系数;F、作用在水箱上的风荷载传递到一棍平面框架的力 的设计值;G ik 第 i 个永久作用的标准值;M计算截面的力矩设计值;从水箱的施工安装误差和作用在水箱上的风荷载对 支筒顶端产生的力矩设计值;M。在风荷载、施工偏差及基础倾斜的影响下，支筒变 位后，水箱和支筒重量引起的计算截面 Z处的附 加力矩设计值;M二由于结构重心偏移、施工偏差引起的结构 自重对 支筒底部产生的力矩设计值;M。作用在水箱和支筒上的风荷载对支筒底部产生的 力矩设计值;从(9)在地基变形、基础倾斜及施工偏斜的影响下，支筒 产生变位后，水箱和支筒重量引起的计算截面 Z 处的附加力矩设计值;N计算截面处的轴向力(荷载)设计值;N】锥壳或球壳环梁的环向拉力设计值;N,2 水箱箱壁下部环梁的环向拉力设计值;N,锥壳箱底对环梁产生的环向压力设计值;N,锥壳或球壳边端的径向力;P-竖向荷载引起的基础底面的压力;P.基础边缘最大压力;N.i.基础边缘最小压力;Q 1 4 第 1 个可变作用的标准值;4环梁上的均布线荷载;9+球壳上的均布临界荷载;R 结构抗力的设计值;S 作用效应组合的设计值;“作用在水箱重心处的单位水平力在该点引起的位 移;0 风荷载、施工偏差引起的水箱支筒的倾斜角;V;第 1 层平面框架的水平剪力;w o 基本风压;w k 风荷载标准值;W作用 在水箱上的风荷载设计值;二、作用在支筒底端的风荷载设计值;W z 作用在支筒顶端的风荷载设计值。2.0.2 计算系数 K，组合作用下的稳定抗力系数;K 支筒产生弹性变位后，水箱重量引起附加力矩设 计值的高阶影响系数;P.-:高度处的风 振系数;Y o结构重要性系数;Y c.第 i 个永久作用的分项系数;Y O,第i 个可变作用的分项系数;P,风荷载体型系数;/I.风压高度变化系数;3 ,a.重现周期系数;w 纵向挠曲系数;I A 组合系数;0.第i 个可变荷载的准永久值系数。2.0.3 几何参数 A支筒截面面积;A,基础底面积;H,H,水塔结构的 计算高度，下水箱 计算高 度;Ho 支筒计算高度;I,I.I I;,h s,s,惯性距;基础倾斜方向两边缘的最终沉降量;W支筒截面抵抗矩，基础底面抵抗矩;二 自计算截面至支筒顶端的距离;、b结构宽度，基础台阶宽度;d 支筒直径，基础板直径，钢筋直径;d支筒顶端至水箱重心处的距离;e o 纵向力对截面重心的偏心距;由于水箱安装误差 引起的水箱重心对支筒中心的偏心距;h 结构高度，结构厚度，基础厚度;h,基础板端厚度;h水箱重心至支承结构第 i 段的高度;h 水箱重心至基础顶面或支承结构底部的高度;乙。一一梁、板结构的跨度;1 e钢筋锚固长度;r o 环梁中心处半径;r.支筒中心线半径;r.,一 一 球壳中心线半径;t 球壳厚度;乙 支筒全高的施工累计误差值;Q 水箱壁下锥底斜面与水平面的夹角;a,-锥壳水箱底斜面与水平面的夹角;0.锥壳斜面或球壳边端切线与水平面的夹角。2.0.4 其他 E混凝土弹性模量;Es地基土压缩模量，钢筋的弹性模量;5 混凝土抗渗等级;T I 基本自振周期;m,m,m 2 水箱或上下 水箱的质量;协。支承结构的折算质量。3 结构上的作用3.1 作用分类和作用代表值3.1.1 水塔结构上的作用按其性质可分为永久作用和可变作用两类:永久作用应包括水塔结构自重(含地板、平台)、土的竖向压力、水箱内水的竖向和侧向压力、地基的不均匀沉降、水塔的永久设备(管道及其附件、铁梯、栏杆、电气设备、防雷设备等)。可变作用应包括风荷载、雪荷载、活荷载、温度变化、湿度变化、施工和检修荷载。3.1.2 结构设计时，对不同的作用应采用不同的代表值。对永久作用应采用标准值作为代表值;对可变作用应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。3.1.3 当结构承受两种或两种以上可变作用时，在承载能力极限状态设计或正常使用极限状态按标准组合设计时，应采用可变作用的组合值作为代表值。可变作用的组合值，应为可变作用的标准值乘以组合值系数。3.1.4 当正常使用极限状态按准永久组合设计时，对可变作用应采用准永久值作为代表值。可变作用的准永久值，应为可变作用的标准值乘以准永久值系数。3.2 永久作用标准值3.2.1 结构自重(含平台、地板)的标准值，可按结构构件的设计尺寸与相应材料的重力密度计算确定。对常用的材料和构件，其自重标准值可按现行国家标准 建筑结构荷载规范 G B 5 0 0 0 9的规定采用。永久性设备的自重标准值，可按该设备的产品样本提供的数据或按设计尺寸计算确定。3.2.2 水塔基础顶面以上的竖向土压力标准值，应根据基础顶面填土设计尺寸与土的重力密度计算确定。一般回填土的重力密度标准值可按 1 8 k N/m 采用。3.2.3 水箱内的水压力应按设计水位静水压力计算。水的重力密度标准值可取 l o k N/m ;侧向压力自设计水面至水箱底部可取三角形分布。3.2.4 水塔地基不 均匀沉降引起的永久 作用 标准值，其沉降量和沉降差应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 GB 5 0 0 0 7的有关规定计算确定。3.3 可变作用标准值、准永久值系数3.3.1 水塔顶活(雪)荷载、平台地板活荷载及其准永久值系数，应按表 3.3.1 采用。表3.3.里 水塔顶和平台地板活 雪)荷载及其准永久值系数水 塔部位活(雪)荷载标准值 k N/m准 永久值 系数 八锥(球)壳 体水塔 顶盖0.70.01.50.4悬 臂式平 台3.00.4周 边支 承地板(楼 板)2.00.5楼 梯或 走道板2.0 0.4平台、地 板、塔 顶及扶 梯的 栏杆1.00,0注1 水 塔顶 盖的活(雪)荷 载不 同时考 虑;2 对 地板、平 台应验 算施 工、维 修 时的 人、设 备、配件、工具、堆 放 物料 等局 部集 中荷载;3 楼 梯、走道 板、赌步，尚应按集 中活荷 载标 准值 1.5 k N验算.3.3.2 水塔的温度变化(包括湿度变化的当量温差)标准值和准永久值系数，可按下列规定确定:1 保温水塔的水箱可不考虑温度变化和壁面湿度当量温差的作用。对 5 0 0 m“以上的大容量不保温水塔的水箱，应考虑壁面温度变化和壁面湿度当量温差的作用，其标准值和准永久值系数，应按现行国家标准 给水排水工程构筑物结构设计规范 G B5 0 0 6 9 的规定确定;2 水塔的支筒可不考虑 日照不均匀温差引起的筒身变位的作用。对高度大和支筒直径小的水塔(支筒高 H 与支筒直径D之比大于 1 5时)，可参