1、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CECS 139 : 2002 条文说明1总则2 主要符号3 结构上的作用目次3. 1 作用分类和作用代表值3. 2 永久作用标准值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. 2 承载能力极限状态计算4. 3 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. 2水箱6.3 支承结构6. 4基础6. 5其他附录A框架式多支柱水箱下环梁内力计算.( 7 3) 附录B水塔结构基本自振周期计算附录C附加力矩计算 51
2、1总则1. 0.1 本条要求水塔结构设计贯彻执行国家的技术政策，说明了编制本规程的目地和要求。1. 0. 2 本条阐明本规程的适用范围。因水塔结构类型很多，使用要求不尽相同，本条强调适用于贮存一般的地面水、地下水等常温水，以避免将水塔的水箱用于贮存热水。举例指出不适用的有特殊要求的几种类型特殊水塔结构。当设计有特殊要求的水塔时，尚应采用其他专业规范进行设计。1. 0. 3 本条阐明本规程适用于国内常用的钢筋混凝土结构水塔和小型砖支承结构水塔。对目前我国使用较少的水塔结构如钢水塔、钢丝网水泥水塔、玻璃钢水塔，暂未考虑编入本规程。将来可根据发展情况逐步扩大本规程中的水塔类型。l. 0. 4 本条阐
3、明了编制本规程的依据是国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068、工程结构可靠度设计统一标准GB 50153和给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069 1. 0. 5 本条阐述了本规程与现行国家标准和特殊地区设计标准的关系。国家标准主要是指现行的建筑结构荷载规范GB 50009、混凝土结构设计规范GB50010，（砌体结构设计规范GB50003、建筑地基基础设计规范GB50007等，特殊地区标准主要是指适用于地震、大孔土、膨胀土、永冻土等地区的标准。 53 2主要符号按照现行国家标准工程结构设计基本术语和通用符号GB 132规定的原则确定，并与相关专业标准协调一致。 54 3 结构上
4、的作用3. 1 作用分类和作用代表值3. 1. 1 根据现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068和建筑结构荷载规范GB50009规定的原则，将水塔结构上的各项作用分为永久作用和可变作用两类。在本规程中未考虑偶然作用，例如爆炸力、撞击力、地震等。3.1. 2 3.1. 3 这些条文均依照现行国家标准建筑结构设计统一标准GB50068、建筑结构荷载规范GB50009和给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069的原则确定。3.2 永久作用标准值3. 2.1 本条依照现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009、给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069规定的原则确定。3.2.2 水塔
5、基础顶面以上的竖向土压力为回填土，其重力密度标准值取18kN/m3，是考虑到一般粘土、砂土处于压实湿态和砂卵石处于压实干态。这在水塔修建后期均可能达到。如遇特殊情况，则应根据实际情况确定。3.2.3 水箱内的水压力，可不考虑水泵向水箱扬水时造成水面被动的影响，按静水压力计算。水箱多贮存经过处理后的清洁水，不考虑高浊度水和水箱内沉帜泥沙的影响。水的重力密度可取10kN/m3。3.3 可变作用标准值、准永久值系鼓3. 3.1 表3.3. I给出了可变作用标准值、准永久值系数，与现行国家标准给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069的规定是协调一致的。对其中第3项，结合水塔的具体情况，将悬臂式平台
6、的荷载标准值较周边支承地板加大，准永久值系数减小。3.3.2 关于温度变化作用。1 根据给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069规定的原则，结合水塔的情况，保温水塔和容积不大于500旷的不保温水塔，其水箱受温度影响不大，一般不考虑温度变化和壁面湿度当量温差的作用。但对于容积大于500旷的水塔水箱，应考虑壁面温度变化和壁面湿度当量温差的作用。2 水塔的支筒，较烟囱和电视塔等高耸构筑物的支筒相对较低，日照温差对支筒变位的影响不明显，一般不考虑该影响。但当支筒高度与直径之比大于15时，应考虑日照温差的影响。3.3.3 本条主要阐明水塔结构设计时风荷载标准值计算公式中基本风压及有关系数的取值。作用
7、在水塔结构上的风荷载属于主要荷载（第一可变荷载）。基本风压按50年一遇的标准考虑，对特别重要的水塔结构可按100年一遇的标准考虑，重现周期调整系数，取1.1。在本规程中还规定了水塔结构的基本风压下限值不小于o.4kN/m2。对山间盆地、谷地、山口、谷口和海岛的风压调整、基本风压值Wo、风振系数品、风压高度变化系数z等，均应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定执行。水塔结构的风荷载体型系数抖，除遵照现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定外，本条还将几种水塔结构常用的.值列于表3.3. 3.水塔塔架结构的风荷载体型系数，可参照现行国家标准高耸结构设计规范GB50135的规定
8、，根据水塔的结构构造相应采用。根据该规范的说明，以方形塔架正风向（风向1)为例，其.值与美、日、苏、国际电工委员会等有关规范的值相比，数据比较接近，特别是与前苏联规范HHM-11-6-74的数据基本相同，见表1。对于圆管或圆钢塔架或框架，可参照现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的有关规定，按单根构件的雷诺系数变化情 S6 况进行累计叠加。对于CtJod2注0.015的情况（直径约为0.15 0. 20m），单元构件的，值可取0.7；对于CtJod20.002的情况，值可取1.2；中间情况可采用内插法计算确定。襄1方形角钢蟠架，值比较前苏联规范国际电工委员会日本规范美国规范阳风系数本规程
9、ANSI A58 HHM-11-6-7 4 规范IEC1979 JEC127 79 - 1972 0. 1 2.6 2.8 3. 0 3.4 3.6 0. 2 2.4 2.5 2. 7 2. 9 2.8 0.3 2. 2 2. 2 2. 5 2. 5 2.6 0.4 2.0 2. 1 2.2 2.2 2. 1 0.5 1. 8 1. 9 2. 0 2. 1 1. 8 水箱和支筒的体型系数.取值，系沿用原规范给水排水工程结构设计规范GBJ69 84中的数据。该数据系通过风洞试验获得，确定倒锥亮水箱民O.7。对球形水箱理应将，值减小，但因无试验依据而仍采用，=O. 7 o 对水塔的支筒结构和基础，
10、当按作用效应准永久组合设计时，风荷载需采用准永久值系数。根据建筑结构可靠度设计统一标准GB50068对“荷载准永久值”的阐述，准永久值系数化是对可变荷载标准值的一种折减系数。对民用建筑的楼面活荷载，办公楼ip=O.35、住宅队O.4、风荷载q= o，而国际上认为一般仇0.5，本规程考虑水塔为相对高耸的结构，可取仇O.5。大量计算表明，按公式（3.3. 3）计算出的风荷载标准值较按原荷载规范TJ9-74计算出的风荷载值大30%35%。根据分析，基本风压Wo有所提高F风压高度变化系数，变化很小（可视为克变化）；重现周期调整系数户1. 1较原规范增加10%；风荷载体型系数.对支筒影响为o.7/0.
11、6=1.16701. 67%），但对水塔总体影响约4%；风振系数随高度加高而加大（原规范为一个定值），根据计算风荷载加大了15%20%。综上所述，风荷载加大对倒锥壳水塔的影响较突出，砖支筒水塔次之。对此，有些单位认为风荷载加大太多，建议给予折戚。经与国外水塔设计采用的风荷载取值进行对比，发现我国的取值并不高，为此目前仍不宜降低。 58 4 基本设计规定4.1一般规定4.1.1 本条规定，水塔结构的基本设计表达式采用分项系数表达式，但对结构的整体稳定则采用抗力系数法进行验算，如对水塔的滑动稳定性和倾覆稳定性验算。分项系数表达式是结构构件的极限状态设计表达式。分项系数包括荷载分项系数re、YQ和结
12、构掏件抗力分项系数YR，理应根据结构构件功能函数的基本变量的统计参数和概率分布以及规定的结构构件可靠度确定。本规程中对re、fo的确定，主要依据工程校核获得。4. 1. 2 本条规定，对水塔结构和构件采用承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态，并提出了对两种极限状态的设计要求。1 承载能力极限状态可认为是结构或构件达到最大承载力的状态F或因结构变形超过一定限度，虽结构未达最大承载力，但变形使结构不能发挥其承载力或使用功能的状态，例如结构的滑动、倾覆。2 正常使用极限状态可认为是结构或构件达到影响使用或耐久性的某种规定限值的状态，例如水箱结构和支承构件的过量位移或裂缝宽度等。4.1. 3
13、 本条规定，水塔作为贮水构筑物，结构内力分析时应将结构视为弹性体系，不应考虑塑性内力重分布。4.1. 4 本规程不包括结构截面设计和计算的内容，指出了结构构件进行截面设计时采用的有关国家标准。其中引用到高耸结构设计规范GB50135，主要是水塔进行困环形钢筋混凝土支筒截面承载力计算时，应采用该规范的有关公式。4. 1. s 本条说明，水塔地基计算应按本规程5.4. 1 5. 4. 3的规定执行，具体计算方法应符合建筑地基基础设计规范GB50007 的有关规定。4. 1. 6 4. 1. 7 这两条阐述了水塔结构构件按承载能力极限状态和正常使用极限状态计算时，结构设计应采用作用设计值和作用代表值
14、。作用设计值应为作用分项系数与作用代表值的乘积。在进行结构极限状态设计时，对作用可根据不同的设计要求规定不同的代表值，使之能较好地反映它在设计中的特点。本规程给出了三种代表值z标准值、准永久值和组合值。其中，标准值是作用的基本代表值，其他代表值是以标准值乘以相应的系数而得的（本规程3.1. 2 3. 1.的。4. 1. 8 本条规定，水塔的安全等级应按二级采用。对大型的、在使用和安全方面有严格要求的水塔（如多功能综合水塔等），经批准，安全等级可采用一级。对偏僻地区使用的小型水塔和临时使用的水塔，安全等级可采用三级。4.2 承载能力极限状态计算4. 2. 1 当水塔结构或其中一部分超过某一特定状
15、态即不能满足设计规定的某一功能要求时，称此状态为结构对该功能的极限状态。设计中，结构的极限状态往往以结构的某种作用效应（如内力、应力、应变等）超过规定值为依据。本条规定了承载能力极限状态计算时采用的一般表达式，即结构重要性系数Yo乘作用效应组合值S不应大于结构构件抗力的设计值R。水塔结构的安全等级一般为二级，结构重要性系数y。可取1.O；在特殊情况时可提高或降低安全等级，其结构重要性系数分别取1.1或0.9。4.2.2 在确定结构的作用效应时，应对可能同时出现的各种作用效应加以组合，求得组合后的总效应。由于各种可变作用对各构 60 件、构件的不同部位影响不同，这种组合可以多种多样。因此，还必须
16、在各种作用放应组合中，取最不利的组合作为极限状态设计的依据。在水塔按承载能力极限状态设计时，一般不考虑偶然作用，故本条的作用效应组合可称为基本组合。水塔的作用效应组合，应考虑不计入风荷载效应的组合和计入风荷载效应的组合两种情况。1 当不计入风荷载作用进行水箱承载力计算时，水荷载可视为永久作用。根据工程校核计算，其分项系数应取1.27，使之与原规范相当。对可变作用活荷载），如塔内平台、地板、顶盖上的荷载（活荷载、雪荷载不同时考虑），按照上述原则可将设计值乘以组合系数矶，你可取0.9。2 水塔的支筒、基础结构设计时应计入风荷载作用。风荷载应视为第一可变荷载，其分项系数取1.4。对其他可变荷载，组合
17、系数仇（考虑不同时满载）取0.6后得到式（4.2. 2卢2）。其中，水箱中的水可按满水及空水两种情况分别计算，并视为永久作用。4. 2. 3 常见的钢筋混凝土支承水塔、砖支承水塔修建一般地基土上时，由于自重较大，基础有一定的埋设深度，抗滑动稳定性和抗倾覆稳定性较强，可不进行滑动和倾覆稳定验算。但对修建在岩石地基、软土地基且基础埋深浅的水塔，仍应进行滑动稳定和抗倾覆稳定验算。当稳定不能满足要求时，还应采取相应的抗滑动和抗倾覆稳定措施。在本规程中，稳定性验算时以稳定抗力系数K.来衡量水塔稳定性是否满足要求。抗滑动稳定抗力系数取1.3，抗倾覆稳定抗力系数取1.5，且对各种作用均采用标准值计算。4.3
18、 正常使用极限状态验算4. 3.1 正常使用极限状态主要用于验算结构在正常使用条件下的变形、抗裂度、裂缝宽度，控制它们不超过限值。正常使用极限 61 状态，根据不同的要求和受力状态，应分别进行相应的标准组合和准永久组合验算，其中作用效应都根据作用标准值确定。水塔钢筋混凝土水箱和壳体基础验算时，水箱壁和环梁的环向处于轴心受拉或小偏心受拉状态，应按不出现裂缝控制，并取作用效应的标准组合进行验算；水箱壁和支筒的纵向、水箱顶、底的径向以及基础板等处于弯曲受拉或大偏心受压状态，应按限制裂缝宽度控制，并取作用效应的准永久组合进行验算。对裂缝最大宽度、水塔水平位移、地基不均匀沉降、梁板的挠度等，本条根据实践
19、经验和相应有关规范给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069、建筑地基基础设计规范GB50007、高耸结构设计规范GB50135的规定给出了相应的限值。4.3.2 本条分别给出了荷载效应标准组合和准永久组合值岛的计算公式。对标准组合还分别按不计人风荷载和计入风荷载两种情况给出了相应的计算公式。本条还规定了抗裂度和最大裂缝宽度的验算方法，与现行国家标准给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069的规定是协调一致的。 62 5静力计算S.1一般规定S.1.1 本条所述为水塔结构中主要部位的结构静力计算。对于附属结构，如平台（板、梁、梯、管支辙等，均属于通用建筑结构构件，未特别阐明。对水塔的主要部
20、位水箱、支承结构、基础等，在本规程中也只列了常用的几种水塔结构，未包括特殊型式结构的水塔，如与电视、通讯、广播、烟囱、观览等功能综合使用的水塔，以及椭球水箱、水滴式水箱、双筒式支承结构和筒与支架组合的支承结构等特殊型式的水塔。水塔结构的稳定计算应包括水塔结构的整体稳定计算（滑动、倾覆）和局部稳定计算（壳体结构失稳、高柔结构失稳）。S.1. 2 使用过程中的荷载不利组合，一般指水箱满水与空水、支架结构受不同风向的风力、考虑基础上回填土对地基压力和对基础板反力时分别取不同值等。施工过程中的荷载不利组合，一般指采用滑升模板法施工时支承结构要考虑的施工荷载、水箱吊装定位时的支承结构计算，拼装式水塔在构
21、件吊装时的结构计算等。S.2水箱计算s. 2.1 本条阐述目前国内常用的几种水塔结构型式，及其结构内力分析。根据大量的计算比较和设计经验，对结构分析方法提出了原则要求，提出了简化计算的范围及节点处应考虑边缘构件变形协调影响的要求。如容量不大于500旷的圆柱壳水箱、英兹式水箱、容量不大于100旷的倒锥壳水箱、容量小于200旷的球形水箱，可按单元构件计算和采用薄膜内力分析。经计算，结果均能满足要求，故作此推荐。但在各构件节点和壳体支承处附近，应考 63 虑变形协调影响而予以掏造加强。S.2.2 本条闸述的水箱按单元构件计算是为了简化，应考虑各部件连接处节点或支承情况不利组合的要求。1 本款指出，水
22、箱的顶、底应按周边固定和锻接两种边界条件计算，按不利情况的内力包络图配置钢筋。2本款指出，水箱壁按上端自由、下端固定计算的弯短配置坚向钢筋s按上端自由、下端镀接计算配置环向钢筋z且在最大环向拉力以下的水箱壁中仍按最大环向拉力处的内力配置环向钢筋。3 本款指出，英兹式水箱的锥底、倒锥壳水箱的下锥壳按两端固定计算配置径向钢筋，按两端镜接计算配置环向钢筋。英兹式水箱的锥壳长度小，可按最大环向拉力配置环向钢筋。对倒锥壳水箱的下锥壳，由于锥壳长度大，可以分为数段计算，并按各段中最大环向拉力配筋S.2.3 本条提出了各类水箱的环梁按单元构件分析时的计算要求z1 英兹式水箱的下环梁计算时，应考虑按最不利情况
23、计算环梁的环向拉力，例如，同心圆双层水箱环梁的最不利受力情况为内水箱满水、外水箱空水。2 对支架式支承的英兹式水箱，除按第一款要求计算环梁的环向拉力外，还应考虑按水箱满水时各种竖向荷载作用下多跨连续梁的内力和风荷载作用下环梁作为框架顶部横梁的内力，按以上各内力的叠加组合配置环梁钢筋。3 本款提出了水箱顶盖为正锥壳和正球壳时，端部环梁的环向拉力计算要求和相应的计算公式。公式（5.2. 3-1）中的问cos；，。为壳体边缘处由径向力N产生的水平分力，故环梁拉力为N,1=N+cos骨。ro 4 本款提出了英兹式水箱壁下环梁环向拉力的计算。公式(5. 2. 3-2）是由环梁以上的竖向作用2:(Q；十G
24、；）产生的环向拉力与环梁处箱壁底端剪力产生的环向拉力之和。s 英兹式水箱下环梁环向拉力的计算原则与第4款相同。S.2.4 本条提出了球壳式水箱底的内力计算要求。双层水箱当外水箱无水时，对球底为最不利受力情况之一，故尚应考虑按此种情况计算球壳内力。5.2.S 本条给出了大型水塔的球壳稳定验算公式。该公式引自钢筋棍凝土薄壳结构设计规程JGJ/T22-98。S.2.6 本条提出了圆柱壳水箱底为圆板的内力计算要求。圆板的计算方法和公式可按有关资料采用。s. 2. 7 本条阐述了按组合壳体结构进行内力分析的原则、步骤和壳体各部位和部件的截面计算与配筋要求。内力分析方法和公式可按有关资料采用。S.3 支承
25、结掏计算s. 3.1 一般规定z1 水塔结构为典型的单质点悬臂式结构，一般只需考虑第一振型计算其自振周期。2 本款所指支承结构构件控制截面的内力，对支筒式支承结构，是指在支筒厚度变化处、有孔洞处及沿筒高58m分段处z对框架式支承结构，各层框架的梁和柱均应进行结构内力分析和截面强度计算。3 本款阐述了水塔支承结构为钢简混凝土框架结构时，两种风向受力情况的计算要求。4 本款阐明了支承结构刚度较小的倒锥壳水塔、球形水塔以及其他刚度较小的支承结构水塔应考虑的各种附加力矩M，.的计算要求相计算方法。s 本款指出附加力矩应考虑可能发生的不利组合，并提出了在设计时宜采取措施减小或消除一些附加力矩。例如，精心
26、施工减小施工安装偏差、门窗处设门窗框和加固补强钢筋、选择土层均 65 匀的场地修建水塔或者采用桩基或地基加固、换士等措施，以减小或消除施工偏差、孔洞削弱、地基倾斜所产生的附加力矩。6 当计算得出的附加力短组合值超过了基本风压力矩的50%，说明该水塔的支承结构刚度太小，此时如仍采用这种截面则不可能满足要求或配筋很不合理，故建议考虑加大支筒直径、厚度等措施。5.3.2 支筒式支承结构计算z1 推荐采用钢筋混凝土支筒和砖支筒分段简化计算的方法。2 支筒应选取不利截面进行截面强度计算。3对钢筋混凝土截面的承载力，在混凝土结构设计规范GB 50010和高耸结构设计规范GB50135中均有环形截面偏心受压
27、承载力计算的公式，经分析认为后者较为适宜，故指出可采用该规范的相关计算公式进行截面计算。4 本款对砖支筒的强度计算作了规定，可采用材料力学的偏心受压构件进行截面强度计算。要求截面最大受压边缘处的应力不超过砖砌体抗压强度设计值3最大受拉边缘处的应力不超过砖砌体弯曲抗拉强度设计值。S.3.3 框架式支承结构计算z本条首先要求框架结构按空间框架进行结构内力分析。对小容量的水塔（一般容量不大于200m勺，可简化为按单楠平面框架计算，并给出了具体实用计算方法，但在框架的梁柱节点处应适当加强。5. 4 地基基础计算5.4.1 一般规定z1 本款要求，基础结构应根据建设场地的地质条件、施工条件、材料供应条件
28、、结构受力条件、造价情况等，经综合比较后选定技术、经济合理的类型。2 为确保水塔基础安全可靠，本款强调水塔应以专项的工程地质钻探资料为依据进行基础设计，并要求当水塔修建在取水井降水漏斗影响半径范围以内时，地质钻探资料应提供水井对水塔基础稳定性影响的评价意见。3 本款阐述了水塔基础不进行地基倾斜验算的技术条件。4 本款规定了水塔基础埋深的要求。根据现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007的原则，结合国内各有关单位的设计经验，提出了不保温水塔基础理深不应小于2.Om，保温水塔基础不应小于2.5m的要求。s 根据国内的设计经验，为保护基础原地基不受地面水掺入土层的影响，本款规定应设散水保护，其
29、半径要求比基础半径大300mm以上。6 根据国内外的设计经验，基底反力可假定按直线分布。S.4.2 地基承载力验算要求z1 作用在基础顶面的竖向荷载标准值盹k、基础自重和基础上土重标准值Gn.的作用下，在基底产生的压力不应大于地基N，十Gn承载力特征值儿，即Pm儿。2 地基在水平作用（风荷载）与竖向荷载标准值的共同作用下，基础边缘的最大压力max不应大于地基承载力特征值f.的N，h M ” 1. 2倍，即Pmax亏丘百l.2f 3 地基在水平作用（风荷载）与竖向荷载标准值的共同作用N，口下，基础边缘不应出现脱开，即基底最小压力Pmin一江一争。以往水塔基础设计曾采用控制性主运3的要求，目前多m
30、in 改用控制min不小于零的要求，工程实践证明是可行的。S.4.3 地基变形计算和地基变形限值。1 表5.4. 3规定了地基变形限值。水塔的基础变形实测资料表明，其沉降量和不均匀沉降值（沉降差1均很小。由于资料不 67 多，故仍采用现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007和高耸结构设计规范GB50135提出的控制值，作为水塔地基变形的限值。2 地基变形计算时，根据土力学理论，风荷载作用下产生的变形可视为瞬时变形。因此，当计算风荷载作用下的地基变形时，应采用土的弹性模量代替变形模量。水塔的实际观测资料和一些其他类型塔形结构的观察资料表明，基础的倾斜方向并不完全与主导风向方向吻合且远小于限
31、值，对基础起主导作用的是长期作用的荷载，而风荷载的影响很小。此外，现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007规定，“在地基比较均匀且无相邻荷载影响时，高耸构筑物最终沉降量在满足容许沉降量后，可不验算倾斜值。”这就意味着验算地基倾斜时，可以不考虑风荷载。另外，建筑结构荷载规范GB50009根据建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068的分析，规定风荷载的准永久值系数仇O，这也明确了风荷载是一种短期荷载。3 地基最终沉降量S1、S2和基础倾斜tgO计算，均按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007的规定执行。S.4.4本条以现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007 为依据，对各种材
32、料及不同质量要求的水塔刚性基础，规定了相应的控制刚性的基础宽度b与高度（或厚度川的比值，以保证基础的受压刚性角不超过容许值。5.4.S 钢筋混凝土板式基础的设计计算。条文对常用钢筋混凝土圆环形基础和圆板基础的各部位尺寸比例和基础板最小厚度提出了要求。这些要求是根据设计经验，按既能节省材料又能保证结构强度的优化条件确定的。在板式基础中，圃环形基础比较经济合理，有条件时宜优先选用F对一般圆环形基础宜控制三山且使环形底面的形心尽量与支筒中心线的圆心重合，以保证底板宿良好受力条件。5.4.6 本条闸述了水塔常用的几种壳体基础的型式及其使用灌围，球壳基础的计算原则。亮体基础对地基土的基本要求是该土层便于
33、利用、原状土可成型、土质比较稳定。壳体基础虽有一定的局限性，但在一些水塔设计中仍被采用。 69 6 基本构造要求6.1一般规定6. 1. 1 本条依据现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010，（给水排水工程构筑物结构设计规范GB50069的基本规定，结合水塔结构的特点和实践经验，规定了水塔结构内钢筋的混凝土净保护层最小厚度（表6.1. 1)，实践证明此规定可行。6.1. 2 本条系按照混凝土结构设计规范GB50010规定的原则拟定。6.1. 3 钢筋接头要求z水塔多为单独承包修建。水塔工程量不大而配筋较密，特别是水箱多采用小直径双层钢筋网。施工单位为减少繁琐的焊接工作或因施工条件差，钢筋仍
34、采用搭接接头。本规程基于实际条件允许采用搭接钢筋接头，并规定了必要的搭接长度，工程实践证明是可行的。6.2水箱6. 2.1 本条根据结构受力条件好、造型比较美观的原则，结合设计实践经验，推荐了一般水箱结构各部件和各部件间尺寸的比例要求及倒锥壳的水平角范围要求。倒锥壳的水平倾角，根据受力条件分析采用45较经济合理，但从施工和美观考虑采用25较好。一般小容量水塔采用小倾角，大容量水塔采用大倾角。当建筑上有要求时，可根据具体情况决定而不受此限。6.2.3 水箱各部件的最小尺寸要求，系根据国内水塔设计的实践经验确定。表6.2. 2中要求的最小尺寸主要是根据施工可行、安全可靠的原则确定的，其限值尺寸较一
35、般建筑结构和清水池等贮 70 水构筑物小，通过工程实践证明是可行的。6.2.3 本条提出了配筋要求和在壳体边缘的加强要求。除根据计算要求外，尚应满足本款的构造加强及最小配筋量要求，对配筋的这种考虑已被普遍采用。6.3支承结构6. 3.1 支承结构的形式和尺寸要求：l 本款阐述了支承结构为支筒式结构或框架结构的选用及应满足的相应构造要求。2 本款根据国内的设计经验，通过水塔国家标准图的设计和各单位协调，对倒锥壳水塔的支筒最小直径、尺寸模数、水箱与支筒尺寸比例等提出了要求。3 本款根据经验对支筒式水塔和框架式水塔的支承结构型式及倾斜坡度提出了要求，也是设计常用的控制条件。6.3.2 支筒式水塔的构
36、造要求： l 依照现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010，（砌体结构设计规范GB50003的基本要求和实践经验，对支筒式水塔支筒的最小厚度和配筋量作出了规定（表6.3. 2），已被广泛采用。2 本款针对支筒上门洞、窗洞处截面的补强，根据实践经验，提出了在门洞口处加设门框或洞口四周设构造筋的具体要求。对砖支筒，为增强砖砌体的整体工作性能，提出了设置钢筋混凝土圈梁的具体要求，并在砖支筒下设钢筋混凝土地板。3 本款根据倒锥壳水塔支筒滑模的施工经验，提出了在设计中应考虑的施工构造要求。纵筋为支承滑升机具的架立钢筋，环筋应满足滑升时不产生钢筋扭曲的要求。4 本款针对水箱采用地面预制提升定位法施工，
37、提出了设置环形托梁（托板）的要求。这些均为实践中行之有效的措施。5 本款对水管穿越支筒孔洞的构造提出了要求。 71 6.3.3 框架式水塔的框架构造要求z1 本款是依据框架支承水塔的工程实践，提出了对框架的梁、柱最小截面尺寸和最小配筋的要求。2 为了加强框架梁、柱节点的刚度，提出了宜设置腋角的构造要求。3 为了加强框架的整体性，提出了在高度超过20m的框架中部设置整体式平台或水平连系梁的要求。6.4基础6.4.1 本条按常规经验对砖砌体、石砌体基础的台阶最大宽度作出相应的规定。6.4.2 依照现行国家标准混凝土结构设计规范，GB50010和建筑地基基础设计规范GB50007的基本要求，根据水塔
38、的设计、施工实践，对铜筋混凝土板式基础的最小垫层厚度、最小板厚度、最小配筋作出了相应的规定（表6.4. 2）。6.4.3 本条提出了锥亮基础、M壳体基础的构造要求。对球壳基础，系根据设计、施工的实践经验作出了构造规定。6.5其他6.5.1 本条依照现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010 的基本要求，并结合水塔设计实践经验，对支承结构为砖支筒和钢筋混凝土支筒的窗洞构造配筋作出相应的规定。6.5.2 本条根据设计施工的经验，对水塔悬臂平台、周边支承平台的最小厚度作出了构造规定。6. 5.3 6.5.9 这些条文主要沿用原规范的规定，对混凝土强度等级、抗掺等级、水泥标号、外加剂、砖石强度等级、
39、钢筋等级、抗酸碱等提出了相应的要求。 72 附录A框架式多支柱水箱下环梁内力计算A.O. I 框架式水塔水箱一般均设环梁与框架的柱相连接，此环梁是水箱和框架的组成部分，既视为水箱的下环梁，又视为框架的顶部梁。因此，此环梁不但要承受水箱的坚向荷载，又要承受框架结构在水平荷载作用下对环梁的作用。在设计环梁时，应考虑两者的内力叠加组合进行截面强度计算。A.0.2水箱的下环梁按多柱支承的多跨连续梁考虑。据此，结构分析需获得环梁的跨中和柱支承处的弯矩，以及梁的最大扭矩和最大扭矩的位置。为便于设计者使用，已简化列表进行计算。表A.0.2中的数据与钢筋混凝土薄壳结构设计规程JGJ/T22 的相关内容协调一致
40、。 73 附录B水塔结构基本自振周期计算B.0.1 单水箱等截面支承结构（支筒式、框架式）或带有较小坡度的变截面支承结构，可采用公式（B.0. 1）计算结构的自振周期。该计算公式是由下列单质点结构自振周期的基本公式推导得出：T1 =27r而言(1) 式中T1一基本自振周期（s);u一一作用在质点上（水箱重心处）单位水平作用引起的位移，U= E,/ H3 4、P:i: 3EI mn一一质点等代质量，可取水箱质量m与支承结构0.236倍质量之和，即mn=m十o.236AHpo 将mn、u值代入公式(1）可得图1单水箱水塔自振周期计算简图T1叫茎产o.236A邸，即规程中公式B.0. 1)。B.0.
41、2 双水箱等截面支承结构水塔的基本自振周期计算，引自原国家标准建筑结构荷载规范GBJg 89，它是等截面支承结构在不同高度处受n个质点m1、m2、mn的重力时基本自振周期T1公式的特例。，J3 n T,=3.63./!.!._ 2.: m,a;+o.236AH A勾EIi=I t (2) 化1.5 （号）-o. 5 （开）(3) 当n=2时H2=H，按式。）得的1。此时mn=mz ,m, = 74 u 2 u 3 m1,a产阶1. 5 （去）一0.5 ( !jf），代入公式（2）得T1=3.63 !fI叫m2+0.23旧当n=I时i=n=I，代人公式（2）即得公式B.0. 1)。m2 m1 目
42、FE 图2双水箱水塔自振周期计算简图B.0.3 当为单水箱砖支筒水塔时，仍可按单质点结构进行基本自振周期T1的计算，如公式也.0. 3）所示。将单位水平分力引起的某点的位移，按照数段变截面结构考虑，得出u=b。r.,；I 品3h1 -y;-，代入公式B.0.3）即可计算出相应基本自振周期T，。 75 附录C附加力矩计算C.0.1 目前国内的倒锥壳水塔、球形水塔，也有个别其他类型的水塔，其支筒较细（刚度小，在进行支筒计算时，应考虑由于风荷载作用、基础倾斜，施工偏差导致支筒变位后在竖向荷载作用下引起的附加力矩；对于大容量细长比大于15的水塔，尚应对照现行国家标准高耸结构设计规范GB50135考虑支
43、筒壁面温差产生的变位影响。设计实践表明，附加弯矩可占风弯矩的30%以上，因此不能忽略对附加力矩的计算。本规程沿用了原规范给水排水工程结构设计规范GBJ69-84对附加力矩的计算方法。工程实践表明，按照该计算方法设计的水塔已被广泛应用，是安全可行的。附加力矩计算公式（C.0. 1）表明，附加力矩包括风作用下地基变形后基础倾斜、支筒施工偏斜、水箱安装偏心产生的附加力矩M（的和风荷载、施工偏差、基础倾斜影响下支筒弹性变形后产生的附加力矩及高阶影响K0M,(u）。由于M（的也具有高阶影响和地基变形需要一定时间才能完成，尤其对饱和水地基士更甚，因此公式（C.0. 1)计算出的附加力矩也属近似的。公式（C
44、.0. 1)采用了些基本假定，首先，在基础倾斜时仅考虑支筒上门窗孔洞导致的重心偏移、施工轴线偏差的影响及风荷载的一次影响；其二，考虑了水箱重集中在支筒顶部，其影响远大于支筒本身作用的影响，因此可忽略支筒弹性变形后本身重量对附加力矩的影响；其三，支筒弹性变形时实际的弯曲刚度沿高度是变化的，在附加力矩计算中近似取支筒底部的刚度。C.0.2 当水塔支筒上的孔洞设门框、窗框加固时，支筒截面的形心不产生偏移，此时可不考虑孔洞偏移产生的附加力矩。 76 C.0.3 在进行地基倾斜计算时计入了风荷载引起的地基变形。这种变形应是地基的弹性变形，它虽然很小，但从承载力考虑还是应予计入。当钻探资料短缺，或无法选取
45、较准确的地质资料（E.、E）时，可以采用规程中的地基倾斜限值计算附加力矩。实践表明，规程规定的地基倾斜限值超过实际值，故按此计算既可行同时也是偏于安全的。C.0.4施工中产生的支筒偏心、水箱安装误差是随施工水平而变的，故可根据施工情况确定。施工后的误差一般均小于施工允许误差值，故采用允许误差值进行附加力矩计算，其结果应是安全可靠的。c.o.s 附加力矩的最不利组合应按实际可能发生的附加力矩确定。如按最大值计算各种因素产生的附加力矩并加以组合（M1.),则肯定是偏于安全的。设计时可根据实践经验和当地的施工技术条件，确定需要考虑的产生附加力矩的因素。但对待承载能力极限状态设计必须慎重，对各种因素的取舍应有充分依据。 77
