世纪旗云水池设计软件计算实例及注意事项

Engineering Technology and Application | 工程技术与应用 |·83·2019年第22期STAAD.Pro 在钢筋混凝土水池抗震分析中的应用方鹏凯（中国石油天然气第一建设有限公司，河南 洛阳 471023）摘 要：文章按照中国规范设计钢筋混凝土矩形水池，依据美国规范计算钢筋混凝土矩形水池在地震作用下的动水压力，利用STAAD.Pro 分析出的内力手算校核了该水池的配筋及裂缝，按照中国规范设计的水池能够满足美国规范的相关要求，高烈度区地震作用引起的动水压力在某些荷载组合工况中起控制作用，建议结构工程师注重手算能力的培养。

关键词：STAAD.Pro；钢筋混凝土水池；抗震分析；动水压力中图分类号：TU391；TU352.11 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）22-0083-02作者简介：方鹏凯（1983—），男，一级注册结构工程师，研究方向：结构工程设计，抗震及减震技术研究。

随着“一带一路”倡议的实施及集团公司投资海外建设项目步伐的加快，越来越多的国内工程师能够参与涉外项目的设计工作。

目前，业主提供的规格书普遍要求按照欧美标准进行设计，计算软件指定SAP2000、STAAD.Pro 等。

文章以阿布扎比巴布项目的一地下钢筋混凝土污水提升池为例，先用世纪旗云设计水池的截面及配筋，按照美国规范计算水池在地震作用下的动水压力，根据STAAD.Pro 建立计算模型，荷载组合方式完全遵照业主指定的规格书，提取计算分析后的相关内力，依据英国规范手算校核了配筋及裂缝，相关结论可为结构工程师设计此类构筑物提供有益的参考。

1 工程概述水池净长4.5m 、净宽3.5m ，底板外挑0.4m ，顶板、壁板厚度均为300mm ，底板厚度400mm ，沿宽度方向的剖面图如图1所示。

混凝土强度等级C40，钢筋强度等级460MPa ，符合《英国混凝土配筋用钢-可焊钢筋规范》（BS 4449标准），混凝土保护层厚度取75mm （土壤富含腐蚀性的Subkha 海滨沉积盐）。

29Building Structure专业软件讲座We learn we go世纪旗云水池设计软件计算实例及注意事项郭素娟 郭艳军（北京世纪旗云软件技术有限公司 北京 100088）1.世纪旗云水池设计软件总体功能世纪旗云水池设计软件用于计算钢筋混凝土多格水池和圆形水池，多格水池可以是矩形或者任意多边形。

对于多格水池，允许用户在水池内设置梁、柱、扶壁、肋梁以及隔墙等构件，水池每个格子的高度和水深可以不同，如图1所示。

图1基础设计有天然地基和桩基础两种基础形式供选择。

天然地基可以直接输入土层后程序计算地基土的基床系数，也可以由用户直接输入基床系数在荷载和内力计算方面，根据用户提供的工程信息、土层信息以及水池几何尺寸，程序自动实现池内水压、池外土压、池外水压以及地震作用下的动水压力和动土压力等各个荷载的计算，并且可以考虑温度作用。

软件采用有限元方法进行水池的内力分析和计算，基础按弹性地基考虑，可以自动计算不均匀沉降。

程序自动进行网格划分和工况组合，最终给出各个组合下的水池结构的内力和变形，同时提供内力和沉降云图。

在水池结构设计方面，软件主要进行以下方面的计算：水池顶板、壁板和底板的配筋计算、水池地基承载力计算、地基沉降计算、结构抗浮验算、板件抗裂度验算、板件裂缝宽度计算、梁和柱的配筋计算等。

2.水池模型实例水池平面总尺寸为38.4m ×15.9m ，池高为H ＝7.0m ，水池共分16个区格，敞口水池，池壁顶部简支，底部整体现浇，采用C40等级混凝土，HRB400级钢筋。

水池为地面水池，采用桩基础。

顶部有梁，中间壁板下部有洞口， 洞口两侧的格子水流贯通。

水池三维图形如图2所示。

图2使用世纪旗云软件对该水池建模，首先根据每格尺寸设置轴网，轴网的布置方式通过进深和开间布置，轴网的形状即为水池的大致平面形式。

由于该水池工程顶部有梁，因此布置轴网时要考虑到梁的位置也要布置上轴网。

然后在轴线平面上布置壁板和梁，通过水池的主体设置，定义水池主体的壁板顶部和底部标高。

矩形水池底板结构设计总结发表时间：2017-11-18T16:13:26.997Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第16期作者：常梅霞[导读] 本文是对笔者在钢筋混凝土矩形水池底板结构设计过程中的经验及心得体会的总结。

中国市政工程西北设计研究院有限公司甘肃兰州 730000摘要：本文是对笔者在钢筋混凝土矩形水池底板结构设计过程中的经验及心得体会的总结，主要归纳整理了分别按直线分布假定及弹性地基反力假定进行矩形水池底板设计计算的适用条件及计算方法，以便更近一步提高设计能力。

关键词：直线分布假定；手工计算；弹性地基反力假定；空间有限元计算一、地基反力按直线分布假定计算：1、适用条件：对于底板平面尺寸小或墙的间距较密（根据底板刚度判断，短跨尺寸小于等于4～6米）的单格及多格矩形水池，当池壁间距较小时，两相邻的池壁刚性角重叠，变形与反力比较均匀（见图一），且地基是具有较均匀的中、低压缩性时，底板内力可以按地基反力直线分布计算，也是一种适宜手工计算的简便方法。

2、计算方法及荷载取值：1）当每格水池的长短比L1/L2大于2时，顺短跨方向截取单位截条，按单跨或多跨板计算，单向板承受地基反力（为池底板以上所有竖向荷载，不含池内液体重及底板自重，一般情况下，直接作用于底板上的池内水重和底板自重与它们引起的那部分地基反力直接抵消，而不产生弯曲应力）及池壁传来的力偶荷载（包括池内水压力、池外土压力和地下水压力），而底板的长向端部，应考虑与壁板的弯矩平衡，做适当的构造处理。

2）当每格水池的长短比L1/L2小于等于2时，沿纵横两个方向截取单位截条，按单跨或多跨板计算，双向板承受地基反力（地基反力取值同L1/L2大于2的情况）及池壁传来的力偶荷载（力偶荷载取值同L1/L2大于2的情况），且作用在底板上的荷载，沿X和Y方向进行分配，作为各截条上的荷载。

以上两种情况底板与外墙池壁按简支考虑，底板与内隔墙池壁按固结考虑。

3、算例：下面就以民勤县红沙岗镇生活污水处理工程中粗格栅及提升泵房为例，分别用地基反力按直线分布假定的手工计算和空间有限元建模计算，比较水池底板计算结果，以确定手工计算方法的可行性。

强腐蚀环境下某给排水钢筋混凝土构筑物的结构设计摘要：本文通过对强硫酸盐腐蚀环境下，给水排水钢筋混凝土构筑物的结构设计过程分析。

提出该类环境下的结构设计方案，包括材料选用，基础处理，结构形式的选用和优化。

关键词：强腐蚀混凝土构筑物结构设计Abstract: This paper analyzes the structural design process of reinforced concrete water tank of water supply and sewerage in highly corrosive environment.Put forwad the scheme for structural design in this environment. Including material selection, ground treatment, selection and optimization of structural form.Keywords：highly corrosion concrete structure Structural design1.概述近年来，随着我国国民经济的不断发展，人民生活水准的提高，以及党和政府对环保事业的高度重视,全国各地进行了大量的给排水钢筋混凝土构筑物的建设。

笔者在某污水处理厂的结构设计过程中，经由工程地质勘查单位实验确定，该工程建设场地土硫酸根离子含量极高，对拟建混凝土构筑物形成了高强腐蚀。

因此在本工程设计中，根据现行规范和标准，通常为解决混凝土超长而采用的膨胀剂均不可使用，温度应力只能通过配筋来解决。

必须考虑并且场地土需进行特殊处理消除强腐蚀性。

构筑物的混凝土强度等级需有相应提高。

二.工程概况1.建设场地本工程位于辽宁省锦州市，该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，水平地震影响系数最大值为0.04。

场地类别为Ⅱ类，设计地震分组第二组，场地特征周期为0.40s，拟建工程设计使用年限为50年。

16 专业软件讲座We learn we go世纪旗云水池设计软件配筋设置简介郭素娟，郭艳军（北京世纪旗云软件技术有限公司，北京 100088）世纪旗云水池设计软件在计算完成后，设置了“配筋选项”菜单，如图1所示，该选项有多种功能设置，下面分别介绍各个选项的具体功能。

1钢筋直径间距选择点“钢筋直径间距选择”按钮，弹出如图2所示对话框，包括壁板、底板和顶板三项，可以在此选择某几个直径和间距，程序在配筋时将从选定的项中进行最接近计算方案的配筋，通过这项设置，可以使配筋结果更接近实际工程设计。

图1 图22 板按对称配筋对于水池配筋，每个位置的板都分内侧和外侧分别配置，由于内外侧受力不同，程序默认情况下按各自内力分别配筋。

但实际工程中，有时候内外侧配筋经常按对称来设计，因此软件提供“壁板按对称配筋”、“顶板底板按对称配筋”两个选项，可以对不同位置的板分别设置。

若勾选了该项，程序就会选择内侧或者外侧的最不利配筋方案作为该板的最终配筋方案。

3按最大配筋点配筋对于某块板的某一个配筋位置（如跨中X 向或跨中Y 向或某一边），程序会对该位置所有节点在所有组合下的内力结果都进行一次配筋计算，最后取使配筋结果最大的那个节点的内力做为该位置的配筋内力。

4按平均内力值配筋对于某块板的某一个配筋位置（如跨中X 向或跨中Y 向或某一边），程序对该位置所有节点在每种组合下的内力分别进行算术平均计算，根据平均后的内力值分别进行一次配筋计算，然后取使配筋最大的那个结果作为该位置的最终配筋内力。

对于这些节点，取平均内力时，按以下原则取用，最终取使配筋最大的那个方案进行配筋：1）对该位置所有弯矩为正的节点内力平均；2）对该位置所有弯矩为负的节点内力平均；3）对该位置所有轴力为正的节点内力平均；4）对该位置所有轴力为负的节点内力平均；5）对该位置所有轴力受拉且弯矩为正的内力平均；6）对该位置所有轴力受拉且弯矩为负的内力平均。

之所以分6种情况，就是为了避免出现正负相加互相抵消的情况。

矩形水池计算书项目名称_____________构件编号_____________设计_____________校对_____________审核_____________ 计算时间 2014年7月30日（星期三）13:09一、设计资料1.结构特性池型池壁上端池壁下端底面边长L x(m)底面边长L y(m)水池高度L z(m)底板外挑长度L c(m)敞口水池自由固定8.50 3.50 3.40 0.30钢筋级别混凝土强度等级混凝土重度(kN/m3)池内水深(m)池内水重度(kN/m3)最大裂缝宽度限值(mm)HRB400 C30 25.0 3.00 10.0 0.20板类型板厚(mm) 池内侧保护层(mm) 池外侧保护层(mm) 正面壁板250 30 30侧面壁板250 30 30 底板300 40 402.荷载抗震设防烈度: 7度(0.15g)基底标高: -1.00 m3.地基天然地面标高: 0.00 m地基承载力特征值f ak = 80 kN基础宽度修正系数ηb = 0.3基础深度修正系数ηd = 1.6基底以下土的有效重度γ = 18.0 kN/m3基底以上土的加权平均有效重度γm = 18.0 kN/m3地基抗震承载力调整系数ζa = 1.34.设计依据及参考资料《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001(2006年版)《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB 50069-2002《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB 50032-2003《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS 138:2002沈世杰主编.《给水排水工程结构设计手册》(第二版). 北京：中国建筑工业出版社，2007二、荷载计算1.结构自重结构自重:G1k = 25.0 × (5.75 × 3.10 + 37.31 × 0.30) = 725.45 kN2.池内盛水池内水压力:F wk = 10.0 × 3.00 = 30.00 kN/m2池内水重:30.00 × 24.00 = 720.00 kN3.水平地震作用壁板的自重惯性力:正面壁板: F GW,k = ηmα1γ1g w= 1.5 × 0.12 × 1.10 × 6.25 = 1.24 kN/m2侧面壁板: F GW,k = ηmα1γ1g w= 1.5 × 0.12 × 1.10 × 6.25 = 1.24 kN/m2合力: 1.5 × 0.12 × 1.10 × 445.63 × 2 × 3.10 / 3.14 = 174.13 kN (距基底2.274 m)动水压力(正面壁板):F wr,c = K HγW H w f wr = 0.15 × 10.0 × 3.00 × 0.26 = 1.17 kN/m2F wrt,k = 2K HγW L1H w2f wr = 2 × 0.15 × 10.0 × 8.50 × 3.002 × 0.26 = 59.67 kN动水压力(侧面壁板):F wr,c = K HγW H w f wr = 0.15 × 10.0 × 3.00 × 0.34 = 1.55 kN/m2F wrt,k = 2K HγW L1H w2f wr = 2 × 0.15 × 10.0 × 3.50 × 3.002 × 0.34 = 32.60 kN基底弯矩:M xk = 174.13 × 2.274 + 59.67 × 1.800 = 504.77 kN·mM yk = 174.13 × 2.274 + 32.60 × 1.800 = 455.18 kN·m三、地基承载力验算f a = f ak + ηbγ(b - 3) + ηdγm(d– 0.5)= 80 + 0.3 × 18.0 × (4.10 - 3) + 1.6 × 18.0 × (1.00 - 0.5)= 100 kPaf aE = ζa f a = 1.3 × 100 = 130 kPa基底控制压力:p k = (725.45 + 720.00) / 37.31 = 39 kPa < f a = 100 kPap k = (725.45 + 720.00) / 37.31 = 39 kPa < f aE = 130 kPap kmax = (725.45 + 720.00) / 37.31 + 504.77 / 25.50 = 59 kPa < 1.2f aE = 157 kPap kmin = (725.45 + 720.00) / 37.31 - 504.77 / 25.50 = 19 kPa > 0四、荷载效应弯矩以池内侧受拉为正(单位kN·m/m)；轴力以受压为正(单位kN/m)；边缘反力以指向池外为正(单位kN/m)。

多格水池底板内力计算方法研究2400字摘要：在总结以往多格水池内力分析的基础上，采用力矩分配法、理正结构工具箱及世纪旗云等结构计算软件对多格水池底板进行建模及配筋计算。

通过将矩阵位移法与两种计算软件所得弯矩值进行对比，表明力矩分配法对多格水池底板进行内力计算所得结果是科学合理的且具有较高的精确度，为今后多格水池底板的内力计算提供了一种新的简便且有效的计算方法。

关键词：力矩分配法；多格水池；内力计算多格水池是城市给水排水工程重要的水工构筑物，因具有占地面积少、便于工艺设备布置和操作等优点，被广泛应用于生活污水处理、市政工程供水、工业废水等工程，尤其近年伴随大型自来水厂及城市生活污水处理厂工程的增多，多格水池的建设数量也随之增多。

水池内力计算方法及理?的发展历程是一个在不断总结积累工程经验的基础上逐步完善的过程，并且它与结构力学及计算分析理论的发展密切相关。

作用于水池的外荷载通常有池顶活荷载、覆土荷载、过车荷载、土的侧向压力及内外水压力等，求解多格水池内力时，需将上述荷载作为边界条件并建立于未知数相等的条件方程，联立进行求解。

多格水池常见的内力计算方法有：传统的结构力学计算方法（包括位移法和力法）；利用Ansys、SAP2000、Midas/civil2006、世纪旗云等有限元结构分析软件模拟并计算内力；采用弹性地基梁法的结构内力计算，这些方法也各有其优缺点。

力矩分配法是以位移法为基础的一种数值渐近方法，由美国H.克罗斯于1932年发表的，主要用于杆系刚结结构（如连续梁和刚架）的受力分析。

随着结构力学理论水平的不断提高力矩分配法在土木工程界已经广泛应用，其涉及工民建、市政、道桥、水利、港工等领域，也得到工程界专业人士的认可。

力矩分配法主要用于连续梁和无结点线位移（侧移）刚架的计算。

其优点是不需要建立和解算联立方程组，而在其计算简图上进行计算或列表计算，就能直接求得各杆断弯矩，正在被更多的设计者所接受和应用。

水池计算软件水池计算软件是一种用于计算、设计和规划游泳池的工具。

它可以帮助建筑师、设计师和业主快速、准确地计算水池的尺寸、容量、成本和其他关键参数。

水池计算软件通常包括以下功能：1.尺寸计算：根据用户提供的要求和限制条件，软件可以计算出水池的长度、宽度、深度和倾斜度等参数。

用户可以根据自己的需求对这些参数进行调整，以获得最合适的设计方案。

2.容量计算：软件可以根据水池的尺寸和形状自动计算其容量。

这对于游泳池维护和水质控制非常重要，因为水池容量的准确计算可以帮助用户确定所需的化学品和过滤设备。

3.成本估算：水池计算软件还可以估算建造和维护游泳池所需的成本。

它考虑了各种因素，如材料、劳动力和设备费用，以便用户可以预估游泳池的总成本和每年的运营成本。

4.水力学模拟：软件通常还包含水力学模拟的功能，可以模拟水池中的水流、水压和波浪等。

这对于调整池水流动性和提供更好的游泳体验非常有帮助。

5.设计选项：水池计算软件通常还提供多种设计选项，包括不同的材料、颜色和纹理。

用户可以通过尝试不同的设计来寻找最理想的游泳池外观。

6.数据分析：软件还可以收集和分析水池的数据，如温度、水质和消毒剂浓度等。

这样，用户可以更好地了解水池的状况，及时采取必要的措施。

7.三维可视化：一些软件还提供三维可视化的功能，可以帮助用户更好地了解设计方案的外观和细节。

用户可以通过旋转、缩放和平移水池模型来查看不同角度的效果。

总之，水池计算软件是一种功能强大的工具，可以帮助用户快速、准确地计算、设计和规划游泳池。

它不仅可以提高工作效率，还可以减少错误和成本。

无论是建筑师、设计师还是业主，都可以从水池计算软件中获得很多好处。

水池计算书项目名称___________________________________设计_____________校对_____________审核_____________计算时间 2014年11月4日（星期二）15:29一、设计依据《给水排水工程构筑物结构设计规》 GB 50069-2002《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规》 GB 50032-2003《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》 CECS 138:2002《给水排水工程结构设计手册》(第二版). 世杰主编. 中国建筑工业，2007 《混凝土结构设计规》 GB 50010-2010《建筑抗震设计规》GB 50011-2010《土木工程特种结构》马芹永主编. 高等教育，2005.07二、设计资料1.总体信息池外设计地面标高: 0.00地下水位标高(m): : 0.00水池类型: 有盖水池水池混凝土等级: C30水池钢筋等级: HRB335抗震设防烈度: 7度(0.10g) 最大裂缝宽度限值: 0.20mm底板外挑尺寸: 350mm混凝土重度: 25.0kN/m32.荷载信息顶板覆土厚度: 默认顶板活荷载: 2.0 kN/m2雪荷载分区: I区基本雪压: : 0.00 kN/m2上人水池顶盖: 否池水重度: 10.0 kN/m3地面堆积荷载: 10.0 kN/m2回填土重度: 18.0 kN/m3回填土有效重度: 10.0 kN/m3回填土摩擦角: 30.00 °3.水池主体信息板位置中的编号为形成该板块的节点编号，节点编号图如下所示:4.土层信息4.1 岩土性能参数表重度(kN/m3) 修正系数b修正系数d调整系数a4.2 勘探孔参数表孔点参数天然地面标高ZK015.板配筋选项壁板按对称配筋：否底板顶板按对称配筋：否按最大配筋点配筋：否按平均力值配筋：是考虑池水压最不利分布：是忽略角点力：是壁板按轴线归并：是按钢筋网配筋：否验算抗裂度：是验算裂缝：是三、荷载计算1.结构自重及覆土重结构自重: 387.33 kN覆土重: 340.56 kN2.池水压3.顶板覆土竖向土压力4.池外土侧压力壁板上端:: 1.00 kN/m2壁板下端:: 10.67 kN/m25.顶板活载采用活荷载顶板活载: 2.00 kN/m26.池外水压力顶板: 1.00 kN/m2壁板上端:: 3.00 kN/m2壁板下端:: 32.00 kN/m2底板: 35.00 kN/m27.堆积荷载引起侧压力壁板上端:: 3.33 kN/m2壁板下端:: 3.33 kN/m28.水平地震作用顶板的自重惯性力: 0.25 kN/m2壁板9.基本组合系数10.标准组合系数11.准永久值组合系数组合号永久作用可变作用地震作用附加荷载结构自重池水压力覆土竖向土压力土侧压力顶板活载地面堆载池外水压力温(湿)度作用x方向y方向z方向附加恒载附加活载1 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.002 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.003 1.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.004 1.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.50 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.005 1.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.006 1.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.50 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00四、地基承载力及沉降计算f a = 153.7 kPaf aE = 153.7 kPa基底控制压力:p k = (387.33 + 340.56 + 219.31 + 21.12) / 15.60 = 62 kPa < f a = 154 kPa 满足要求p k= (387.33 + 340.56 + 219.31 + 0.5 × 21.12) / 15.60 = 61 kPa < f aE = 154 kPa 满足要求p kmax= (387.33 + 340.56 + 219.31 + 0.5 × 21.12) / 15.60 + 55.94 / 10.27 =67 kPa < 1.2f aE = 184 kPa 满足要求p kmin= (387.33 + 340.56 + 219.31 + 0.5 × 21.12) / 15.60 - 55.94 / 10.27 =56 kPa > 0 满足要求水池沉降值: 5.6 mm五、抗浮验算K sb = G ik / (q fw,k A F) = 727.89 / 546.09 = 1.333 > 1.05, 满足要求六、各板力及配筋计算注：敞口时没顶板，顶板和底板的跨中X和Y均指整体坐标系下的方向；对于中间壁板不分侧和外侧，取两侧结果最大值作为最终配筋方案，按两侧对称配置，此时池外侧表格用横杠表示。