矩形水池设计及池壁计算

矩形水池设计

项目名称 构件编号 日 期 设 计 校 对 审 核 执行规范:

《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002), 本文简称《混凝土规范》 《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002), 本文简称《地基规范》

《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002), 本文简称《给排水结构规范》 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS138-2002), 本文简称《水池结构规程》

----------------------------------------------------------------------- 1 基本资料 1.1 几何信息

水池类型: 无顶盖 半地上

长度L=3.500m, 宽度B=3.500m, 高度H=3.900m, 底板底标高=-3.400m 池底厚h3=400mm, 池壁厚t1=250mm,底板外挑长度t2=400mm 注：地面标高为±0.000。

(平面图) (剖面图) 1.2 土水信息

33

土天然重度18.00 kN/m , 土饱和重度20.00kN/m, 土内摩擦角30度

地基承载力特征值fak=120.0kPa, 宽度修正系数ηb =0.00, 埋深修正系数ηd =1.00

3

地下水位标高-3.100m, 池内水深3.000m, 池内水重度10.00kN/m, 浮托力折减系数1.00, 抗浮安全系数Kf=1.05 1.3 荷载信息

2

活荷载: 地面10.00kN/m, 组合值系数0.90 恒荷载分项系数: 水池自重1.20, 其它1.27 活荷载分项系数: 地下水压1.27, 其它1.27

活荷载准永久值系数: 顶板0.40, 地面0.40, 地下水1.00, 温湿度1.00

-5

考虑温湿度作用: 池内外温差10.0度, 弯矩折减系数0.65, 砼线膨胀系数1.00(10/°C) 1.4 钢筋砼信息

3

混凝土: 等级C25, 重度25.00kN/m, 泊松比0.20

保护层厚度(mm): 池壁(内35, 外35), 底板(上40, 下40)

钢筋级别: HRB335, 裂缝宽度限值: 0.20mm, 配筋调整系数: 1.00

按裂缝控制配筋计算

2 计算内容

(1) 地基承载力验算 (2) 抗浮验算 (3) 荷载计算

(4) 内力(考虑温度作用) 计算 (5) 配筋计算 (6) 裂缝验算

(7) 混凝土工程量计算

3 计算过程及结果

2

单位说明: 弯矩:kN.m/m 钢筋面积:mm 裂缝宽度:mm 计算说明：双向板计算按查表

恒荷载:水池结构自重, 土的竖向及侧向压力, 内部盛水压力. 活荷载:顶板活荷载, 地面活荷载, 地下水压力, 温湿度变化作用. 裂缝宽度计算按长期效应的准永久组合. 3.1 地基承载力验算 3.1.1 基底压力计算 (1)水池自重Gc 计算

池壁自重G2=[2×(L+B)-4×t1]×[H-h1-h3]×t1×γc

=[2×(3.500+3.500)-4×0.250]×[3.900-0.200-0.400]×0.250×25.00=268.13kN

底板自重G3=(L+2×t2) ×(B+2×t2) ×h3×γc

=(3.500+2×0.400) ×(3.500+2×0.400) ×0.400×25.00= 184.90kN 水池结构自重Gc=G2+G3=453.03 kN (2)池内水重Gw 计算

池内水重Gw=(L-2×t1) ×(B-2×t1) ×Hw ×rw

=(3.500-2×0.250) ×(3.500-2×0.250) ×3.000×10.00= 270.00 kN (3)覆土重量计算

池顶覆土重量Gt1= 0 kN 池顶地下水重量Gs1= 0 kN

底板外挑覆土重量Gt2= 6.240×(3.400-0.400) = 18.72 kN 基底以上的覆盖土总重量Gt = Gt1 + Gt2 = 18.72 kN 基底以上的地下水总重量Gs = Gs1 + Gs2 = 0.00 kN (4)活荷载作用Gh

顶板活荷载作用力Gh1= 3.500×3.500×1.50= 18.38 kN 地面活荷载作用力Gh2= 6.240×10.00= 62.40 kN

活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=18.38+62.40= 80.78 kN (5)基底压力Pk

2

基底面积: A=(L+2×t2) ×(B+2×t2)=4.300×4.300 = 18.49 m 基底压强: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A

2

=(453.03+270.00+18.72+0.00+80.78)/18.490= 44.48 kN/m 3.1.2 修正地基承载力

(1)计算基础底面以上土的加权平均重度rm

rm=[0.300×(20.00-10)+3.100×18.00]/3.400

3

= 17.29 kN/m

(2)计算基础底面以下土的重度r

3

考虑地下水作用，取浮重度，r=20.00-10=10.00kN/m (3)根据基础规范的要求，修正地基承载力:

fa = fak + ηb γ(b - 3) + ηd γm (d - 0.5)

= 120.00+0.00×10.00×(4.300-3)+1.00×17.29×(3.400-0.5) = 170.15 kPa

3.1.3 结论: Pk=44.48

抗浮力Gk=Gc+Gt+Gs=453.03+18.72+0.00= 471.75 kN

浮力F=(3.500+2×0.400) ×(3.500+2×0.400) ×0.300×10.0×1.00 =55.47 kN

Gk/F=471.75/55.47=8.50 > Kf=1.05, 抗浮满足要求。 3.3 荷载计算

3.3.1 池壁荷载计算: (1)池外荷载:

主动土压力系数Ka= 0.33

2

侧向土压力荷载组合(kN/m):

(2)池内底部水压力: 标准值= 30.00 kN/m, 基本组合设计值= 38.10 kN/m 3.3.2 底板荷载计算(池内无水，池外填土): 水池结构自重标准值Gc= 453.03kN 基础底面以上土重标准值Gt= 18.72kN 基础底面以上水重标准值Gs= 0.00kN 基础底面以上活载标准值Gh= 80.78kN 水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb = (453.03×1.20+18.72×1.27+0.00×1.27+80.78×1.27)/18.490

2

= 36.24kN/m

水池底板以上全部竖向压力准永久组合:

Qbe = (453.03+18.72+0.00×1.00+1.50×12.250×0.40+10.00×6.240×0.40)/18.490

2

= 27.26kN/m

板底均布净反力基本组合:

Q = 36.24-0.400×25.00×1.20

2

= 24.24 kN/m

板底均布净反力准永久组合: Qe = 27.26-0.400×25.00

2

= 17.26 kN/m

3.4 内力, 配筋及裂缝计算 弯矩正负号规则:

池壁:内侧受拉为正, 外侧受拉为负 底板:上侧受拉为正, 下侧受拉为负 荷载组合方式:

1.池外土压力作用(池内无水，池外填土) 2.池内水压力作用(池内有水，池外无土)

3.池壁温湿度作用(池内外温差=池内温度-池外温度) (3)L侧池壁内力:

计算跨度: Lx= 3.250 m, Ly= 3.500 m , 三边固定, 顶边自由 池壁类型: 普通池壁, 按双向板计算

准永久组合作用弯矩表(kN.m/m)

(4)B侧池壁内力:

计算跨度: Lx= 3.250 m, Ly= 3.500 m , 三边固定, 顶边自由 池壁类型: 普通池壁, 按双向板计算 基本组合作用弯矩表(kN.m/m)

准永久组合作用弯矩表(kN.m/m)

(5)底板内力:

计算跨度:Lx= 3.250m, Ly= 3.250m , 四边固定 按双向板计算.

1.池外填土, 池内无水时, 荷载组合作用弯矩表(kN.m/m)

(6)配筋及裂缝:

配筋计算方法:按单筋受弯构件计算板受拉钢筋. 裂缝计算根据《水池结构规程》附录A 公式计算.

式中 Mq — 在作用效应准永久组合下, 计算截面处的弯矩(N.mm) wmax — 最大裂缝宽度(mm)

ψ — 裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数, 当ψ1.0时, 取1.0

2

σsq — 按作用效应准永久组合计算的截面纵向受拉钢筋应力(N/mm)

2

Es — 钢筋的弹性模量(N/mm)

c — 最外层纵向受拉钢筋的混凝土保护层厚度(mm) d — 纵向受拉钢筋直径(mm)

ρte — 以有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率 υ — 纵向受拉钢筋表面特征系数

α1 — 系数, 对受弯、大偏心受压构件取α1=0 ; 对大偏心受拉构件取

α2 — 系数，对受弯构件取α2=1.0，对大偏心受压构件

取α2=1-0.2×h 0/e0, 对大偏心受拉构件取α2=1+0.35×h 0/e0。 按基本组合弯矩计算配筋, 按准永久组合弯矩计算裂缝, 结果如下:

2

①L 侧池壁配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m, 面积:mm/m, 裂缝:mm)

2

②B 侧池壁配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m, 面积:mm/m, 裂缝:mm)

2

③底板配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m, 面积:mm/m, 裂缝:mm)

裂缝验算均满足. 3.5 混凝土工程量计算:

(1)池壁: [(L-t1)+(B-t1)]×2×t1×h2

3

= [(3.500-0.250)+(3.500-0.250)]×2×0.250×3.500 = 11.38 m (2)底板: (L+2×t2) ×(B+2×t2) ×h3

3

= (3.500+2×0.400) ×(3.500+2×0.400) ×0.400 = 7.40 m

3

(3)水池混凝土总方量 = 11.38+7.40 = 18.77 m

1-1池壁计算： 1 计算条件

_计算板长= 3.500(m) ；计算板宽= 3.500(m) ；板厚= 250(mm)

32

_板容重= 20.00(kN/m) ；板自重荷载设计值= 6.00(kN/m) 恒载分项系数= 1.20 ； 活载分项系数= 1.40 荷载设计值(不包括自重荷载):

2

三角形荷载= 60.00(kN/m)

2

_砼强度等级: C25, fc =11.90 N/mm

2

支座纵筋级别: HRB335, fy =300.00 N/mm

2

板底纵筋级别: HRB335, fy =300.00 N/mm

_混凝土保护层= 35(mm), 配筋计算as= 40(mm), 泊松比= 0.20 _支撑条件=

四边_上:自由_下:固定_左:固定_右:固定 角柱_左下:无_右下:无_右上:无_左上:无 2 计算结果

2

_弯矩单位:kN.m/m, 配筋面积:mm/m, 构造配筋率:0.20% 弯矩计算方法: 查表

--------------------------------------------------------------- _(1)跨中: [水平]_[竖向] _ 弯矩 11.9__ 7.9

_ 面积 500(0.20%)_500(0.20%) _ 实配 D12@200(565)_D12@200(565) _(2)四边: [上]__[下]__[左]__[右] _ 弯矩 0.0 _-29.9__-26.7__-26.7

_ 面积 500(0.20%)_500(0.20%)_500(0.20%)_500(0.20%)

_ 实配 D12@200(565)_D12@200(565)_D12@200(565)_D12@200(565) _(3)平行板边: [左]__[中]__[右] _ 上边弯矩: -7.2__10.0__-7.2

_ 上边配筋: 500(0.20%)_500(0.20%)_500(0.20%)

_ 上边实配: D12@200(565)_D12@200(565)_D12@200(565)