矩形水池设计及池壁计算.docx
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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》(GB50010-2002),本文简称《混凝土规范》
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),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》
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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
土天然重度18.00kN/m3,土饱和重度20.00kN/m3,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
地下水位标高-3.100m,池内水深3.000m,池内水重度10.00kN/m3,
浮托力折减系数1.00,抗浮安全系数Kf=1.05
1.3荷载信息
活荷载:
地面10.00kN/m2,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
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(10-5/°C)
1.4钢筋砼信息
混凝土:
等级C25,重度25.00kN/m3,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
单位说明:
弯矩:
kN.m/m钢筋面积:
mm2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=453.03kN
(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=270.00kN
(3)覆土重量计算
池顶覆土重量Gt1=0kN
池顶地下水重量Gs1=0kN
底板外挑覆土重量Gt2=6.240×(3.400-0.400)=18.72kN
基底以上的覆盖土总重量Gt=Gt1+Gt2=18.72kN
基底以上的地下水总重量Gs=Gs1+Gs2=0.00kN
(4)活荷载作用Gh
顶板活荷载作用力Gh1=3.500×3.500×1.50=18.38kN
地面活荷载作用力Gh2=6.240×10.00=62.40kN
活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=18.38+62.40=80.78kN
(5)基底压力Pk
基底面积:
A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=4.300×4.300=18.49m2
基底压强:
Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A
=(453.03+270.00+18.72+0.00+80.78)/18.490=44.48kN/m2
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
=17.29kN/m3
(2)计算基础底面以下土的重度r
考虑地下水作用,取浮重度,r=20.00-10=10.00kN/m3
(3)根据基础规范的要求,修正地基承载力:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=120.00+0.00×10.00×(4.300-3)+1.00×17.29×(3.400-0.5)
=170.15kPa
3.1.3结论:
Pk=44.48 3.2抗浮验算 抗浮力Gk=Gc+Gt+Gs=453.03+18.72+0.00=471.75kN 浮力F=(3.500+2×0.400)×(3.500+2×0.400)×0.300×10.0×1.00 =55.47kN 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 侧向土压力荷载组合(kN/m2): 部位(标高) 土压力标准值 水压力标准值 活载标准值 基本组合 准永久组合 池壁顶端(0.500) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 地面(0.000) 0.00 0.00 3.33 4.23 1.33 底板顶面(-3.000) 18.00 0.00 3.33 27.09 19.33 (2)池内底部水压力: 标准值=30.00kN/m2,基本组合设计值=38.10kN/m2 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 =36.24kN/m2 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 =27.26kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q=36.24-0.400×25.00×1.20 =24.24kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe=27.26-0.400×25.00 =17.26kN/m2 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=3.250m,Ly=3.500m,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) 部位 池外土压力 池内水压力 温湿度作用 基本组合 内侧-水平跨中 4.16 - - 4.16 水平边缘 - 12.76 - 12.76 竖直跨中 2.67 - - 2.67 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 14.64 - 14.64 外侧-水平跨中 - -5.74 -11.97 -17.71 水平边缘 -9.24 - -14.00 -23.24 竖直跨中 - -3.72 -11.29 -15.01 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -10.50 - -13.48 -23.98 准永久组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位 池外土压力 池内水压力 温湿度作用 准永久组合 内侧-水平跨中 2.91 - - 2.91 水平边缘 - 10.04 - 10.04 竖直跨中 1.89 - - 1.89 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 11.53 - 11.53 外侧-水平跨中 - -4.52 -10.47 -14.99 水平边缘 -6.47 - -12.25 -18.72 竖直跨中 - -2.93 -9.88 -12.81 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -7.43 - -11.79 -19.22 (4)B侧池壁内力: 计算跨度: Lx=3.250m,Ly=3.500m,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) 部位 池外土压力 池内水压力 温湿度作用 基本组合 内侧-水平跨中 4.16 - - 4.16 水平边缘 - 12.76 - 12.76 竖直跨中 2.67 - - 2.67 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 14.64 - 14.64 外侧-水平跨中 - -5.74 -11.97 -17.71 水平边缘 -9.24 - -14.00 -23.24 竖直跨中 - -3.72 -11.29 -15.01 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -10.50 - -13.48 -23.98 准永久组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位 池外土压力 池内水压力 温湿度作用 准永久组合 内侧-水平跨中 2.91 - - 2.91 水平边缘 - 10.04 - 10.04 竖直跨中 1.89 - - 1.89 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 11.53 - 11.53 外侧-水平跨中 - -4.52 -10.47 -14.99 水平边缘 -6.47 - -12.25 -18.72 竖直跨中 - -2.93 -9.88 -12.81 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -7.43 - -11.79 -19.22 (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) 部位 基本组合 准永久组合 上侧-L向跨中 5.41 3.85 B向跨中 5.41 3.85 下侧-L向边缘 -13.08 -9.32 B向边缘 -13.08 -9.32 (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ψ<0.4时,取0.4; 当ψ>1.0时,取1.0 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/mm2) Es—钢筋的弹性模量(N/mm2) 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×h0/e0,对大偏心受拉构件取α2=1+0.35×h0/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: ①L侧池壁配筋及裂缝表(弯矩: kN.m/m,面积: mm2/m,裂缝: mm) 部位 弯矩 计算面积 实配钢筋 实配面积 裂缝宽度 内侧-水平跨中 4.16 500 D12@200 565 0.02 水平边缘 12.76 500 D12@200 565 0.08 竖直跨中 2.67 500 D12@200 565 0.02 竖直上边缘 0.00 500 D12@200 565 0.00 竖直下边缘 14.64 500 D12@200 565 0.10 外侧-水平跨中 -17.71 500 D12@200 565 0.13 水平边缘 -23.24 500 D12@200 565 0.16 竖直跨中 -15.01 500 D12@200 565 0.11 竖直上边缘 -0.00 500 D12@200 565 0.00 竖直下边缘 -23.98 500 D12@200 565 0.16 ②B侧池壁配筋及裂缝表(弯矩: kN.m/m,面积: mm2/m,裂缝: mm) 部位 弯矩 计算面积 实配钢筋 实配面积 裂缝宽度 内侧-水平跨中 4.16 500 D12@200 565 0.02 水平边缘 12.76 500 D12@200 565 0.08 竖直跨中 2.67 500 D12@200 565 0.02 竖直上边缘 0.00 500 D12@200 565 0.00 竖直下边缘 14.64 500 D12@200 565 0.10 外侧-水平跨中 -17.71 500 D12@200 565 0.13 水平边缘 -23.24 500 D12@200 565 0.16 竖直跨中 -15.01 500 D12@200 565 0.11 竖直上边缘 -0.00 500 D12@200 565 0.00 竖直下边缘 -23.98 500 D12@200 565 0.16 ③底板配筋及裂缝表(弯矩: kN.m/m,面积: mm2/m,裂缝: mm) 部位 弯矩 计算面积 实配钢筋 实配面积 裂缝宽度 上侧-L向跨中 5.41 800 D14@190 810 0.02 B向跨中 5.41 800 D14@190 810 0.02 下侧-L向边缘 -13.08 800 D14@190 810 0.04 B向边缘 -13.08 800 D14@190 810 0.04 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 =[(3.500-0.250)+(3.500-0.250)]×2×0.250×3.500=11.38m3 (2)底板: (L+2×t2)×(B+2×t2)×h3 =(3.500+2×0.400)×(3.500+2×0.400)×0.400=7.40m3 (3)水池混凝土总方量=11.38+7.40=18.77m3 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) _板容重=20.00(kN/m3);板自重荷载设计值=6.00(kN/m2) 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): 三角形荷载=60.00(kN/m2) _砼强度等级: C25,fc=11.90N/mm2 支座纵筋级别: HRB335,fy=300.00N/mm2 板底纵筋级别: HRB335,fy=300.00N/mm2 _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 _弯矩单位: kN.m/m,配筋面积: mm2/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)
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