敞口矩形水池设计计算书.docx
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敞口矩形水池设计计算书
敞口矩形水池设计(4m×5m×2.5m)
执行规:
《混凝土结构设计规》(GB50010-2002),本文简称《混凝土规》
《建筑地基基础设计规》(GB50007-2002),本文简称《地基规》
《给水排水工程构筑物结构设计规》(GB50069-2002),本文简称《给排水结构规》
《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=5.400m,宽度B=4.400m,高度H=2.800m,底板底标高=-2.800m
池底厚h3=300mm,池壁厚t1=200mm,底板外挑长度t2=200mm
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,土摩擦角30度
地基承载力特征值fak=100.0kPa,宽度修正系数ηb=0.00,埋深修正系数ηd=1.00
地下水位标高-5.000m,池水深1.500m,池水重度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30.00kN/m2,组合值系数0.90
恒荷载分项系数:
水池自重1.20,其它1.30
活荷载分项系数:
地下水压1.27,其它1.40
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C30,重度25.00kN/m3,泊松比0.20
保护层厚度(mm):
池壁(35,外35),底板(上35,下35)
钢筋级别:
HRB400,裂缝宽度限值:
0.20mm,配筋调整系数:
1.00
2计算容
(1)地基承载力验算
(2)抗浮验算
(3)荷载计算
(4)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,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×(5.400+4.400)-4×0.200]×[2.800-0.200-0.300]×0.200×25.00=216.20kN
底板自重G3=(L+2×t2)×(B+2×t2)×h3×γc
=(5.400+2×0.200)×(4.400+2×0.200)×0.300×25.00=208.80kN
水池结构自重Gc=G2+G3=425.00kN
(2)池水重Gw计算
池水重Gw=(L-2×t1)×(B-2×t1)×Hw×rw
=(5.400-2×0.200)×(4.400-2×0.200)×1.500×10.00=300.00kN
(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=4.080×(2.800-0.300)=10.20kN
基底以上的覆盖土总重量Gt=Gt1+Gt2=10.20kN
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=5.400×4.400×1.50=35.64kN
地面活荷载作用力Gh2=4.080×30.00=122.40kN
活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=35.64+122.40=158.04kN
(5)基底压力Pk
基底面积:
A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=5.800×4.800=27.84m2
基底压强:
Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A
=(425.00+300.00+10.20+0.00+158.04)/27.840=32.08kN/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=18.00kN/m3
(2)计算基础底面以下土的重度r
地下水位于底板下1m以下,不考虑地下水作用,r=18.00kN/m3
(3)根据基础规的要求,修正地基承载力:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=100.00+0.00×18.00×(4.800-3)+1.00×18.00×(2.800-0.5)
=141.40kPa
3.1.3结论:
Pk=32.08 3.2抗浮验算 由于地下水位低于池底标高,不需要进行本项验算 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(0.000) 0.00 0.00 10.00 14.00 4.00 地面(0.000) 0.00 0.00 10.00 14.00 4.00 底板顶面(-2.500) 15.00 0.00 10.00 33.50 19.00 (2)池底部水压力: 标准值=15.00kN/m2,基本组合设计值=19.50kN/m2 3.3.2底板荷载计算(池无水,池外填土): 水池结构自重标准值Gc=425.00kN 基础底面以上土重标准值Gt=10.20kN 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=158.04kN 水池底板以上全部竖向压力基本组合: Qb=(425.00×1.20+10.20×1.30+0.00×1.27+158.04×1.40)/27.840 =26.74kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe=(425.00+10.20+0.00×1.00+1.50×23.760×0.40+30.00×4.080×0.40)/27.840 =17.90kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q=26.74-0.300×25.00×1.20 =17.74kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe=17.90-0.300×25.00 =10.40kN/m2 3.3.3底板荷载计算(池有水,池外无土): 水池底板以上全部竖向压力基本组合: Qb=[425.00×1.20+(5.000×4.000×1.500)×10.00×1.30]/27.840=32.33kN/m2 板底均布净反力基本组合: Q=32.33-(0.300×25.00×1.20+1.500×10.00×1.30)=3.83kN/m2 水池底板以上全部竖向压力准永久组合: Qbe=[425.00+(5.000×4.000×1.500)×10.00]/27.840=26.04kN/m2 板底均布净反力准永久组合: Qe=26.04-(0.300×25.00+1.500×10.00)=3.54kN/m2 3.4力,配筋及裂缝计算 弯矩正负号规则: 池壁: 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(池无水,池外填土) 2.池水压力作用(池有水,池外无土) 3.池壁温湿度作用(池外温差=池温度-池外温度) (3)L侧池壁力: 计算跨度: Lx=5.200m,Ly=2.500m,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 池水压力 温湿度作用 基本组合 侧-水平跨中 5.41 - - 5.41 水平边缘 - 6.13 - 6.13 竖直跨中 2.38 - - 2.38 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 10.79 - 10.79 外侧-水平跨中 - -1.63 -9.68 -11.31 水平边缘 -17.38 - -9.51 -26.89 竖直跨中 - -1.53 -5.39 -6.92 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -29.77 - -9.10 -38.88 准永久组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位 池外土压力 池水压力 温湿度作用 准永久组合 侧-水平跨中 2.34 - - 2.34 水平边缘 - 4.72 - 4.72 竖直跨中 1.42 - - 1.42 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 8.30 - 8.30 外侧-水平跨中 - -1.25 -7.69 -8.94 水平边缘 -7.93 - -7.55 -15.48 竖直跨中 - -1.17 -4.28 -5.45 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -13.73 - -7.22 -20.95 (4)B侧池壁力: 计算跨度: Lx=4.200m,Ly=2.500m,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 池水压力 温湿度作用 基本组合 侧-水平跨中 5.44 - - 5.44 水平边缘 - 5.64 - 5.64 竖直跨中 3.05 - - 3.05 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 8.41 - 8.41 外侧-水平跨中 - -1.69 -9.47 -11.17 水平边缘 -15.78 - -9.82 -25.61 竖直跨中 - -1.69 -6.39 -8.08 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -21.66 - -10.17 -31.83 准永久组合作用弯矩表(kN.m/m) 部位 池外土压力 池水压力 温湿度作用 准永久组合 侧-水平跨中 2.37 - - 2.37 水平边缘 - 4.34 - 4.34 竖直跨中 1.69 - - 1.69 竖直上边缘 - 0.00 - 0.00 竖直下边缘 - 6.47 - 6.47 外侧-水平跨中 - -1.30 -7.52 -8.82 水平边缘 -7.24 - -7.80 -15.03 竖直跨中 - -1.30 -5.07 -6.38 竖直上边缘 0.00 - 0.00 -0.00 竖直下边缘 -10.25 - -8.07 -18.33 (5)底板力: 计算跨度: Lx=5.200m,Ly=4.200m,四边简支+池壁传递弯矩 按双向板计算. 1.池外填土,池无水时,荷载组合作用弯矩表(kN.m/m) 基本组合作用弯矩表 部位 简支基底反力 池壁传递弯矩 弯矩叠加 上侧-L向跨中 13.98 - - B向跨中 19.36 - - 下侧-L向边缘 0.00 -31.83 -31.83 B向边缘 0.00 -38.88 -38.88 L向跨中 - -59.49 -45.52 B向跨中 - -19.85 -0.49 准永久组合作用弯矩表 部位 简支基底反力 池壁传递弯矩 弯矩叠加 上侧-L向跨中 8.19 - - B向跨中 11.35 - 0.34 下侧-L向边缘 0.00 -18.33 -18.33 B向边缘 0.00 -20.95 -20.95 L向跨中 - -32.14 -23.95 B向跨中 - -11.01 - 2.池有水,池外无土时,荷载组合作用弯矩表(kN.m/m) 基本组合作用弯矩表 部位 简支基底反力 池壁传递弯矩 弯矩叠加 上侧-L向跨中 3.01 16.49 19.50 B向跨中 4.18 5.40 9.57 L向边缘 0.00 8.41 8.41 B向边缘 0.00 10.79 10.79 准永久组合作用弯矩表 部位 简支基底反力 池壁传递弯矩 弯矩叠加 上侧-L向跨中 2.79 12.68 15.47 B向跨中 3.86 4.15 8.02 L向边缘 0.00 6.47 6.47 B向边缘 0.00 8.30 8.30 (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 侧-水平跨中 5.41 400 E12250 452 0.03 水平边缘 6.13 400 E12250 452 0.06 竖直跨中 2.38 400 E12250 452 0.02 竖直上边缘 0.00 400 E12250 452 0.00 竖直下边缘 10.79 400 E12250 452 0.11 外侧-水平跨中 -11.31 400 E12250 452 0.12 水平边缘 -26.89 485 E12230 492 0.18 竖直跨中 -6.92 400 E12250 452 0.08 竖直上边缘 -0.00 400 E12250 452 0.00 竖直下边缘 -38.88 715 E16250 804 0.13 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 侧-水平跨中 5.44 400 E12250 452 0.03 水平边缘 5.64 400 E12250 452 0.06 竖直跨中 3.05 400 E12250 452 0.02 竖直上边缘 0.00 400 E12250 452 0.00 竖直下边缘 8.41 400 E12250 452 0.09 外侧-水平跨中 -11.17 400 E12250 452 0.12 水平边缘 -25.61 461 E12240 471 0.19 竖直跨中 -8.08 400 E12250 452 0.09 竖直上边缘 -0.00 400 E12250 452 0.00 竖直下边缘 -31.83 579 E14250 616 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 19.50 600 E14250 616 0.12 B向跨中 9.57 600 E14250 616 0.06 L向边缘 8.41 600 E14250 616 0.05 B向边缘 10.79 600 E14250 616 0.06 下侧-L向跨中 -45.52 600 E14250 616 0.19 B向跨中 -0.49 600 E14250 616 0.00 L向边缘 -31.83 600 E14250 616 0.14 B向边缘 -38.88 600 E14250 616 0.16 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 =[(5.400-0.200)+(4.400-0.200)]×2×0.200×2.500=9.40m3 (2)底板: (L+2×t2)×(B+2×t2)×h3 =(5.400+2×0.200)×(4.400+2×0.200)×0.300=8.35m3 (3)水池混凝土总方量=9.40+8.35=17.75m3
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