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:

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

地面（0.000）

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

水平边缘

12.76

竖直跨中

2.67

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

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

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

水平边缘

10.04

竖直跨中

1.89

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

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

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

水平边缘

12.76

竖直跨中

2.67

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

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

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

水平边缘

10.04

竖直跨中

1.89

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

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

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

水平边缘

12.

竖直跨中

竖直上边缘

竖直下边缘

14.

外侧-水平跨中

-17.

水平边缘

-23.

竖直跨中

-15.

竖直上边缘

-0.

竖直下边缘

-23.

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

水平边缘

12.

竖直跨中

竖直上边缘

竖直下边缘

14.

外侧-水平跨中

-17.

水平边缘

-23.

竖直跨中

-15.

竖直上边缘

-0.

竖直下边缘

-23.

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

B向跨中

下侧-L向边缘

-13.

B向边缘

-13.

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

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（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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