矩形水池设计与池壁计算

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

    土天然重度18.00 kN/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=453.03 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

       基底面积: A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=4.300×4.300 = 18.49 m2

       基底压强: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A

                   =(453.03+270.00+18.72+0.00+80.78)/18.490= 44.48 kN/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 

         = 17.29 kN/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 + ηb γ(b - 3) + ηdγm(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 < fa=170.15 kPa, 地基承载力满足要求。

3.2 抗浮验算

    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

       侧向土压力荷载组合(kN/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

        = 24.24 kN/m2

    板底均布净反力准永久组合:

      Qe = 27.26-0.400×25.00

         = 17.26 kN/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= 3.250 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)

        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)

        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)

        ②B侧池壁配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m, 面积:mm2/m, 裂缝:mm)

        ③底板配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m, 面积:mm2/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

              = [(3.500-0.250)+(3.500-0.250)]×2×0.250×3.500 = 11.38 m3

    (2)底板: (L+2×t2)×(B+2×t2)×h3

              = (3.500+2×0.400)×(3.500+2×0.400)×0.400 = 7.40 m3

    (3)水池混凝土总方量 = 11.38+7.40 = 18.77 m3

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=11.90 N/mm2

       支座纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/mm2

       板底纵筋级别: HRB335, fy=300.00 N/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)