敞口矩形水池设计计算报告书.doc

敞口矩形水池设计(4m×5m×2.5m)
执行规范:
　　《混凝土构造设计规范》(GB 50010-)， 本文简称《混凝土规范》
　　《建筑地基基本设计规范》(GB 50007-)， 本文简称《地基规范》
　　《给水排水工程构筑物构造设计规范》(GB50069-)， 本文简称《给排水构造规范》
　　《给水排水工程钢筋混凝土水池构造设计规程》(CECS138-)， 本文简称《水池构造规程》
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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18.00 kN/m3 ，土饱和重度20.00kN/m3，土内摩擦角30度
地基承载力特性值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,池内水深1.500m，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30.00kN/m2， 组合值系数0.90
恒荷载分项系数：水池自重1.20， 其他1.30
活荷载分项系数：地下水压1.27， 其他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：级别C30， 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35,下35)
钢筋级别：HRB400， 裂缝宽度限值：0.20mm， 配筋调节系数：1.00

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 计算过程及成果
单位阐明：弯矩:kN.m/m 钢筋面积:mm2 裂缝宽度:mm
计算阐明：双向板计算按查表
恒荷载:水池构造自重,土竖向及侧向压力,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
水池构造自重Gc=G2+G3=425.00 kN
(2)池内水重Gw计算
池内水重Gw=(L-2×t1)×(B-2×t1)×Hw×rw
=(5.400-2×0.200)×(4.400-2×0.200)×1.500×10.00= 300.00 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= 4.080×(2.800-0.300) = 10.20 kN
基底以上覆盖土总重量Gt = Gt1 + Gt2 = 10.20 kN
基底以上地下水总重量Gs = Gs1 + Gs2 = 0.00 kN
(4)活荷载作用Gh
顶板活荷载作用力Gh1= 5.400×4.400×1.50= 35.64 kN
地面活荷载作用力Gh2= 4.080×30.00= 122.40 kN
活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=35.64+122.40= 158.04 kN
(5)基底压力Pk
基底面积：A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=5.800×4.800 = 27.84 m2
基底压强：Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A
=(425.00+300.00+10.20+0.00+158.04)/27.840= 32.08 kN/m2
3.1.2 修正地基承载力
(1)计算基本底面以上土加权平均重度rm
rm=18.00kN/m3
(2)计算基本底面如下土重度r
地下水位于底板下1m如下，不考虑地下水作用，r=18.00kN/m3
(3)依照基本规范规定，修正地基承载力:
fa = fak + ηb γ(b - 3) + ηdγm(d - 0.5)
= 100.00+0.00×18.00×(4.800-3)+1.00×18.00×(2.800-0.5)
= 141.40 kPa
3.1.3 结论：Pk=32.08 < fa=141.40 kPa，地基承载力满足规定。
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:
积极土压力系数Ka= 0.33
侧向土压力荷载组合(kN/m2):
部位(标高)
土压力原则值
水压力原则值
活载原则值
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)池内底部水压力：原则值= 15.00 kN/m2，基本组合设计值= 19.50 kN/m2
3.3.2 底板荷载计算(池内无水，池外填土):
水池构造自重原则值Gc= 425.00kN
基本底面以上土重原则值Gt= 10.20kN
基本底面以上水重原则值Gs= 0.00kN
基本底面以上活载原则值Gh= 158.04kN
水池底板以上所有竖向压力基本组合:
Qb = (425.00×1.20+10.20×1.30+0.00×1.27+158.04×1.40)/27.840
= 26.74kN/m2
水池底板以上所有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
= 17.74 kN/m2
板底均布净反力准永久组合:
Qe = 17.90-0.300×25.00
= 10.40 kN/m2
3.3.3 底板荷载计算(池内有水，池外无土):
水池底板以上所有竖向压力基本组合:
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
水池底板以上所有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 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= 5.200 m，Ly= 2.500 m ， 三边固定,顶边自由
池壁类型：普通池壁,按双向板计算
基本组合伙用弯矩表(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
5.41
-
-
5.41
水平边沿
-
6.13
-
6.13
竖直跨中
2.38
-
-
2.38
竖直上边沿
-
0.00
-
0.00
竖直下边沿
-
10.79
-
10.79
外侧-水平跨中
-
-1.63
-9.68
-11.31
水平边沿
-17.38
-
-9.51
-26.89
竖直跨中
-
-1.53
-5.39
-6.92
竖直上边沿
0.00
-
0.00
-0.00
竖直下边沿
-29.77
-
-9.10
-38.88

准永久组合伙用弯矩表(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
2.34
-
-
2.34
水平边沿
-
4.72
-
4.72
竖直跨中
1.42
-
-
1.42
竖直上边沿
-
0.00
-
0.00
竖直下边沿
-
8.30
-
8.30
外侧-水平跨中
-
-1.25
-7.69
-8.94
水平边沿
-7.93
-
-7.55
-15.48
竖直跨中
-
-1.17
-4.28
-5.45
竖直上边沿
0.00
-
0.00
-0.00
竖直下边沿
-13.73
-
-7.22
-20.95
(4)B侧池壁内力:
计算跨度：Lx= 4.200 m，Ly= 2.500 m ， 三边固定,顶边自由
池壁类型：普通池壁,按双向板计算
基本组合伙用弯矩表(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
5.44
-
-
5.44
水平边沿
-
5.64
-
5.64
竖直跨中
3.05
-
-
3.05
竖直上边沿
-
0.00
-
0.00
竖直下边沿
-
8.41
-
8.41
外侧-水平跨中
-
-1.69
-9.47
-11.17
水平边沿
-15.78
-
-9.82
-25.61
竖直跨中
-
-1.69
-6.39
-8.08
竖直上边沿
0.00
-
0.00
-0.00
竖直下边沿
-21.66
-
-10.17
-31.83

准永久组合伙用弯矩表(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
2.37
-
-
2.37
水平边沿
-
4.34
-
4.34
竖直跨中
1.69
-
-
1.69
竖直上边沿
-
0.00
-
0.00
竖直下边沿
-
6.47
-
6.47
外侧-水平跨中
-
-1.30
-7.52
-8.82
水平边沿
-7.24
-
-7.80
-15.03
竖直跨中
-
-1.30
-5.07
-6.38
竖直上边沿
0.00
-
0.00
-0.00
竖直下边沿
-10.25
-
-8.07
-18.33
(5)底板内力:
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,池内无水时,荷载组合伙用弯矩表(kN.m/m)
基本组合伙用弯矩表
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向边沿
0.00
-31.83
-31.83
B向边沿
0.00
-38.88
-38.88
L向跨中
-
-59.49
-45.52
B向跨中
-
-19.85
-0.49

准永久组合伙用弯矩表
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向边沿
0.00
-18.33
-18.33
B向边沿
0.00
-20.95
-20.95
L向跨中
-
-32.14
-23.95
B向跨中
-
-11.01
-
2.池内有水,池外无土时,荷载组合伙用弯矩表(kN.m/m)
基本组合伙用弯矩表
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向边沿
0.00
8.41
8.41
B向边沿
0.00
10.79
10.79

准永久组合伙用弯矩表
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向边沿
0.00
6.47
6.47
B向边沿
0.00
8.30
8.30
(6)配筋及裂缝:
配筋计算办法:按单筋受弯构件计算板受拉钢筋.
裂缝计算依照《水池构造规程》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共计算截面纵向受拉钢筋应力(N/mm2)
Es — 钢筋弹性模量(N/mm2)
c — 最外层纵向受拉钢筋混凝土保护层厚度(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纵向受拉钢筋配筋率
υ — 纵向受拉钢筋表面特性系数
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,成果如下:
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
5.41
400
E12@250
452
0.03
水平边沿
6.13
400
E12@250
452
0.06
竖直跨中
2.38
400
E12@250
452
0.02
竖直上边沿
0.00
400
E12@250
452
0.00
竖直下边沿
10.79
400
E12@250
452
0.11
外侧-水平跨中
-11.31
400
E12@250
452
0.12
水平边沿
-26.89
485
E12@230
492
0.18
竖直跨中
-6.92
400
E12@250
452
0.08
竖直上边沿
-0.00
400
E12@250
452
0.00
竖直下边沿
-38.88
715
E16@250
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
内侧-水平跨中
5.44
400
E12@250
452
0.03
水平边沿
5.64
400
E12@250
452
0.06
竖直跨中
3.05
400
E12@250
452
0.02
竖直上边沿
0.00
400
E12@250
452
0.00
竖直下边沿
8.41
400
E12@250
452
0.09
外侧-水平跨中
-11.17
400
E12@250
452
0.12
水平边沿
-25.61
461
E12@240
471
0.19
竖直跨中
-8.08
400
E12@250
452
0.09
竖直上边沿
-0.00
400
E12@250
452
0.00
竖直下边沿
-31.83
579
E14@250
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
E14@250
616
0.12
B向跨中
9.57
600
E14@250
616
0.06
L向边沿
8.41
600
E14@250
616
0.05
B向边沿
10.79
600
E14@250
616
0.06
下侧-L向跨中
-45.52
600
E14@250
616
0.19
B向跨中
-0.49
600
E14@250
616
0.00
L向边沿
-31.83
600
E14@250
616
0.14
B向边沿
-38.88
600
E14@250
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 = 9.40 m3
(2)底板：(L+2×t2)×(B+2×t2)×h3
= (5.400+2×0.200)×(4.400+2×0.200)×0.300 = 8.35 m3
(3)水池混凝土总方量 = 9.40+8.35 = 17.75 m3