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1、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》 ----------------------------------------------------------------------- 1 基本资料 1.1 几何信息 水池类
2、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
3、 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
4、 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
5、 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=(
6、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
7、 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.
8、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
9、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:
10、 (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.
11、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+0.0
12、0×1.00+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+(5.00
13、0×4.000×1.500)×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.
14、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)
15、 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
16、 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
17、 - 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
18、 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.
19、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
20、 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.
21、 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
22、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
23、 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:
24、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)
25、 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
26、 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 45
27、2 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@25
28、0 804 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
29、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
30、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
31、@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
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