矩形水池池顶设计.doc

给水排水工程结构课程
设计计算书

学 校：
院 系：
专 业：给排水科学与工程
年 级：2010 级
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指导教师：
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二○一二年十二月三十日

现浇钢筋混凝土水池顶盖课程设计
1.1.1 设计资料
某矩形水池顶盖平面尺寸为31.5m×18.0m，盖顶平面图如图1-1所示。采用钢筋混泥土顶板，设计此水池顶板。
荷载及材料如下：
（1） 池顶覆土厚度为300㎜（覆土重18kN/m3)；
（2） 顶盖底面：砂浆抹面，厚20㎜；
（3） 混凝土重度25kN/m3；
（4） 材料强度等级:混凝土强度等级C25；主梁和次梁的纵向受力钢筋采用HRB400级，板、主次梁的箍筋采用HRB235级。
（5） 1-1图中l1 =2.00m l2 =6.30m q=4kN/m3

图1-1 矩形水池顶盖平面

1.1.2 现浇单向板肋梁结构设计
1、结构布置及构件截面尺寸确定
（1）柱网尺寸
确定主梁的跨度为6.00m，次梁的跨度为2.00米，既柱距为6.00m×2.00m.主梁每跨内置两根次梁，板的跨度为2.00m。

（2）板的厚度h
对于有覆土的水池顶盖，板厚，所以取板厚。
（3）主梁界面尺寸
根据刚度要求，，取，截面宽度，取。
（4）次梁界面尺寸
根据刚度要求，，取，截面宽度，取。
2、板的设计
根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010 - 2002）规定，本设计中板区格长边与短边之比为：，介于之间，易用双向板进行设计。但也可按短边方向受力的单向板计算，在沿长边方向布置足够数量的构造钢筋来处理。
(1)材料指示及梁、板截面尺寸
C25混凝土：

HRB235钢筋：

HRB400钢筋：

混凝土重度标准值为，覆土重度标准值为，砂浆抹面层重度标准值为。板厚采用100㎜，次梁采用，主梁采用。
（2） 荷载设计值
恒荷载分项系数；因为，故活荷载分项系数。
永久荷载标准值
覆土重
板自重
抹面重
合计
永久荷载设计值：
可变荷载标准值：
可变荷载设计值：
总荷载：

考虑梁板整体性对内力的影响，计算折算荷载：

取1m宽板带进行计算，计算单元上的荷载为

（3） 板计算简图

图2-1 板计算简图
计算跨度：边跨
中跨
（4） 内力计算
连续板为9跨，可按五跨连续梁的内力系数进行计算。
跨中弯矩：

支座弯矩：

计算支座边缘处的内力：

（5） 配筋计算及绘制配筋图
板厚。按《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138：2002，板中受力钢筋的混凝土保护层厚度取100，故。板正截面承载力计算结果见表2-1。

板的配筋计算 表2-1
截面
边跨跨中
第一内支座
第二跨中
中间支座
中间跨中

4.61
-4.804
2.57
-3.724
3.30

0.092
0.096
0.051
0.074
0.066

0.952
0.949
0.974
0.962
0.966

354.76
370.85
193.31
283.60
250.27
选用钢筋

实际配筋面积
359
387
359
359
359
最小配筋量

注：1、表中取较大值，比较后取。
2、 对于板：。
（5）裂缝宽度验算
第一跨跨中裂缝宽度验算：
板的恒载标准值，活荷载，活荷载永久值
0.1×5.0=0.5kN/m，则折算荷载为：

由荷载永久组合产生的跨中最大弯矩为：

裂缝宽度验算所需的各项参数为：

取=0.01
，取
最大裂缝宽度：

（满足要求）
其他各支座及各跨中截面的最大裂缝宽度，经验算均未超过规范限值，验算过程从略。
（6） 挠度计算
给谁排水工程水池结构的有关规范对一般贮水池顶盖构件的挠度限值没有明确的规定。在实际工程设计时，通常根据经验对梁、板的跨高比设定在一定范围内即可不验算挠度。这里按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）规定，一般楼、屋盖受弯构件的挠度限制进行验算。
《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）规定，一般楼、屋盖受弯构件按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响计算的最大挠度，当<7m时，不应超过（为构件的计算跨度）。
等截面等跨的多跨连续梁板的最大挠度一般产生在第一跨内。本设计的梁板均只验算第一跨，且取跨中点挠度进行验算。虽然实际的最大挠度均产生在略偏近于端支座一侧，但取跨中点挠度进行控制所带来的误差甚小，可以忽略不计。
第一跨正弯矩区段的刚度计算：
按荷载标准组合计算的第一跨中最大弯矩为：

由荷载准永久组合产生的跨中最大弯矩为：

计算短期刚度所需的参数：

，取
取

则第一跨正弯矩区段的短期刚度为：

考虑长期作用影响的刚度为：

支座负弯矩区段的刚度计算：
在计算第一跨的挠度时所采用的活荷载分布状态应该时第一跨跨中产生最大正弯矩的活荷载分布状态，此时支座的负弯矩也应按这种活荷载分布状态进行计算。如果用分别表示在这种活荷载分布状态下支座的荷载效应标准组合值和荷载效应准永久组合值，则

在支座边缘截面相应的弯矩分别为：

计算短期刚度所需的参数：

则支座负弯矩区段的短期刚度为：

考虑长期作用影响的刚度为：

可见按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002) 可取整跨刚度为计算挠度，这样的简化使挠度计算大为方便。
第一跨跨中挠度验算：

(7) 板的配筋图
板的配筋如图1-4（）所示。分布钢筋采用，每米板宽的分布钢筋的截面面积为，大于15%，同时大于该方向截面面积的0.15%，即。

图2-2 板配筋图
3、次梁的设计
（1） 荷载计算
板传来的恒荷载设计值 9.96×2.00=19.92
梁自重设计值 1.2×25×0.2×（0.5-0.1）=2.4
恒荷载
活荷载 q=1.4×4×2=11.2
总荷载 g+q=33.52
q/g=11.2/22.32=0.502<3
考虑主梁扭转刚度的影响，调整后的折算荷载为

（2）计算简图 如图3-1所示

主梁截面尺寸为
计算跨度：边跨
中跨

图3-1 次梁计算简图
（3）内力计算
按五跨连续梁计算跨中和支座弯矩以及各支座左右截面的剪力值。
跨中弯矩：

支座弯矩：

支座边缘的内力：

A支座右侧剪力

A支座右侧边缘剪力

B支座左侧剪力

B支座左侧边缘剪力

B支座右侧剪力

B支座右侧边缘剪力

C支座左侧剪力

C支座左侧边缘剪力

C支座右侧剪力

C支座右侧边缘剪力

（4） 正截面承载力计算
梁跨中按T形截面计算，其翼缘宽度课取下面两项中的较小者：

故取。按《给水排水工程钢筋混泥土水池结构设计规程》CECS 138：2002钢筋的混凝土保护层厚度为35mm，故对T形截面，取，有效高度（按一排钢筋考虑。
判断各跨T形截面的类型：

故第1、第2和第3跨中均属于第一类T形截面。
次梁的正截面承载力计算结果见表3-1。

次梁正截面承载力计算 表3-1

截面
1
B
2
C
3
弯矩
109.35
-121.13
58.30
-92.99
73.03

455
430
455
430
455
截面类型
第一类T形
矩形
第一类T形
矩形
第一类T形

-
0.275
-
0.211
-

0.0222
-
0.0118
-
0.0148

0.989
0.835
0.994
0.880
0.993

675
937
358
683
449
选用钢筋

实际配筋面积
763
941
402
763
509
最小配筋量

（5）斜截面承载力计算
次梁剪力全木由箍筋承担时，斜截面承载力计算结果见表3-2.

次梁箍筋计算 表3-2

截面
A

78.686
120.988
107.273
98.014
102.886

箍筋肢数，直径

101
101
101
101
101

2256
364.36
202.76
287.97
236.17
设计配筋间距
250
150
150
150
150
是否许配弯筋
否
否
否
否
否

（6） 裂缝宽度验算
次梁恒载标准值，活载标准值，其准永久值。则次梁按荷载准永久值组合计算时的折算荷载值为：
折算荷载值

第一跨跨中裂缝宽度验算：
由荷载准永久组合引起的跨中最大弯矩为：

则，

最大裂缝宽度：

支座裂缝宽度验算：
由荷载准永久组合引起的支座最大弯矩为：

支座边缘处的内力：

则，

最大裂缝宽度：

次梁负弯矩钢筋的混凝土保护层厚度为板的保护层厚度加板的负弯矩钢筋的直径，即mm。
第2跨的跨中截面经过验算最大裂缝宽度也未超过限值，验算过程从略。
（7） 挠度验算
荷载标准组合计算时，次梁的折算荷载为：

第1跨正弯矩区段的刚度计算：
按荷载标准组合计算的跨中最大弯矩为：

由裂缝验算知荷载准永久组合引起的第1跨的跨中弯矩为：

计算短期刚度所需的参数：

则第一跨正弯矩区段的短期刚度为：

考虑长期作用影响的刚度为：

支座负弯矩区段的刚度计算：
相应于的荷载标准组合引起的支座负弯矩为：

支座边缘处的负弯矩为：

相应于的荷载准永久组合引起的支座负弯矩为：

支座边缘处的负弯矩为：

计算短期刚度所需的参数：

取

则支座负弯矩区段的短期刚度为：

对于翼缘位于受拉区的倒T形截面，荷载长期作用影响系数应增大20%，则考虑长期作用影响的刚度为：

可见，，按规范可取整跨刚度为计算挠度，则第一跨跨中挠度验算：

（6） 次梁配筋图

图3-2 次梁配筋图
4、主梁的设计
（1） 荷载计算
次梁传来恒荷载设计值： 25.12×6.3=158.256kN
主梁自重设计值 1.2×0.4×（0.7-0.1）×2×25=14.4kN
恒荷载 G=172.656kN
次梁传来的活荷载设计值 Q=8.4×6.3=52.92kN
（2） 计算简图 见图4-1
柱截面尺寸300mm×300mm
计算跨度

图4-1 主梁计算简图

（3） 内力计算
（（1））弯矩设计值及包络图，根据公式

计算结果见表 4-1，弯矩包络图见图4-2

序号

计算截面简图

M1

Ma

MB

M2

Mb

MC
①

0.244
252.5
0.155
160.4
-0.267
-276.3
0.067
69.3
0.067
69.3
-0.267
-276.3

②

0.289
92.8
0.244
77.5
-0.133
-42.2
-0.133
-42.2
-0.133
-42.2
-0.133
-42.2
③

-0.044
-14.1
0.089
28.3
-0.133
-42.2
0.200
63.5
0.200
63.5
-0.133
-42.2
④

0.229
94.9
0.126
40.0
-0.311
-98.7
0.096
30.5
0.170
54.0
-0.089
-28.2
⑤

-0.089/3
-9.4
-0.059
-187
-0.089
-28.3
0.170
54.0
0.096
30.5
-0.133
-42.2
内力组合
①+②
345.3
237.9
-318.5
27.1
27.1
-318.5
①+③
238.4
188.7
-318.5
132.8
132.9
-313.5
①+④
347.4
200.4
-375.0
99.8
123.3
-304.5
①+⑤
243.1
141.7
-304.6
123.3
99.8
-318.5
主梁弯矩计算 表4-1 图4-2 主梁弯矩包络

（（2））剪力设计值及包络图，根据公式
计算结果见表 4-2，弯矩包络图见图4-3

主梁剪力计算 表4-2
序号

计算截面简图

VA

VB左

VB右

VC左
①

0.733
126.6
-1.286
-222
1.000
172.7
-1.000
-172.7
②

0.866
45.8
1.134
-60.0
0
0
0
0
③

-0.133
-7
-0.133
-7.0
1.000
52.9
-1.000
-52.9
④

0.689
36.4
-1.311
-69.4
1.222
64.6
-0.778
-41.2
⑤

0.822
43.5
-1.178
-62.3
0.222
11.74
0.222
11.7
内力组合
①+②
172.4
-282.0
172.7
-172.7
①+③
119.6
-229.0
225.6
-225.6
①+④
163.0
-291.4
237.3
-213.9
①+⑤
170.1
-284.3
184.44
-184.4

图4-3 主梁剪力包络

（4） 正截面承载力计算
各跨跨中按T形截面计算。其翼缘宽度取下面两项中的较小者：

取。
第1跨中的截面有效高度按两排钢筋考虑，则。
第2跨跨中弯矩远远小于第1跨，故第2跨按一排钢筋考虑，则。
B、C支座按矩形截面计算，按两排钢筋考虑：。
T形截面类型的判别弯矩为

，故第1、2跨跨中钧属于第一类T形截面。
各支座截面的配筋应按支座边缘处的弯矩计算。
在B支座边缘处，

在B支座边缘处，

计算结果见表4-3

主梁正截面计算 表4-3

截面
1
B
2
弯矩
347.4
-375
133.9

630
655
610
截面类型
第一类T形
矩形
第一类T形

-
0.245
-

0.0368
-
0.0151

0.981
0.857
0.992

1561
1509
614
选用钢筋

实际配筋面积
1532
1532
763

（5）斜截面承载力计算
主梁所需要的箍筋计算见表4-4

主梁箍筋计算 表4-4

截面
A
B左
B右

172.4
-291.4
237.3

562>V
584>V
544>V

168缝宽度验算
主梁的恒载标准值Gk=98kN, 活载标准值Qk=50kN 活载准永久值Qq=ψq Qk=0.1×50=5.0kN
1)第一跨裂缝宽度验算
由荷载永久组合引起的跨中最大弯矩为：
M1q=（0.244Gk +0.289Qq）l1
=（0.244×98+0.289×5.0）×6.0=152.14kN
则，σsq===175.13N/
=>0.01
=1.1－=1.1－>0.4
最大裂缝宽度：
=
=
=0.176mm<0.25mm（满足要求）
2） B支座边裂缝宽度验算
由荷载准永久组合引起的B支座最大负弯矩为：
=－（0.267Gk+0.311Qq）
=－（0.267×98+0.311×5）×6.0=－166.33kN·m
B支座边缘最大负弯矩为：
－V0－166.33+（98+5）×=153.46kN·m
则，σsq=N/mm2
>0.01
－－>0.4

主梁支座负弯矩钢筋的保护层厚度c应为板保护层厚度30mm加板内弯矩钢筋直径8mm再加次梁负弯矩直径16mm，即c=30+8+16=54mm
最大裂缝宽度：

=
=0.159mm<0.25mm（满足要求）
其他支座及跨中最大裂缝宽度均未超过限值，计算过程从略。
（7） 挠度验算
第1跨正弯矩区段的刚度计算：
按荷载标准组合计算的跨中最大弯矩为：

=（0.244×98+0.289×50）×6.0=230.17kN·m
由裂缝验算知荷载准永久组合引起的第1跨跨中弯矩为：

=（0.244×98+0.289×5.0）×6.0=152.14kN·m
计算短期刚度所需的参数：
N/mm2
>0.01

－－>0.4

则第一跨正弯矩区段的短期刚度为：

N·mm2
考虑长期作用影响的刚度为：

= N·mm2
B支座负弯矩区段的刚度计算
相应于M1k的荷载便准组合引起的B支座负弯矩为：

=－（0.267×98+0.133×50）×6.0=－196.9kN·m
支座边缘处的负弯矩为：

=－161.0+（98+5.0）×=－145.55kN·m
计算短期刚度所需的参数：
N/mm2
<0.01，取

－－<0.4，取
则B支座负弯矩区段的短期刚度为：

=8.73×1013N·mm2
对于翼缘位于受拉区的倒T形截面，荷载长期作用影响系数θ应增大20%，则考虑长期作用影响的刚度为：

=N·mm2
可见，0.5B1