矩形水池设计(JSC-1)
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 50010-2010), 本文简称《混凝土规范》
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011), 本文简称《地基规范》
《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012), 本文简称《荷载规范》
《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB 50069-2002), 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》(CECS 138-2002), 本文简称《水池结构规程》
钢筋:d - HPB300; D - HRB335; E - HRB400; F - RRB400; G - HRB500; P - HRBF335; Q - HRBF400; R - HRBF500
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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=11.127m, 宽度B=23.727m, 高度H=2.289m, 底板底标高=-1.450m
池底厚h3=250mm, 池壁厚t1=200mm,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=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-0.500m,池内水深1.200m, 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
活载调整系数: 其它1.00
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, 内力折减系数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C30, 重度25.00kN/m3, 泊松比0.20
纵筋保护层厚度(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, 配筋调整系数: 1.00
构造配筋采用 混凝土规范GB50010-2010
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=702.44kN
底板自重G3=1828.27kN
水池结构自重Gc=G2+G3=2530.71 kN
(2)池内水重Gw计算
池内水重Gw=3002.62 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= 456.36 kN
底板外挑地下水重量Gs2= 199.66 kN
基底以上的覆盖土总重量Gt = Gt1 + Gt2 = 456.36 kN
基底以上的地下水总重量Gs = Gs1 + Gs2 = 199.66 kN
(4)活荷载作用Gh
地面活荷载作用力Gh2= 285.23 kN
活荷载作用力总和Gh=Gh2=285.23 kN
(5)基底压力Pk
基底面积: A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=11.927×24.527 = 292.52 m2
基底压强: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A
=(2530.71+3002.62+456.36+199.66+285.23)/292.523= 22.13 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=[0.950×(20.00-10)+0.500×18.00]/1.450
= 12.76 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《地基规范》的要求,修正地基承载力:
fa = fak + ηb γ(b - 3) + ηdγm(d - 0.5)
= 100.00+0.00×10.00×(6.000-3)+1.00×12.76×(1.450-0.5)
= 112.12 kPa
3.1.3 结论: Pk=22.13 < fa=112.12 kPa, 地基承载力满足要求。
3.2 抗浮验算
抗浮力Gk=Gc+Gt+Gs=2530.71+456.36+199.66= 3186.73 kN
浮力F=(11.127+2×0.400)×(23.727+2×0.400)×0.950×10.0×1.00
=2778.97 kN
Gk/F=3186.73/2778.97=1.15 > 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(0.839) | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
地面(0.000) | 0.00 | 0.00 | 3.33 | 3.81 | 1.33 |
地下水位处(-0.500) | 3.00 | 0.00 | 3.33 | 7.62 | 4.33 |
底板顶面(-1.200) | 5.33 | 7.00 | 3.33 | 19.47 | 13.67 |
(2)池内底部水压力: 标准值= 12.00 kN/m2, 基本组合设计值= 15.24 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= 2530.71kN
基础底面以上土重标准值Gt= 456.36kN
基础底面以上水重标准值Gs= 199.66kN
基础底面以上活载标准值Gh= 285.23kN
水池底板以上全部竖向压力基本组合:
Qb = (2530.71×1.20+456.36×1.27+199.66×1.27+285.23×1.27×0.90×1.00)/292.523
= 14.34kN/m2
水池底板以上全部竖向压力准永久组合:
Qbe = (2530.71+456.36+199.66×1.00+10.00×28.523×0.40)/292.523
= 11.28kN/m2
板底均布净反力基本组合:
Q = 14.34-0.250×25.00×1.20
= 6.84 kN/m2
板底均布净反力准永久组合:
Qe = 11.28-0.250×25.00
= 5.03 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)
(1)L侧池壁内力:
计算跨度: Lx= 10.927 m, Ly= 2.039 m , 三边固定,顶边自由
池壁类型: 浅池壁,其它荷载作用下,按竖向单向板计算
温湿度应力按双向板计算
池外土压力作用角隅处弯矩(kN.m/m): 基本组合:-8.42, 准永久组合:-5.91
池内水压力作用角隅处弯矩(kN.m/m): 基本组合:6.59, 准永久组合:5.19
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 | 0.00 | - | - | 0.00 |
水平边缘 | - | 6.59 | - | 2.28 |
竖直跨中 | 0.00 | - | - | -3.22 |
竖直上边缘 | - | -0.00 | - | 0.00 |
竖直下边缘 | - | 10.56 | - | 3.66 |
外侧-水平跨中 | - | -0.00 | -8.60 | -8.60 |
水平边缘 | -8.42 | - | -7.86 | -12.55 |
竖直跨中 | - | -0.00 | -3.22 | -3.90 |
竖直上边缘 | 0.00 | - | -0.00 | -0.00 |
竖直下边缘 | -13.49 | - | -4.91 | -11.41 |
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 | 0.00 | - | - | 0.00 |
水平边缘 | - | 5.19 | - | 1.80 |
竖直跨中 | 0.00 | - | - | -2.82 |
竖直上边缘 | - | -0.00 | - | 0.00 |
竖直下边缘 | - | 8.31 | - | 2.88 |
外侧-水平跨中 | - | -0.00 | -7.53 | -7.53 |
水平边缘 | -5.91 | - | -6.88 | -9.54 |
竖直跨中 | - | -0.00 | -2.82 | -3.06 |
竖直上边缘 | 0.00 | - | -0.00 | -0.00 |
竖直下边缘 | -9.47 | - | -4.30 | -8.22 |
(2)B侧池壁内力:
计算跨度: Lx= 23.527 m, Ly= 2.039 m , 三边固定,顶边自由
池壁类型: 浅池壁,其它荷载作用下,按竖向单向板计算
温湿度应力按双向板计算
池外土压力作用角隅处弯矩(kN.m/m): 基本组合:-8.42, 准永久组合:-5.91
池内水压力作用角隅处弯矩(kN.m/m): 基本组合:6.59, 准永久组合:5.19
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 | 0.00 | - | - | 0.00 |
水平边缘 | - | 6.59 | - | 2.28 |
竖直跨中 | 0.00 | - | - | -3.22 |
竖直上边缘 | - | -0.00 | - | 0.00 |
竖直下边缘 | - | 10.56 | - | 3.66 |
外侧-水平跨中 | - | -0.00 | -8.60 | -8.60 |
水平边缘 | -8.42 | - | -7.86 | -12.55 |
竖直跨中 | - | -0.00 | -3.22 | -3.90 |
竖直上边缘 | 0.00 | - | -0.00 | -0.00 |
竖直下边缘 | -13.49 | - | -4.91 | -11.41 |
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 | 0.00 | - | - | 0.00 |
水平边缘 | - | 5.19 | - | 1.80 |
竖直跨中 | 0.00 | - | - | -2.82 |
竖直上边缘 | - | -0.00 | - | 0.00 |
竖直下边缘 | - | 8.31 | - | 2.88 |
外侧-水平跨中 | - | -0.00 | -7.53 | -7.53 |
水平边缘 | -5.91 | - | -6.88 | -9.54 |
竖直跨中 | - | -0.00 | -2.82 | -3.06 |
竖直上边缘 | 0.00 | - | -0.00 | -0.00 |
竖直下边缘 | -9.47 | - | -4.30 | -8.22 |
(3)底板内力:
计算跨度:Lx= 10.927m, Ly= 23.527m , 四边固定
按单向板计算.
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 | 0.00 | 0.00 |
B向跨中 | 33.26 | 24.47 |
下侧-L向边缘 | -45.42 | -33.41 |
B向边缘 | -66.53 | -48.93 |
(4)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《给排水结构规范》附录A公式计算.
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 | 0.00 | 400 | E12@150 | 754 | 0.00 |
水平边缘 | 2.28 | 400 | E12@150 | 754 | 0.01 |
竖直跨中 | -3.22 | 400 | E12@150 | 754 | 0.02 |
竖直上边缘 | 0.00 | 400 | E12@150 | 754 | 0.00 |
竖直下边缘 | 3.66 | 400 | E12@150 | 754 | 0.02 |
外侧-水平跨中 | -8.60 | 400 | E12@150 | 754 | 0.04 |
水平边缘 | -12.55 | 400 | E12@150 | 754 | 0.05 |
竖直跨中 | -3.90 | 400 | E12@150 | 754 | 0.02 |
竖直上边缘 | -0.00 | 400 | E12@150 | 754 | 0.00 |
竖直下边缘 | -11.41 | 400 | E12@150 | 754 | 0.04 |
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 | 0.00 | 400 | E12@150 | 754 | 0.00 |
水平边缘 | 2.28 | 400 | E12@150 | 754 | 0.01 |
竖直跨中 | -3.22 | 400 | E12@150 | 754 | 0.02 |
竖直上边缘 | 0.00 | 400 | E12@150 | 754 | 0.00 |
竖直下边缘 | 3.66 | 400 | E12@150 | 754 | 0.02 |
外侧-水平跨中 | -8.60 | 400 | E12@150 | 754 | 0.04 |
水平边缘 | -12.55 | 400 | E12@150 | 754 | 0.05 |
竖直跨中 | -3.90 | 400 | E12@150 | 754 | 0.02 |
竖直上边缘 | -0.00 | 400 | E12@150 | 754 | 0.00 |
竖直下边缘 | -11.41 | 400 | E12@150 | 754 | 0.04 |
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 | 0.00 | 500 | E12@150 | 754 | 0.00 |
B向跨中 | 33.26 | 500 | E12@150 | 754 | 0.12 |
L向边缘 | 0.00 | 500 | E12@150 | 754 | 0.00 |
B向边缘 | 0.00 | 500 | E12@150 | 754 | 0.00 |
下侧-L向跨中 | 0.00 | 500 | E12@150 | 754 | 0.00 |
B向跨中 | 0.00 | 500 | E12@150 | 754 | 0.00 |
L向边缘 | -45.42 | 624 | E12@150 | 754 | 0.17 |
B向边缘 | -66.53 | 932 | E14@150 | 1026 | 0.19 |
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
= [(11.127-0.200)+(23.727-0.200)]×2×0.200×2.039 = 28.10 m3
(2)底板: (L+2×t2)×(B+2×t2)×h3
= (11.127+2×0.400)×(23.727+2×0.400)×0.250 = 73.13 m3
(3)池外表面积: (L+2×t2)×(B+2×t2)×2+(2×B+2×L)×(H-h3)-(L-2×t1)×(b-2×t1)+(2×B+2×L+8×t2)×h3
= (11.127+2×0.400)×(23.727+2×0.400)×2+(2×23.727+2×11.127)×(2.289-0.250)-(11.127-2×0.200)×(23.727-2×0.200)+(2×23.727+2×11.127+8×0.400)×0.250
= 495.17 m2
(3)池内表面积: (L-2×t1)×(B-2×t1)×2+(L+B-4×t1)×2×(H-h3)
= (11.127-2×0.200)×(23.727-2×0.200)×2+(11.127+23.727-4×0.200)×2×(2.289-0.250)
= 639.29 m2
(4)水池混凝土总方量 = 28.10+73.13 = 101.23 m3
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【理正结构设计工具箱软件 7.0PB1_SP1】 计算日期: 2018-11-12 11:12:48
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