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敞口矩形水池设计计算书

敞口矩形水池设计（4m×5m×2.5m）

执行规范:

　　《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）,本文简称《混凝土规范》

　　《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）,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》

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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18.00kN/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-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,其它1.30

活荷载分项系数:

地下水压1.27,其它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:

等级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,配筋调整系数:

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计算过程及结果

单位说明:

弯矩:

kN.m/m钢筋面积:

mm2裂缝宽度:

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×（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

水池结构自重Gc=G2+G3=425.00kN

（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=300.00kN

（3）覆土重量计算

池顶覆土重量Gt1=0kN

池顶地下水重量Gs1=0kN

底板外挑覆土重量Gt2=4.080×（2.800-0.300）=10.20kN

基底以上的覆盖土总重量Gt=Gt1+Gt2=10.20kN

基底以上的地下水总重量Gs=Gs1+Gs2=0.00kN

（4）活荷载作用Gh

顶板活荷载作用力Gh1=5.400×4.400×1.50=35.64kN

地面活荷载作用力Gh2=4.080×30.00=122.40kN

活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=35.64+122.40=158.04kN

（5）基底压力Pk

基底面积:

A=（L+2×t2）×（B+2×t2）=5.800×4.800=27.84m2

基底压强:

Pk=（Gc+Gw+Gt+Gs+Gh）/A

=（425.00+300.00+10.20+0.00+158.04）/27.840=32.08kN/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=18.00kN/m3

（2）计算基础底面以下土的重度r

地下水位于底板下1m以下，不考虑地下水作用，r=18.00kN/m3

（3）根据基础规范的要求，修正地基承载力:

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）

=100.00+0.00×18.00×（4.800-3）+1.00×18.00×（2.800-0.5）

=141.40kPa

3.1.3结论:

Pk=32.08

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:

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（0.000）

0.00

10.00

14.00

4.00

地面（0.000）

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:

标准值=15.00kN/m2,基本组合设计值=19.50kN/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=425.00kN

基础底面以上土重标准值Gt=10.20kN

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=158.04kN

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

Qb=（425.00×1.20+10.20×1.30+0.00×1.27+158.04×1.40）/27.840

=26.74kN/m2

水池底板以上全部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

=17.74kN/m2

板底均布净反力准永久组合:

Qe=17.90-0.300×25.00

=10.40kN/m2

3.3.3底板荷载计算（池内有水，池外无土）:

水池底板以上全部竖向压力基本组合:

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

水池底板以上全部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=5.200m,Ly=2.500m,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）

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

水平边缘

6.13

竖直跨中

2.38

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

10.79

外侧-水平跨中

-1.63

-9.68

-11.31

水平边缘

-17.38

-9.51

-26.89

竖直跨中

-1.53

-5.39

-6.92

竖直上边缘

0.00

-0.00

竖直下边缘

-29.77

-9.10

-38.88

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

2.34

水平边缘

4.72

竖直跨中

1.42

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

8.30

外侧-水平跨中

-1.25

-7.69

-8.94

水平边缘

-7.93

-7.55

-15.48

竖直跨中

-1.17

-4.28

-5.45

竖直上边缘

0.00

-0.00

竖直下边缘

-13.73

-7.22

-20.95

（4）B侧池壁内力:

计算跨度:

Lx=4.200m,Ly=2.500m,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）

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

水平边缘

5.64

竖直跨中

3.05

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

8.41

外侧-水平跨中

-1.69

-9.47

-11.17

水平边缘

-15.78

-9.82

-25.61

竖直跨中

-1.69

-6.39

-8.08

竖直上边缘

0.00

-0.00

竖直下边缘

-21.66

-10.17

-31.83

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

2.37

水平边缘

4.34

竖直跨中

1.69

竖直上边缘

0.00

竖直下边缘

6.47

外侧-水平跨中

-1.30

-7.52

-8.82

水平边缘

-7.24

-7.80

-15.03

竖直跨中

-1.30

-5.07

-6.38

竖直上边缘

0.00

-0.00

竖直下边缘

-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,荷载组合作用弯矩表（kN.m/m）

基本组合作用弯矩表

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向边缘

0.00

-31.83

B向边缘

0.00

-38.88

L向跨中

-59.49

-45.52

B向跨中

-19.85

-0.49

准永久组合作用弯矩表

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向边缘

0.00

-18.33

B向边缘

0.00

-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,荷载组合作用弯矩表（kN.m/m）

基本组合作用弯矩表

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向边缘

0.00

8.41

B向边缘

0.00

10.79

准永久组合作用弯矩表

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向边缘

0.00

6.47

B向边缘

0.00

8.30

（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）

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

水平边缘

6.13

400

E12@250

452

0.06

竖直跨中

2.38

400

E12@250

452

0.02

竖直上边缘

0.00

400

E12@250

452

0.00

竖直下边缘

10.79

400

E12@250

452

0.11

外侧-水平跨中

-11.31

400

E12@250

452

0.12

水平边缘

-26.89

485

E12@230

492

0.18

竖直跨中

-6.92

400

E12@250

452

0.08

竖直上边缘

-0.00

400

E12@250

452

0.00

竖直下边缘

-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

水平边缘

5.64

400

E12@250

452

0.06

竖直跨中

3.05

400

E12@250

452

0.02

竖直上边缘

0.00

400

E12@250

452

0.00

竖直下边缘

8.41

400

E12@250

452

0.09

外侧-水平跨中

-11.17

400

E12@250

452

0.12

水平边缘

-25.61

461

E12@240

471

0.19

竖直跨中

-8.08

400

E12@250

452

0.09

竖直上边缘

-0.00

400

E12@250

452

0.00

竖直下边缘

-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向边缘

8.41

600

E14@250

616

0.05

B向边缘

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向边缘

-31.83

600

E14@250

616

0.14

B向边缘

-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=9.40m3

（2）底板:

（L+2×t2）×（B+2×t2）×h3

=（5.400+2×0.200）×（4.400+2×0.200）×0.300=8.35m3

（3）水池混凝土总方量=9.40+8.35=17.75m3

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