土建设计计算说明书.docx

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土建设计计算说明书

1.绪论

1.1设计目的

1、对所学知识加以应用和系统化，培养解决实际工程设计问题的能力；使学生在设计、制图、查阅资料、使用设计手册和规范等基本技能上得到初步训练。

2、使学生能通过设计掌握地表水取水构筑物的基本方法。

3、掌握工具书的应用方法。

1.2设计任务

某市一取水构筑物的扩大初步设计。

1.3设计时间

第15周（2011.12.5—11）

2设计计算说明

2.1基本资料

1、设计资料

《设计任务书及教材水资源与取水工程》

2、参考书

《给排水设计手册》第1册

《给水排水标准图集》90s321—1（格栅）、90s321—6（格网）

2.2构筑物类型确定

由于取水地点河岸平缓、岸边水深不足。

故采用河床式取水构筑物

2.3构筑物设计

2.3.1取水头部形式的确定

取水头部的形式很多，常用的有喇叭口、蘑菇形、鱼形罩、箱式、桥墩式等。

由于取水地点水深较浅含沙量少，有一定的水草和青苔，所以选取箱式取水头部。

头部迎水面作成尖角形用钢筋混凝土分两节预制，吊装下沉后，水下拼装。

头部周围抛石，防止河床冲刷。

2.3.2管道形式的确定

按照进水管形式的不同，河床式取水构筑物有自流管取水、虹吸管取水、水泵直接取水和桥墩式取水等类型。

本设计选用自流管取水。

适用条件：

河床较稳定、河岸平坦、主流距离河岸较远、河岸水深较浅且岸边水质较差，自流管埋深不大或者在河岸开挖隧道以敷设自流管等情况下从河中取水。

2.3.3集水井形式的确定

集水井和取水泵站可以合建，也可以分建。

分建时集水井的平面形式可为圆形、矩形、椭圆形等。

圆形集水井结构合理，水流阻力小，便于沉井施工，但不便于布置设备；矩形集水井安装滤网、吸水管、分格及布置水泵和管线较为方便，但造价较高。

通常当集水井深度不大，可用大开槽施工时，采用矩形集水井，否则用圆形。

综上所述，选用矩形集水井。

3.设计计算

A.工程要求

1．取水量：

35000m³/d；

2．水处理厂自用水量按5％考虑。

B.取水构筑物形式的选择

因河流河岸较缓，主流远离岸边，宜采用固定式河床取水构筑物。

河心处用箱式取水头部，经自流管流入集水井，再经格栅、格网裁留杂质后，用离心泵送出。

3.1取水头部的计算

A.设计水量

Q=35000×1.05=36750m³/d=0.425m³/s

B．从取水头部设计计算

取水头部水平剖面取为菱形，整体为箱式α角取90，侧面进水。

1．格栅计算

（1）进水流速：

v0＝0.4m/s

（2）栅条厚度：

s＝10mm，断面为扁钢形

（3）栅条净距：

b＝40mm。

（4）阻塞系数：

K2＝0.75；

（5）面积减少系数：

K1=

=

=0.80

（6）进水口面积：

F。

=

=

=1.77㎡

（7）进水口数量选用4个，每个面积为：

F=

=

=0.443㎡

格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321-3,每个进水口尺寸为B1×Hl＝

700mm×700mm，格栅外形尺寸B×H＝800mm×800mm。

3.2取水头部构造尺寸

（1）最小淹没水深:

=1.20m,与河流通行船只吃水深度有关；

（2）进水口下缘距河底：

＝1.40m，为避免泥砂进入取水头部；

（3）进水箱体理深：

＝1.40m，与该处河流冲刷程度有关，

（4）箱体处最低水位水深不得小于3.8m。

（5）箱体设计尺寸如下图。

取水头部剖面图如下：

3.3自流管的计算

自流管设计为两条，每条设计流量为

q自＝

＝

0.213m³/s

初选自流管流速：

＝1.05m/s

初步计算直径为：

=

=

=0.51m

按公称直径，选择自流管直径D自＝0.6m。

自流管实际流速为：

v自=

=

=0.75m/s

自流管损失按hw＝hf+hj，计算，其中：

hf=i

l=0.00115×80=0.092m

hj=∑

各局部阻力系数值为：

喇叭口￡1=0.1，焊接弯头￡2=1.01,蝶阀￡3=0.2，出口￡4=1.0，局部阻力损失为：

hj=∑

＝（0.1+1.01+0.2+1.0）×

=0.066m

则管道总损失为：

hw＝hf+hj＝0.092+0.066＝0.158m

考虑日后因淤积等原因造成管道阻力增大，为避免因此造成流量降低，则管道总水头损失采用0.20m。

当-根自流管故障时，另-根应能通过设计流量的70％，即：

Q′=0.7Q=0.7×0.425=0.30m3/s。

此时管中流速为：

vs=

=

=1.06m/s

故障时产生的损失为：

=

+

＝

.l=0．00218×80＝0.1744m

=

=（0.1+1.01+0.2+1.0）×

=0.1322m

=

+

＝0.1744+0.1322＝O.3066m

考虑阻力增加因素，采用

＝0.40m

3.4集水间设计

3.4.1．格网计算

采用平板格网

（1）过网流速：

v1=0.3m/s

（2）网眼尺寸：

4×4mm

（3）网丝直径：

d＝1mm

（4）格网面积减少系数：

K1=

=

=0.64

（5）格网阻塞系数：

K2=0.5

（6）水流收缩系数：

￡=0.7

（7）格网面积：

F1=

=

=6.32m2

选用给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1×H1＝1900mm×1700mm,选用两个，外形尺寸为B×H=2000mm×1800mm，总面积为6.32×2=12.64㎡，满足设计要求。

3.4.2．集水间平面尺寸

集水间分为两格，两格间设连通管并装阀门，集水间分进水间和吸水间，其中进水间有两根自流管和洪水位格栅组成，吸水间有四台泵组成，三备一用，其管径和流速都可以确定，由设计手册查得，选用管径为500的合适。

集水间平面尺寸如下图：

3.4.3．集水间的标高计算

（1）顶面标高；

当采用非淹没式时，集水井顶面标高＝1％洪水位+0.5+浪高

H。

＝35.50+0.5+0.25＝36.25m

（2）进水间最低动水位：

97％枯水位-取水头部到进水间的管流损失-格栅损失=20.50-0.20-0.10=20.20m

（3）吸水间最低动水位：

进水间最低动水位标高-进水间到吸水间的平板格网头损失=20.20-0.1=20.10m。

（4）集水间底部标高：

平板格网净高为1.80m，其上缘应淹没在吸水间动水位以下，取为0.2m；其下缘应高出底面，取0.2m，则集水间底面标高为；

20.20-O.2-1.80-0.2＝17.90m

（5）集水间深度：

顶部标高-底面标高＝36.25-17.90＝18.35m

（6）集水间深度校核：

当自流管用-根管输送

＝0.30m³／s，v＝1.06m／s时，水头损失为

=0.4，此时吸间最低水位为：

20.50-0.1-0.40-0.1＝19.90m

吸水间水深为；19.90-17.90＝2.00m，可满足水泵吸水要求

吸水间用来安装水泵吸水管，其设计要求与泵房吸水井基本相同。

吸水间的平面尺寸按水泵吸水管的直径、数目和布置要求确定。

进入吸水间内的水流要求顺畅、速度小、分布均匀、不产生漩涡。

离心泵吸水间的尺寸通常按吸水喇叭间距决定，各部分尺寸如下：

（1）吸水喇叭口直径D一般采用

D=（1.3～1.5）d。

d表示吸水管直径。

d=600mm，D=1.5d=900mm，

（2）喇叭口净间距а1=（1.5～2.0）D，取为1.8D=1620mm

（3）喇叭口井壁间的净间距а2=（0.75～1.0）D，取为0.8D=720mm

（4）吸水喇叭口的最小悬空高度（喇叭口与井底间距）h1=（0.6～0.8）D

且h1≥0.5mh2=0.5～1.0mh1取0.6D=540mm.h2取0.8m。

吸水间进水长度l的确定：

多台水泵的吸水间应有一定的进水流程以便调整水流，使其顺直、均匀地流向各吸水管。

因此，格网出水至吸水喇叭口中心的流程长度l应不小于吸收喇叭口直径D的3倍。

L=3D=2700mm.

集水间的设计要求是要满足水位的基础上，保证集水间中不会有大量的杂物出现，还要抵抗洪水位的冲击，故在设计时需要添加洪水位格栅，以防止水质的变化和墙体的冲击，剖面图中的起吊标高是根据各种设计的要求所要满足的最低基准得到的。

集水间剖面图如下：

3.4.4.格网起吊设备的计算

1．平板格网起吊重量

W＝（G+pfF）k

W：

平板格网的起吊重量，kN；

G：

平板格网与钢缆的重量，G＝1.47kN

P:

平板格网两侧水位差产生的压强

P＝1.96kPa

f：

格网与导轨问的摩擦系数，f=0.44

F:

每个格网的面积，F＝3.23㎡；

-安全系数，k＝1.5；

W＝（G+pfF）k

＝（1.47+1.96×O.44×3.23）X1.5

＝6.38kN

2．起吊设备选择与吊架高度计算

平板格网高1.80m，格网吊环高0.25m，电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小距离为0.78m，格网吊至平台以上的距离取0.2m，操作平台标高为36.25m，则起吊架工字钢下缘

的标高应为：

36.25+0.2+1.80+0.25+0.78＝39.28m

格网起吊高度=起吊架工字梁下缘的标高-电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小距离-集水间底部标高-平板格网下缘与集水间底部高差-平板格网高-平板格网调环高=39.28-0.78-17.90-0.2-1.8-0.25=18.35

选用CD1或MD1-24D型电动葫芦，起吊重量为2000kN，起吊最大高度为24m。

F．排泥冲洗设备

因河水含砂量不大，故只设冲洗给水栓,不设排泥设备，定期放空人工挖泥。

4.结论

本周我们进行的是水资源保护与利用设计实习，经过五天的艰苦努力，做好了实习报告和图纸。

在设计过程中经过了反复的修改和改正，最终把它做完了。

设计，是所学理论知识的重要实践应用。

这次设计使我对水资源利用工程课堂所学理论知识加以应用和系统化。

从根本上培了我解决与水资源利用工程设计问题的能力，使我在设计、制图、查阅资料、使用设计手册和规范等基本技能上得到了初步的训练。

结合此次水资源利用工程设计任务及设计要求和设计资料，我设计出了地表水取水的整套的取水构筑物的总图以及取水头部，集水间的详图，以及和它们相关的平面图及剖面图。

此次设计，画图是和计算过是同样重要的环节。

在画图过程中我熟练了以前并不是十分熟悉的画图技能，并从中掌握了制图的一些基本规则、制图相关软件的正确使用方法。

尤其是制图过程中尺寸的确定也为我从事其它学科与制图相关工作做了准备。

实习设计是水资源利用工程中最重要的实践性教学环节之一，课程设计使我对课本所学知识有了更深刻系统的认识，使我能更熟练的将水资源利用课程所学理论知识应用于解决实际问题中，达到理论联系实践的目的，进而学以致用。

设计理论与实际相结合，制图使解决实际问题过程更加形象化和生动化。

经过这次实习设计，我认识到了自己以前学习中的一些缺陷和不足，以便我今后不断改正和完善，这也为我今后的学习指明了方向，让我更深刻的体会到了动手实践的重要性和必要性！

我做的虽然不是最好的，但是我坚信是最用心的，做的图中如果有做的不好的，希望老师能够批评指正。

5.参考文献

[1]任伯帜、熊正为主编《水资源利用与保护》机械工业出版社2008年3月

[2]刘自放、张廉均、邵丕红编张淑英主审《水资源与取水工程》中国建筑工业出版社出版2006年6月第一版

[3]中国市政工程西南设计研究院主编《给水排水设计手册》第1册中国建筑工业出版社出版2000年10月第二版

[4]上海市政工程设计研究院主编《给水排水设计手册》第3册中国建筑工业出版社出版2004年4月第二版

[5]上海市政工程设计研究院主编《给水排水设计手册》第10册中国建筑工业出版社出版20008年8月第二版

[6]中国市政工程西南设计研究院主编《给水排水设计手册》第11册中国建筑工业出版社出版2006年6月第二版

[7]严煦世主编《给排水快速设计手册》第l册中国建筑工业出版社出版1995年7月第一版

[8]《给水排水标准图集》90S321-1（格栅）、90S321-6（格网）