水池计算书.docx

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水池计算书

水池设计计算书

1计算说明

1.1目的与要求

本计算书为。

。

。

池的施工图阶段的结构设计计算书。

内容包括池壁和底板的内力计算、配筋计算以及裂缝宽度验算。

通过内力计算以拟定或复核结构的尺寸，通过配筋计算以选取钢筋型号，通过裂缝宽度计算以保证所配的钢筋能够满足裂缝宽度的要求，从而为钢筋图的绘制提供依据。

1.2设计依据

1.2.1设计资料

1、本工程初步设计报告；

2、本工程地勘资料报告；

3、《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）以下简称《混凝土规范》；

4、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）,以下简称《给排水规范》；

5、《给水排水工程结构设计手册（第二版）》以下简称《手册》；

6、《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》，以下简称《规程》；

7、《水利水电工程地质手册》，以下简称《地质手册》；

8、《水工混凝土结构设计手册》，以下简称《水工手册》；

9、《钢筋混凝土结构构造手册（第二版）》，以下简称《钢混手册》。

1.2.2参数选择

名称

取值

备注

建筑结构安全等级

二级

《规程》第5.2.1条.

结构重要性系数

1.0

《规程》第5.2.1条.

混凝土保护层最小厚度

池壁30mm

底板（有垫层）40mm

《规程》表7.1.2.

裂缝允许宽度

0.25mm

《给排水规范》表5.3.4

受力钢筋最大间距

250mm

《给排水规范》6.3.1

最小配筋率

0.2和0.45ft/fy的较大值

《手册》表2.3.1-2

钢筋弹性模量

2.0×105N/㎡

《水工手册》表2-13

C30砼轴心抗拉标准值

2.0N/㎡

《水工手册》表2-5

C30砼轴心抗拉设计值

1.5N/㎡

《水工手册》表2-6

C30砼轴心抗压设计值

15N/㎡

《水工手册》表2-6

C30砼弹性模量

3.0×104N/㎡

《水工手册》表2-8

钢筋强度设计值

310N/㎡

《水工手册》表2-11

钢筋砼容重

25kN/m³

《规程》第4.2.1条.

1.3计算原则与假定

本计算书分为池壁计算和底板计算两部分。

在池壁计算中，分析试水、完建、检修、洪水和运行工况的荷载作用情况，确定控制工况，然后分别计算控制工况下池壁的内力，再根据钢筋砼抗弯配筋计算和最小配筋率要求进行配筋。

底板计算根据倒置梁理论，假定地基反力直线分布，计算池底板内力并配筋。

池壁自重换算成集中荷载作用于底板的相应位置，池壁承受的弯矩以集中力偶的方式作用于池底板的相应位置。

水池不受地下水位影响，可不进行抗浮验算。

根据《水工手册》，地下式及半地下式水池的抗震性能较好，一般在8度地震区可不进行抗震验算。

水池位于地下，可不考虑温度和湿度的变化作用。

1.4水池结构尺寸的确定

1池壁厚度。

根据《手册》（P810），对于敞口水池，垂直壁板通常做成等厚截面，根据构造要求，水池的壁板及底板厚度不宜小于200mm，池壁厚度设计为250mm。

2底板厚度。

根据《规程》第5.1.9条，水池底板的厚度一般为壁厚的1.2~1.5倍，即300~375mm，底板厚度设计为300mm，并向外挑出300mm。

3腋角。

根据《规程》第7.1.8条，现浇钢筋混凝土水池赤壁的拐角及与底板的交接处宜设置腋角，腋角边宽取为150mm。

池壁与底板的连接构造采用弹性连接的整体浇筑结构转角处设置45°腋角，避免应力集中，并配置适量构造钢筋。

4混凝土垫层。

底板下面铺设100mm厚C15混凝土垫层，垫层超出底板边缘100mm。

5伸缩缝。

根据《手册》（P528），位于土基上地下式现浇钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距为30m，水池的设计长度为16m，故可不设伸缩缝。

2内力计算

2.1计算工况

水池内力计算通常分以下五种工况进行：

✧试水工况（竣工试水时）：

池内满水，池外无土；

✧完建工况（竣工时）：

池内无水，池外有土（无地下水）；

✧检修工况（使用放空或检修时）：

池内无水，池外有土（有地下水）；

✧洪水工况（洪水期）：

池内无水，池外有土（考虑洪水的渗流对地下水位的影响）；

✧运行工况（正常使用时）：

池内蓄水，池外有土。

在本计算书中，由于没有地下水的作用，完建工况、检修工况、洪水工况属于同一工况，即池内无水，池外有土（无地下水），记为检修工况。

试水工况和检修工况为控制工况，池壁外侧配筋由检修工况控制，内侧配筋由试水工况控制。

2.2池壁内力计算

根据《规程》表6.1.2，池壁壁板三边支承，一边自由，壁板长度LB与壁板高度HB之比大于3时，按竖向单向板计算。

长边方向16/1.8=9﹥3，短边方向9/1.8=5﹥3。

壁板均按单向板计算。

无地下水影响时，水池所受的永久荷载主要有结构自重、池内水压力、池外土压力，可变荷载有地面堆积荷载。

池内水压作为水池类构筑物的主要荷载，在设计过程中，应当偏于安全的按满水高度来计算水压。

在竖直方向截取单位长度的长条进行计算。

水池各项荷载标准值：

池壁重：

25×1.8×0.25=11.25kN/m；

底板自重：

25×0.3=7.5kN/㎡；

底板上水重：

10×1.8=18kN/㎡；

底板上土重：

18×1.6=28.8kN/㎡；

下垫层自重：

23×0.1=2.3kN/㎡；

下垫层土重：

18×1.9=34.2kN/㎡；

地面堆积荷载荷载：

10kN/㎡（《规程》第4.3.6条）

水侧压力：

10×1.8=18kN/㎡；

土侧压力（上端）：

10×tan2（45°-30°/2）=3.33kN/㎡；

土侧压力（下端）：

1.6×18×tan2（45°-30°/2）﹢3.33=12.93kN/㎡；

荷载分项系数：

（1）基本组合分项系数，结构自重分项系数，1.2；永久作用分项系数，1.27；地表或地下水压力，1.27；可变作用荷载分项系数，1.40。

（2）准永久组合分项系数，地面堆积荷载，0.5。

荷载基本组合下，各项荷载设计值分别为：

池壁重：

11.25×1.2=13.5kN/m；

底板自重：

7.5×1.2=9kN/㎡；

底板上水重：

18×1.27=22.86kN/㎡；

底板上土重：

28.8×1.27=36.58kN/㎡；

下垫层自重：

2.3×1.27=2.92kN/㎡；

下垫层土重：

34.2×1.27=43.4kN/㎡；

水侧压力：

18×1.27=22.86kN/㎡；

土侧压力（上端）：

3.33×1.27=4.23kN/㎡；

土侧压力（下端）：

12.93×1.27=16.42kN/㎡；

2.2.1试水工况（池内有水，池外无土）

根据《手册》表3.2.2-1，三角形荷载下，mc=-0.104，

池壁角隅处最大局部水平弯矩设计值：

MCX=-0.104×22.86×1.8²=-7.7kN·m/m；

底端剪力设计值：

V=-0.5×22.86×1.8=-20.57kN/m；

底端弯矩设计值：

M=-1/6×22.86×1.8²=-12.34kN·m/m。

池壁角隅处最大局部水平弯矩标准值：

MCX=-6.06kN·m/m；

底端剪力标准值：

V=-16.20kN/m；

底端弯矩标准值：

M=-9.72kN·m/m。

2.2.2检修工况（池外有土，池内无水）

根据《手册》表3.2.2-1，三角形荷载下，mc=-0.104，均布荷载下，mc=-0.426

池壁角隅处最大局部水平弯矩设计值：

MCX=（-0.426×4.23-0.104×12.19）×1.6²=-7.86kN·m/m；

底端剪力设计值：

V=-0.5×（4.23﹢16.42）×1.6=-10.33kN/m；

底端弯矩设计值：

M=-1/6×（16.42+2×4.23）×1.6²=-10.62kN·m/m。

池壁角隅处最大局部水平弯矩标准值：

MCX=-6.19kN·m/m；

底端剪力标准值：

V=-8.13kN/m；

底端弯矩标准值：

M=-8.39kN·m/m。

2.3底板的内力计算

水池的长短边之比16/9=1.78﹤2，按双向受力底板计算，沿纵横两个方向截取单位截条进行计算。

根据《水工手册》表18-1，取短边方向为x方向，λ=9/16=0.56，四边简支时，mx=0.0918，my=0.0363。

2.3.1试水工况

底板弯矩以上端受拉为正。

（1）水侧压力产生的弯矩：

Mx=My=12.34kN·m/m；

（2）池壁重：

N1=11.25×2×（16﹢9.5）=573.75kN；

地基净反力：

p=573.75×1.2/（17.1×10.1）=4.0kN/m²;

地基反力弯矩设计值：

Mx=0.0918×4×9²=29.7kN·m/m；

My=0.0363×4×9²=11.8kN·m/m；

底板最大弯矩：

Mx=12.34+29.7=-42.0kN·m/m；

My=12.34+11.8=-24.1kN·m/m。

2.3.2检修工况

底板弯矩以上端受拉为正。

（1）土侧压力产生的弯矩：

Mx=My=-10.62kN·m/m；

（2）池壁重：

N1=11.25×2×（16﹢9.5）=573.75kN；

地基净反力：

p=573.75×1.2/（17.1×10.1）=4.0kN/m;

地基反力弯矩设计值：

Mx=0.0918×4×9²=29.7kN·m/m；

My=0.0363×4×9²=11.8kN·m/m；

底板最大弯矩：

Mx=-10.62+29.7=19.1kN·m/m；

My=-10.62+11.8=1.2kN·m/m。

3配筋计算

3.1池壁配筋计算

C30混凝土fc=15N/mm²，二级钢筋fy=310N/mm²，=0.544，结构系数=1.2，混凝土最小保护层厚度为30mm，预估钢筋直径为14mm，受拉钢筋合力点至受拉区边缘的距离取为37mm，壁板截面的有效高度h0=213mm。

最小配筋率ρmin=0.45ft/fy=0.22%。

3.1.1纵向钢筋

外侧：

由检修工况水池的底端弯矩控制。

取单位长度计算。

弯矩设计值M=10.62×1.0=10.62kN·m，

=1.2×10.62×106/（15×1000×213²）=0.01838，

=0.01857﹤=0.544，不会超筋，

=0.01857×15×1000×213÷310=193mm²，

ρ=As/bh0=193÷1000÷213=0.09%﹤ρmin=0.22%。

内侧：

由试水工况水池的底端弯矩控制。

取单位长度计算。

弯矩设计值M=12.34×1.0=12.34kN·m，

=1.2×12.34×106/（15×1000×213²）=0.0214，

=0.0232﹤=0.544，不会超筋，

=0.0216×15×1000×213÷310=225mm²，

ρ=As/bh0=225÷1000÷213=0.10%﹤ρmin=0.22%。

纵向受力钢筋内侧和外侧均按最小配筋率，配筋面积As=bh0ρmin=1000×213×0.22%=469mm²，单位长度内选用512@200（=565mm²）,ρ=As/bh0=565÷1000÷213=0.26%﹥ρmin=0.22%。

3.1.2水平钢筋

外侧：

由检修工况水池的角隅处水平弯最大矩控制。

取单位长度计算。

弯矩设计值M=7.86×1=7.86kN·m，

=1.2×7.86×106/（15×1000×213²）=0.0136，

=0.0137﹤=0.544，不会超筋，

=0.0137×15×1000×213÷310=143mm²，

ρ=As/bh0=143÷1000÷213=0.07%﹤ρmin=0.22%。

内侧：