给水排水结构课设

1、给水排水工程结构课程设计 院系：海洋与土木工程学院 班级：给水排水09-2班姓名：李喜龙 学号：0904130210指导教师：王志云 日期：2012年12月30日设计题目：地下无盖钢筋混凝土水池 一无盖地下式钢筋混凝土水池的平面净空尺寸6.0*18.0m，池壁净高4.0m，设计水深3.8m，（见图）不设置池顶走道板。设计水深3.8m，材料可以采用C25混凝土，HPB235钢筋(1级钢)。地基为亚粘土，地下无水，地基承载力特征值fa=180KN/M2。解:一·池壁厚度和池壁基础尺寸确定长向壁板厚度及基础尺寸确定长向壁板的长高比：L/H=18/4.0=4.5 2 按单向板计算。短向壁板的

2、长高比；L/H=6/4.0=1.5 在0.52之间，按双向板计算。1.（1）长向壁板厚度及其基础尺寸顶端自由，下端固定 在贮液结构内水压力作用下，壁板底端的最大负弯矩设计值为 M=-PH2/6=-1/6×1.2×3.8×10×3.82 =-109.7KN/m假设配筋率为p=As/bh=0.5 由附表15查得fy=210，由附表12查得fc=11.9相对受压区高度为= =0.005×210/(1.0×11.9) =0.088相应的内力臂系数=1-0.5=0.956截面的有效高度:= = =331.08mm初步选定长向壁板厚度为350mm

3、，且采用等厚度壁板。基础高度取400mm。基础宽度经试算采用3.15m向壁板外侧挑出0.7m，向壁板内侧挑出2.10m。(2)、短向壁板厚度取底端竖向弯矩作为估算短向壁板厚度的依据，由附表5查得/=0.67得=-0.027=-0.027×1.2×3.8×10×=-44.32KN·m/m同上，假设配筋率为=0.5则=0.088，=0.956则截面有效高度为: = =210.41mm短向壁板厚度取250mm。为使长向壁板和短向壁板厚度一样，所以取短向壁板也为350mm。二池壁内力计算1长向壁板内力计算（1）水压力作用下弯矩、剪力按3.8m水深计算的

4、壁板底端最大水压力设计值为=1.2=1.2×10×3.8=45.6KN/m壁板计算简图如下图所示，计算相应坐标=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0时相对应的弯矩值M=-计算所得表1（第一种组合即池内满水，池外无土）x/H0.20.40.60.81.0x(m)0.761.522.283.043.80.887.0223.7056.19109.74壁板下端的剪力为: =-=-0.5×45.6×3.8=86.64KN/m（指向壁板内）（2）、土压力作用下的弯矩按3.5m土深计算的壁板底端最大土压力设计值为: =18×（0+0+3.5）×&

5、#215;1.2=25.2KN/m壁板计算简图如下图所示，计算相应坐标=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0时相对应的弯矩值表二（第二种组合即池内无水，池外有土）x/H0.20.40.60.81.0x(m)0.71.42.12.83.5-0.14-3.29-11.11-26.34-51.45壁板下端的剪力为: =0.5×25.2×3.5=44.1KN/m（指向壁板外）2.短向池壁内力计算及长向壁板角隅水平弯矩、水平拉力计算(1)、短向壁板在水压力作用下按顶部自由，其它三边固定的双向板计算弯矩。短向壁板竖向计算高度取=6.0+0.35=6.35m 则。则各项弯矩计算如下：水

6、平固端弯矩：=-0.01754×45.6×=-32.25KN·m/m竖向底端固端弯矩：=-0.0258×45.6×=-47.44 KN·m/m水平向跨中弯矩： 40.19 KN·m/m竖向跨中弯矩： =52.81 KN·m/m（2）水压力作用下长向壁板按固定棱边计算角隅水平弯矩。=-0.104×45.6×=-68.48 KN·m/m(3)水压力作用下考虑相邻壁板相互影响的短向壁板弯矩。按简化的力矩分配法进行计算时，仅对水平向弯矩进行力矩分配。力矩分配分配系数为 分配系数为水平向支座弯矩

7、： =-(32.25+68.48)×0.78=-78.57KN·m/m水平向支座弯矩=40.19+（-32.25+78.57）=87.22KN·m/m 竖向底端弯矩：=-47.44KN·m/m 竖向跨中弯矩：=52.81KN·m/m（4）水压力作用下短向壁板的周边剪力。三角行荷载作用下的反力系数，侧边作用有边缘弯矩时的反力系数按计算，底边作用有边缘弯矩时的反力系数按计算。顶边剪力： =0-2×0.1373×78.57/3.8+0.1910×47.44/6.35=-4.251 KN·m/m（指向壁板内）底边

8、剪力： =0.1373×45.6×3.8-2×0.1373×78.57/3.8+0.1910×47.44/6.35=22.14 KN·m/m（指向壁板内）侧边剪力： =0.1094×45.6×6.35+2×0.1094×41.50/3.8-0.2809×44.89/6.35=32.08 KN·m/m（指向壁板内）（5）水压力作用下长向壁板角隅水平弯矩及水平拉力。相邻壁板相互影响的长向壁板角隅水平弯矩，即等于短向壁板的，故 =-41.50KN·m/m长向壁板在角隅处的

9、水平拉力等于相邻短向壁板的边缘剪力，即 =32.08 KN·m/m（6）水压力作用下短向壁板的水平拉力。短向壁板的水平拉力等于长向壁板的侧边剪力。可近似地按的双向板计算，因此，短向壁板的水平拉力可按下式计算 =0.3111×45.6×2×3.8+0.0944×41.50/3.8-0.0944×109.74/（2×3.8）=107.48KN·m/m（7）土压力作用下的弯矩、剪力与水压力计算方法相似。水平固端弯矩：=-0.0144×25.2×=-14.63KN·m/m竖向底端固端弯矩：=-

10、0.0232×25.2×=-23.57 KN·m/m水平向跨中弯矩： =（0.0050+0.0048/6）×25.2×=5.89KN·m/m竖向跨中弯矩：=(0.0048+0.0050/6) ×25.2× =5.72 KN·m/m土力作用下长向壁板按固定棱边计算角隅水平弯矩。 =-0.035×25.2×3.5×3.5=-10.80 KN·m/m水平向支座弯矩： =-（14.63+10.80）×0.78=-19.84 KN·m/m水平向支座弯矩：=

11、5.89+(19.84-14.63)=11.1KN·m/m竖向底端弯矩: =-23.57 KN·m/m竖向跨中弯矩：=5.72KN·m/m（8）土压力作用下短向壁板的周边剪力。三角行荷载作用下的反力系数，侧边作用有边缘弯矩时的反力系数按计算，底边作用有边缘弯矩时的反力系数按计算。顶边剪力： =0-2×0.1297×19.84/3.5+0.1909×23.57/6.35=-0.762 KN·m/m（指向壁板外）底边剪力： =0.1297×25.2×3.5-2×0.1297×19.84/3

12、.5+0.1909×23.57/6.35=10.68 KN·m/m（指向壁板外）侧边剪力： =0.1031×25.2×6.35+2×0.1031×19.84/3.5-0.2937×23.57/6.35=16.58 KN·m/m（指向壁板外）（9）水压力作用下长向壁板角隅水平弯矩及水平拉力。相邻壁板相互影响的长向壁板角隅水平弯矩，即等于短向壁板的，故 =-19.84KN·m/m长向壁板在角隅处的水平拉力等于相邻短向壁板的边缘剪力，即 =16.58 KN·m/m（10）水压力作用下短向壁板的水平拉力

13、。短向壁板的水平拉力等于长向壁板的侧边剪力。可近似地按的双向板计算，因此，短向壁板的水平拉力可按下式计算 =0.3111×25.2×2×3.5+0.0944×19.84/3.5-0.0944×51.45/（2×3.5）=54.72KN·m/m（11）内力组合第一种组合为池内满水，池外无土，第二种组合为池内无水，池外有土。表三 内力短向壁板长向壁板第一种组合-44.8912.29-41.5023.95107.48-41.5032.08第二种组合-23.575.72-19.8411.154.72-19.8416.58（三）壁板截

14、面设计1、长向壁板（1）竖向钢筋计算，壁板竖向按弯构件计算，内侧钢筋由底端负弯矩确定，由表一、二可知，起控制作用的为第一种内力组合，即=109.74 KN·m/m则 相应的为0.098 =0.098×11.9/210=0.556>0.272 =0.00556×1000×315=1751.4选用，As=1775外侧钢筋由竖向跨中最大弯矩确定，起控制作用的为第一种内力组合，即=-51.45 KN·m/m 取=350-35=315mm则 相应的为0.045<0.614 =0.045×11.9/210=0.26>=0.45&

15、#215;1.27/210=0.272需要的钢筋面积为=0.0026×1000×315=819选用，As=958（2）水平钢筋计算。长向壁板中间区段的水平钢筋根据构造，按总配筋率 =0.4配置，则每米高内所需钢筋面积为As=0.004×1000×350=1400。现采用内外侧均配 则As=1539角隅处水平钢筋应根据角隅水平弯矩及水平拉力，按偏心受拉构件确定。由表三可知起控制作用的为第一种内力组合，即Mc=-41.50 KN·m/m，Nco=32.08 KN/m。此时偏心距为=M/N=41.50/32.08=1.294m>h/2- =35

16、0/2-40=135mm故属于大偏心受拉构件。偏心拉力至受拉钢筋合力作用点的距离为e= -h/2+ =1159mm先取为0.614则: =（32.08×1000×1159-11.9×1000×315×315×（0.614-0.5×0.614×0.614）/（210×（315-40）=-8056<0取=0.002×1000×350=700。选用，As=769 32.08×1000×1159=11.9×1000×315×315+210

17、×769×（315-40）整理得： 解得=0.00598，x=ho=1.88mm<80mm，取x=80mm =350/2+1294-40=1429mm则 （满足要求） 选用，As=958。即除将中段内侧钢筋伸入支座外，另增加短钢筋。受压钢筋则将中段外侧钢筋伸入支座。（3）裂缝宽度验算1）竖向壁底截面。该处按荷载标准效应组合计算的弯矩值为Mk=109.74/1.2=91.45KN·m/m裂缝截面的钢筋应力为按有效受拉区计算的受拉钢筋配筋率钢筋应变不均匀系数受拉钢筋的换算直径为最大裂缝宽度为（满足要求）(2)竖向跨中截面Mk=51.45/1.2=42.88 KN

18、·m/m 取 （满足要求）（3）角隅边缘截面。该处按荷载标准效应组合计算的弯矩和轴向拉力分别为Mk=41.50/1.2=34.58KN·m/mNk=32.08/1.2=26.73KN·m/m轴向拉力Ns相当于具有偏心距Nk至受压钢筋合力作用点的距离为 受拉钢筋的换算直径为: 由于水平钢筋置于竖向钢筋内测，故水平钢筋净保护层厚度c=35mm最大裂缝宽度 2.短向壁板（1）竖向钢筋计算。竖向钢筋按受弯构件计算，内侧钢筋按底端负弯矩确定。由表三可知，起控制作用的为第一种组合弯矩值M=-44.89 KN·m/m。钢筋面积计算如下 外侧钢筋按竖向跨中正弯矩确定。由

19、表三可知，起控制作用的为第一种组合弯矩值。My=12.29KN·m/m钢筋面积计算如下（2）水平钢筋计算。氺平钢筋按偏心受拉构件计算，支座钢筋决定于支座负弯矩及相应的水平拉力。由表三可知，起控制作用的是第一种组合。=-41.50KN·m/m及Nxo=107.48KN/m。可以采用与长壁角隅处水平钢筋相同的配筋，即内侧用，As=769外侧用，As=958 跨中水平钢筋（外侧受拉）由水平向跨中弯矩及相应的水平拉力（与支座截面处相等）确定。由表三可知，起控制作用的制的一种组合Mx=23.95KN·m/m，Nxo=107.48KN/m。轴向拉力相当于具有偏心距。故属于大偏

20、心受拉构件。 偏心受拉力对受拉钢筋合力作用点的距离为e=223-350/2+40=88mm整理得：（3）裂缝宽度验算。计算过程与长向壁板的相同，经计算的均未超过允许值。3.按斜截面受剪承载力验算壁板厚度壁板最大剪力为第一种荷载组合下长向壁板的底端剪力，V=86.64KN/m。壁板的受剪承载力为=0.07×11.9×1000×315=262.40 KN/m>86.64 KN/m说明板壁厚度满足抗剪承载力的要求；（四）基础设计壁板条形基础的尺寸已初步确定，现沿长向壁板取1m长基础进行计算。1. 地基承载力计算每米长度基础底面以上的垂直荷载设计值为壁板自重： =1

21、.2×25×0.35×4.0=42KN基础板自重： =1.2×25×0.4×3.15=37.8 KN作用于壁板内侧基础板上之水重=1.2×10×3.8×2.10=95.76 KN壁板底部传给基础板顶面的弯矩和剪力分别为M=109.74 KN·m 和N=86.64 KN。各作用力对基础底面中心线产生的力矩为基础底面垂直荷载的合力为等效偏心距为说明基础底面压应力分布状态，为分布宽度小于基础宽度的三角形。 基础外边缘处的地基最大应力为基础宽度满足要求。2. 基础板配筋计算地基反力的分布宽度为3c=3（a/2-e）=3×（3.15/2-0.525）=3.15-处的地基应力-处的弯矩为M=0.5×86.70×0.7×0.7+1/3×（111.47-86.70）×0.7×0.7-