水池结构计算

1、水池结构计算2009-08-17 23:19水池一般由底板和壁板组成，有些水池设有顶板。当平面尺寸较大 时，为了减少顶板的跨度，可在水池中设中间支柱设计要求在水压及其他荷载的作用下，池体的各部分应有足够的 强度、刚度和耐久性；贮存水的渗透量应在允许的范围内；水池的材料应能防腐 和抗冻，对水质无影响。结构计算水池所受的荷载除自重外，还有水压力、土压力和下述 各种荷载。在地震区，地震时可能引起自重惯性力、动水压力及动土压力；在寒 冷地区，如无防寒措施，有可能产生冰压力。此外，水池内外的温湿度差及季节 温湿度差，也在水池中产生温湿度应力。由正方形板和矩形板组成的钢和钢筋混凝土矩形水池可用有限元法 进

2、行较为精确的分析，或采用近似方法计算。矩形水池高宽比大于2的称为深池； 小于0.5的称为浅池；介于0.52.0之间的称为一般池。深池壁板在高度的中 间部分受顶板和底板的影响很小，可按水平框架进行计算；在靠近顶板和底板的 某一高度范围内（通常取等于宽度的一半），壁板受顶、底板的影响较大,应按三 边支承一边自由的双向板计算；在平面尺寸较小时，深池的底板和顶板可按四边 嵌固的板计算。浅池的壁板高度小、宽度大，中间部分受相邻壁板的影响很小， 可作为竖直的单向板计算；壁板两侧边部分因受相邻壁板的影响，应按双向板计 算。一般池的底板、壁板和顶板都是双向板，当每块板的四边都有支承时，整个 水池可看作连续的双

3、向板，各板的边缘弯矩可用双向板的弯矩分配法求得；然后 用叠加法求各板的跨中弯矩。在目前所采用的双向板弯矩分配法中，假定矩形板 的边缘弯矩是按正弦曲线分布的，这一假定对均布荷载情况比较合理；但对非均 布荷载（如作用于壁板上的水压力是三角形的荷载），则有一定的误差。此外， 弯矩传递系数还没有反映与板接触的地基的影响。无论是圆形水池或是矩形水池，作用在底板上的地基反力应按弹性地 基理论计算。但当水池的平面尺寸较小时，地基反力可以假定按直线规律变化。对钢、钢筋混凝土和砖石水池，都应进行强度计算。对池壁较薄的钢水池和 钢筋混凝土水池还应验算刚度。当钢筋混凝土水池的构件为轴心受拉或小偏心受 拉时，应进行抗

4、裂度的验算；当构件为受弯、大偏心受拉或大偏心受压时，应进 行裂缝开展验算,裂缝的宽度应不大于容许值。除了各种外荷载可能导致裂缝外， 由于水泥的水化热以及温湿度的变化，水池的各部分将发生收缩，当收缩受到基 底的约束时，就在构件中引起拉应力而可能出现裂缝。为了防止裂缝的出现或减 小裂缝的宽度，可采取下列措施：每隔一定距离设置伸缩缝；在底板与垫层 间设置滑动层，以减少垫层对底板的摩擦力；采用小直径的变形钢筋；在施 工中采取措施，以减少混凝土中的温湿度变化。对半地下式及地下式的水池，当底板处于地下水位之下时，应验算水池的抗 浮稳定性。例题(软件计算)：设计资料：池顶活荷P1=1.5(KN/m2)覆土厚

5、度ht=500(mm)池内水位Hw=2400(mm)容许承载力 R=90(KN/m2)水池长度H=12000(mm)水池宽度B=9000(mm)池壁高度h0=2400(mm)底板外伸C1=200(mm)底板厚度h1=400(mm)顶板厚度h2=200(mm)垫层厚度h3= 100 (mm)池壁厚度h4=200(mm)地基承载力设计值R=90(KPa)地下水位高于底板Hd=500(mm)抗浮安全系数Kf = 1.10地基承载力验算(1 )底板面积 AR1 = (H + 2 * h4 + 2 * C1) * (B + 2 * h4 + 2 * C1) =(12 + 2 * .2 + 2 * .2

6、) * ( 9 + 2 * .2 + 2 * .2 ) 二125.4(m”2)(2 )顶板面积 AR2 = (H + 2 * h4) * (B + 2 * h4)=(12 + 2 * .2 ) * ( 9 + 2 * .2 )二116.5(m”2)(3 )池顶荷载 Pg = P1 + ht * 18=1.5 + .5 * 18=10.5 (KN/m2)(4 )池壁重量 CB = 25 * (H + 2 * h4 + * 2 * H0 * h4=25 * ( 12 + 2 * .2 + 9 )* 2 * 2.4 * .2二513.6(KN)(5 )底板重量 DB1 = 25 * AR1 * h1

7、= 25 * 125.4 * .4=1254 (KN)(6 )顶板重量 DB2 = 25 * AR2 * h2=25 *116.5 * .2=582.5(KN)(7 )水池全重 G = CB + DB1 + DB2 + Fk1=513.6+1254 +582.5 +0=2350.1(KN)(8 )单位面积水重 Pwg = (H * B * Hw * 10) / AR1=(12 * 9 * 2.4 * 10) / 125.4二20.66(KN/m2)(9 )单位面积垫层重Pd = 23 * h3= 23 * .1018(KN/m2)(10 )地基反力 R0 = Pg + G / AR1 + Pw

8、g + Pd=10.5 + 2350.1 / 125.4 + 20.66 + .018=50 (KN/m2)R0 = 50 (KN/m2) Kf * Fw= 1152.8 (KN)整体抗浮验算满足要求！水池局部抗浮验算池内无支柱，不需验算荷载计算池内水压 Pw= rw * H0 = 10 * 2.4 = 24 (KN/m2)池外土压Pt：池壁顶端 Pt2 = Pg + rt * (ht + h2) * Tan(45-/2) ” 2=10.5 + 18 * ( .5 + .2 ) * Tan(45-30/2) ” 2=7.69(KN/m2)池壁底端 Pt1 = Pg + rt * (ht + h

9、2 + H0 - Hd) + rt * Hd * Tan(45令/2)”2 + 10 * Hd=10.5 + 18 *( .5 + .2 + 2.4 - .5 )+10 * .5 * Tan(45-30/2)”2 + 10 * .5=25.76(KN/m2)池底荷载 qD = Pg + (Fk1 + C / AR2=10.5 +(0 +513.6) / 116.5=14.59(KN/m2)内力计算(H边)池壁内力计算H / H0 =12000 /2400=5由于H / H0 2故按竖向单向板(挡土墙)计算池壁内力池外(土、水)压力作用下池壁内力Pt0 = Pt1 - Pt2=25.76 -7.

10、69= 18.07 (KN/m2)U = Pt2 / Pt1=7.69 /25.76=.29V = (9 * U 2 + 7 * U + 4) / 20) ” 0.5=(9 * .29 2 + 7 *.29+ 4) / 20) ” 0.5=.58 QA = (11 * Pt2 + 4 * Pt1) * H0 / 40=11 * 7.69 + 4 * 25.76) * 2.4 / 40=11.Y0 = (V - U) * H0 / (1 - U) = (.58-.29) * 2400 / (1 -.29)=.98最大弯矩 Mn1 = QA * Y0 - Pt2 * (Y0 2) / 2 - (P

11、t0 * (Y0 3) / (6* H)=11. * .98 - 7.69* (.98 2) / 2 - 18.07 * (.98 3) / (6 * 12 )=6.85(KN-m)底端弯矩 Mn2 = -(7 * Pt2 + 8 * Pt1) * H02 / 120=-(7 *7.69 + 8 * 25.76) * 2.4 2 / 120=-12.(KN-m)角隅最大弯矩 Mj1 = -0.076 * Pt1 * H0 2=-0.076 *25.76 * 2.4 2=-3.3(KN-m)池内水压力作用下池壁内力最大弯矩 Mw1 = 0.0298 * Pw * H0 2=0.0298 * 24 * 2.4 2=4.11(KN-m)最大弯矩位置，距底端0.