1、給水排水工程結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 院系：海洋與土木工程學(xué)院 班級：給水排水09-2班姓名：李喜龍 學(xué)號：0904130210指導(dǎo)教師：王志云 日期：2012年12月30日設(shè)計題目：地下無蓋鋼筋混凝土水池 一無蓋地下式鋼筋混凝土水池的平面凈空尺寸6.0*18.0m，池壁凈高4.0m，設(shè)計水深3.8m，（見圖）不設(shè)置池頂走道板。設(shè)計水深3.8m，材料可以采用C25混凝土，HPB235鋼筋(1級鋼)。地基為亞粘土，地下無水，地基承載力特征值fa=180KN/M2。解:一·池壁厚度和池壁基礎(chǔ)尺寸確定長向壁板厚度及基礎(chǔ)尺寸確定長向壁板的長高比：L/H=18/4.0=4.5 2 按單向板計算。短向壁板的

2、長高比；L/H=6/4.0=1.5 在0.52之間，按雙向板計算。1.（1）長向壁板厚度及其基礎(chǔ)尺寸頂端自由，下端固定 在貯液結(jié)構(gòu)內(nèi)水壓力作用下，壁板底端的最大負(fù)彎矩設(shè)計值為 M=-PH2/6=-1/6×1.2×3.8×10×3.82 =-109.7KN/m假設(shè)配筋率為p=As/bh=0.5 由附表15查得fy=210，由附表12查得fc=11.9相對受壓區(qū)高度為= =0.005×210/(1.0×11.9) =0.088相應(yīng)的內(nèi)力臂系數(shù)=1-0.5=0.956截面的有效高度:= = =331.08mm初步選定長向壁板厚度為350mm

3、，且采用等厚度壁板。基礎(chǔ)高度取400mm。基礎(chǔ)寬度經(jīng)試算采用3.15m向壁板外側(cè)挑出0.7m，向壁板內(nèi)側(cè)挑出2.10m。(2)、短向壁板厚度取底端豎向彎矩作為估算短向壁板厚度的依據(jù)，由附表5查得/=0.67得=-0.027=-0.027×1.2×3.8×10×=-44.32KN·m/m同上，假設(shè)配筋率為=0.5則=0.088，=0.956則截面有效高度為: = =210.41mm短向壁板厚度取250mm。為使長向壁板和短向壁板厚度一樣，所以取短向壁板也為350mm。二池壁內(nèi)力計算1長向壁板內(nèi)力計算（1）水壓力作用下彎矩、剪力按3.8m水深計算的

4、壁板底端最大水壓力設(shè)計值為=1.2=1.2×10×3.8=45.6KN/m壁板計算簡圖如下圖所示，計算相應(yīng)坐標(biāo)=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0時相對應(yīng)的彎矩值M=-計算所得表1（第一種組合即池內(nèi)滿水，池外無土）x/H0.20.40.60.81.0x(m)0.761.522.283.043.80.887.0223.7056.19109.74壁板下端的剪力為: =-=-0.5×45.6×3.8=86.64KN/m（指向壁板內(nèi)）（2）、土壓力作用下的彎矩按3.5m土深計算的壁板底端最大土壓力設(shè)計值為: =18×（0+0+3.5）×&

5、#215;1.2=25.2KN/m壁板計算簡圖如下圖所示，計算相應(yīng)坐標(biāo)=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0時相對應(yīng)的彎矩值表二（第二種組合即池內(nèi)無水，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壁板下端的剪力為: =0.5×25.2×3.5=44.1KN/m（指向壁板外）2.短向池壁內(nèi)力計算及長向壁板角隅水平彎矩、水平拉力計算(1)、短向壁板在水壓力作用下按頂部自由，其它三邊固定的雙向板計算彎矩。短向壁板豎向計算高度取=6.0+0.35=6.35m 則。則各項彎矩計算如下：水

6、平固端彎矩：=-0.01754×45.6×=-32.25KN·m/m豎向底端固端彎矩：=-0.0258×45.6×=-47.44 KN·m/m水平向跨中彎矩： 40.19 KN·m/m豎向跨中彎矩： =52.81 KN·m/m（2）水壓力作用下長向壁板按固定棱邊計算角隅水平彎矩。=-0.104×45.6×=-68.48 KN·m/m(3)水壓力作用下考慮相鄰壁板相互影響的短向壁板彎矩。按簡化的力矩分配法進(jìn)行計算時，僅對水平向彎矩進(jìn)行力矩分配。力矩分配分配系數(shù)為 分配系數(shù)為水平向支座彎矩

7、： =-(32.25+68.48)×0.78=-78.57KN·m/m水平向支座彎矩=40.19+（-32.25+78.57）=87.22KN·m/m 豎向底端彎矩：=-47.44KN·m/m 豎向跨中彎矩：=52.81KN·m/m（4）水壓力作用下短向壁板的周邊剪力。三角行荷載作用下的反力系數(shù)，側(cè)邊作用有邊緣彎矩時的反力系數(shù)按計算，底邊作用有邊緣彎矩時的反力系數(shù)按計算。頂邊剪力： =0-2×0.1373×78.57/3.8+0.1910×47.44/6.35=-4.251 KN·m/m（指向壁板內(nèi)）底邊

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（指向壁板內(nèi)）側(cè)邊剪力： =0.1094×45.6×6.35+2×0.1094××44.89/6.35=32.08 KN·m/m（指向壁板內(nèi)）（5）水壓力作用下長向壁板角隅水平彎矩及水平拉力。相鄰壁板相互影響的長向壁板角隅水平彎矩，即等于短向壁板的，故 =-41.50KN·m/m長向壁板在角隅處的水平拉力等于相鄰短向壁板的邊緣剪

9、力，即 =32.08 KN·m/m（6）水壓力作用下短向壁板的水平拉力。短向壁板的水平拉力等于長向壁板的側(cè)邊剪力?？山频匕吹碾p向板計算，因此，短向壁板的水平拉力可按下式計算 =0.3111×45.6×2×3.8+0.0944××109.74/（2×3.8）=107.48KN·m/m（7）土壓力作用下的彎矩、剪力與水壓力計算方法相似。水平固端彎矩：=-0.0144×25.2×=-14.63KN·m/m豎向底端固端彎矩：=-0.0232×25.2×=-23.57 KN

10、·m/m水平向跨中彎矩： =（0.0050+0.0048/6）×25.2×=5.89KN·m/m豎向跨中彎矩：=(0.0048+0.0050/6) ×25.2× =5.72 KN·m/m土力作用下長向壁板按固定棱邊計算角隅水平彎矩。 =-0.035×25.2×3.5×3.5=-10.80 KN·m/m水平向支座彎矩： =-（14.63+10.80）×0.78=-19.84 KN·m/m水平向支座彎矩：=5.89+(19.84-14.63)=11.1KN·m

11、/m豎向底端彎矩: =-23.57 KN·m/m豎向跨中彎矩：=5.72KN·m/m（8）土壓力作用下短向壁板的周邊剪力。三角行荷載作用下的反力系數(shù)，側(cè)邊作用有邊緣彎矩時的反力系數(shù)按計算，底邊作用有邊緣彎矩時的反力系數(shù)按計算。頂邊剪力： =0-2×0.1297×19.84/3.5+0.1909×23.57/6.35=-0.762 KN·m/m（指向壁板外）底邊剪力： =0.1297×25.2×3.5-2×0.1297×19.84/3.5+0.1909×23.57/6.35=10.68

12、KN·m/m（指向壁板外）側(cè)邊剪力： =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）水壓力作用下長向壁板角隅水平彎矩及水平拉力。相鄰壁板相互影響的長向壁板角隅水平彎矩，即等于短向壁板的，故 =-19.84KN·m/m長向壁板在角隅處的水平拉力等于相鄰短向壁板的邊緣剪力，即 =16.58 KN·m/m（10）水壓力作用下短向壁板的水平拉力。短向壁板的水平拉力等于長向壁板的側(cè)邊剪力?？山频匕吹碾p向板計

13、算，因此，短向壁板的水平拉力可按下式計算 =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）內(nèi)力組合第一種組合為池內(nèi)滿水，池外無土，第二種組合為池內(nèi)無水，池外有土。表三 內(nèi)力短向壁板長向壁板第一種組合-44.8912.29-41.5023.95107.48-41.5032.08第二種組合-23.575.72-19.8411.154.72-19.8416.58（三）壁板截面設(shè)計1、長向壁板（1）豎向鋼筋計算，壁板豎向按彎構(gòu)件計算，內(nèi)側(cè)

14、鋼筋由底端負(fù)彎矩確定，由表一、二可知，起控制作用的為第一種內(nèi)力組合，即=109.74 KN·m/m則 相應(yīng)的為0.098 =0.098×11.9/210=0.556>0.272 =0.00556×1000×315=1751.4選用，As=1775外側(cè)鋼筋由豎向跨中最大彎矩確定，起控制作用的為第一種內(nèi)力組合，即=-51.45 KN·m/m 取=350-35=315mm則 相應(yīng)的為0.045<0.614 =0.045×11.9/210=0.26>=0.45×1.27/210=0.272需要的鋼筋面積為=0.00

15、26×1000×315=819選用，As=958（2）水平鋼筋計算。長向壁板中間區(qū)段的水平鋼筋根據(jù)構(gòu)造，按總配筋率 =0.4配置，則每米高內(nèi)所需鋼筋面積為As=0.004×1000×350=1400?，F(xiàn)采用內(nèi)外側(cè)均配 則As=1539角隅處水平鋼筋應(yīng)根據(jù)角隅水平彎矩及水平拉力，按偏心受拉構(gòu)件確定。由表三可知起控制作用的為第一種內(nèi)力組合，即Mc=-41.50 KN·m/m，Nco=32.08 KN/m。此時偏心距為=M/N=41.50/32.08=1.294m>h/2- =350/2-40=135mm故屬于大偏心受拉構(gòu)件。偏心拉力至受拉鋼筋

16、合力作用點的距離為e= -h/2+ =1159mm先取為0.614則: =（32.08×1000×1159-11.9×1000×315×315××0.614×0.614）/（210×（315-40）=-8056<0取=0.002×1000×350=700。選用，As=769 32.08×1000×1159=11.9×1000×315×315+210×769×（315-40）整理得： 解得=0.00598，x=h

17、o=1.88mm<80mm，取x=80mm =350/2+1294-40=1429mm則 （滿足要求） 選用，As=958。即除將中段內(nèi)側(cè)鋼筋伸入支座外，另增加短鋼筋。受壓鋼筋則將中段外側(cè)鋼筋伸入支座。（3）裂縫寬度驗算1）豎向壁底截面。該處按荷載標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合計算的彎矩值為Mk=109.74/1.2=91.45KN·m/m裂縫截面的鋼筋應(yīng)力為按有效受拉區(qū)計算的受拉鋼筋配筋率鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)受拉鋼筋的換算直徑為最大裂縫寬度為（滿足要求）(2)豎向跨中截面Mk=51.45/1.2=42.88 KN·m/m 取 （滿足要求）（3）角隅邊緣截面。該處按荷載標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合計算的

18、彎矩和軸向拉力分別為Mk=41.50/1.2=34.58KN·m/mNk=32.08/1.2=26.73KN·m/m軸向拉力Ns相當(dāng)于具有偏心距Nk至受壓鋼筋合力作用點的距離為 受拉鋼筋的換算直徑為: 由于水平鋼筋置于豎向鋼筋內(nèi)測，故水平鋼筋凈保護(hù)層厚度c=35mm最大裂縫寬度 2.短向壁板（1）豎向鋼筋計算。豎向鋼筋按受彎構(gòu)件計算，內(nèi)側(cè)鋼筋按底端負(fù)彎矩確定。由表三可知，起控制作用的為第一種組合彎矩值M=-44.89 KN·m/m。鋼筋面積計算如下 外側(cè)鋼筋按豎向跨中正彎矩確定。由表三可知，起控制作用的為第一種組合彎矩值。My=12.29KN·m/m鋼筋

19、面積計算如下（2）水平鋼筋計算。氺平鋼筋按偏心受拉構(gòu)件計算，支座鋼筋決定于支座負(fù)彎矩及相應(yīng)的水平拉力。由表三可知，起控制作用的是第一種組合。=-41.50KN·m/m及Nxo=107.48KN/m?？梢圆捎门c長壁角隅處水平鋼筋相同的配筋，即內(nèi)側(cè)用，As=769外側(cè)用，As=958 跨中水平鋼筋（外側(cè)受拉）由水平向跨中彎矩及相應(yīng)的水平拉力（與支座截面處相等）確定。由表三可知，起控制作用的制的一種組合Mx=23.95KN·m/m，Nxo=107.48KN/m。軸向拉力相當(dāng)于具有偏心距。故屬于大偏心受拉構(gòu)件。 偏心受拉力對受拉鋼筋合力作用點的距離為e=223-350/2+40=8

20、8mm整理得：（3）裂縫寬度驗算。計算過程與長向壁板的相同，經(jīng)計算的均未超過允許值。3.按斜截面受剪承載力驗算壁板厚度壁板最大剪力為第一種荷載組合下長向壁板的底端剪力，V=86.64KN/m。壁板的受剪承載力為=0.07×11.9×1000×315=262.40 KN/m>86.64 KN/m說明板壁厚度滿足抗剪承載力的要求；（四）基礎(chǔ)設(shè)計壁板條形基礎(chǔ)的尺寸已初步確定，現(xiàn)沿長向壁板取1m長基礎(chǔ)進(jìn)行計算。1. 地基承載力計算每米長度基礎(chǔ)底面以上的垂直荷載設(shè)計值為壁板自重： =1.2×25×0.35×4.0=42KN基礎(chǔ)板自重： =

21、1.2×25×0.4×3.15=37.8 KN作用于壁板內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)板上之水重=1.2×10×3.8×2.10=95.76 KN壁板底部傳給基礎(chǔ)板頂面的彎矩和剪力分別為M=109.74 KN·m 和N=86.64 KN。各作用力對基礎(chǔ)底面中心線產(chǎn)生的力矩為基礎(chǔ)底面垂直荷載的合力為等效偏心距為說明基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力分布狀態(tài)，為分布寬度小于基礎(chǔ)寬度的三角形。 基礎(chǔ)外邊緣處的地基最大應(yīng)力為基礎(chǔ)寬度滿足要求。2. 基礎(chǔ)板配筋計算地基反力的分布寬度為3c=3（a/2-e）=3×（3.15/2-0.525）=3.15-處的地基應(yīng)力-處的彎矩為M=0.5×86.70×0.7×0.7+1/3×（111.47-8