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1、给水排水结构工程设计说明书一、课程设计任务上海郊县某水厂拟设一半地下式矩形钢筋混凝土清水池，容量为1500m3。设计应满足抗冻 要求，覆土厚度不少于30 cm。考虑到厂区绿化环境，该池所在地完成绿化后，包括覆土厚度在 内，露出地面高度不宜超过2. 5m。二、课程设计的要求与数据（一）水文、地质条件1 .最高地下水位，在地面以下1.0m。2 .持力层地基属于黄褐色亚粘土，容许地基承载力/ = 100KN/77?。3 . 土壤内摩擦角。= 30。4 . 土壤天然容重7 = 18KN/。（二）统一技术条件1 .回填土较松，抗浮验算时可以不考虑土壤内摩擦角。2 .池顶活荷载取P = 3.5KN/nr。
2、3 .池顶覆土容重7 = 16KN/t?,按静荷载考虑。4 .本水池平安等级为二级工程，结构构件的重要性系数取1.0。5 .整体抗浮平安系数K=L15;局部抗浮平安系数K=L0。6 .顶盖可不考虑裂缝要求，池壁及底板应满足裂缝宽度不超过0.2mm。7 .池内外表及外表均采用1:2水泥砂浆抹面厚20mm,池外外表均刷冷底子油一道，热沥青 一道（按 O.lKN/nf 计）。8 .顶板和底板均采用别离式配筋。9 .底板下满铺10 cm厚素混凝土垫层。三、课程设计应完成的工作（1）完成计算书一份。（2）绘制结构施工图两张（上墨线A2图）。给水排水结构工程设计计算书【一、结构设计】.平面布置方案主梁5根
3、，中心间距3.7m；次梁5根，中心间距3.15m；柱子10根，中心间距6.3m；板36块， 尺寸；清水池总尺寸22.4mX 19.1m X3.8m （包括池壁厚）; 清水池平面示意图： 清水池纵剖面示意图：1 .构筑物细部尺寸2顶盖局部板厚120mm；主梁 600mmx250mm；次梁 400mmx200mm；圈梁高400mm,宽350mm；2.2底板局部板厚200mm；+= -yj- X 58.11X 3.452中间支座弯矩：Mc =-=- x 58.11 x 3.452 = -49 AO KN m 14)14跨中弯矩与支座剪力设计值：由各跨隔离体的静力平衡条件的:第一跨静力平衡示意图：IX
4、 =。匕+%=G + Q可得:匕=S2.20KN% =105.21KN跨中最大弯矩出现在0.439h处（即剪力为0处），由Z%=0 ,可求得 。第二跨静力平衡示意图：同理可得：%=104.15KN匕=9633KN跨中最大弯矩出现在05195102处（即剪力为0处），由；加8=0，可求得 M2=30.45KN.mo 第三跨静力平衡示意图： 同理可得：匕=100.24MV跨中最大弯矩出现在OS3处（即剪力为0处），由Zc=。， 可求得 M34.4承载力计算正截面受弯承载力正截面受弯承载力计算时，由于与板相连构成倒T型截面，跨中区翼缘（板）处于 梁的受拉区，一旦混凝土开裂，翼缘对承载力起不了作用。故
5、对跨中截面以矩形截面计算： bxh=200x400mmo而支座截面以T形截面计算，根据上册表3-7,翼缘宽度bf按计算跨度考虑， , I 3225取 hf = 1075mm ,所以采用 b； = 1075如,/= 120mm =板厚力.截面 均只布置一排受力筋。环境类别为二类a,混凝土强度等级C30，。尸1.0; A =10; /（.=14.3N/mm2； ft =1.43N/mm2；混凝土保护层厚度至少35mm,故九）=。-45 = 355mm。次梁内受力钢筋为中二级 钢，HRB335, fy =300MPa,常用直径为1225mm。次梁纵向配筋率一般在0.61.5%之间，截 f1 43面最
6、小配筋率大于0.2%且要求大于0.45x今= 0.45x、= 02145%。箍筋采用HPB235 , Jy300fy =210MPa,常用直径为610mm。判别支座T形截面类别： 当x = hf时，M = fbf h, （/z0 一一） = 14.3x1075x120x（355 120/2）x10-6 =544.19KN. a 支座,可知X与，支座截面属于第一类梯形截面。且由于考虑塑性内力重分布，要求支座截面的 自均 0.35。计算公式如下：次梁正截面受弯承载力计算截面A1B2C3弯矩设计值 (KN-M)-25.1832.96-62.8830.45-49.437.0625.18xl0632.9
7、6 xlO662.88 xlO630.45 xlO649.4 xl()637.06 xlO614.3x3552x1075= 0.013014.3x3552x200= 0.091414.3x3552x1075 =0.032514.3x3552x200 =0.084514.3 x3552x 1075= 0.025514.3 x3552x 200 = 0.10280.01310.09610.03300.08840.02580.1087As(mm2)238.0325.1600.3299.1469.9368.0选配钢筋20143012301620142014+10162012 + 1014实际面积 As
8、(mm2)308339615308509378；内心一或敢弊 J yJ yMMas =r 或4-afbh。afbfh。由上表可知：截面C均小于0.35,满足塑性内力重分布的要求;且言二。八：0：八八二。.385%202145% ,满足最小配筋率的要求。hh 200 x 400442斜截面受剪承载力(包括截面尺寸复核；腹筋计算；最小配筋率验算)：验算截面尺寸：，h 235hw = h(-hf =355-120 = 235mm ,因寸=二=s75 = 10521KN ,那么截面ri#待今萝士口。验算是否需要计算配置箍筋：0.7.?4=0.7x1.43x200x355 = 71.071MVK1ax
9、=105.21K7V，故需按照计算配 置箍筋。计算所需箍筋：采用。8双肢箍筋，计算支座B左侧界面。A7 A由匕s=0.7/#%+L25,/；,x7x%s可得:可得:1.25/、人1.25x210x355西=7M = 105.21-71.071 = 0.366遍/“S=274.6mm。由于调幅后受剪承载力加强，故应该将计算的箍筋面积适当增加20%左右或可适当减 小间距20%,现调整箍筋间距，s=0.8x275=220mm。且根据上册表4-1,梁高在300500mm的梁, 且丫0.7.力必时，梁中箍筋最大间距为200mm。最后取箍筋间距s=200mm,即。8200。为方便 施工，沿梁长不变。实有一
10、l = 0.503 0.366 ,符合要求。 s验算配箍率下限值：f1 43实际配箍率实际配箍率弯矩调幅时要求的最小配箍率为0.3- = 0,3X-= 0.204%/ .N 1 U4bs100.6200 x 200= 0.2515% 0.204% ,满足要求。5主梁的设计：主梁的跨度为6.3m,共3跨，为等跨连续梁；尺寸hxb=600x250mm；主梁每跨 内布置1根次梁；按弹性理论计算5.1荷载设计值：6.3m的跨度内，次梁和板上传来的荷载一局部由主梁承载，另一局部由柱子承载。 主梁的计算范围如下图：5.L1恒荷载：主梁自重:280.375x1,2)主梁粉刷层自重（包括20mm的水泥砂浆抹面
11、和沥青层）：20mm 的水泥砂浆抹面自重为 20x0.02x L（19.1-0.7） x0.25x5+ （19.1-0.7-5x0.2） x(0.6-0.12-0.0655) xlO沥青层自重为0.青【(19.1为7)*0.25*5+(19.1-0.7-50.2) x (0.6-0.12-0.0655) xlO g? = 1.2 x(20 x 0.02 + 0.1)x0.25 +(0.6 - 0.12 - 0.0655)x2 x 0.946 = 0.6204KN/m将上述均布荷载简化为集中荷载，那么在6.3m跨度中，主梁总自重为(3.657+0.6204)x6.3=26.95KN.在6.3m跨
12、度中板传递的恒荷载：g3=19.996x3.7x3.15=233.05 KN 次梁传递的恒荷载：g4=( 1.68+0.3774)x3.7=7.61238KN主梁的集中恒荷载：2 G=26.95+233.05+7.61238=267.6124KN1.1.2 板传递的活荷载：Q=3.5xl.4x3.7x3.15=57.1095KN荷载设计值：G+Q=267.6124+57.1095=324.7219KN；作用于每跨上中央位置。5.2 计算简图：主梁按弹性理论计算，由于梁与柱整体浇注，其计算跨度取支承中心线之间的距离，主 梁两端在圈梁上的支承长度为a=350mm,中间固定支承在两个bxb=300x
13、 300mm的混凝土柱上。 /, = 6300 + 200/2 - 350 - 300/2 = 5900mm ,因为 0.0251。= 147.5mma/2= 175mm；故取边跨：/()1=1.0250.1,根据上册表3-7, 翼缘宽度bf按计算跨度考虑，取得=与=誓 = 2100/加。按梁（纵肋）净距Sn=3700-500=3200mm 考虑，取与= + * =250+ 32。= 3450 2100mm .所以采用与=2100mm ,与=120mm =板厚力. 截面均布置二排受力筋。B支座边的弯矩设计值Mh=知i-子=-310.72 + -:OB = 285.295KN加, 纵面受力钢筋除
14、第二跨截面为一排外儿=-50 = 550帆舞，其余均为两排，=71-70 = 530/7； 判别B支座T形截面类别：当x =力/时，hM = fbf hf （/z0 一 一） = 14.3 x 2100x120x（530-120/2） x 10 6 =1694-m M 支座,可知支座截面属于第一类T形截面。计算公式如下:弛九。于、, .幼儿 fas =r 或 aafbhas =r 或 aafbh；J = 1 - J1 - 2 巩；A = 尸 或 A =由上表可知：所有的寸短=0550,符合要求;正截面受弯承载力计算形式两排矩形两排倒T型一排矩形截面1B2弯矩设计值（KN.M）365.63-28
15、5.295231.56ho(mm)530530550as365.63x1()614.3 x5302x 250 = 0.3641285.295 xlO6231.56 xlO614.3x53()2 x21(X)=0.033814.3x5502x250= 0.2141c0.47860.03440.2439As(mm2)3023.01825.71598.3选配钢筋802250222022+2025实际面积As（mm2）304119001742最小配筋率向=0.45 = 0.2145%, A* = 4而她）=295nmi?,符合要求。J y主梁纵向截面的弯起和切断按弯矩包络图确定。5.4.2 斜截面受剪
16、承载力：验算截面尺寸：hw = h（） -hf = 530-120 = 410/n/7?,因 hvlb = 410/250 = 1.64 Vwix =2V2.5KN 所以截面尺寸满足要求。验算是否需要计算配置箍筋：0.7/她）=0.7x1.43x250x530 = 132.63皿7匕施=212.5KN ,故需按照计算配置箍筋。 计算所需箍筋：采用公200双肢箍筋（根据上册表4-1,梁高在500800mm的梁，且 V0.7/m）时，梁中箍筋最大间距为250mm）,主梁所受的是集中力荷载，但由于结构整体整浇,主梁不是独立梁，故仍使用匕0.7/% +1.25九x欠上x %公式计算可得. 匕=0.7
17、方见 + 1.25。xx a=132.63 + 1.25x210x i221 x 530 = 202.61 KNs200VAmax=H7.93KNVcs ； Vb=169.5KNVcs故B支座左边尚需配置弯起钢筋，弯起钢筋所需面积（弯起角as取45。）为:主梁剪力图为矩形，在B截面左边的2.1m范围内需布置三排弯起钢筋才能4（K/-V ）（212.5-202.61）x l03 ” “2覆盖此最大剪力区域，现分三批弯起A =尚屹= 08x300x0=07 =5828杵第一跨跨中的22 钢筋，As=380mm258.23mm2o验算配箍率下限值：=1。6 = Q QQ2Q12 0.24/=0.00
18、16 满足要求卬bs 250 x 200俩是要本次梁两侧附加横向钢筋的计算：次梁传来的集中力H =58.11 X3.7=215.007KN；h = 600 - 400 = 200mmS = 2h +3/7 = 2x200 + 3x200 = 1000mm取附加箍筋。8 200加利双肢，那么在长度S内可布置附加箍筋排数 “=嘿 +1 = 6排，现次梁两侧各布置3排，共6排，另加吊筋1中18 （弯起角as取45）, JAh = 254.5mm2 ；2fyAbsina += 2x300x254.4x0.707 + 6x2x21 Ox50.3 = 234.69KN 215.007KN满足要求【五、柱子
19、设计】1柱的荷载设计值：（恒荷载分项系数取1.2；活荷载分项系数取1.4）L1柱子（含粉刷层）自重:Gi = L2X10.178=12.2136KN （见前）1.2 腋托（含粉刷层）自重:G2=L2X（0.6X4义2X0七5也义0.02X20+0.0188X25X2）=1.62KN（见 前）1.3 从主梁，次梁，板（包括覆土层）传递给柱的力：如下图:阴影区域内的力即为柱所承当的力132次梁（含粉刷层）传递给柱的力3700范围内有二根次梁G4=7.61238X2=ij.zzkin （见前）1.3.3 板传递给柱的力:G5=l9.996X3.7X6.3=466.11 KN （见前）1.4 板传递给
20、柱的活荷载：Q=3.5 X1.4X3.7X 6.3=114.219KN1.5 柱的荷载设计值： G+Q=636.33KN2截面设计：2.1 纵筋设计：按柱两端支撑情况，取柱的计算长度：l()= H = 3.8m卜=阴=12.67;查上册表5-1取0 = 0.94h 0.3由柱的普通钢筋轴压公式知：N.=。.90(/4 +混凝土强度等级C30, /c=14.3N/mm2；力=L43N/mm2；柱内受力钢筋为二级钢，HRB335, /v=300MPa,纵筋沿截面四周均匀布置，不得少于4根，且直径不宜小于12mm。由于0.9犹.A = 0.9 x 0.94 x 14.3 x 3(X)2 = 1088
21、.8KN 636.33KN ,故柱内的受力钢筋按结构要求进行配筋。最小配筋率为0.6%。那么A = 4x0.6% = 540mm2,可选用414, A = 615mm2 J2.2 箍筋设计：由于柱截面短边尺寸不大于400mm,故只做一圈封闭式箍筋即可。按结构要 求进行配筋，可选用。6200。【六、长向池壁设计】在实际的清水池设计的过程中,根据长向池壁(如乂102=3.8*22.41*由于1o2/1oi3,故视为单向板) 的受力特点，可以分为三种情况:试水阶段，运行阶段，检修阶段,其中试水阶段和检修阶段是池壁受 力不利的情况，也是本设计的两种设计工况:下面将分别从试水阶段和检修阶段进行计算： 1
22、试水阶段：在试水阶段，池盖的顶部及池壁周围没有粉刷，也没有覆土.池内蓄满了水.因此，池壁只受到池 内部的水压力，同时池壁的还受到顶板传来的轴向压力。1.1 池壁承受的轴向压力:计算取竖直方向1m带宽的板带bx/z = 1000 2 ;故按纯受弯构件计算JNA 51.15h 0.2弯矩设计值:A/=2Q95&V-A/； Z?xA = lOO（ 0.454=0.2145% 且大于 0.2%,满足要求。1.2.2 C截面（中端）的计算（外侧受拉）：其所承受的弯矩：+等= 4x38x3.82 xL2+302：；.O33 =1399KN4oJ / 4oj. /N 1其所承受的轴向力：M =2+:池体重义
23、1.2+池壁与顶板形成的腋托义1.230 211= 7.522 + + -x 25x3.8x1 x 0.2xl.2 4-0.5 x0.152 xlx 25x1.2 = 27.423.72Mc 13.99 -I e 0 51%=弁=司1 = 2；户记=52按受弯构件计算弯矩设计值M = 13.99A7V Mm13.99xl06Ijiil. a =-r人5 ajbhj1.0 x 14.3 xl000xl702=0.03394=1- J1 - 2% = 1 - V1 - 2 x 0.0339 = 0.0344 0.45 = 0.2145%且大于0.2%,满足要求。b% 1000x170fxB端截面的
24、计算（内侧受拉）：其所承受的弯矩：=-/2 x 1.2+ N,e = -x38x3.82x 1.2+ x30.21 x- = -32.65/fNem 203.7 203.76其所承受的轴向力：Nb = N1+池体重X 1.2+池壁与顶板形成的腋托X 1.230 212x lx 25x1.2 = 38.82/fN 3.7= 篙 = 6841；,=嘿=4.2052按受弯构件计算：32.65 xlO6N bh 0.2=0.0790=0.0790那么:7 =7人 s ajbh；2J = 1 _ Jl _ 24 = 1 - V1 - 2 x 0.0790 = 0.0824 0.452= 0.2145%且
25、大于0.2%,满足要求。M) 1000x170fy2检修阶段：在检修阶段，池盖顶部及池壁周围均有覆土，且已有粉刷层,但池内没有水，因此，池壁只受到池 外部的土压力和地下水压力作用，而不受池内部的水压力，同时，顶板传来的轴向压力还应考虑覆土 和活荷载.2.1 池壁承受的轴向力(分为均布荷载与集中荷载)：2.1.1 均布荷载：检修阶段中：顶板恒荷载g= 1.2x (楼板自重+楼板粉刷层+楼板沥青层+覆土)/板总面积=1.2x(l258.74+466.1373+395.68x0.02x20+21.7x 18.4x0.1 +5068.5376) /(22.2x 18.9) = 19.996 kN/m2
26、/3 15p = gM = 19.996 X= 31.4937 KN / m22/3 15a = 0.5 x 卫二0.5 x 二一二0.4257心 3.7pe =(1-2a； + a；)” = (1 - 2 x 0.42572 + 0.42573)x 31.4927 = 22.5 IKN/m/Q 15顶板活荷载：p = q2 = 4.9x = 7.7175KN/m 22/3 15e = 0.5 x 上=0.5 x= 0.4257晨 3.7q = p, = (1 _ 2a； + 片)” =(1 一 2 x 0.42572 + 0.42573)x 7.7175 = 5.516KN/ m圈梁：0.3
27、5x25x(0.4-0.12)xl.2 = 2.94A7V/mX Q= 30.966KN/mIm带宽的单向板中：池壁的轴向压力Ni=30.966KN2.L2集中荷载：G+QGG+0VVVAEZS个Va同理：主梁传给池壁的集中力二池壁对主梁的支座反力主梁在检修阶段的6+（267.6124+57.1095=324.721910.3%=51 ；可先按大偏心受压情况计算在试水阶段的计算中求出的顶端A =457/加/e = T7ei - as =0.316m , & =77e _弓 + =o.l76m 那么由 N lte = a J 力x(% )+ /vAs.(/z0 -a) ,22可得：Ne A(4a
28、) 148.866xl03x 316-300x457x(170-30)a =；=：= 0.0674, ajbh；L0xl4.3xl000xl7021 = 1 Jl 2as = 0 0698 5=0.55 满足要求x 窕=11.87mm 2as = 60mm取 x = 60mm此时仿照双筋受弯构件的方法，对受压钢筋4合力点取矩，计算A值:乙：水容重10KN/m3代入数值：匕=(3.5 + 16x 3+ 6xl.8)tan2 30 + 10x1.8 =(2.5+ 48 + 10.8)x1 +18 = 38.77/m20 = 1.2 x (ptpC = 38.7247OV； % = 1.2 x pt2 = 7.8A7V221顶截面A的设计(外侧受拉)：其所承受的弯矩：=一变一 e = _Lx7.8x3.82 -x38.724x3.82 -117.9x - = -31.955KN123012306其所承受的轴向力：Na =N”2 = 30.966 +117.9 = 148.866/OV综=畜=2会=0.215；9=啜=10