钢筋混凝土水池设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 钢筋混凝土水池设计,本章主要内容：,介绍工程中常见水池的结构形式,及其承受的主要荷载,钢筋混凝土圆形水池的设计,钢筋混凝土矩形水池的设计,第十章 钢筋混凝土水池设计,1,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-1 水池的结构型式,钢 筋混凝土贮水池结构形式,第十章 钢筋混凝土水池设计10-1 水池的结构型式钢 筋混,2,10-1 水池的结构型式,一、水池分类,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-1 水池的结构型式一、水池分类第十章 钢筋混凝土水池,3,10-1 水池的结构型式,二、水池池壁结构型式,水池池壁由荷载产生的内力大小及其分布情况可做成：,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-1 水池的结构型式二、水池池壁结构型式第十章 钢筋混,4,10-1 水池的结构型式,三、水池顶盖和底版型式,1.贮水池的顶盖和底板多采用平顶和平底型式。,2.水处理用池中由于工艺的特殊要求，池底常做成倒锥壳、倒球壳，或多个旋转壳体组成的复杂型式,倒锥壳和倒球壳组合池底形成的加速澄清池示意图,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-1 水池的结构型式三、水池顶盖和底版型式倒锥壳和倒球,5,10-2 水池的荷载,作用在水池上的主要荷载有,：,荷载竖,向,传递的池顶荷载和池底荷载；荷载水平方向传递的池壁荷载等,池顶活荷载q,覆土厚hs,池顶板厚h2,底板板厚,h,1,垫层厚,h,3,设计水位,池底荷载,无地下水,有地下水,实际分布线,简化分布线,H,n,H,w,H,w,/,p,w,p,2,p,1,地下水位,水池的荷载,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-2 水池的荷载作用在水池上的主要荷载有：池顶活荷载q,6,10-2 水池的荷载,一、池顶荷载,顶板自重,构造层重,覆土重,活荷载,雪荷载,结构计算时活荷载与雪荷载两者中取大值,池顶活荷载,q,覆土厚,h,s,池顶板厚,h,2,底板板厚,h,1,垫层厚,h,3,设计水位,池底荷载,无地下水,有地下水,实际分布线,简化分布线,H,n,H,w,H,w,/,p,w,p,2,p,1,地下水位,图 10-3 水池的荷载,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-2 水池的荷载一、池顶荷载池顶活荷载q覆土厚hs池顶,7,10-2 水池的荷载,二、池底荷载,整体式底板，池底荷载是指将使底板产生弯矩和剪力的那部分地基反力或地下水浮力，其计算公式为：,池顶活荷载,q,覆土厚,h,s,池顶板厚,h,2,底板板厚,h,1,垫层厚,h,3,设计水位,池底荷载,无地下水,有地下水,实际分布线,简化分布线,H,n,H,w,H,w,/,p,w,p,2,p,1,地下水位,图 10-3 水池的荷载,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-2 水池的荷载二、池底荷载池顶活荷载q覆土厚hs池顶,8,10-2 水池的荷载,三、池壁荷载,池壁承受的荷载主要是作用于水平方向的,水压力,和,土压力,。,池壁水压力按三角形分布，池内底面处的最大水压力标准值计算公式：,池壁土压力按主动土压力计算，池壁外侧压力按梯形分布,池壁顶端外侧压力组合标准值计算公式：,池壁顶端外侧压力组合标准值计算公式：,当无地下水时,当有地下水时,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-2 水池的荷载三、池壁荷载第十章 钢筋混凝土水池设计,9,10-2 水池的荷载,四、其它作用对水池结构的影响,温度和湿度的变化：,温度和湿度的变化会使混凝土产生收缩和膨胀，在结构中引起,附加应力；,地震作用 ：,对水池具有破坏性的地震荷载主要氏是水平方向的,地震惯性力,。,五、荷载组合,水池一般应根据下列三种不同荷载组合分别计算内力：,1. 池内满水，池外无土；,2. 池内无水，池外有土；,3. 池内满水，池外有土。,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-2 水池的荷载四、其它作用对水池结构的影响五、荷载组,10,10-3地基承载力及抗浮稳定性验算,一、地基承载力验算,当水池基础采用整体式底板时，一般可假设地基反力为,均匀分布。,地基承载力验算公式：,式中 为修正后的地基持力层承载力特征值,，,按建筑地基基础设计规范GB 50007-2002的规定确定,。,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-3地基承载力及抗浮稳定性验算 一、地基承载力验算式中,11,10-3地基承载力及抗浮稳定性验算,二、水池的抗浮稳定性验算,当水池底面标高在地下水位以下，或位于地表滞水层内而又无排除上层滞水措施时，地下水或地表滞水就会对水池产生浮力。当水池处于空池状态时就有被浮托起来或池底板和顶板被浮力顶裂的危险。此时，应对水池进行抗浮稳定性验算。,1.水池整体抗浮稳定性验算,验算公式,2.水池局部抗浮稳定性验算仅对池内有中间支柱的封闭式水池,验算公式,地下水位,局部抗浮不够时水池的变形,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-3地基承载力及抗浮稳定性验算二、水池的抗浮稳定性验算,12,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,一、圆形水池主要尺寸及计算简图,1.主要尺寸,圆形水池高度一般控制在3.5m6.0m之间,圆形水池直径高度确定之后由水池容量推算直径,圆形池壁厚度通过计算确定，,同时满足,水池顶盖和底板的结构尺寸由第九章原则初步估算,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计 一、圆形水池主要尺寸及计,13,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,一、圆形水池主要尺寸及计算简图,2.计算简图,水池的计算直径（,d,）应按池壁截面轴线确定；,池壁的计算高度（,H,）则应根据池壁与顶盖和,底板的连接方式来确定。,当 池壁上、下端均为整体连接时：,上端按弹性固定，下端按固定计算时，取,上下端均为弹性固定计算时，取,当池壁上、下端均为铰接时:,取,H至铰接中心处,当池壁上、下端为非整体连接时:,取,H=H,n,r,h,d,n,d,d,d,n,h,r,a,),b,),H,H,n,H,n,H,圆形水池池壁计算尺寸及上、下边界连接示意图,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计一、圆形水池主要尺寸及计算,14,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,一、圆形水池主要尺寸及计算简图,3.池壁上、下端的边界条件,池壁下端的边界条件：,固定连接,弹性固定连接,铰连,池壁上端的边界条件：,自由边界,铰接,弹性固定连接,按固定支承计算的条件：,池壁底端如与底板整体连接，同时满足下面三个条件时：,如图10-6所示h,1,h；,a,1,h且a,2,a,1,；,地基良好，地基土壤为低压缩性或中压缩性（压缩系数a,1-2,0.5）,弹性固定连接即考虑池壁与底（顶）板的变形连续性，将池壁与底（顶）板的连接看成可以产生弹性转动的刚性节点。,池壁与池底整体连接，但不能满足固定支承的其它条件时,，,应按,弹性固定连接,计算,池壁,池底,a,1,a,2,h,h,1,图10-6 池壁与池底整体连接示意图,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计一、圆形水池主要尺寸及计算,15,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,二、池壁内力计算,（一）圆水池池壁内力计算的基本原理,1.假定条件：,池壁可看作圆柱形薄壳，忽略池壁厚度；,忽略由池顶、池底传于池壁的竖向力对池壁轴力的影响；,假设池壁壳体材料是各向同性的匀质连续弹性体；,圆形水池所承受的侧压力是轴对称性的，池壁产生的变形和内力也为轴对称性。,2.池壁单元微分体的内力分布：,若取一高度为,dx,，环向为单位弧长的微分体作为脱离体，由对称性原理，可以确定在微分体各截面上产生的内力,：,在垂直截面上只有,环向力（ ）和环向弯矩（ ）；,在水平截面上只有,竖向弯矩（ ）和剪力（ ）,M,1,M,1,r,r,M,2,M,2,1,V,1,V,1,V,2,V,2,p,X,x,d,x,H,r,M,x,V,x,d,=1,/r,p,x,d,x,N,d,x,M,d,x,M,d,x,N,d,x,d,x,h,两端有约束的池壁内力分析图,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计二、池壁内力计算M1M1r,16,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,二、池壁内力计算,（一）圆水池池壁内力计算的基本原理,3.池壁内力计算,（1）计算公式,环向力,竖向弯矩,环向弯矩,剪 力,（2）荷载及内力符号规定,以指向朝外为正,；,以受拉为正；,、 以使池壁外侧受拉为正；,以指向朝外为正。,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计二、池壁内力计算（2）荷载,17,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,二、池壁内力计算,（二）圆水池池壁内力系数表的应用,1.附表5-1所包括的池壁上、下端边界条件,底固定，顶自由；,底铰支，顶自由；,底固定，顶铰支；,两端固定；,两端铰支。,2.附表5-1所包括的荷载形式,三角形荷载,矩形荷载,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计二、池壁内力计算第十章 钢,18,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,二、池壁内力计算,（二）圆水池池壁内力系数表的应用,3.对端部有约束的池壁进一步简化计算,（1）当 2.0 时，长壁圆水池，计算时可以忽略两端约束力的相互影响；,（3）,当0.2 56 时，为深池。此时计算步骤：,在0.25H0.75H范围内，按两端自由的静定薄壁圆筒计算，其内力只有环向力即,在0.0H0.25H即0.75H1.0H范围内计算内力时，,可取靠约束端高度为 的一段水池，按一端有约束，另一端为自由的池壁，用附录5-1中相应边界条件和荷载状态下 =56的内力系数进行计算。,r,r,p,x,w,H,x,a,),b,),d,s,h,d,N,N,p,x,两端自由的圆形水池,池壁计算简图,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计二、池壁内力计算rrpxw,19,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,二、池壁内力计算,（三）壁端为弹性固定时内计算,1.弹性固定端边界力的确定,弹性固定端的边界力包括边界弯矩和边界剪力两项。对平顶和平底圆水池，可以认为节点无侧移，边界弯矩可以用力矩分配法进行计算。,池壁边界力可按下列公式计算,池壁内力计算,边界弯矩确定以后，可将弹性固定支承取消，代之以铰接和边界弯矩，池壁内力即可用叠加法求得。,M,1,M,1,M,1,M,1,M,2,M,2,M,2,M,2,长壁圆水池池壁两端为弹性固定时的内力分析简图,p,w,p,w,p,w,p,w,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计二、池壁内力计算M1M1M,20,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计,三、池壁截面设计,池壁截面设计包括：,计算所需的环向钢筋和竖向钢筋；,按环拉力作用下不允许出现裂缝的要求验算池壁厚度；,验算竖向弯矩作用下的裂缝宽度；,按斜截面受剪承载力要求验算池壁厚度。,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-4 钢筋混凝土圆形水池设计三、池壁截面设计第十章 钢,21,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,一、矩形水池的计算简图,不同长高比池壁的计算假定,第十章 钢筋混凝土水池设计,池壁在侧向荷载作用下单、双向受力的区分条件,壁板的边界条件,板的受力情况,四边支承,部分按水平单向计算；板端 部分按双向计算， 处可视为自由端,按双向板计算,按竖向单向计算，水平向角隅处应考虑角隅效应引起的水平向负弯矩,三边支承，顶端自由,部分按水平单向计算；底部 部分按双向计算， 处可视为自由端,按双向板计算,按竖向单向计算，水平向角隅处应考虑角隅效应引起的水平向负弯矩,角隅处考虑水平弯矩,H,H,H,=2,部分按,双向板计算,2,部分,按水平单向,板计算,L,L,L,1.0,m,（,a,),（,b,),（,c,),（,a,),；（,b,),;,（,c,),10-5 钢筋混凝土矩形水池设计一、矩形水池的计算简图第十,22,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,一、矩形水池的计算简图,池壁边界（支承）条件的确定,开敞式水池,挡土（水）墙式水池池壁,按顶端自由、底端固定的边界条件进行计算；,双向板式水池的池壁,顶边按自由计算，底边一般可视为固定支承；,水平框架式水池,与相邻池壁的连接应按弹性固定考虑，与底板的连接一般可按固定考虑。,封闭式水池,挡土（水）墙式水池,池壁边界条件应根据两者线刚度的比值来确定。当池壁线刚度为顶板线刚度的五倍以上时，可假设池壁顶端为铰接，否则应按弹性固定计算。底端按固定计算；,双向板式水池的池壁,顶边边界条件的确定原则与上述封闭式挡土（水）墙式水池相同，底边一般可视为固定支承；,水平框架式水池,顶板的连接应根据构造及刚度关系按铰接或弹性固定考虑 ，底板的连接一般可按固定考虑。,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计一、矩形水池的计算简图第十,23,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,二、矩形水池的结构布置原则,1.平面布置,矩形水池的平面一般均是长方形的，其布置应由地形来确定。,2.基础型式,挡土（水）墙式水池基础通常采用在池壁下设置带形基础，而底板采用铺砌式结构；,双向板式和水平框架式水池基础，底板通常做成整体式。,3.伸缩缝的设置,伸缩缝设置原则,对于现浇钢筋混凝土水池，地上式水池：,当地基为土基时，温度区段的长度不宜超过20,m,；,当地基为岩基时不宜超过15,m,。,对于现浇钢筋混凝土水池，地下式水池：,当地基为土基时，温度区段的长度不宜超过30,m,；,当地基为岩基时不宜超过20,m,。,伸缩缝宜做成将池壁、基础及底板同时断开的贯通式，缝宽不宜小于2mm。,第十章 钢筋混凝土水池设计,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计二、矩形水池的结构布置原则,24,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,二、矩形水池的结构布置原则,4.挡土（水）墙式水池池壁结构型式,开敞式挡土（水）墙式水池池壁，宜做成变厚度池壁，池壁底厚=1.5池壁顶厚,开敞式挡土（水）墙式水池池壁，做成等厚度池壁的方法：,在壁顶设置水平框梁和拉梁,做扶壁式池壁（当池壁高度H5.0m）,5.双向板式水池池壁,一般做成等厚池壁。,6.水平框架式水池池壁,一般做成阶梯式变厚池壁,拉梁,走道板,扶壁,H,L,L,2.0,3.5,m,开敞式水池壁顶设置水平框梁及拉梁示意图,扶壁式池壁,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计二、矩形水池的结构布置原则,25,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,计算要点,1.荷载组合,2.池壁及底板的受力性质：,受弯；偏心受拉；偏心受压。,3.当池壁池底处于受弯、大偏心受压或大偏心受拉时，池壁及底板允许出现裂缝。按受弯构件进行裂缝宽度验算。,4.当池壁池底处于小偏拉时，不允许出现裂缝，按轴心受拉构件进行抗裂度验算。,5.无顶盖挡土墙式水池采用分离式底板时，应验算池壁的抗倾覆稳定性及抗滑移稳定性。,6.采用整体式底板的地下式矩形水池，当地下水位高于底板底面时，应进行抗浮验算。,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算,26,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,挡土（水）墙式水池的计算,设计步骤：,初步估算池壁底端的厚度，基础底板的厚度一般选成与池壁底端厚度相同；,选定基础的宽度和它伸出池壁以外的宽度；,按所选的池壁及基础截面验算稳定性及基底土壤应力；,计算池壁和基础的内力及配筋，并验算裂缝。,取1m宽竖条作为计算单元,1抗倾覆及抗滑移稳定性验算,第一种荷载组合（池内满水、池外无土）,池壁A点的抗倾覆稳定性按下列公式进行验算：,抗滑移稳定性验算公式：,H,w,H,w,/3,H,h,1,a,B,a,w,G,wk,G,Bk,P,w,k,=,w,H,w,2,w,H,w,设计水位,A,矩形水池池壁抗倾覆、,抗滑移稳定性验算简图,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算 HwH,27,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,挡土（水）墙式水池的计算,2.地基承载力验算,池壁基础处于竖向压力和力矩的共同作用下，,基底土壤应力不是均匀分布的,，当,时,基底应力的分布图形为梯形或底宽为a的三角形，,基底边缘处的土壤应力按下式计算：,当 时,以上算得的土壤应力应满足下列条件：,为地基承载力特征值,(,a,),G,G,c,e,0,a,/,6,e,0,a,/,6,3,c,a,a,/,2,a,/,2,max,min,max,（,b,),池壁基底应力分布图,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算(a)G,28,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,挡土（水）墙式水池的计算,3.池壁内力计算,侧压力引起的竖向弯矩和剪力,等厚池壁,A,B,p,M,图,-,H,x,M,图,-,A,B,p,1,x,H,p,2,M,图,A,B,p,1,H,-,p,2,x,+,B,A,p,M,图,-,H,x,+,挡土墙式池壁常用内力计算公式,序号,计算简图及弯矩图,计 算 公 式,1,顶自由、底固定，三角形荷载,2,顶铰支、底固定，梯形荷载,3,顶铰支、底固定，三角形荷载EI=常数,4,顶自由、底固定，梯形荷载EI=常数,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算ABpM图,29,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,挡土（水）墙式水池的计算,3.池壁内力计算,侧压力引起的竖向弯矩和剪力,顶端有约束的变厚池壁, 两端固定, 顶端弹性固定、底端固定,顶端的弹性固定弯矩采用力矩分配计算方法, 顶端铰接、底端固定,M,A,=0,壁面温差引起的竖向弯矩和剪力,等厚池壁,对于两端固定的池壁，由壁面温差引起的顶端约束力为：,对于顶端铰支、底端固定的等厚池壁,B,A,h,2,h,1,变厚池壁示意图,x,H,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算BAh2h,30,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,挡土（水）墙式水池的计算,3.池壁内力计算,壁面温差引起的竖向弯矩和剪力,变厚池壁,当两端固定时，壁面温差所引起的顶端约束力为：,当顶端铰支、底端固定时，壁面温差引起的顶端约束力为：,水平向角隅处的局部负弯矩和剪力,H,M,c,M,c,M,c,M,c,M,c,M,c,H,H,0.25,H,0.25,H,0.6,H,p,p,p,p,p,p,（,a,),（,b,),（,c,),（,a,)顶边弹性固定；(,b,)顶边铰支；(,c,)顶边自由,角隅弯矩分布图,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算HMcMc,31,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,挡土（水）墙式水池的计算,4.池壁截面设计,（1）挡土墙式水池池壁厚度取值,等厚池壁,h=(1/201/10)H,变厚池壁,h,1,=(1/201/10)H;h,2,=(1/201/30)H,（2）挡土墙式水池池壁竖向钢筋确定,由两种荷载组合计算的竖向弯矩和相应的压力确定：,开敞式水池：按受弯构件计算；,封闭式水池：按偏压构件计算。,等厚池壁：只取支座负弯矩截面和跨中最大正弯矩截面作为计算配筋量的控制截面；,变厚池壁：适当增加控制截面，通常宜取 和底端等四个截面来进行配筋计算 。,（3）池壁的水平钢筋确定,在角隅处水平钢筋应根据角隅弯矩及相邻池壁传来的拉（压）力按偏心受拉（压）计算确定；,沿壁长的中部区段需要配一定数量温度钢筋。其面积当池壁厚度不大于500mm时，池壁每侧应不少于池壁截面积的0.15%；当池壁厚度大于1500mm时，不宜少于0.05%；,在壁顶集中配置44根直径在12mm16mm的水平钢筋。以防止池壁竖向裂缝由壁顶向下逐渐延伸。,B,A,h,2,h,1,变厚池壁示意图,x,H,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算BAh2h,32,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计,三、矩形水池计算,双向板式水池的计算,先按单块双向板计算各块板的边缘固端弯矩，然后对各公共棱边的不平衡弯矩进行分配，并相应地调整跨中弯矩。,按线性刚度调整弯矩的简化方法,跨中弯矩调整值：,利用连续双向板的弯矩分配法进行近似计算,水平框架式水池的计算,单格水池的水平弯矩可按下列公式计算：,节点弯矩：,跨中弯矩：,池壁的水平轴向力，可近似地按下列公式计算：,多格式水平框架式池壁的弯矩可利用弯矩分配法进行计算。,调整前弯矩图（两端固定）,调整后弯矩图（两端弹性固定）,M,BA,M,AB,M,BA,M,AB,M,AB,M,BA,M,M,M,简化的弯矩调整,10-5 钢筋混凝土矩形水池设计三、矩形水池计算调整前弯矩,33,