鋼筋混凝土水池設計PPT課件

1、10-1 水池的結(jié)構型式一、水池分類貯水池水處理用池按用途分為圓形水池按幾何形狀分為矩形水池封閉式水池按結(jié)構型式可分為開敞式水池非預應力水池按配筋方式可分為預應力水池地上式水池按水池建造位置可分為 地下式水池半地下式水池整體式水池按施工方法可分為 裝配式水池裝配整體式式水池第十章 鋼筋混凝土水池設計第1頁/共32頁10-1 水池的結(jié)構型式二、水池池壁結(jié)構型式水池池壁由荷載產(chǎn)生的內(nèi)力大小及其分布情況可做成：的水池池壁于變厚池壁常用于容量大水池以下的現(xiàn)澆整體式圓形容量在以下的矩形水池容量在等厚池壁常用于33310001000m200mm第十章 鋼筋混凝土水池設計第2頁/共32頁10-1 水池的結(jié)構

2、型式三、水池頂蓋和底版型式1.貯水池的頂蓋和底板多采用平頂和平底型式。2.水處理用池中由于工藝的特殊要求，池底常做成倒錐殼、倒球殼，或多個旋轉(zhuǎn)殼體組成的復雜型式倒錐殼和倒球殼組合池底形成的加速澄清池示意圖第十章 鋼筋混凝土水池設計第3頁/共32頁10-2 水池的荷載作用在水池上的主要荷載有：荷載豎向傳遞的池頂荷載和池底荷載；荷載水平方向傳遞的池壁荷載等池頂活荷載q覆土厚hs池頂板厚h2底板板厚h1墊層厚h3設計水位池底荷載無地下水有地下水實 際 分 布線簡化分布線HnHwHw/pwp2p1地 下 水位水池的荷載第十章 鋼筋混凝土水池設計第4頁/共32頁10-2 水池的荷載一、池頂荷載頂板自重構

3、造層重覆土重活荷載雪荷載結(jié)構計算時活荷載與雪荷載兩者中取大值池頂活荷載q覆土厚hs池頂板厚h2底板板厚h1墊層厚h3設計水位池底荷載無地下水有地下水實際分布線簡化分布線HnHwHw/pwp2p1地下水位圖 10-3 水池的荷載第十章 鋼筋混凝土水池設計第5頁/共32頁10-2 水池的荷載二、池底荷載整體式底板，池底荷載是指將使底板產(chǎn)生彎矩和剪力的那部分地基反力或地下水浮力，其計算公式為： 池頂活荷載q覆土厚hs池頂板厚h2底板板厚h1墊層厚h3設計水位池底荷載無地下水有地下水實際分布線簡化分布線HnHwHw/pwp2p1地下水位圖 10-3 水池的荷載）（底板面積池壁總重支柱總重）池頂荷載（池

4、底荷載22/mkNmkN第十章 鋼筋混凝土水池設計第6頁/共32頁10-2 水池的荷載三、池壁荷載池壁承受的荷載主要是作用于水平方向的水壓力和土壓力。池壁水壓力按三角形分布，池內(nèi)底面處的最大水壓力標準值計算公式：池壁土壓力按主動土壓力計算，池壁外側(cè)壓力按梯形分布池壁頂端外側(cè)壓力組合標準值計算公式：池壁頂端外側(cè)壓力組合標準值計算公式：當無地下水時 當有地下水時 2/mkNHpwwwk245222tghhqpsskk245221tgHhhqpnsskkwwwswnsskkHtgHHHhhqp245221第十章 鋼筋混凝土水池設計第7頁/共32頁10-2 水池的荷載四、其它作用對水池結(jié)構的影響溫度和

5、濕度的變化：溫度和濕度的變化會使混凝土產(chǎn)生收縮和膨脹，在結(jié)構中引起附加應力；地震作用 ：對水池具有破壞性的地震荷載主要氏是水平方向的地震慣性力。五、荷載組合水池一般應根據(jù)下列三種不同荷載組合分別計算內(nèi)力：1. 池內(nèi)滿水，池外無土；2. 池內(nèi)無水，池外有土；3. 池內(nèi)滿水，池外有土。第十章 鋼筋混凝土水池設計第8頁/共32頁10-3地基承載力及抗浮穩(wěn)定性驗算 一、地基承載力驗算當水池基礎采用整體式底板時，一般可假設地基反力為均勻分布。地基承載力驗算公式： 22k22/akN mkN mkN mkN mf水池總重量池頂活荷載及覆土荷載（）池底面積底板單位面積上的水重單位面積墊層重均為標準值af式中

6、式中 為修正后的地基持力層承載力特征值為修正后的地基持力層承載力特征值，按建筑地基基礎設計規(guī)范GB 50007-2002的規(guī)定確定。 第十章 鋼筋混凝土水池設計第9頁/共32頁10-3地基承載力及抗浮穩(wěn)定性驗算二、水池的抗浮穩(wěn)定性驗算當水池底面標高在地下水位以下，或位于地表滯水層內(nèi)而又無排除上層滯水措施時，地下水或地表滯水就會對水池產(chǎn)生浮力。當水池處于空池狀態(tài)時就有被浮托起來或池底板和頂板被浮力頂裂的危險。此時，應對水池進行抗浮穩(wěn)定性驗算。1.水池整體抗浮穩(wěn)定性驗算驗算公式2.水池局部抗浮穩(wěn)定性驗算僅對池內(nèi)有中間支柱的封閉式水池驗算公式地下水位局部抗浮不夠時水池的變形0ApGGb

7、uosktk05.19 .01buocalckkslskpAGgg第十章 鋼筋混凝土水池設計第10頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計 一、圓形水池主要尺寸及計算簡圖1.主要尺寸圓形水池高度一般控制在3.5m6.0m之間圓形水池直徑高度確定之后由水池容量推算直徑 圓形池壁厚度通過計算確定， 同時滿足水池頂蓋和底板的結(jié)構尺寸由第九章原則初步估算僅對單面配筋的小水池不得小于不得小于mm120mm180第十章 鋼筋混凝土水池設計第11頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計一、圓形水池主要尺寸及計算簡圖2.計算簡圖水池的計算直徑（d）應按池壁截面軸線確定；池壁的計算高度（H）則應根據(jù)池壁

8、與頂蓋和底板的連接方式來確定。當 池壁上、下端均為整體連接時：上端按彈性固定，下端按固定計算時，取上下端均為彈性固定計算時，取當池壁上、下端均為鉸接時: 取 H至鉸接中心處當池壁上、下端為非整體連接時: 取 H=Hnrhdndddnhra)b)HHnHnH圓形水池池壁計算尺寸及上、下邊界連接示意圖22hHHn池頂板厚度122nhHH池底板厚h +池頂板厚度第十章 鋼筋混凝土水池設計第12頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計一、圓形水池主要尺寸及計算簡圖3.池壁上、下端的邊界條件池壁下端的邊界條件： 固定連接彈性固定連接鉸連池壁上端的邊界條件：自由邊界鉸接彈性固定連接按固定支承計算的條件

9、：池壁底端如與底板整體連接，同時滿足下面三個條件時：如圖10-6所示h 1h；a1h且a2a1；地基良好，地基土壤為低壓縮性或中壓縮性（壓縮系數(shù)a1-20.5）彈性固定連接即考慮池壁與底（頂）板的變形連續(xù)性，將池壁與底（頂）板的連接看成可以產(chǎn)生彈性轉(zhuǎn)動的剛性節(jié)點。池壁與池底整體連接，但不能滿足固定支承的其它條件時，應按彈性固定連接計算 池壁池底a1a2hh1圖10-6 池壁與池底整體連接示意圖第十章 鋼筋混凝土水池設計第13頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計二、池壁內(nèi)力計算（一）圓水池池壁內(nèi)力計算的基本原理 1.假定條件：池壁可看作圓柱形薄殼，忽略池壁厚度；忽略由池頂、池底傳于池壁的

10、豎向力對池壁軸力的影響；假設池壁殼體材料是各向同性的勻質(zhì)連續(xù)彈性體；圓形水池所承受的側(cè)壓力是軸對稱性的，池壁產(chǎn)生的變形和內(nèi)力也為軸對稱性。2.池壁單元微分體的內(nèi)力分布：若取一高度為dx，環(huán)向為單位弧長的微分體作為脫離體，由對稱性原理，可以確定在微分體各截面上產(chǎn)生的內(nèi)力：在垂直截面上只有環(huán)向力（ ）和環(huán)向彎矩（ ）；在水平截面上只有豎向彎矩（ ）和剪力（ ） M1M1rrM2M21V1V1V2V2pXxdxHrMxVxd=1/rpxdxNdxMdxMdxNdxdxh兩端有約束的池壁內(nèi)力分析圖NMxVxM第十章 鋼筋混凝土水池設計第14頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計二、池壁內(nèi)力計算（

11、一）圓水池池壁內(nèi)力計算的基本原理3.池壁內(nèi)力計算（1）計算公式環(huán)向力 豎向彎矩 環(huán)向彎矩 剪 力 qrkNN2qHkMxMxxMMqHkVxVxxpNxMMxV（2）荷載及內(nèi)力符號規(guī)定 以指向朝外為正； 以受拉為正； 、 以使池壁外側(cè)受拉為正； 以指向朝外為正。 第十章 鋼筋混凝土水池設計第15頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計二、池壁內(nèi)力計算（二）圓水池池壁內(nèi)力系數(shù)表的應用1.附表5-1所包括的池壁上、下端邊界條件底固定，頂自由；底鉸支，頂自由；底固定，頂鉸支；兩端固定；兩端鉸支。2.附表5-1所包括的荷載形式三角形荷載矩形荷載第十章 鋼筋混凝土水池設計第16頁/共32頁10-4

12、鋼筋混凝土圓形水池設計二、池壁內(nèi)力計算（二）圓水池池壁內(nèi)力系數(shù)表的應用3.對端部有約束的池壁進一步簡化計算（1）當 2.0 時，長壁圓水池，計算時可以忽略兩端約束力的相互影響；（3）當0.2 56 時，為深池。此時計算步驟：在0.25H0.75H范圍內(nèi)，按兩端自由的靜定薄壁圓筒計算，其內(nèi)力只有環(huán)向力即 在0.0H0.25H即0.75H1.0H范圍內(nèi)計算內(nèi)力時，可取靠約束端高度為 的一段水池，按一端有約束，另一端為自由的池壁，用附錄5-1中相應邊界條件和荷載狀態(tài)下 =56的內(nèi)力系數(shù)進行計算。dhH2dhH2dhH2dhH2xNp rdhH56dhH2rrpxwHxa)b)dshdNNpx兩端自由

13、的圓形水池池壁計算簡圖第十章 鋼筋混凝土水池設計第17頁/共32頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計二、池壁內(nèi)力計算（三）壁端為彈性固定時內(nèi)計算1.彈性固定端邊界力的確定彈性固定端的邊界力包括邊界彎矩和邊界剪力兩項。對平頂和平底圓水池，可以認為節(jié)點無側(cè)移，邊界彎矩可以用力矩分配法進行計算。池壁邊界力可按下列公式計算池壁內(nèi)力計算邊界彎矩確定以后，可將彈性固定支承取消，代之以鉸接和邊界彎矩，池壁內(nèi)力即可用疊加法求得。islwwisliiiKKKMMMM,HEhkKMs3M1M1M1M1M2M2M2M2長壁圓水池池壁兩端為彈性固定時的內(nèi)力分析簡圖pwpwpwpw第十章 鋼筋混凝土水池設計第18頁/共3

14、2頁10-4 鋼筋混凝土圓形水池設計三、池壁截面設計池壁截面設計包括：計算所需的環(huán)向鋼筋和豎向鋼筋；按環(huán)拉力作用下不允許出現(xiàn)裂縫的要求驗算池壁厚度；驗算豎向彎矩作用下的裂縫寬度；按斜截面受剪承載力要求驗算池壁厚度。第十章 鋼筋混凝土水池設計第19頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計一、矩形水池的計算簡圖不同長高比池壁的計算假定第十章 鋼筋混凝土水池設計Hl5 .0HllH2lH2lH225.0Hl2Hl5.0HllH2lH2lH235.0Hl3Hl 池壁在側(cè)向荷載作用下單、雙向受力的區(qū)分條件 壁板的邊界條件板的受力情況四邊支承 部分按水平單向計算；板端 部分按雙向計算， 處可視為自由端

15、按雙向板計算按豎向單向計算，水平向角隅處應考慮角隅效應引起的水平向負彎矩三邊支承，頂端自由 部分按水平單向計算；底部 部分按雙向計算， 處可視為自由端按雙向板計算按豎向單向計算，水平向角隅處應考慮角隅效應引起的水平向負彎矩角隅處考慮水平彎矩HHH=2部分按雙 向板 計算2部分按水平單向板計算LLL1.0m（a)（b)（c)（a) ；（b) ;（c) 第20頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計一、矩形水池的計算簡圖池壁邊界（支承）條件的確定開敞式水池擋土（水）墻式水池池壁 按頂端自由、底端固定的邊界條件進行計算；雙向板式水池的池壁 頂邊按自由計算，底邊一般可視為固定支承；水平框架式水池

16、與相鄰池壁的連接應按彈性固定考慮，與底板的連接一般可按固定考慮。封閉式水池擋土（水）墻式水池 池壁邊界條件應根據(jù)兩者線剛度的比值來確定。當池壁線剛度為頂板線剛度的五倍以上時，可假設池壁頂端為鉸接，否則應按彈性固定計算。底端按固定計算；雙向板式水池的池壁 頂邊邊界條件的確定原則與上述封閉式擋土（水）墻式水池相同，底邊一般可視為固定支承；水平框架式水池 頂板的連接應根據(jù)構造及剛度關系按鉸接或彈性固定考慮 ，底板的連接一般可按固定考慮。 第十章 鋼筋混凝土水池設計第21頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計二、矩形水池的結(jié)構布置原則1.平面布置矩形水池的平面一般均是長方形的，其布置應由地形來確

17、定。2.基礎型式擋土（水）墻式水池基礎通常采用在池壁下設置帶形基礎，而底板采用鋪砌式結(jié)構；雙向板式和水平框架式水池基礎，底板通常做成整體式。3.伸縮縫的設置伸縮縫設置原則對于現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池，地上式水池：當?shù)鼗鶠橥粱鶗r，溫度區(qū)段的長度不宜超過20m；當?shù)鼗鶠閹r基時不宜超過15m。對于現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池，地下式水池：當?shù)鼗鶠橥粱鶗r，溫度區(qū)段的長度不宜超過30m；當?shù)鼗鶠閹r基時不宜超過20m。伸縮縫宜做成將池壁、基礎及底板同時斷開的貫通式，縫寬不宜小于2mm。 第十章 鋼筋混凝土水池設計第22頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計二、矩形水池的結(jié)構布置原則4.擋土（水）墻式水池池壁結(jié)構型式

18、開敞式擋土（水）墻式水池池壁，宜做成變厚度池壁，池壁底厚=1.5池壁頂厚開敞式擋土（水）墻式水池池壁，做成等厚度池壁的方法：在壁頂設置水平框梁和拉梁做扶壁式池壁（當池壁高度H5.0m）5.雙向板式水池池壁 一般做成等厚池壁。6.水平框架式水池池壁 一般做成階梯式變厚池壁拉梁走道板扶壁HLL2.03.5m開敞式水池壁頂設置水平框梁及拉梁示意圖扶壁式池壁第23頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算計算要點1.荷載組合2.池壁及底板的受力性質(zhì)：受彎；偏心受拉；偏心受壓。3.當池壁池底處于受彎、大偏心受壓或大偏心受拉時，池壁及底板允許出現(xiàn)裂縫。按受彎構件進行裂縫寬度驗算。4.當池

19、壁池底處于小偏拉時，不允許出現(xiàn)裂縫，按軸心受拉構件進行抗裂度驗算。5.無頂蓋擋土墻式水池采用分離式底板時，應驗算池壁的抗傾覆穩(wěn)定性及抗滑移穩(wěn)定性。6.采用整體式底板的地下式矩形水池，當?shù)叵滤桓哂诘装宓酌鏁r，應進行抗浮驗算。內(nèi)滿溫內(nèi)滿無內(nèi)無池池水水；地地上上式式水水池池壁壁面面差差。池池水水，池池外外土土；地地下下式式水水池池池池水水，池池外外有有土土。第24頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算擋土（水）墻式水池的計算設計步驟：初步估算池壁底端的厚度，基礎底板的厚度一般選成與池壁底端厚度相同；選定基礎的寬度和它伸出池壁以外的寬度；按所選的池壁及基礎截面驗算穩(wěn)定性及基底土

20、壤應力；計算池壁和基礎的內(nèi)力及配筋，并驗算裂縫。取1m寬豎條作為計算單元1抗傾覆及抗滑移穩(wěn)定性驗算第一種荷載組合（池內(nèi)滿水、池外無土）池壁A點的抗傾覆穩(wěn)定性按下列公式進行驗算：抗滑移穩(wěn)定性驗算公式： HwHw/3 Hh1aBawGwkGBkPwk=wHw2wHw設計水位A矩形水池池壁抗傾覆、抗滑移穩(wěn)定性驗算簡圖5 . 1APAGMMwwkBBkAGaGaGM9 . 013hHPMwwkAP3 . 19 . 0wkwkBkPGG第25頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算擋土（水）墻式水池的計算2.地基承載力驗算池壁基礎處于豎向壓力和力矩的共同作用下，基底土壤應力不是均勻分

21、布的 ，當時基底應力的分布圖形為梯形或底寬為a的三角形，基底邊緣處的土壤應力按下式計算：當 時以上算得的土壤應力應滿足下列條件： 為地基承載力特征值 (a)GGce0a/6e0a/63caa/2a/2maxminmax（b) 池壁基底應力分布圖aeaGaeaG0min0max6161cG32maxm ma ax xm mi in na am ma ax xa a+ + f f2 2 1 1. .2 2f faf06ae60aGMe第26頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算擋土（水）墻式水池的計算3.池壁內(nèi)力計算側(cè)壓力引起的豎向彎矩和剪力等厚池壁66222pHMHpxMp

22、HVBxB底端彎矩任意點彎矩底端剪力2102213022212616221pppHppMHxpxpMHppVBxB式中底端彎矩任意點彎矩底端剪力10pHVA兩端剪力52 pHVBHxpHMpHMHxpHxMBx式中底端彎矩時，當任意點彎矩150298.0447.0533022max24041112HppVA兩端剪力4016912HppVB；式中底端彎矩，當任意點彎矩2102123002020max030221208762162ppPHppMHxpxpxVMHxHxpxpxVMBAAx20479/212ppABpM圖-HxM圖-ABp1xHp2M圖ABp1H-p2x+BApM圖-Hx+擋土墻式池

23、壁常用內(nèi)力計算公式 序號計算簡圖及彎矩圖計 算 公 式1頂自由、底固定，三角形荷載2頂鉸支、底固定，梯形荷載3頂鉸支、底固定，三角形荷載EI=常數(shù)4頂自由、底固定，梯形荷載EI=常數(shù)第27頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算擋土（水）墻式水池的計算3.池壁內(nèi)力計算 側(cè)壓力引起的豎向彎矩和剪力頂端有約束的變厚池壁 兩端固定 頂端彈性固定、底端固定頂端的彈性固定彎矩采用力矩分配計算方法 頂端鉸接、底端固定MA=0 壁面溫差引起的豎向彎矩和剪力等厚池壁對于兩端固定的池壁，由壁面溫差引起的頂端約束力為：對于頂端鉸支、底端固定的等厚池壁 BAh2h1變厚池壁示意圖xHpHkVVA

24、2pHkMMApHkVVA 1202TEhhTEIMVTTTATAHTEhhHTEIVTTTA38123HxTEhMTTx82第28頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算擋土（水）墻式水池的計算3.池壁內(nèi)力計算壁面溫差引起的豎向彎矩和剪力變厚池壁當兩端固定時，壁面溫差所引起的頂端約束力為：當頂端鉸支、底端固定時，壁面溫差引起的頂端約束力為：水平向角隅處的局部負彎矩和剪力TTT1AV1TTT1AM1 TEIV=kh H TEIM=kh HhTEIkVTTVTA12pHMccHMcMcMcMcMcMcHH0.25H0.25H0.6Hpppppp（a)（b)（c)（a)頂邊彈性固定；(b)頂邊鉸支；(c)頂邊自由 角隅彎矩分布圖第29頁/共32頁10-5 鋼筋混凝土矩形水池設計三、矩形水池計算擋土（