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给水排水结构工程设计计算书目录一、结构设计31.1 平面布置方案31.2 平面、竖直尺寸41.3 材料容重：4二、荷载计算52.1. 顶盖自重52.1.1 楼板自重52.1.2 主梁自重52.2. 柱的计算72.2.3 柱总重:72.3. 池壁的计算72.3.1 池壁72.3.3沥青层82.4. 腋托的计算82.5. 池底计算92.5.1 板92.5.2 主梁92.5.3 次梁92.5.4 圈梁92.6. 覆土计算102.7. 垫层计算102.8. 池顶活荷载102.9. 池体总重：10三、抗浮验算以及地基承载力验算113.1. 抗浮运算：113.2. 地基承载力验算11四、池盖设计124.1. 设计资料124.2. 池盖的结构平面布置124.3. 荷载的计算124.4. 板的设计134.4.1 清水池的荷载布置134.4.2 计算跨度的确定144.4.3 弯矩计算144.4.4 截面设计174.5. 次梁的设计214.5.1荷载设计值214.5.2计算跨度224.5.3 弯矩计算224.5.4承载力计算234.6 主梁的设计254.6.1 荷载设计值254.6.2 内力计算264.6.3 承载力计算29五、柱的计算335.1.柱的荷载计算335.2截面设计33六、长向池壁设计346.1试水阶段:346.1.1池壁承受的轴向压力356.1.2池壁承受的弯矩356.1.3 配筋计算376.2 检修阶段:396.2.1池壁承受的轴向压力396.2.2池壁承受的弯矩406.2.3 配筋计算436.3 池壁配筋情况汇总46七、裂缝验算477.1 计算公式477.2 外侧验算荷载标准值（检修阶段）487.4 裂缝计算497.5 裂缝验算结论50一、结构设计1.1 平面布置方案主梁5根，中心间距4.2m；次梁5根，中心间距2.9m；柱子10根，中心间距5.8m；板36块， 尺寸4.2m2.9m；清水池平面示意图：清水池纵剖面示意图：1.2 平面、竖直尺寸1.2.1顶盖部分板厚h1=120mm；次梁400mm200mm；主梁600mm250mm；圈梁高400mm，宽350mm；1.2.2底板部分 板厚200mm，主次梁布置同水池池盖；1.2.3柱 300mm300mm；1.2.4池壁 厚200mm；1.2.5腋托 150mm150mm； 池内凡是直角处皆要求做腋托包括池内边与内角；柱顶边与底边 。1.2.6覆土和垫层 覆土厚1m，垫层厚0.1m；1.3 材料容重：钢筋混凝土容重25 kN/m3；水泥砂浆容重20kN/m3；热沥青重0.1kN/m2；池顶覆土容重18kN/m3；垫层素混凝土容重23 kN/m3；水容重10kN/m3；二、荷载计算2.1. 顶盖自重2.1.1 楼板自重体积：V=64.2+0.235.8+0.20.12=53.64m3 自重：G=53.6425=1341.12 KN2.1.2 主梁自重主梁体积=主梁-端部重合的圈梁体积：V=35.8+0.20.250.6-0.125-0.35(0.4-0.12)0.2510=10.32m3 自重：G=10.3225=257.88KN2.1.3 次梁自重 次梁体积=（次梁-端部重合的圈梁）-与主梁交界部分（共25处） 体积：V=64.2+0.2-0.70.20.4-0.125-0.2(0.4-0.12)0.2525=6.57m3自重：G=6.5725=164.15KN2.1.4 圈梁自重 体积：V=0.4-0.120.3525.4+17.7-0.72=8.31m3 自重：G=8.3125=207.76KN2.1.5 粉刷层荷载 (1) 排水斜坡： 排水斜坡在20mm厚水泥砂浆抹面的基础上作，排水坡度取1%，短向排水，分水岭平行于长向遇据障碍物则穿孔排水，纵剖面示意图： 排水斜坡水平长度（单侧）：L=17.72-0.35-0.1-0.22=8.0m 计算厚度所用长度L=8.0+0.22=8.4m 排水斜坡最大厚度 8.41%=0.084m 0.084+0.02=0.104m 平均厚度=(0.104+0.02)2=0.062m 排水坡体积（两侧）=20.0628.4(25.4-0.352-0.255)=24.43 m3 自重：G= 24.4320=488.51 kN(2) 其他粉刷（即水泥砂浆抹面）池盖内部粉刷面积=顶板面积-与柱（包括腋托）交界部分（共10处）S内=25.4-0.35217.7-0.352-0.6210=416.30m2池盖外部粉刷面积=圈梁顶面积+圈梁侧面积+主梁顶面积+主梁侧面积+次梁顶面积+次梁侧面积S外=【25.4+17.7-0.720.35】+【25.4+17.70.4-0.122+25.4-0.7-50.25+17.7-0.7-50.20.4-0.12-0.0622】【17.7-0.70.255】+【17.7-0.7-50.20.6-0.12-0.06210】+【25.4-0.70.25-0.20.2525】+【25.4-0.7-50.250.4-0.12-0.06210】=213.72m2其他粉刷层的总面积：S=416.30+213.72 =630.02 m2自重：G=V=630.020.0220=252.01 kN(3) 粉刷层总重：G = 488.51+252.01=740.52 kN2.1.6沥青层 沥青层包括墙壁的四周以及顶盖（皆为外侧），因此顶盖荷载计算时应算上沥青层。 沥青层面积=顶盖顶平面+圈梁内外侧面+主梁侧面+次梁侧面A=（25.417.7）+【（25.4-0.7-50.25+17.7-0.7-50.2）（0.4-0.12-0.062）2+（25.417.7）（0.4-0.12）2】+【（17.7-0.7-50.2）（0.6-0.12-0.062）10】+【（25.4-0.7-50.25）（0.4-0.12-0.062）10】= 837.42 m2 自重：G=A=837.42 0.1=83.74kN2.1.7池盖总重：G = 1341.12 +257.88+164.15+207.76+740.52+83.74=2795.19 kN2.2. 柱的计算2.2.1 柱体体积：V=0.30.34.010=3.60 m3自重：G=V=3.6025=90.00 kN2.2.2 粉刷层体积：V=0.3+0.0222-0.32(4.0-0.152)10=0.95 m3自重：G=V=0.9520=19.00 kN2.2.3 柱总重:G = 90.00+19.00=109.00 kN2.3. 池壁的计算2.3.1 池壁体积：V=0.225.424.0+0.2(17.7-0.4)24.0=68.32 m3自重：G=V=68.3225=1708.00 kN2.3.2 粉刷层(1) 外侧体积：V=(25.4+17.7)20.024.0=6.896m3自重：G=V=6.89620=137.92 kN(2) 内侧体积：V =(25.4-0.4+17.7-0.4)20.02(4.0-0.152)=6.26 m3自重：G=V=6.2620=125.21 kN(3) 粉刷层总重:G=137.92 +125.21=263.13 kN2.3.3沥青层:沥青层仅算外侧墙壁四周 面积：A=6.896/0.02=344.80m2： 自重：G=A=344.800.1=34.48 kN2.3.4池壁总重：G=1708.00+263.13+34.48=2005.61 kN2.4. 腋托的计算2.4.1 自重体积：池壁与池顶及池底：40.50.1524.26-0.2+5.83-0.2=1.90 m3池壁与池壁：40.50.1524.0=0.18 m3柱与池顶及池底：2100.50.15240.50.3+0.6=0.41 m3则总体积 V=1.90+0.18+0.41=2.49 m3自重：G=V=2.4925=62.25 kN2.4.2粉刷层面积计算：池壁与池顶及池底：40.1524.26-0.2+5.83-0.2=35.81 m2池壁与池壁：40.152(4.0-0.3)=3.14 m3柱与池顶及池底：2100.15240.3=5.09 m3则总面积 35.81+3.14+5.09=44.04 m3总体积：V=0.0244.04=0.88 m3自重：G=V=0.8820=17.62 kN2.4.3 腋托总重:G=62.25+17.62 =79.87 kN2.5.池底计算2.5.1 板 总体积：V=25.417.70.2=89.92 m3 自重：G=V=89.9225=2247.90 kN2.5.2 主梁主梁体积=主梁-端部重合的圈梁 总体积：V=17.70.250.6-0.2-20.250.350.4-0.25=8.675m3自重：G=V=8.67525=216.875 kN2.5.3 次梁次梁体积=（次梁-端部重合的圈梁）-与主梁交界部分（共25处） 总体积：V=25.4-0.70.20.4-0.25-0.20.250.4-0.225=4.69m3 自重：G=V=4.6925=117.25kN2.5.4 圈梁 总体积：V=(25.4+17.7-0.7) 20.35(0.4-0.2)=5.94m3 自重：G=V=5.9425=148.4kN2.5.5 粉刷层（仅在池底内侧上一层20mm的水泥砂浆） 总体积：V=（25.4-0.352）（17.7-0.352）-0.62100.02=8.33m3 自重：G=V=8.3320=166.52kN2.5.6 池底总重：G=2247.90+216.875+117.25+148.4+166.52=3063.47 kN2.6. 覆土计算覆土为1m，覆土体积=池上方总体积-楼板体积-主梁体积-次梁体积-圈梁体积-粉刷层体积-沥青层体积（近似处理，可忽略）体积：V=25.417.71-53.64-10.32-6.57-8.31-740.52/20=333.71m3自重：G=V=333.7118=6006.85 kN2.7. 垫层计算 要求底板下满铺10cm厚素混凝土垫层，垫层紧贴底板轮廓，超出结构池壁10cm。为简便计算，体积可近似处理。 体积：V=0.1S=0.125.4+0.117.7+0.1+25.4+17.7-0.720.4-0.2+25.4-0.255-0.7100.4-0.2+17.7-0.25-0.7100.6-0.2=58.176 m3自重：G=V=58.17623=1338.05 kN2.8. 池顶活荷载q=25.417.72.5=1123.95 kN2.9. 池体总重：池体总重=池盖总重+柱总重+池壁总重+腋托总重+池底总重+覆土自重G=2795.19 +109.00+2005.61+79.87 +3063.47+6006.85=14059.99 kN三、抗浮验算以及地基承载力验算3.1. 抗浮运算：抗浮运算时不考虑活荷载，且处于池内无水的检修工况。总浮力=水的容重（水池排开水的体积+底板体积） =1025.417.72.0+89.92 +8.68+4.69+5.94+8.33=10167.20 kN池体总重总浮力=1.381.05符合整体结构抗浮要求。4.00-3.002.00-1.003.2. 地基承载力验算 地基验算时要考虑活荷载的影响，且处于池内充满水的运行工况。 恒荷载的分项系数，当其效应对结构不利时，对由活荷载效应控制的组合，取分项系数为1.2。而活荷载的分项系数一般情况下取1.4 而垫层属允许承载力，不用考虑系数。 f=G+PA=池的总重+池内水重1.2+垫层重+1.4活荷载底面积 =14059.99+1025.4-0.417.7-0.44.01.2+1338.05+1.41123.9525.417.7 =90.18 kN/m2100kN/m2符合容许地基承载力要求。四、池盖设计4.1. 设计资料：（1）池顶活荷载取P=2.5kN/m。（2）顶覆土容重18kN/m, 按静荷载考虑。（3）顶盖不考虑裂缝要求。（4）池内表面及表面均采用1：2水泥砂浆抹面厚20mm，池外表面均刷冷底子油一道，热沥青一道（按0.1KN/m计）（5）顶板采用分离式配筋。（6）材料：池体混凝土强度等级C30,板内受力钢筋当d10mm采用HPB235钢筋；当d10mm采用HRB335钢筋。4.2. 池盖的结构平面布置： 确定主梁的跨度为5.8m,尺寸hb=600250mm；次梁的跨度为4.2m，尺寸hb=400200mm；主梁每跨内布置1根次梁，板的尺寸为l01l02=2.94.2，l02l01=4.22.9=1.450.1，翼缘计算宽度取：bf=l3=39503=1317mmbf=b+Sn=200+2900-200=2900mm 中较小值，所以采用bf=1317mm，hf=120mm。判别支座T形截面类别： 当时，1bfhfh0-hf2=1.014.31317120355-60=666.69 kNm46.31 kNm可知，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0.2%各截面ASAsmin=0.215%200400=172mm2,满足最小配筋率的要求。4.5.4.2斜截面受剪承载力（包括：腹筋计算；最小配筋率验算）： 钢筋选用HPB235,fy=210 MPa（1）截面尺寸复核，因，属厚腹梁，截面尺寸按下式验算：0.250fcbh0=0.2514.3200355=253.825 kNVmax=70.93 kN，则截面尺寸符合要求。（2）验算是否需要计算配置箍筋：0.7ftbh0=0.71.43200355=71.071 kNVmax=70.93 kN故仅需按照构造配置箍筋，选用双肢箍8300（见上册表4-1箍筋最大间距）。SV=nASVbs=250.3200300=0.168%SV,min=0.24ftfyv=0.163% 可以。4.6 主梁的设计主梁的跨度为5.8m,共3跨，为等跨连续梁，尺寸hb=600250mm；主梁每跨内布置1根次梁；按弹性理论计算。4.6.1 荷载设计值：在一个跨度内，次梁和板上传来的荷载一部分由主梁承载，另一部分由柱子承载。（1）恒荷载：板传递给主梁的三角形荷载：p=22.762.9/2=33.002 kN/mpe=5833.002=20.63 kN/m板传递给主梁的总恒荷载：pe=20.632.9=59.82 kN次梁传递的恒荷载：30.224.2=126.92 kN主梁单跨自重（含粉刷层、沥青层）： 0.6-0.120.255.825+0.6-0.12-0.0625.80.0220+0.1+0.255.80.0220+0.11.2=23.20 kN 所以，主梁总恒荷载：G=59.82+126.92+23.20=209.95 kN（2）活荷载：板传递给主梁的活荷载：p=1.43.52.9/2=7.105 kN/mpe=587.105=4.44 kN/m板传递给主梁的总活荷载：pe=4.442.9=12.88 kN次梁传递的活荷载：4.354.2=18.27 kN 所以，主梁承担的总活荷载：Q=12.88+18.27=31.15 kN（3）总荷载 P=G+Q=209.95+31.15=241.10 kN4.6.2 内力计算4.6.2.1 计算简图：主梁按弹性理论计算，由于梁与柱整体浇注，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bb=300300mm的混凝土柱上，主梁按连续三跨梁计算，其计算长度取中心线间长度：l0=5.8m主梁的计算简图如图4.6，因跨度相差不超过10%，可视为等跨连续梁。 GQGQGQ12580058005800AB图4.6 主梁计算简图4.6.2.2 弯矩计算弯矩设计值M=KGL+KQL，式中分项系数K、K可由中册附表6-2相应栏内查得。G=209.95 kN；Q=31.15kN；l0=5.8m不同荷载组合下各截面的弯矩计算结果见表4.7，根据结构对称性，B、C两处最大，最小弯矩值分别相同。表4.7主梁的弯矩计算（KN.m）荷载简图1GGG0.175GL0=213.10-0.150GL0=-182.660.100GL0=121.77-0.150GL0=-182.662QQ0.162QL0=29.27-0.175QL0=-31.620.137QL0=24.75-0.050QL0=-9.033QQ0.213QL0=38.48-0.075QL0-13.55-0.075QL0-13.554Q-0.075QL0-13.550.175QL0=31.62-0.075QL0-13.55组合项次Mmin（KN.m）(1)+(4)213.10(1)+(3)21.77(1)+(2)-191.69组合项次Mmax（KN.m）(1)+(3)251.58(1)+(2)-214.28(1)+(4)153.392.6.2.3 剪力设计值： 剪力 V=KG+KQ；G=209.95 kN；Q=31.15kN；不同荷载组合下各截面的剪力计算结果见表4.8：表4.8主梁的剪力计算（KN）荷载简图1GGG0.350G=73.48-0.650G=-136.470.500G=104.982QQ0.325Q=10.12-0.675Q=-21.030.625Q=19.473QQ0.425Q=13.24-0.575Q=-17.910组合项次Vmax（KN）(1)+(3)86.72(1)+(2)-157.50(1)+(2)124.454.6.2.4弯矩包络图荷载组合（1）+（3）时，出现第一跨跨内最大弯矩和第二跨跨内最小弯矩，此时，M=0,M=-182.66-13.55=-196.21 KNm，可得此时的弯矩图；第二跨跨中弯矩M2=-196.21+14GL0=108.22 KNm荷载组合（1）+（2）时，出现支座最大负弯矩M=-214.28KNm，其他的两个支座的弯矩为，M=0,M=-191.69KNm，此时第一跨跨中M1=242.39KN.m；第二跨跨中M2=146.52KN.m，可得此时的弯矩图；荷载组合（1）+（4）时，出现第二跨内最大弯矩与第一跨跨内最小弯矩，此时，M=0,M=M=-196.21KNm，可得此时的弯矩图；综合上述几种情况，可得弯矩包络图如下： 4.6.2.5 剪力包络图荷载组合（1）+（3）时，VAmax=86.72 KN；此时VBl=86.72-241.10=154.38KN；VBr=104.98KN；VCl=VBr-G=104.97KN；根据对称性，第三跨剪力为VD=-86.72KN荷载组合（1）+（2）时，最大，其VBl=-157.50KN，VBr=124.45KN；主梁的剪力包络图见下图：4.6.3 承载力计算：混凝土，纵向钢筋采用HRB335,，箍筋采用HPB235,4.6.3.1 正截面受弯承载力（1）B支座边的弯矩设计值（以支座边缘为控制截面）V0=0.5G+0.5Q=120.55KNMB=MBmax-V0b2=-214.28+120.550.252=-199.21 kNm B支座按T形截面计算，承受负弯矩，纵向受力钢筋两排，设as=60mm，则h0=540mm因hfh0=120540=0.2220.1，翼缘计算宽度取：bf=l3=58003=1933mmbf=b+Sn=250+5800-200=5850mm 中较小值，所以采用bf=1933mm，hf=120mm。判别支座T形截面类别： 当时，1bfhfh0-hf2=1.014.31933120540-60=1592.17 kNmMmax=251.58 kNm可知，支座截面属于第一类梯形截面。（2）跨中截面1、3截面按矩形截面计算，纵向受力钢筋为两排，保护层厚度35mm并考虑板中受力钢筋的位置，设as=90mm，则h0=510mm2截面按矩形截面计算，纵向受力钢筋为一排，保护层厚度35mm并考虑板中受力钢筋的位置，设as=60mm，则h0=540mm（3）正截面受弯承载力计算见表4.9计算公式如下：或；=；或；表4.9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（KNM)251.58-199.21153.39h0(mm)510510540as0.2710.0270.1470.3230.0270.160s0.8390.9860.920As(mm2)196113201029选配钢筋420+318416+316420实际面积As(mm2)201914071256由上表可知：所有的，符合要求；最小配筋率，符合要求。主梁纵向截面的弯起和切断按弯矩包络图确定。4.6.3.2斜截面受剪承载力：（1）验算截面尺寸：因hw=h0-hf=540-120=420mm，hwb=420250=1.68Vmax=157.70 kN，则截面尺寸符合要求。（2）验算是否需要计算配置箍筋：=ah0=2900540=5.373，取=31.75+1ftbh0=84.46kNSV,min=0.24ftfyv=0.163%满足条件。VCS=1.75+1ftbh0+fyvnASVSh0 =1.7541.43250540+210100.6150540=160.51KNVAmax=86.72KNVCSVBrmax=124.45KNF1=137.13KN满足要求因主梁的腹板高度480mm大于450mm，需要在梁的两侧设置纵向构造钢筋，每侧纵向狗仔钢筋的截面面积不小于腹板面积0.1%，且其间距不大于200mm，先每侧配置212，则226250480=0.188%0.1%，满足要求。五、柱的计算5.1. 柱的荷载计算简化柱作为轴压计算，以划分从属面积的方法来确定作用在柱上的荷载，如图5.1，阴影部分即为柱的从属面积。恒荷载分项系数取1.2；活荷载分项系数取1.4。58004200图5.1 柱荷载从属面积示意图（1）柱子（含粉刷层）自重:G1=1.2109.0010 =13.08KN （见前面章节）（2）柱子上端腋托：自重:1.20.50.1520.3425=0.41KN粉刷层：1.20.1520.340.0220=0.12KN腋托总重：G2=0.41+0.12=0.53KN（3）主梁（含粉刷层）传递给柱的力: 范围内只有一根主梁G3=23.20 KN（见前面章节）（4）次梁（含粉刷层）传递给柱的力:范围内有二根次梁G4=1.68+0.19+0.054.22=16.13 KN（见前）（5）板传递给柱的力:G5=22.764.25.8=554.43KN（见前）（6）活荷载:Q=2.51.44.25.8=85.26KN综上，柱的荷载设计值：G+Q=692.63K