特种结构-水池

2019年12月22日4时8分分类水池的荷载及荷载组合圆形水池的计算矩形水池的计算水池的设计与构造计算例题§3水池3.1分类矩形水池：施工方便，占地少，平面布置紧凑，适用于小型水池和深度较浅的大型水池圆形水池：受力合理，可采用预应力混凝土。适用于200立方米的中型水池。§3水池－3.1分类§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合水池主要荷载3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.1结构上的作用§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.2池顶荷载永久荷载：顶板自重、防水层重、覆土层重等，均按实际计算可变荷载：活荷载和雪荷载，不同时考虑，取大者。活载是考虑池顶走人、行车、堆放物品等引起的重力，应按实际考虑，一般可取1.5kN/m2。§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.2.3池壁荷载水平方向的水压力和土压力水压力（按三角形分布）§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合设计水深，池顶下200～300mm，简化起见取净高3.2.3池壁荷载水平方向的水压力和土压力土压力池顶：池底：（按主动土压力算）无地下水时有地下水时§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合245tan211hhpssk245tan212nsskHhhp245tan212wwnsskHHHhhp覆土厚度顶板厚度池壁净高地下水位高地下水位以下填土重度3.2.3池壁荷载地面活荷载引起的附加侧压力地下水压力在池壁底部标准值§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合245tan2kqkqp3.2.3池壁荷载各种侧压力的组合当池底处于地下水位以上，顶端外侧压力组合标准值为：底端侧压力组合标准值为当池底处于地下水位以下，底端侧压力组合标准值为§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合11skqkkppp22skqkkpppwkskqkkpppp223.2.4池底荷载与地基土反力地基反力的组成（1）由池顶活荷载引起，取（2）由池顶覆土引起，取（3）由顶板自重、池壁自重及支柱自重引起，取单位面积自重和。§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合2kN/m5.1kq)kN/m(2sq)kN(rG)kN(wG)kN(cGAGGGqqpcwrskn3.2.5荷载组合地下式水池的荷载组合（1）池内满水，池外无土（回填前的试水阶段）（2）池内无水，池外有土（使用阶段放空）（3）池内有水，池外有土（使用阶段满池）地面式水池（1）池内满水（2）池内满水及温（湿）差作用（无保温措施）§3水池－3.2水池的荷载与荷载组合3.3.1池壁计算基本假定（1）材料是均质的、弹性的、各向同性的；（2）池壁厚度h远小于池壁半径；（3）结构各点的位移远远小于池壁厚度；（4）垂直于池壁中曲面方向的法向应力可忽略。§3水池－3.3圆形水池的计算基本原理－－圆柱壳理论§3水池－3.3圆形水池的计算基本原理－－圆柱壳理论底端固结，顶端自由环向拉力竖向弯矩剪力§3水池－3.3圆形水池的计算prkNN2pHkMxMxpHkVxVx内力系数查表，与h,d和竖向位置x／H有关基本原理－－内力分析§3水池－3.3圆形水池的计算表明：大到一定程度，底部固端约束的影响扩展不到另一端dhH/2环向内力§3水池－3.3圆形水池的计算基本原理－－内力分析表明：越大，环向力抵抗的荷载也越多，壁底弯矩随的增大而迅速减小。dhH/2竖向弯矩dhH/2基本原理－－内力分析§3水池－3.3圆形水池的计算表明：时，上端边界弯矩几乎传不到下端。池壁高度相对较小时才可能传到下端不可忽略。8/2dhH上端边界弯矩的影响基本原理－－分类与简化§3水池－3.3圆形水池的计算)4.2(88.22rhdhH即长壁池88.22dhH短壁池简化：2.02dhH按竖向悬臂构件计算，环筋按构造配置，有盖池，顶盖可作为壁顶侧向支撑时，池壁为上下端都有支撑的竖向受力构件。652dhH忽略两端约束，按两端自由的薄壁圆筒分析652.02dhH不能忽略环向力和壁端约束作用，按圆柱形薄壳分析3.3.2顶盖与底板的计算顶盖计算（1）现浇圆形平板或圆心加柱的圆形平板顶盖在荷载作用下一般按弹性理论计算。（2）现浇整体式无梁楼盖顶板，一般可采用弹性理论计算方法中“经验系数法”，仅考虑均布荷载满布的情况。§3水池－3.3圆形水池的计算3.3.2顶盖与底板的计算底板计算（1）整体式：有支柱底板，假定地基反力均匀分布，计算同顶板；无支柱的圆板，直径不大，按均匀分布计算；直径较大，根据有无地下水确定计算方法。无地下水，按弹性地基上的圆板来确定池底地基土反力分布规律；有地下水，按均匀分布荷载计算；池底处于地下水位变化幅度内，按两种情况分别计算，取不利。（2）分离式：由构造确定。§3水池－3.3圆形水池的计算§3水池－3.4矩形水池的计算§3水池－3.4矩形水池的计算有盖无盖3.4.1池壁计算浅池的计算－－开敞式§3水池－3.4矩形水池的计算水压力3.4.1池壁计算浅池的计算－－开敞式§3水池－3.4矩形水池的计算土压力3.4.1池壁计算浅池的计算－－有顶盖－池壁与顶板线刚度之比大于5§3水池－3.4矩形水池的计算水压力3.4.1池壁计算浅池的计算－－有顶盖－池壁与顶板线刚度之比大于5§3水池－3.4矩形水池的计算土压力3.4.1池壁计算浅池的计算－－角隅弯矩竖向单向受力构件或等代框架所得弯矩在池壁水平方向的中段是比较符合实际的，但在两端偏大，这是因为在水池的四角处，侧压力是沿双向传递的，且沿水平传递的比例较大，这些水平传递的侧压力在池壁两端产生较大的水平弯矩，常把这些水平弯矩称作池壁的角隅弯矩§3水池－3.4矩形水池的计算3.4.1池壁计算浅池的计算－－角隅弯矩§3水池－3.4矩形水池的计算2mpHMc池壁侧向分布荷载最大值沿池壁高度的最大值3.4.1池壁计算浅池的计算－－角隅弯矩分布规律§3水池－3.4矩形水池的计算顶边弹性固定顶边铰支顶边自由3.4.1池壁计算深池的计算由弹性理论知，在侧向土压力或液体压力作用下，池壁竖向弯矩自下而上衰减很快，在H＝2a处已很小，可忽略上部H-2a范围内：按水平框架计算水平弯矩下部2a范围内矩：按双向板水池计算§3水池－3.4矩形水池的计算3.4.1池壁计算水平框架，上部H-2a范围节点弯矩：跨中弯矩：水平轴力：§3水池－3.4矩形水池的计算11222kakbpMMMMyDCBA1128222kakbpapMyya1128222kakbpbpMyybbaIIabk2bpNya2apNyb3.4.1池壁计算双向板式水池的计算－－弯矩分配法双向板式水池的各池壁可看作三边固定、顶端铰支或三边固定、顶部自由的双向板。板上承受三角形或梯形的侧向荷载。先按双向板计算表格计算各固定板的固端弯矩，再计算出相邻交线上的不平衡弯矩，把不平衡弯矩按相邻池壁的线刚度分配给相邻池壁，池壁两端最后水平弯矩等于固端弯矩与分配弯矩的代数和，则跨中水平弯矩也能求得。§3水池－3.4矩形水池的计算3.4.1池壁计算双向板式水池的计算－－弯矩分配法若池壁与池底为弹性嵌固，侧向荷载在池壁底部产生的固端弯矩和地基静反力在底板边沿产生的固端弯矩会形成节点不平衡弯矩，按池壁与池底线刚度分配不平衡弯矩，则池壁与池底端部弯矩等于各自的固端弯矩与分配弯矩的代数和。池壁底端弯矩为竖向弯矩。§3水池－3.4矩形水池的计算3.4.1池壁计算双向板式水池的计算－－弯矩分配法若池壁下端为固定端，按双向板计算表格算得的池壁底边竖向弯矩即为最后弯矩。侧向荷载在池壁内引起水平方向轴向力，可取双向板相邻池壁的支座反力，按双向板边缘反力计算表计算。§3水池－3.4矩形水池的计算3.4.2顶盖与底板的计算顶盖的计算－－同楼盖底板－－单向板或双向板单向受力的底板，沿短向截取池底宽１m，按单跨板或多跨连续板计算。作用于板上的荷载为池盖、池壁、上部设备及活荷载等（∑G）作用下的地基反力p＝∑G/A(A池底面积）。但应考虑池壁下端的弯矩作为力偶荷载作用于两端。底板所受轴力等于其两端池壁下端的剪力。§3水池－3.4矩形水池的计算3.4.2顶盖与底板的计算顶盖的计算－－同楼盖底板－－单向板或双向板双向受力的池底沿x，y轴两个方向截取池底各宽1m，分别按单跨板或多跨连续板计算。且作用于每隔池底上的荷载p0应沿x，y方向按px＝yp0、py＝(1-y)p0分配，y由双向板的计算系数查用，其他计算同单向受力板§3水池－3.4矩形水池的计算3.5.1圆形水池初拟尺寸高度：3.5～4m（容量50～500方）4.0～4.5m（容量600～2000方）直径：由高度和容量求得壁厚：≥180mm；≥120mm（单层配筋的小水池）顶、底板厚：≥100mm支座截面应满足§3水池－3.5水池的设计与构造07.0bhfVt不满足加大板厚3.5.1圆形水池计算简图计算直径d：按池壁截面轴线确定计算高度H：按池壁与顶盖和底板的连接方式确定上下端均为整体连接－上端按弹性固定，下端按固定，H取净高Hn+顶板厚度一半－两端均弹性固定计算时，H取Hn+顶板厚度一半+底板厚度一半§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池计算简图计算直径d：按池壁截面轴线确定计算高度H：按池壁与顶盖和底板的连接方式确定上下端均为非整体连接H取至连接面处上下端均为铰接，H取至铰接中心。§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池计算简图－－支承条件池壁底端作为固定支承的条件：（1）池壁底端与底板整体连接；（2）h1≥h;（3）a1h，且a2≥a1;（4）地基良好，地基土为低压缩性或中压缩性（压缩系数a1-20.5）池壁底端整体连接而不满足以上条件，则应按弹性固定计算。§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池计算简图－－支承条件池壁顶端：（1）无顶盖或顶板搁置于池壁上，自由边界（2）搁置如图，则池内水压力下按自由端计算，池外土压力作用下按铰支计算。（3）池壁与顶板整体连接且配筋可承受端弯矩时，按弹性固定计算；只配抗剪钢筋，按铰接计算。§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池池壁截面设计（1）计算所需的环向钢筋和竖向钢筋（2）按环向拉力作用下不允许出现裂缝的要求验算池壁厚度（3）验算竖向弯矩作用下的裂缝宽度（4）按斜截面受剪承载力要求验算池壁厚度§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池池壁截面设计（1）环向钢筋根据环向拉力按轴心受拉构件的正截面承载力公式计算。竖向分段，每段取最大环向应力确定本段配筋。考虑温（湿）差引起的内力时，再加环向弯矩，按偏心受拉正截面承载力公式计算。钢筋应对称布置于池壁内外两侧。§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池池壁截面设计（2）竖向钢筋按竖向弯矩计算。当轴向压力Nx较大，相对偏心距2时，按偏心受压构件计算。池壁顶、中间和底端分别按最不利正负弯矩计算内、外侧竖向钢筋。布置在环向钢筋外侧。可切断。§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池池壁截面设计（3）环向抗裂§3水池－3.5水池的设计与构造若不满足要求，应增大池壁厚度或提高混凝土强度等级。3.5.1圆形水池池壁截面设计（4）竖向裂缝验算清水池、给水处理池0.25mm污水处理池0.2mm§3水池－3.5水池的设计与构造3.5.1圆形水池构造要求（1）厚度壁厚：≥180mm；≥120m