有压隧洞、灌注桩结构、基础沉降计算书

4、圆形有压隧洞结构计算

命令：YXYYSDJS

[菜单位置]：计算-->隧洞结构计算-->圆形有压隧洞

[命令功能]：按《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004）对圆形有压隧洞衬砌进行结构计算。可以验算其应力、进行配筋计算、验算裂缝宽度是否满足要求；同时可以绘制钢筋图及材料表。具体计算过程详见计算书。

点击命令，弹出如图5-4-3所示对话框：

图5-4-3 圆形有压隧洞结构计算

“山岩压力获取”：可以由用户直接输入垂直压强和水平压强，也可选择“普氏理论”由程序按普氏理论自动计算。 “考虑岩石弹性抗力”：当选择该选项时，考虑岩石弹性抗力作用，忽略水平压强的影响。 “计算书”：点击该按钮，将生成word格式计算书。

“绘 制”：点击该按钮，将绘制隧洞衬砌结构示意图和钢筋图以及钢筋表。生成的成果如图5-4-4示。

图5-4-4 圆形有压隧洞结构计算绘图成果

圆形有压隧洞结构计算书

项目名称_____________日 期_____________ 设 计 者_____________校 对 者_____________

一、示意图：

二、基本资料：

1．依据规范及参考书目：

《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004，以下简称《规范》） 《隧 洞》（中国水利水电出版社，熊启钧编著） 《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)，以下简称《砼规》 2．计算参数：

衬砌外半径ro ＝ 3.100 m；衬砌内半径ri ＝ 2.500 m

隧洞衬砌内缘顶部的内水压力水头P ＝ 12.00 m，压强p ＝ 120.00 kN/m2 内力计算时不考虑围岩弹性抗力的作用。

2

围岩垂直松动压力强度q ＝ 40.00 kN/m 围岩侧向松动压力强度e ＝ 10.00 kN/m2 混凝土强度等级： C20

轴心抗压强度标准值fck ＝ 13.5 MPa；轴心抗拉强度标准值ftk ＝ 1.50 MPa 轴心抗压强度设计值fc ＝ 10.0 MPa；轴心抗拉强度设计值ft ＝ 1.10 MPa 混凝土弹性模量Ec ＝ 2.55×104 MPa 纵向受力钢筋种类： Ⅱ级

钢筋强度设计值fy ＝ 310 MPa；弹性模量Es ＝ 0.3×10 MPa 内外圈钢筋合力点到衬砌内、外边缘的距离a ＝ 0.050 m

5

3．材料信息：

三、内力计算：

1．均布垂直山岩压力作用的内力计算

在垂直松动压力q作用下，各断面弯矩和轴力按下式计算： M ＝ qror（A3α＋B3） （规范表G.7） N ＝ qro（C3α＋D3） （规范表G.7） 式中α ＝ 2－ro/r ＝ 2－3.10/2.80 ＝ 0.8929 n ＝ 1/[0.06416＋EJ/（r3roKb）]

b -- 计算采用的衬砌宽度，取b ＝ 1m r -- 衬砌轴线半径，r＝（ro＋ri）/2＝2.80m

3

J -- 衬砌断面惯性矩，J＝bh/12 J ＝ 1.0×0.603/12 ＝ 0.0180 m4

K -- 围岩弹性抗力系数，K＝Ko/ro＝0/3.10＝0kN/m

n ＝ 1/[0.06416＋2.55×107×0.0180/（2.8033.10×0×1）] ＝ 0.000

计算系数A3、B3、C3、D3从规范表G.8查得

φ＝0（洞顶）截面的弯矩M及轴向力N分别为： M ＝ 40.00×3.10×2.80×（0.16280×0.89286＋0.06443） ＝ 72.84 kN·m

N ＝ 40.00×3.10×（0.21220×0.89286＋-0.15915） ＝ 3.76 kN

3

其余各截面的计算与此相同，结果见弯矩及轴向力计算结果表。 2．围岩侧向松动压力作用的内力计算

在围岩侧向松动压力e作用下，各断面弯矩和轴力按下式计算： M ＝ erorαA4 （规范表G.7） N ＝ eroC4 （规范表G.7） 计算系数A4、C4从规范表G.8查得

φ＝0（洞顶）截面的弯矩M及轴向力N分别为：

M ＝ 10.00×3.10×2.80×0.89286×-0.25000 ＝ -19.37 kN·m

N ＝ 10.00×3.10×1.00000 ＝ 31.00 kN 其余各截面的计算与此相同，结果见弯矩及轴向力计算结果表。 3．衬砌自重作用的内力计算 在衬砌自重作用下，各断面弯矩和轴力按下式计算：

M ＝ g×r×A5 （规范表G.7） N ＝ g×r×C5 （规范表G.7）

2

2

式中单位宽衬砌自重g ＝ γh ＝ 25×0.60 ＝ 15.00 kN/m 计算系数A5、C5从规范表G.8查得

φ＝0（洞顶）截面的弯矩M及轴向力N分别为：

M ＝ 15.00×2.80×0.27324 ＝ 32.13 kN·m N ＝ 15.00×2.80×0.00000 ＝ 0.00 kN

2

其余各截面的计算与此相同，结果见弯矩及轴向力计算结果表。 4．均匀内水压力作用的内力计算

在均匀内水压力p作用下，各断面弯矩和轴力按下式计算： N ＝ －p × r1 / （1 ＋ ω × K × ro） M ＝ －N × i / r

式中ω ＝ r×（1－i2/r2）/E/F×b

F -- 衬砌断面的面积，F＝bh＝1×0.60＝0.60m

i -- 衬砌断面的惯性半径，i＝J/F＝0.0180/0.60＝0.0300m ω＝2.80×（1－0.0300/2.802）/（2.55×107×0.60）×1＝1.8231×10-7^

2

2

2

均匀内水压力作用下各截面的弯矩M及轴向力N相同，计算结果为： N ＝ 120.00×2.50/（1＋1.8231×10-7×0×3.10） ＝ -300.00 kN M ＝ －-300.00×0.0300/2.80 ＝ 3.21 kN·m 5．隧洞满水而无水头水压力作用的内力计算

在隧洞满水而无水头水压力作用下，各断面弯矩和轴力按下式计算： M ＝ γw×ri2×r×A6 （规范表G.7） N ＝ γw×ri2×C6 （规范表G.7）

3

式中γw -- 水的重度，取γw ＝ 10 kN/m 计算系数A6、C6从规范表G.8查得

φ＝0（洞顶）截面的弯矩M及轴向力N分别为： M ＝ 10×2.502×2.80×0.13662 ＝ 23.91 kN·m

N ＝ 10×2.502×-0.50000 ＝ -31.25 kN

其余各截面的计算与此相同，结果见弯矩及轴向力计算结果表。

6．各衬砌截面的弯矩及轴向力表 Mq -- 围岩垂直松动压力对衬砌各截面产生的弯矩，kN·m

Nq -- 围岩垂直松动压力对衬砌各截面产生的轴向力，kN Me -- 围岩侧向松动压力对衬砌各截面产生的弯矩，kN·m Ne -- 围岩侧向松动压力对衬砌各截面产生的轴向力，kN Mg -- 衬砌自重对衬砌各截面产生的弯矩，kN·m Ng -- 衬砌自重对衬砌各截面产生的轴向力，kN

Mw -- 隧洞满水而无水头水压力对衬砌各截面产生的弯矩，kN·m Nw -- 隧洞满水而无水头水压力对衬砌各截面产生的轴向力，kN Mp -- 均匀内水压力对衬砌各截面产生的弯矩，kN·m

计算截面 Np -- 均匀内水压力对衬砌各截面产生的轴向力，kN

弯矩符号以使衬砌截面内侧受拉为正，轴向力符号以压力为正。 Mq Nq 3.76 64.66 Me Ne Mg 32.13 1.27 -34.99 1.27 32.13 Ng 0.00 23.32 Mw 23.91 0.94 Nw -31.25 -23.05 Mp 3.21 3.21 3.21 3.21 3.21 Np -300.00 -300.00 -300.00 0.00 15.50 82.72 84.00 0.94 23.91 -23.05 -31.25 -300.00 -300.00 φ=0，72.84 洞顶 φ=π/4 -1.58 -19.37 31.00 0.00 19.37 15.50 0.00 φ=π/2 -71.64 124.00 φ=3π/4 φ=π洞底

3.96 65.05 97.00 75.18 65.97 -26.04 -13.41 -19.37 31.00 四、衬砌截面边缘应力计算：

1．截面应力计算公式：

衬砌截面外边缘应力：

σ外 ＝ N / b / h ＋ 6M / γ / h 衬砌截面内边缘应力： σ内 ＝ N / b / h － 6M / γ / h2 式中M -- 各种荷载的弯矩总和，kN·m N -- 各种荷载的轴向力总和，kN

h -- 截面高度，h ＝ 0.60 m γ -- 截面抵抗矩的塑性系数，取γ ＝ 1.55

式中的M、N需根据规范式9.0.5-1或9.0.5-2进行组合：

对基本组合，应采用下列极限状态表达式： γoψS（γGGk，γQQk,αk） ≤ 1/γd×R（fd,αk） （规范式9.0.5-1） 对偶然组合，应采用下列极限状态表达式： γoψS（γGGk，γQQk，Ak，αk） ≤ 1/γd×R（fd,αk） （规范式9.0.5-2）

2

各种荷载的分项系数按规范表G.1查取。 2．计算过程：

φ=0（洞顶）截面处的弯矩组合值为： φ=0（洞顶）截面处的弯矩组合值为： M＝γo×ψ×（Mq＋Me＋1.1×Mg＋Mw＋γ

Mn＋Mhw） Q×

M＝1.0×0.95×（72.84＋-19.37＋1.1×32.13＋23.91＋1.00×3.21＋0.00）

＝ 110.14 kN·m M＝γo×ψ×（Mq＋Me＋1.1×Mg＋Mw＋0.00×Mn＋Mhw）

N＝1.0×0.95×（3.76＋31.00＋1.1×0.00＋-31.25＋1.00×-300.00＋0.00） ＝ -281.67 kN·m

σ外 ＝ -281.67/1.0/0.60＋6×110.14/1.55/0.602 ＝ 1366.15 kN/m2 σ内 ＝ -281.67/1.0/0.60－6×110.14/1.55/0.602 ＝ -2305.04 kN/m2

其余各截面边缘应力的计算与此相同，各截面边缘应力的结果列于下表：

五、配筋计算：

1．双层钢筋面积计算公式如下： 1）在内水压力作用下，钢筋面积按规范式G.6计算：

f＝{pri＋Ko（m－ri/Es[σs]）}/{[σs]（1＋ri/ro）－Esm/ro} 式中m＝p×ri/Ec'×ln（ro/ri）

Ec'＝0.85×Ec'×ln（ro/ri）

2）在其他荷载作用下，钢筋面积按规范式G.7、G.8计算：

fi＝{－∑N（ho－a）＋2∑M}/{2[σs]（ho－a）} fo＝{－∑N（ho－a）－2∑M}/{2[σs]（ho－a）}

2．均匀内水压力作用下，钢筋面积计算：

内水压力设计值p ＝ γo×ψ×γQ×P×γw ＝1.0×0.95×1.00×12.00×10 ＝ 114.00 kN/m2 ho ＝ ro－ri－a ＝ 3.10－2.50－0.050 ＝ 0.550 m Ec' ＝ 0.85×25500000 ＝ 21675000 kN/m2

m ＝ 120.00×2.50/21675000×ln（3.10/2.50） ＝ 2.9773×10 [σs] ＝ fy / γd ＝ 310000 / 1.35 ＝ 229630 kN/m2

f＝[120.00×2.50＋0×（2.9773×10-6－2.50/200000000×229630）]

/[229630×（1＋2.50/3.10）－200000000×2.9773×10/3.10] ＝ 723.55×10-6 m2

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-6

3．其他荷载作用下，内圈钢筋面积计算： φ=0（洞顶）截面处内圈钢筋的计算面积最大。 该截面处按承载能力极限状态设计时，其他荷载效应组合值为： 弯矩∑M＝107.08 kN·m；轴向力∑N＝3.33 kN

其他荷载作用下，内圈钢筋的计算面积为：

fi＝[－（3.33）×（0.550－0.050）＋2×107.08]/[2×229630×（0.550－0.050）] ＝ 925.39×10-6 m2

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叠加后，衬砌截面内圈钢筋计算面积fi ＝ 1648.94×10 m ＝ 1648.94 mm fi ＝ 1648.94 mm2 > ρmin×b×ho ＝ 0.150%×1000×550 ＝ 825.00 mm2 故计算面积满足要求。

衬砌截面内圈钢筋实配面积fi' ＝ 1616 mm2(D12@70)

4．其他荷载作用下，外圈钢筋面积计算： π/2截面处外圈钢筋的计算面积最大。

该截面处按承载能力极限状态设计时，其他荷载效应组合值为： 弯矩∑M＝-110.95 kN·m；轴向力∑N＝174.00 kN 其他荷载作用下，外圈钢筋的计算面积为：

fo＝[－（174.00）×（0.550－0.050）－2×-110.95]/[2×229630×（0.550－0.050）] ＝ 587.47×10-6 m2 叠加后，衬砌截面外圈钢筋计算面积fo ＝ 1311.01×10 m ＝ 1311.01 mm fo ＝ 1311.01 mm2 > ρmin×b×ho ＝ 0.150%×1000×550 ＝ 825.00 mm2 故计算面积满足要求。

衬砌截面外圈钢筋实配面积fo' ＝ 1257 mm2(D12@90)

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2

2

六、裂缝宽度验算：

1．计算公式：

对长期组合，应采用下列设计表达式： γoS1（Gk，ρQk，fk，αk） ≤ C2 （规范式9.0.6-2）

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ωmax ＝ 2（σs/Es×ψ－0.7×10）Lf （规范式G.24） ψ ＝ 1－α2×ftk/（μ×σs） （规范式G.25） Lf ＝ （60＋α1×d/μ）υ （规范式G.26） 式中ωmax -- 最大裂缝宽度，mm；

Lf -- 平均裂缝间距，mm；

ψ -- 裂缝间间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当ψ<0.3时，取ψ＝0.3； α1、α2 -- 计算系数，可按下列数值取用：

轴心受拉情况，α1＝0.16、α2＝0.60 大偏心受拉情况，α1＝0.075、α2＝0.32

大偏心受压情况，α1＝0.055、α2＝0.235

σs -- 正常使用情况受拉钢筋应力，所用荷载均采用标准值 d -- 受拉钢筋直径，mm μ -- 受拉钢筋配筋率

υ -- 与钢筋表面形状有关的系数 2．内侧裂缝宽度计算： 内水压力值p ＝ γo×P×γw

＝1.0×12.00×120.00×10 ＝ 0.00 kN/m φ=0（洞顶）截面内侧裂缝宽度值最大。

该截面处按正常使用极限状态设计时，其他荷载效应长期组合值为： 弯矩∑M＝109.50 kN·m；轴向力∑N＝3.51 kN

双层配筋截面，内侧钢筋面积fi＝0.001616m2，代入规范式G.9得钢筋应力为： σsi ＝ 248666.36 kN/m2 ＝ 248.67 N/mm2

ψ ＝ 1－0.320×1.500/（0.294%×248.67） = 0.343 Lf ＝ （60＋0.075×12/0.294%）×1.00 ＝ 366.4 mm

ωmax ＝ 2×（248.67/200000×0.343－0.7×10-4）×366.4 ＝ 0.261 mm ωmax ＝ 0.261 mm > 0.25 mm

故内侧裂缝宽度验算不满足要求！

2

3．外侧裂缝宽度计算： π/2截面外侧裂缝宽度值最大。

该截面处按正常使用极限状态设计时，其他荷载效应长期组合值为： 弯矩∑M＝-113.29 kN·m；轴向力∑N＝176.56 kN

双层配筋截面，外侧钢筋面积fo＝0.001257m2，代入规范式G.10得钢筋应力为： σso ＝ 201959.83 kN/m2 ＝ 201.96 N/mm2

ψ ＝ 1－0.320×1.500/（0.228%×201.96） = -0.040 ψ < 0.3，取ψ＝0.3；

Lf ＝ （60＋0.075×12/0.228%）×1.00 ＝ 453.9 mm

ωmax ＝ 2×（201.96/200000×0.300－0.7×10）×453.9 ＝ 0.211 mm ωmax ＝ 0.211 mm ≤ 0.25 mm，外侧裂缝宽度满足要求

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5、基础沉降计算

命令：JCCJJS

[菜单位置]：计算-->水闸模块-->基础沉降计算

[命令功能]：按《水闸设计规范》（SL 265-2001）对土质地基上的结构进行基础沉降计算。具体计算过程详见计算书。

点击命令，弹出如图5-4-5所示对话框：

图5-4-5 基础沉降计算

“按应力比确定h”：当选择该选项时，程序将按照土的附加应力与自重应力之比来自动确定计算深度h。 “计算书”：点击该按钮，将生成word格式计算书。 “绘 制”：点击该按钮，将绘制基础沉降计算的计算简图以及最终沉降量图。生成的成果如图5-4-6示。

图5-4-6 基础沉降计算绘图成果

土质地基沉降计算书

项目名称_____________日 期_____________ 设 计 者_____________校 对 者_____________

一、示意图：

二、基本资料：

1．依据规范及参考书目： 《水闸设计规范》（SL 265-2001，以下简称规范） 中国水利水电出版社《水闸》（陈宝华 张世儒编著） 2．计算参数： 基础顺水流方向宽度B = 20.00 m

基底低于原地面深d = 3.00 m 地下水位低于原地面深s = 6.00 m 下游端基底竖向压力Pmax = 103.50 kN/m2 上游端基底竖向压力Pmin = 76.50 kN/m2

向下游的水平荷载T = 150.00 kN/m 3．地基土参数：

地下水位以上土的容重γ = 20.00 kN/m3 地下水位以下土的浮容重γ' = 10.00 kN/m 地基沉降量修正系数m = 1.00

按计算层面处土的附加应力与自重应力之比为0.10确定计算深度。 通过计算得到，土质地基压缩层计算深度h = 12.93 m

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4．土层的压缩曲线关系值表： h：土层厚度，m；σi：应力，N/cm2；ei，空隙比

土层名 土层厚h（m） 应力σ1（N/cm2） 空隙比e1 应力σ2（N/cm2） 空隙比e2 应力σ3（N/cm2） 空隙比e3 应力σ4（N/cm） 空隙比e4 应力σ5（N/cm） 空隙比e5 应力σ6（N/cm） 空隙比e6

222第一层土 3.0 2.5 0.883 7.5 0.806 12.5 0.743 17.5 0.684 22.5 0.636 27.0 0.60 第二层土 5.0 2.5 0.845 5.0 0.807 10.0 0.743 15.0 0.689 20.0 0.643 25.0 0.60 第三层土 7.0 0.0 0.775 5.0 0.725 10.0 0.677 15.0 0.638 20.0 0.606 25.0 0.575 三、自重应力计算：

部 位 原地面以下深h（m） 自重应力σ'（kN/m）

21．计算公式： 自重应力按下式计算：

σ' ＝ γ × h

式中：γ为土的重度，地下水位以下应采用浮容重。

h为计算层面处距离原地面的深度，m。 2．计算结果：

基底面 3.0 60.0 第一层土底面 6.0 120.0 第二层土底面 11.0 170.0 第三层土底面 15.932 219.315 四、附加应力计算：

1．计算公式： 附加应力根据荷载类型分别由下列公式计算： σV ＝ K1 × PV

σS ＝ K2 × PS σH ＝ K3 × PH

式中：σV为竖向均布荷载作用时的附加应力，kN/m2； PV为竖向均布荷载，kN/m2；

σS为竖向三角形荷载作用时的附加应力，kN/m2；

2

PS为竖向三角形荷载，kN/m；

σH为水平方向均布荷载作用时的附加应力，kN/m2；

PH为水平方向均布荷载，kN/m；

K1为竖向均布荷载作用时的附加应力计算系数，按下式计算：

2

2

2

2

2

K1 ＝ {arctan（x/y）＋xy/（x＋y）－arctan[（x－B）/y]－（x－B）y/[（x－B）＋y]}/π K2为竖向三角形荷载作用时的附加应力计算系数，按下式计算：

1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5

K2 ＝ {（x－B）arctan[（x－B）/y]－（x－B）arctan（x/y）＋Bxy/（x＋y）}/（πB） K3为水平方向均布荷载作用时的附加应力计算系数，按下式计算： K3 ＝ －{y2/[（x－B）2＋y2]－y2/（x2＋y2）} / π 2．各层土底面处附加应力计算表： y：基底以下计算深度，m；σ''：附加应力总和，kN/m2。 点号 PV ＝ Pmin－σ' ＝ 16.50 kN/m PS ＝ Pmax－Pmin ＝ 27.00 kN/m2

PH ＝ T / B ＝ 150.00 / 20.0 ＝ 7.50 kN/m y 0 3 8 12.932 0 3 8 12.932 0 3 8 12.932 0 3 8 12.932 0 3 8 12.932 K1 1.0000 0.4993 0.4886 0.4624 1.0000 0.9668 0.7971 0.6555 1.0000 0.9897 0.8810 0.7271 1.0000 0.9668 0.7971 0.6555 1.0000 0.4993 0.4886 0.4624 σV 16.50 8.238 8.063 7.63 16.50 15.952 13.152 10.815 16.50 16.33 14.536 11.998 16.50 15.952 13.152 10.815 16.50 8.238 8.063 7.63 K2 0.0000 0.0467 0.1098 0.1451 0.2500 0.2525 0.2626 0.2552 0.5000 0.4948 0.4405 0.3636 0.7500 0.7143 0.5344 0.4003 1.0000 0.4526 0.3789 0.3173 σS 0.00 1.261 2.964 3.919 6.75 6.817 7.091 6.889 13.50 13.361 11.893 9.816 20.25 19.286 14.43 10.808 27.00 12.22 10.23 8.567 K3 0.0000 0.3113 0.2744 0.2245 0.0000 0.0720 0.1584 0.1412 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0720 -0.1584 -0.1412 0.0000 -0.3113 -0.2744 -0.2245 σH 0.00 2.335 2.058 1.684 0.00 0.54 1.188 1.059 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -0.54 -1.188 -1.059 0.00 -2.335 -2.058 -1.684 σ'' 16.50 11.834 13.084 13.232 23.25 23.31 21.431 18.763 30.00 29.69 26.43 21.814 36.75 34.698 26.394 20.564 43.50 18.124 16.234 14.514 2

2

22

五、沉降量计算：

1．计算公式： 地基最终沉降量采用分层总和法按《水闸设计规范》式8.3.2计算：

S∞ ＝ m × ∑[（e1i－e2i） / （1＋e1i）× hi] 式中：m为地基沉降量修正系数，可采用1.1～1.6；

e1i为第i层土在平均自重应力作用下，由压缩曲线查得的相应空隙比；

e2i为第i层土在平均自重应力加平均附加应力作用下，由压缩曲线查得的空隙比； hi为第i层土的厚度，cm。

2．最终沉降量计算表： hi：分层厚度，cm；

σ'：自重应力平均值，kN/m2； σ''：附加应力平均值，kN/m2；

点号 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 σ：自重应力与附加应力平均值之和，kN/m； η ＝ （e1－e2） / （1＋e1）；

Si ＝ （e1－e2）/（1＋e1）×hi：分层沉降量，cm； S∞：最终沉降量，cm； hi 300 500 493.2 300 500 493.2 300 500 493.2 300 500 493.2 300 500 493.2 σ' 90.00 145.00 194.66 90.00 145.00 194.66 90.00 145.00 194.66 90.00 145.00 194.66 90.00 145.00 194.66 σ'' 14.17 12.46 13.16 23.28 22.37 20.10 29.85 28.06 24.12 35.72 30.55 23.48 30.81 17.18 15.37 σ 104.17 157.46 207.82 113.28 167.37 214.75 119.85 173.06 218.78 125.72 175.55 218.14 120.81 162.18 210.03 e1 0.7871 0.6944 0.6094 0.7871 0.6944 0.6094 0.7871 0.6944 0.6094 0.7871 0.6944 0.6094 0.7871 0.6944 0.6094 e2 0.7692 0.6821 0.6012 0.7578 0.6730 0.5969 0.7495 0.6678 0.5944 0.7421 0.6655 0.5948 0.7483 0.6778 0.5998 η 0.0100 0.0072 0.0051 0.0164 0.0126 0.0078 0.0210 0.0157 0.0094 0.0252 0.0171 0.0091 0.0217 0.0098 0.0060 Si 3.00 3.62 2.53 4.92 6.31 3.85 6.31 7.85 4.62 7.55 8.53 4.49 6.52 4.90 2.95 S∞ 9.15 15.08 18.78 20.57 14.37 2

六、沉降量调整计算：

△S ＝ （S∞2＋S∞3＋S∞4－1.5S∞1－1.5S∞5） / 4 ＝ （15.08＋18.78＋20.57－1.5×9.15－1.5×14.37）/4 ＝ 4.79 cm

各计算点调整后的沉降量分别按下式计算： S'∞1 ＝ S∞1＋△S ＝ 9.15＋4.79 ＝ 13.94 cm

S'∞5 ＝ S∞5＋△S ＝ 14.37＋4.79 ＝ 19.16 cm S'∞2 ＝ S'∞1＋（S'∞5－S'∞1）/4 ＝ 15.24 cm S'∞3 ＝ S'∞1＋（S'∞5－S'∞1）/2 ＝ 16.55 cm

S'∞4 ＝ S'∞1＋（S'∞5－S'∞1）×3/4 ＝ 17.85 cm 各计算点沉降量的平均值即为整块底板的沉降量：

S ＝ （S'∞1＋S'∞2＋S'∞3＋S'∞4＋S'∞5） / 5 ＝ （13.94＋15.24＋16.55＋17.85＋19.16）/5 ＝ 16.55 cm 相邻部位的最大沉降差为： S'∞5 － S'1 ＝ 19.16 － 15.24 ＝ 5.22 cm

6、灌注桩长计算

命令：GZZCDJS

[菜单位置]：计算-->水闸模块-->灌注桩长计算

[命令功能]：按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）计算确定单根灌注桩的

长度。具体计算过程详见计算书。

点击命令，弹出如图5-4-7所示对话框：

图5-4-7灌注桩长计算

“计算目标”：可以根据已知的设计荷载确定桩长度；也可以根据桩长度计算能承受的设计荷载。

“计算书”：点击该按钮，将生成word格式计算书。

灌注桩桩长计算书

项目名称_____________日 期_____________ 设 计 者_____________校 对 者_____________

一、示意图：

二、基本资料：

1．依据规范及参考书目：

《水闸设计规范》（SL 265-2001） 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007，以下简称规范）

2．计算参数： 计算目标：已知设计垂直荷载P = 1548.50 kN，求冲刷线以下桩长L。 桩设计直径d = 1.000 m，桩成孔直径d' = 1.030 m 桩底沉淀土厚度t = 0.150 m，冲刷线以上桩长Lo = 0.000 m 地下水位在冲刷线以下深度s = 0.000 m 3．地基土参数：

桩底端地基土容许承载力[fa0] = 500.00 kPa 地基土深度修正系数k2为：2.5 桩底端地基土为透水性地基土。

4．土层的物理参数表： h：土层厚度，m；qk：摩阻力标准值，kPa；γ：土容重，kN/m3；γ'：浮容重，

kN/m3 土层名 硬塑性粘土 硬粘土

h（m） 1.2 20.0 qk（kPa） 60.0 90.0 γ（kN/m3） 20.0 20.0 γ'（kN/m3） 10.0 10.0 三、计算过程：

1．计算公式： 钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值按《公路桥涵地基与基础设计规范》中公式计算： [Ra] ＝ 1/2×μ×∑（qik×Li）＋Ap×qr （式5.3.3-1）

qr ＝ mo×λ×[[fa0]＋k2×γ2×（h-3）] （式5.3.3-2）

式中：[Ra]--单桩轴向受压承载力容许值,kN。

μ--桩身周长，m。

Ap--桩端截面面积（对于扩底桩，取扩底截面面积），m2。 Li--承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度，m。 qik--与Li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，kPa。

qr--桩端处土的承载力容许值，kPa。

[fa0]--桩端处土的承载力基本容许值,按规范第3.3.3条确定，kPa。 h--桩端的埋植深度，m。

k2--容许承载力随深度的修正修正系数,按规范第3.3.4条选用。 γ2--桩端以上各土层的加权平均重度，kN/m3。 λ--修正系数，按规范表5.3.3-2选用。 mo--清底系数，按规范表5.3.3-3选用。

2．计算过程： 当L=10.15m，d=1.00m时，查规范表5.3.3-2得λ=0.700

当t/d=0.15/1.00=0.150时，查规范表5.3.3-3得mo=0.475 经计算各土层的摩阻力累加值μ×∑（qik×Li） = 2839.45 kN

各土层的加权平均重度γ2 = 10.00 kN/m qr ＝ mo×λ×[[fa0]＋k2×γ2×（h-3）] ＝ 0.475×0.700×[500.00＋2.500×10.0×（10.2－3）] ＝ 225.68 kN Ap ＝ π×d/4 ＝ 3.14×1.000/4 ＝ 0.79 m

冲刷线以上桩自重及冲刷线以下桩自重与置换土之差值Gz = 41.374 kN [Ra] ＝ 0.5×2839.45＋177.25－41.37 ＝ 1555.60 kN

因桩的容许承载力略大于设计荷载（[Ra] ＝ 1555.60 kN > P ＝ 1548.50 kN） 故假定的桩长度满足要求，L = 10.15 m即为所求。

2

2

2

3

7、灌注桩结构计算

命令：GZZJGJS

[菜单位置]：计算-->水闸模块-->灌注桩结构计算

[命令功能]：按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）对圆形截面灌注桩进行内力计算，并按周围均匀布筋的偏心受压构件进行配筋计算。具体计算过程详见计算书。

点击命令，弹出如图5-4-8所示对话框：

图5-4-8灌注桩结构计算

“计算书”：点击该按钮，将生成word格式计算书。

“绘 制”：点击该按钮，将绘制桩基的计算简图以及弯矩、剪力成果图以及单根桩的钢筋图。生成的成果如图5-4-9示。

图5-4-9灌注桩结构计算绘图成果

灌注桩结构计算书

项目名称_____________日 期_____________ 设 计 者_____________校 对 者_____________

一、示意图：

二、基本资料：

土层名 硬塑性粘土 硬粘土

h（m） 1.2 10.0 m（kN/m） 10000.0 20000.0 41．依据规范及参考书目： 《水闸设计规范》（SL 265-2001）

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007，以下简称《规范》） 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)，以下简称《砼规》

2．计算参数： 桩类型：端承桩，设计直径d = 1.000 m

桩排数n = 2，列数m = 1 桩排间距L1 = 4.20 m

冲刷线以下桩长L = 10.00 m，冲刷线以上桩长Lo = 6.00 m 3．地基土参数：

桩顶约束情况为：铰接

土层的物理参数表如下：

h：土层厚度，m； m：地基土的比例系数，kN/m4；

4．计算荷载：

偏心受压承载力计算安全系数K = 1.35 桩顶部竖直荷载P = 2650.00 kN 桩顶部水平荷载H = 74.00 kN 桩顶部弯矩M = 106.00 kN·m 冲刷线以上分布荷载值q1 = 0.00 kN 冲刷线以上分布荷载值q2 = 0.00 kN

5．材料信息： 混凝土强度等级： C25

纵向受力钢筋种类： HRB335 纵筋合力点至近边距离as = 0.030 m

三、内力计算：

1．桩的变形系数计算：

桩基中桩的变形系数按下列公式计算： α ＝ [m × b1 / （E × I）]1/5 （规范式P.0.2-1） E × I ＝ 0.8 × Ec × I （规范式P.0.2-2） 式中Ec -- 桩的混凝土抗压弹性模量； I -- 桩的毛面积惯性矩；

m -- 非岩石地基水平向抗力系数的比例系数；当地面或局部冲刷线以下 hm＝2（d＋1）深度内有两层土时，应按规范式（P.0.2-3）进行换算。 b1 -- 桩的计算宽度，b1 ≤ 2d，按下列公式计算： 当d ≥ 1.0时， b1 ＝ k×kf×（d＋1） （规范式P.0.1-1） 当d < 1.0时， b1 ＝ k×kf×（1.5d＋0.5） （规范式P.0.1-2） kf -- 桩形状换算系数，对圆形截面取kf ＝ 0.9

k -- 平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数，按下列公式计算： 对单排桩或l1 ≥ 0.6h1的多排桩， k ＝ 1.0 （规范式P.0.1-3）

对l1 < 0.6h1的多排桩， k ＝ b2＋（1－b2）/0.6×l1/h1 （规范式P.0.1-4） 上式中l1 -- 平行于水平力作用方向的桩间净距；

h1 -- 地面或局部冲刷线以下桩的计算埋入深度,可取h1 ＝ 3（d＋1），但 不得大于地面或局部冲刷线以下桩入土深度h；

b2 -- 与平行于水平力作用方向的一排桩的桩数n有关的系数，当n＝1时， b2＝1.0；n＝2时，b2＝0.6；n＝3时，b2＝0.5；n≥4时，b2＝0.45； l1 ＝ L1－d ＝ 4.20－1.00 ＝ 3.20 m

h1 ＝ 3×（d＋1） ＝ 3×（1.00＋1） ＝ 6.00 m 由于l1 ＝ 3.20 < 0.6h1 ＝ 0.6×6.00 ＝ 3.60 m： k ＝ 0.60＋（1－0.60）/0.6×3.20/6.00 ＝ 0.96 m b1 ＝ 0.96×0.9×（1.00＋1） ＝ 1.72 m

I ＝ π×D4/64 ＝ 3.14×1.004/64 ＝ 0.0491 m4

hm ＝ 4.00m内存在两层土，经修正后的地基土变形系数m = 16125 kN/m α ＝ [16125×1.72/（0.8×2.80×107×0.0491）]1/5 ＝ 0.479

4

2．冲刷线处桩柱作用单位力时该处的变位计算： 桩的内力及位移按规范表P.0.7中下列公式计算：

o

δHH＝1/（α3EI）×[（B3D4－B4D3）＋kh（B2D4－B4D2）]/[（A3B4－A4B3）＋kh（A2B4

－A4B2）]

δMH＝1/（αEI）×[（A3D4－A4D3）＋kh（A2D4－A4D2）]/[（A3B4－A4B3）＋kh（A2B4－A4B2）]

o

δMM＝1/（αEI）×[（A3C4－A4C3）＋kh（A2C4－A4C2）]/[（A3B4－A4B3）＋kh（A2B4－A4B2）]

δHH＝Lo/（3EI）＋δδMH＝Lo2/（2EI）＋δ

3

o2ooMMLo＋2δMHLo＋δHH ooMMLo＋δMH oMM

222

o

2

δMM＝Lo/（EI）＋δ

ρPP＝1/[（Lo＋ξh） / （EA）＋1 / （CoAo）] ρHH＝δρMH＝δρMM＝δ

MM/（δHHδMM－δMHMH/（δHHδMM－δMHHH/（δHHδMM－δMH

PP HH

） ） ）

γcc ＝ n × ργaa ＝ n × ρ

γaβ ＝ －n × ρMH γββ ＝ n × ρMM＋ρ

PP∑Kiχi

2

c ＝ P / γcc

α2 ＝ [γββ（H－∑Qq）－γβ ＝ [γaa（M－∑Mq）－γNi ＝ （c＋βχi）ρPP Qi ＝ α2ρHH－βρMH＋Qq

2

aβ（M－∑Mq）]/（γaaγββ－γaβ）

2

aβ（H－∑Hq）]/（γaaγββ－γaβ）

Mi ＝ βρMM－α2ρMH＋Mq

Ho ＝ Qi＋Qq＋（q1＋q2）×Lo/2

Mo ＝ Mi＋Mq＋（Qi＋Qq）×Lo＋（2q1＋q2）×Lo2/6 Qq、Mq由以下四式联立解得：

MLo ＝ Mq＋QqLo＋[q1/2!＋（q2－q1）/3!]×Lo2 QLo ＝ Qq＋[q1＋（q2－q1）/2!]×Lo

[MqLo2/2!＋QqLo3/3!＋q1Lo4/4!＋（q2－q1）Lo4/5!]/EI＝MLoδMHo＋QLoδHHo

233oo

[MqLo＋QqLo/2!＋q1Lo/3!＋（q2－q1）Lo/4!]/EI＝－（MLoδMM＋QLoδMH） 以上各式中n -- 桩总根数

Mi、Hi、Ni -- 分别为单根桩桩顶截面的弯矩、水平力、轴力

Mo、Ho -- 分别为单根桩地面或局部冲刷线处截面的弯矩、水平力 δHHo -- 在地面或局部冲刷线处作用单位水平力时该处桩柱的水平位移 δMHo -- 在地面或局部冲刷线处作用单位水平力时该处桩柱的转角 δMMo -- 在地面或局部冲刷线处作用单位弯矩时该处桩柱的转角 δHH -- 在桩顶作用单位水平力时该处桩柱的水平位移 δMH -- 在桩顶作用单位水平力时该处桩柱的转角 δMM -- 在桩顶作用单位弯矩时该处桩柱的转角 ρPP -- 沿桩轴线单位位移时，桩顶产生的轴向力 ρHH -- 垂直桩轴线方向单位位移时，桩顶产生的水平力 ρMH -- 垂直桩轴线方向单位位移时，桩顶产生的弯矩 ρMM -- 桩顶单位转角时，桩顶产生的弯矩

γcc -- 承台产生竖向单位位移时，桩顶竖向反力之和 γaa -- 承台产生水平向单位位移时，桩顶水平反力之和

γaβ -- 承台绕原点O产生单位转角时，桩顶水平反力之和

γββ -- 承台绕原点O产生单位转角时，桩顶反弯矩之和 c、α2、β -- 分别为承台的竖直位移、水平位移和转角

MLo、HLo -- 直接承受土压力的桩在地面或局部冲刷线处截面的弯矩和剪力 Mq、Hq -- 直接承受土压力的桩上端作用于承台的弯矩和剪力

地面或局部冲刷线处的位移及转角计算公式为： χo ＝ HoδHHo ＋ MoδMHo

φo ＝ －（HoδMH ＋ MoδMM） 地面或局部冲刷线以下各截面弯矩和剪力计算公式为： Mz ＝ α2EI[χoA3＋φoB3/α＋MoC3/（α2EI）＋HoD3/（α3EI）] Qz ＝ αEI[χoA4＋φoB4/α＋MoC4/（αEI）＋HoD4/（αEI）]

Co = mo×h = 20000×10.00 = 200000 kN/m4

当αh = 0.479×10.00 = 4.79 m时，查规范表P.0.8得： A1＝-5.85333；B1＝-5.94097；C1＝-0.92677；D1＝4.54780；

A2＝-6.53316；B2＝-12.15810；C2＝-10.60840；D2＝-3.76647； A3＝-1.61428；B3＝-11.73066；C3＝-17.91860；D3＝-15.07550；

3

2

3

o

o

A4＝9.24368；B4＝-0.35762；C4＝-15.61050；D4＝-23.14040；

桩端底面土地产生的抗力影响系数kh ＝ Co / （α ×0.8× Ec） × Io / I kh ＝ 200000/（0.479×0.8×2.80×107）×1.0 ＝ 0.019 由于桩底置于非岩石类土且αh≥2.5，取kh ＝ 0.0 将查表所得参数代入相应计算公式得：

δHH ＝ 0.2019×10 m/kN δMHo ＝ 0.0642×10-4 1/kN δMMo ＝ 0.0332×10-4 1/kN·m

δHH＝6.003/（3×0.8×2.80×107×0.0491）＋0.0332×10-4×6.002＋2×0.0642×10-4

o

-4

×6＋0.2019×10-4

＝ 2.8242×10-4 m/kN

δMH＝6.002/（2×0.8×2.80×107×0.0491）＋0.0332×10-4×6.00＋0.0642×10-4

-4

＝ 0.4274×10 1/kN

δMM＝6.00/（0.8×2.80×107×0.0491）＋0.0332×10-4

＝ 0.0878×10 1/kN·m

ρPP＝1/[（6.00＋1.00）/（0.8×10.00×107×2.800）＋1/（1×200000.000）] ＝ 137444.7 kN/m ρHH＝0.0878×10-4/[2.8242×10-4×0.0878×10-4－（0.4274×10-4）2] ＝ 13439.4 kN/m

ρMH＝0.4274×10-4/[2.8242×10-4×0.0878×10-4－（0.4274×10-4）2]

＝ 65413.1 kN·m

-4

-4

-4

-4

2

-4

ρMM＝2.8242×10/[2.8242×10×0.0878×10－（0.4274×10）] ＝ 432274.5 kN·m γcc ＝ 2×137444.7 ＝ 274889.4 kN/m γaa ＝ 2×13439.4 ＝ 26878.7 kN/m

γaβ ＝ －2×65413.1 ＝ -130826.1 kN

γββ ＝ 2×432274.5＋137444.7×8.82 ＝ 2076811.1 kN·m 经联立解得：Qq = 0.00 kN；Mq = 0.00 kN·m

QLo = 0.00 kN；MLo = 0.00 kN·m

c ＝ 2650.00 / 274889.4 ＝ 0.0096 m

α2＝[2076811.1×（74.00－2×0.00）－（-130826.1）×（106.00－2×0.00）]/[26878.7

2

×2076811.1－（-130826.1）] ＝ 0.0043 m β＝[26878.7×（106.00－2×0.00）－（-130826.1）×（74.00－2×0.00）]/[26878.7×2076811.1－（-130826.1）2] z（m） 0.209 0.626 1.044 1.461 1.879 2.296 2.714 3.131 3.549 3.966 4.593 5.010 5.428 5.845 6.263 7.306 8.350

α×z 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.5 4.0 A3 -0.00017 -0.0045 -0.02083 -0.05716 -0.12144 -0.22152 -0.36496 -0.5587 -0.82848 -1.11796 -1.69334 -2.14117 -2.62126 -3.10341 -3.54058 -3.91921 -1.61428 B3 -0.00001 -0.00067 -0.00521 -0.02001 -0.05466 -0.12192 -0.2376 -0.42039 -0.69144 -1.07357 -1.90567 -2.66329 -3.59987 -4.71748 -5.99979 -9.54367 -11.73066 C3 1.0 0.99994 0.99922 0.9958 0.98524 0.95975 0.90727 0.81054 0.64637 0.38503 -0.27087 -0.94885 -1.87734 -3.10791 -4.68788 -10.3404 -17.9186 D3 0.1 0.3 0.49991 0.69935 0.89705 1.09016 1.2732 1.4368 1.56621 1.63969 1.57538 1.35201 0.91679 0.19729 -0.89126 -5.85402 -15.0755 Mz（kN·m） 86.45 100.70 112.12 119.66 122.89 121.84 116.93 108.77 91.84 85.94 66.29 53.36 41.21 30.29 20.89 4.99 0.01

＝ 0.0003 rad

Ni ＝ （0.0096+0.0003×4.2）×137444.7 ＝ 1418.44 kN Qi ＝ 0.0043×13439.4－0.0003×65413.1＋0.00 ＝ 37.00 kN Mi ＝ 0.0003×432274.5－0.0043×65413.1＋0.00 ＝ -143.22 kN Mo ＝ 78.78 kN·m； Ho ＝ 37.00 kN

χo ＝ 37.00×0.0000×10＋78.78×0.0000×10 ＝ 0.0013 m

φo ＝ －（37.00×0.0000×10-4＋78.78×0.0000×10-4） ＝-4.995×10-4 rad

-4

-4

3．地面或冲刷线以下桩各截面弯矩计算： 根据各截面α×z的值，查规范表P.0.8得各参数后弯矩计算结果如下：

由上表计算结果可知，桩的最大弯矩值为Mzmax＝122.89kN·m，发生在地面以下

z＝1.879m处 当hm＝2（d＋1）＝4.00m深度内有两层土时，桩身实际弯矩应按下式修正：

Mmax＝ξ×Mzmax （规范式9.0.3-1） 式中ξ -- 最大弯矩修正系数 按规范式9.0.3-2算得：ξ ＝ 1.066

Mmax ＝ 1.066×0.00 ＝ 0.00kN·m 4．地面或冲刷线以下桩各截面剪力计算：

z（m） 0.209 0.626 1.044 1.461 1.879 2.296 2.714 3.131 3.549 3.966 4.593 5.010 5.428 5.845 6.263 7.306 8.350 根据各截面α×z的值，查规范表P.0.8得各参数后剪力计算结果如下： α×z 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.5 4.0 A4 -0.00017 -0.0045 -0.02083 -0.05716 -0.12144 -0.22152 -0.36496 -0.5587 -0.82848 -1.11796 -1.69334 -2.14117 -2.62126 -3.10341 -3.54058 -3.91921 -1.61428 B4 -0.00001 -0.00067 -0.00521 -0.02001 -0.05466 -0.12192 -0.2376 -0.42039 -0.69144 -1.07357 -1.90567 -2.66329 -3.59987 -4.71748 -5.99979 -9.54367 -11.73066 C4 1.0 0.99994 0.99922 0.9958 0.98524 0.95975 0.90727 0.81054 0.64637 0.38503 -0.27087 -0.94885 -1.87734 -3.10791 -4.68788 -10.3404 -17.9186 D4 0.1 0.3 0.49991 0.69935 0.89705 1.09016 1.2732 1.4368 1.56621 1.63969 1.57538 1.35201 0.91679 0.19729 -0.89126 -5.85402 -15.0755 Qz（kN·m） 36.20 31.28 22.99 12.97 2.52 -7.35 -15.84 -22.79 -27.68 -30.58 -31.51 -30.22 -27.75 -24.42 -20.53 -9.91 -0.02

由上表计算结果可知，桩的最大弯矩值为Qmax＝36.20kN·m，发生在地面以下z

＝0.209m处 桩轴向压力为柱顶压力Ni与桩自重之和：

N＝1418.44＋1.05×25×0.785×10.00＝1624.60 kN

四、配筋计算：

桩为圆形截面柱，按周围均匀布筋的偏心受压构件计算。 桩柱承受荷载为： M ＝ 131.03 kN·m；N ＝ 1624.60 kN；Q ＝ 36.20 kN；

依据《建筑桩基技术规范》表5.8.4-1算得桩计算长度Lc： Lc ＝ 0.7×（6.00＋4/0.479） ＝ 10.05 m 1．正截面计算公式：

KN≤αfcA（1－sin2πα/2πα）＋（α－αt）fyAs （砼规式6.3.7-1）

KNηeo≤2/3fcArsin3πα/π＋fyAsrs（sinπα＋sinπαt）/π （砼规式6.3.7-2） αt＝1.25－2α （砼规式6.3.7-3）

式中K -- 强度安全系数，取K ＝ 1.35 A -- 圆形截面面积 As -- 全部纵向钢筋的截面面积

r -- 圆形截面的半径

rs -- 纵向钢筋合力点所在圆圈的半径

η -- 偏心距增大系数，按第6.3.9条确定

α -- 对应于受压区面积的圆心角（rad）与2π的比值

αt -- 受拉钢筋面积与全部纵筋的比值，当α>0.625时，取αt＝0.0

2．正截面配筋计算结果：

r ＝ 500 mm； rs ＝ 470 mm； A ＝ 785398 mm

轴向力偏心距eo ＝ M/N×1000 ＝ 131.03/1624.60×1000 ＝ 80.7 mm

22

fy ＝ 300.00 N/mm； fc ＝ 11.90 N/mm

将这些参数带入上述三式，进行迭代计算后算得： α ＝ 0.339； As ＝ -4011.6 mm 由于As/A ＝ -4012/785398 ＝ -0.51% < ρ

2

min

2

＝ 0.40%

2

取As ＝ ρmin×As ＝ 0.40%×785398 ＝ 3142 mm

2

钢筋实配面积As ＝ 3421mm （9D22）

桩按b＝1.76r＝880mm，ho＝1.6r＝800mm的矩形截面偏压构件进行抗剪计算

KV≤Vc＋Vsv ＋Vsb＋0.07N （砼规式6.5.9）

式中N -- 与剪力V相应的轴力设计值，当N>0.3fcA时，取N＝0.3fcA 箍筋计算面积Asv/Sv＝0.000mm，实配Asv/Sv＝0.503mm(d8@200)

3．斜截面抗剪计算：

8、排架结构计算

命令：PJJGJS

[菜单位置]：计算-->混凝土结构计算-->排架结构计算

[命令功能]：进行了一些完善，增加了抗震计算，地基土承载力可以程序自动进行修正。具体计算过程详见计算书。

点击命令，弹出如图5-4-10所示对话框：

图5-4-10排架结构计算

排架结构计算书

项目名称_____________日 期_____________ 设 计 者_____________校 对 者_____________

一、示意图：

二、基本设计资料

1．依据规范及参考书目：

《建筑结构荷载规范》（GB 50009－2001） 《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203－97）

《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)，以下简称《规范》 《水工钢筋混凝土结构学》(中国水利水电出版社) 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002），以下简称基础规范

2．层高参数： 层高参数从柱顶到柱底依次排列：

层高-横梁轴线间垂直距离，单位m；梁高-横梁高度，单位m；；梁宽-横梁宽度，单位m

左P-左节点附加水平荷载标准值，向右为正，单位kN；左G-左节点附加垂直荷载标准值，向下为正，单位kN

右P-右节点附加水平荷载标准值，向右为正，单位kN；右G-左节点附加垂直荷载

标准值，向下为正，单位kN 层高 1.75 2.00 2.00

梁高(m) 0.40 0.40 0.30 梁宽(m) 0.30 0.30 0.30 左P 0.00 0.00 0.00 左G 0.00 0.00 0.00 右P 0.00 0.00 0.00 右G 0.00 0.00 0.00

3．结构尺寸：

立柱横槽向高度H1 = 0.50 m 立柱纵向（顺槽向）宽度B1 = 0.70 m 两立柱横槽向中心距L = 2.00 m 横梁贴角尺寸d = 0.00 m 柱顶外挑长度a = 0.30 m 柱顶外挑直高b = 0.30 m 柱顶外挑斜高c = 0.30 m 扩展基础尺寸：

一阶横向长度B2 = 0.60 m

一阶纵向长度A2 = 0.600 m

二阶横向长度B3 = 0.00 m 二阶纵向长度A3 = 0.000 m 一阶高度H2 = 0.50 m 二阶高度H3 = 0.500 m 地震设防烈度： 8度，动态分布系数αi = 3.00

排架支撑建筑物传到排架顶部的垂直荷载标准值Gk ＝ 125.000 kN 基本风压ωo ＝ 0.450 kN/m 柱顶风压高度变化系数μz ＝ 1.060 排架间距S = 39.00 m，支撑建筑物侧墙高度Hs ＝ 3.25 m 地基承载力特征值fak ＝ 500.0 kN/m2 地基土承载力修正系数ηb ＝ 0.30

2

2

4．荷载信息：

基础埋深Ht ＝ 1.200 m

地基土承载力修正系数ηd ＝ 1.60

基础以上土容重γm ＝ 1.60 kN/m

2

基础底面以下土容重γ ＝ 0.30 kN/m 5．荷载系数： 可变荷载的分项系数 γQ1K ＝ 1.20

永久荷载的分项系数γ安全系数K ＝ 1.00

G1K

＝ 1.05

6．材料信息： 混凝土强度等级： C25 横向受力钢筋种类： HRB335 扩展基础钢筋种类： HRB335

构造钢筋种类： HPB235

纵筋合力点至近边距离as = 0.025 m

三、计算说明

1．荷载组合

承载力极限状态计算时，荷载效应组合设计值按下式计算： S ＝ γG1K×SG1K ＋ γG2k×SG2K ＋ γQ1k×SQ1K ＋ γQ2k×SQ2K，即： S ＝ 1.05×SG1K ＋ 1.20×SG2K ＋ 1.20×SQ1K ＋ 1.10×SQ2K，即： 正常使用极限状态验算应按荷载效应的标准组合进行，并采用下列表达式：

Sk（Gk，Qk，fk，αk） ≤ c 2．横向计算

（1）视排架为两立柱固支的对称结构，用有限单元法计算各截面的弯矩及轴向力。

（2）立柱横向按偏心受压（或受拉）进行配筋、裂缝计算；纵向按轴心受压构件

进行校核。

（3）横梁按偏心受压进行配筋、裂缝计算。 3．扩展基础计算

（1）基础承载力验算按《建筑地基基础设计规范》中第5.2条有关规定进行。 （2）基础横向按承受梯形荷载的倒置双悬臂梁进行内力计算，按受弯构件分别对变阶处、柱中心位置，排架横向中心位置进行配筋计算。

（3）基础纵向（顺槽向）按承受均布荷载的悬臂梁进行内力计算，按受弯构件分

别对变阶处、柱中心位置进行配筋计算。

四、排架计算

1．水平荷载计算

风荷载标准值计算公式为： ωk ＝ βz×μz×μs×ωo

上式中：风震系数采用βz ＝ 1.0，风荷载形体系数采用μs ＝ 1.3 根据《建筑结构荷载规范》中表7.2.1查得μz ＝ 1.060

ωk ＝ 1.0×1.060×1.3×0.450 ＝ 0.620 kN/m2 作用在每个节点位置的风荷载水平力Pi ＝ Ai×ωk&

依据《水工建筑物抗震设计规范》式（4.5.9）计算各节点的水平向地震惯性力代表Fi ＝ αh × ξ × GEi × αi / g

上式中：水平向地震加速度代表值αh ＝ 0.2 × g ＝ 1.962 地震作用效应折减系数ξ ＝ 0.25

值：

动态分布系数αi ＝ 3.00 2．垂直荷载计算 排架所支撑建筑物传给每个柱顶轴向力GA ＝ Gk/2 ＝ 125.00/2 ＝ 62.50kN

每个节点还包含排架立柱和横梁自重。

作用于排架所支撑上部建筑物的侧向风压在柱顶迎风侧形成轴向拉力，

在柱顶背风侧形成轴向压力G风 ＝ S×Hs×h / L ωk&×3．节点荷载设计值 所有节点的节点荷载设计值如下表所示：

左G(kN) -4.66 20.74 20.15 右P(kN) 0.00 0.00 0.00 右G(kN) 167.47 20.74 20.15 左P(kN) 118.14 4.91 5.05

4．立柱外侧配筋计算 （1）、截面内力计算结果：

截面高h = 500 mm截面宽b = 700 mm，内力计算结果如下：

基本组合下：M = -147.335kN·m，N = -166.560 kN，Q = 64.389 kN 标准组合下：Mk = -128.490kN·m，Nk = -135.542 kN （2）、采用对称配筋，配筋计算结果： 钢筋计算面积As=1420mm2，实配As=1571mm2(2D20＋3D20) 箍筋计算面积Asv/s=1.219mm，实配Asv/s=1.257mm(5d8@200) （3）、裂缝计算结果：

抗裂验算不满足要求！

裂缝宽度ωmax = -0.211mm < 0.25mm，满足要求

5．立柱内侧配筋计算 （1）、截面内力计算结果：

截面高h = 500 mm截面宽b = 700 mm，内力计算结果如下：

基本组合下：M = -18.557kN·m，N = -166.560 kN，Q = 64.389 kN 标准组合下：Mk = -15.930kN·m，Nk = -135.542 kN （2）、采用对称配筋，配筋计算结果：

22

钢筋计算面积As=1420mm，实配As=1571mm(2D20＋3D20) （3）、裂缝计算结果：

抗裂验算不满足要求！

裂缝宽度ωmax = -0.059mm < 0.25mm，满足要求

立柱纵向按轴心受压构件验算满足要求！ 6．顶梁下侧配筋计算

（1）、截面内力计算结果：

截面高h = 400 mm截面宽b = 300 mm，内力计算结果如下： 基本组合下：M = 70.431kN·m，N = 57.816 kN，Q = -69.974 kN 标准组合下：Mk = 61.137kN·m，Nk = 50.080 kN （2）、按偏心受压构件配筋，配筋计算结果：

钢筋计算面积As=589mm2，实配As=628mm2(2D20)

箍筋计算面积Asv/s=0.000mm，实配Asv/s=0.503mm(2d8@200)

（3）、裂缝计算结果： 抗裂验算不满足要求！ 裂缝宽度ωmax = 0.218mm < 0.25mm，满足要求

7．顶梁上侧配筋计算 （1）、截面内力计算结果：

截面高h = 400 mm截面宽b = 300 mm，内力计算结果如下： 基本组合下：M = -69.517kN·m，N = 57.816 kN，Q = -69.974 kN 标准组合下：Mk = -60.348kN·m，Nk = 50.080 kN （2）、配筋计算结果： 钢筋计算面积As=589mm2，实配As=628mm2(2D20) （3）、裂缝计算结果：

抗裂验算不满足要求！ 裂缝宽度ωmax = -0.215mm < 0.25mm，满足要求 8．中间梁下侧配筋计算

（1）、截面内力计算结果：

截面高h = 300 mm截面宽b = 300 mm，内力计算结果如下： 基本组合下：M = 42.726kN·m，N = 1.206 kN，Q = -42.738 kN 标准组合下：Mk = 37.211kN·m，Nk = 1.273 kN （2）、按偏心受压构件配筋，配筋计算结果： 钢筋计算面积As=568mm2，实配As=628mm2(2D20)

箍筋计算面积Asv/s=0.000mm，实配Asv/s=0.503mm(2d8@200) （3）、裂缝计算结果： 抗裂验算不满足要求！

裂缝宽度ωmax = 0.203mm < 0.25mm，满足要求 9．中间梁上侧配筋计算

（1）、截面内力计算结果：

截面高h = 300 mm截面宽b = 300 mm，内力计算结果如下： 基本组合下：M = -42.750kN·m，N = 1.206 kN，Q = -42.738 kN

标准组合下：Mk = -37.231kN·m，Nk = 1.273 kN （2）、配筋计算结果： 钢筋计算面积As=568mm2，实配As=628mm2(2D20) （3）、裂缝计算结果： 抗裂验算不满足要求！

裂缝宽度ωmax = -0.203mm < 0.25mm，满足要求

五、扩展基础计算

1．基础荷载计算

基础截面参数如下：

基底长度L = 3.7 m，基底宽度B = 1.9 m，基础高度h = 1.0 m 底面积S = 7.03 m，轴力至基础边缘距c = 0.85 m 基础底面截面抵抗矩Wx = 2.23 m，Wy = 4.34 m 左侧立柱作用在基础上的荷载设计值如下：

M1 = 147.335kN·m，N1 = -166.560 kN，Q1 = 64.389 kN 右侧立柱作用在基础上的荷载设计值如下：

M2 = 146.778kN·m，N2 = 415.801 kN，Q2 = 63.700 kN 距基础底边左侧边缘距离为χ处弯矩Mx计算公式为： 当χ < c时：

Mx = -q×B×χ/2+σmin×B×χ/2+（σ当c ≤ χ < L-c时：

22

2

max-σmin）×B×χ

3

3

3

2

/6/L

Mx = -q×B×χ/2+M1+Q1h-N1×（χ-c） +σmin×B×χ2/2+（σmax-σmin）×B×χ3/6/L 当χ ≥ L-c时：

Mx = -q×B×χ2/2+M1+Q1h+M2+Q2h-N1×（χ-c）

-N2×（χ-L+c）+σmin×B×χ2/2+（σmax-σmin）×B×χ3/6/L 依照《建筑地基基础设计规范》式5.2.4：

fa = fak+ηb×γ×(b-3)+ηd×γm×(d-0.5) fa = 500.00+0.30×19.00×(3.7-3)+1.60×22.00×(1.2-0.5) = 528.63 kN/m2

2．轴心荷载作用下地基承载力验算 计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）

σk = (Fk＋Gk)/A Fk = F/Ks = 249.24/1.30 = 191.72 kN

(5.2.2－1)

Gk = 20×S×d = 20×7.03×1.20 = 168.72 kN

σk = (Fk＋Gk)/S = (191.72＋168.72)/7.03 = 51.27 kPa σk = 51.27 kPa ≤ fa = 528.63 kPa

轴心荷载作用下地基承载力验算满足要求。 3．偏心荷载作用下地基承载力验算

X方向受弯。 计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）

当e≤b/6时，σkmax = (Fk＋Gk)/A＋Mk/W σkmin = (Fk＋Gk)/A-Mk/W 当e＞b/6时，σkmax = 2(Fk＋Gk)/3la

(5.2.2－2) (5.2.2－3) (5.2.2－4)

偏心距exk = M0yk/(Fk＋Gk) = 772.74/(191.72＋168.72) = 2.14 m

e = exk = 2.14 m > (B1＋B2)/2 = 3.70/2 = 1.85 m 偏心距太大，超出验算范围,偏心荷载作用下地基承载力验算不满足要求！ 4．基础抗冲切验算 计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）

Fl ≤ 0.7·βhp·ft·am·h0 am = (at＋ab)/2

(8.2.7－1) (8.2.7－2)

Fl = σj×Al (8.2.7－3)

σjmax,x=2F/[3(A1＋A2)(B1－ex)]=2×249.24/[3×1.90×(1.85－2.14)]=-297.60kPa σjmin,x = 0.0 kPa

σjmax,y = F/S＋M0x/Wx = 249.24/7.03＋0.00/2.23 = 35.45 kPa

σjmin,y = F/S-M0x/Wx = 249.24/7.03-0.00/2.23 = 35.45 kPa

σj = σjmax,x＋σjmax,y－F/S = -297.60＋35.45－249.24/7.03 = -297.60 kPa (1)柱对基础的冲切验算：

Ho = H1＋H2－as = 0.50＋0.50－0.025 = 0.975 m X方向：

因B1+B2 > 2×Ho+B，A1+A2-A < B1+B2-B，且A1+A2 < A+2×Ho，则： Alx = (A1+A2)×[(B1+B2)/2-B/2-Ho] =(0.950+0.950)×[(1.850+1.850)/2-0.700/2-0.975]

= 0.997 m

2

Flx = σj×Alx = -297.60×1.00 = -296.86 kN

ab = min{A＋2Ho, A1＋A2} = min{2.50＋2×0.97, 1.90} = 1.90 m amx = (at＋ab)/2 = (A＋ab)/2 = (2.50＋1.90)/2 = 2.20 m Flx = -296.86 kN ≤ 0.7·βhp·ft·amx·Ho = 0.7×0.98×1270.00×2.20×0.97 = 1875.12kN X方向柱对基础的冲切验算满足要求。 Y方向：

(A3-A)/2 ≤ H2，Y方向不需要验算抗冲切。 (2)变阶处基础的冲切验算：

Ho = H1－as = 0.50－0.025 = 0.475 m

X方向：

(B1+B2-B3)/2 ≤ H1，X方向不需要验算抗冲切。 Y方向：

(A1+A2-A3)/2 ≤ H1，Y方向不需要验算抗冲切。

5．柱下局部受压验算 计算公式：《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）

Fl ≤ 1.35·βc·βl·fc·Aln

(7.8.1-1)

局部荷载设计值：Fl = 249.24 kN

混凝土局部受压面积：Aln = B×A = 0.50×0.70 = 0.35 m2

混凝土受压时计算底面积：Ab=min{3B, B1＋B2}×min{A＋2B, A1＋A2} = 2.55 m 混凝土受压时强度提高系数：βl = (Ab/Aln)0.5 = (2.55/0.35)0.5 = 2.70 Fl = 249.24 kN ≤ 1.35·βc·βl·fc·Aln

= 1.35×1.00×2.70×11900.00×0.35 = 15176.96 kN 基础受压验算满足要求。

2

6．基础横向配筋计算

（1）、底板下侧内力计算结果：

截面高h = 1000 mm，截面宽b = 1000 mm，弯矩M = 49.760 kN·m （2）、底板下侧配筋计算结果： 钢筋计算面积As=1463mm2，实配As=1414mm2(D12@80) （3）、底板上侧内力计算结果：

截面高h = 1000 mm，截面宽b = 1000 mm，弯矩M = -1729.659 kN·m （4）、底板上侧配筋计算结果：

22

钢筋计算面积As=6451mm，实配As=6362mm(D18@40) （1）、底板下侧内力计算结果：

截面高h = 1000 mm，截面宽b = 1000 mm，弯矩M = -838.049 kN·m （2）、底板下侧配筋计算结果： 钢筋计算面积As=2980mm2，实配As=3079mm2(D14@50)

6．基础纵向配筋计算

9、其他

渠道模块在这个版本支持带跌水的高程控制，具体情况参见教学视频。

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???????????本次升级结束?????????? 最新升级时间：2010.09.28 最新版本：V5.4

无压隧洞衬砌计算正在审核过程中，这次只增加有压隧洞衬砌计算，待审核通过，将尽快给大家升级。在最近几次升级中将陆续把水闸模块的弹性地基梁计算、闸墩计算、闸室稳定计算等内容增加进来，欢迎大家多提宝贵意见，非常感激。电话：13755084428，QQ461670230，email：hgm@yste.com

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a9qg.html