供水泵站计算书.docx
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供水泵站计算书.docx
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供水泵站计算书
一、项目区基本情况
××水库取水及输水工程土建工程服务对象为××公司生产线及配套的辅助生产设施、公用工程设施和生活福利与服务性设施。
××公司位于××经济技术开发区,与××水库直线距离约为。
根据××公司出具的书面证明,确定××水库取水及输水工程设计引水流量为m3/s。
项目区所在地属暖温带大陆性干旱气候,干旱炎热,蒸发强烈,多年平均降水量,多年平均蒸发量为2775mm,年平均气温为℃,绝对最高气温为40℃,决对最低温度为-℃,最大冻土深度为63cm。
项目区盛行东北风,年平均风速为3m/s,多年平均最大风速为21m/s。
二、工程设计
总体设计依据项目业主提供的资料进行,××水库取水及输水工程设计总流量为s(2×s),另有一台机组(1×s)备用,配套电机总装机功率为555KW(3×185KW),工程规模为Ⅳ等小
(1)型工程,主要建筑物等级为4级,次要及临时建筑物等级均为5级。
本项目主要工程有:
(1)、引水明渠约2100m,底宽2m,边坡为1:
3,其中30m为C20砼衬砌,边坡厚度为20cm,底板厚度为40cm,其余均为土渠;
(2)、进水池1座,混凝土结构,长,边墙扩散角为20度,首端宽,末端宽;
(3)、泵房一座,泵房分为三层,分为水泵层、结构层及操作层,均为钢筋混凝土结构,墙厚均为;
(4)、安装500S22单级双吸离心泵及配套电机3套,安装配电柜及启动箱3套,安装DN500、闸阀、伸缩接管及多功能控制阀;
(5)、钢制压力管道约28m,公称直径为900mm,壁厚为14mm,均采用螺旋焊接钢管,并在适当位置设C25混凝土镇墩;
(6)、夹砂玻璃钢管约2401m,压力等级为,公称直径为900mm,壁厚为,承插口接头,并在适当位置设C25混凝土镇墩。
三、实测资料
本项目各控制点高程:
××水库设计死水位为,设计水位为,水库坝顶高程为,管道末端出水池最高水位。
四、主要参考资料
(1)、《泵站设计规范GB/T50265-97》;
(2)、《灌溉与排水工程设计规范GB50288-99》;
(3)、《《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》;
五、计算水泵扬程
(一)、计算出水管沿程水头损失h沿C:
对玻璃钢管道,采用海曾-威廉公式计算管路沿程水头损失。
则:
h沿C=2410×(×)/(×)=;
(二)、计算出水管局部水头损失h局C:
h局C=×h沿C=×=0.56m;
(三)、计算水泵设计扬程H扬
H扬=H净+h损
其中:
H净-进水池最低水位与出水池最高水位差值,m;
则:
H扬=(-)++(+)=,根据业主单位调频、
调压要求,选双级单吸离心泵500S22,设计扬程为22m,允许汽蚀余量为,
配套电机功率为185KW。
六、计算水泵安装高程
(一)、计算水泵允许吸上真空高度H允真:
H允真=Pa/γ-Pv/γ-Δh允+V进2/2g
其中:
Pa/γ-装机地点实际大气压力,m;
Pv/γ-水的汽化压力,取0.33m;
Δh允-水泵允许汽蚀余量,500S22为;
则:
H允真=--(+)+2g=。
(二)、计算进水管沿程水头损失h沿J:
h沿=f×L×,计算得:
h沿=0.24m。
(四)计算进水管局部水头损失h局J:
h局=Σζi×Vi2/2g
进口部分各构件局部阻力系数如下:
a、喇叭型进水口1个,ζ1=;
b、90度弯管1个,ζ2=;
c、闸阀2个,ζ3=;
则:
h局=(++)×2g=。
(五)计算进水管总水头损失h进损:
h进损=h沿+h局=+=0.62m。
(六)计算水泵允许吸上高度H允吸:
H允吸=H允真-V进2/2g-h进损
则:
H允吸=-2g-=。
(七)计算水泵安装高程H泵安:
H泵安=H最低+H允吸
则:
H泵安=H最低+H允吸=+=。
(八)计算水泵安装层地板顶面高程H泵板:
H泵板=H泵安-h1―h2
其中:
h1-水泵叶轮中心线至水泵基础顶面高程,m,参照值取;
h2-水泵基础顶面至水泵安装层地板高度,对单级双吸泵,参照值取0.60m;
则:
H泵板=--=。
七、进水池设计
注:
D0-进水管喇叭口直径,m,一般取D0≥进=0.75m,本设计取D0=0.80m。
(一)、喇叭口悬空高P1=(~)×=~,实际取P1=;
(二)、喇叭口淹没深P2>(1~)×=~,实际取P2=;
(三)、喇叭口中心线至后墙距P3=(~1)×=~,实际取P3=;
(四)、喇叭口中心线至侧墙距P4=×=,实际取P4=;
(五)、喇叭口中心线至进水室进口距P5>4×=,实际取P5=;
(六)、单台水泵进水池池宽DJB=3D0=3×=,实际取JB=;
(五)、计算进水池池长JL:
JL=KQ/Bh
其中:
K—进水池秒换水系数,当Q=>s时K=15~20;
Q—泵站总装机流量,m3/s;
B—池宽3.60m;
H—进水池最小水深,H=P1+P2=2.00m;
则:
JL=(18×)/(×)=,实际取JL=。
(六)、进水池进口断面处流速Vj:
Vj=Q/S=(2×2)=0.28m/s。
八、泵房设计
(一)、泵房形式:
泵房为矩形,四周边墙厚均为,共分三层,泵房各层底板顶面高程自下而上依次为:
、、。
(1)计算泵房净长度L:
L=n×L1+(n-1)L2+2×L3
其中:
n—水泵台数,取3台;
L1—水泵基础宽度,m,取3.00m;
L2—水泵基础间距,m,取1.00m,
L3—机组与墙体应保持的距离,m,取1.00m;
则:
L=3×+(3-1)×+2×=,考虑到水泵的安装、主梁设置及人员上下需要,实际取L=。
(2)计算泵房净宽B:
考虑到安装闸阀及多功能水泵控制阀的需要,水泵进口距墙内侧取,水泵基础宽度取,水泵出口距墙内侧取,
则:
泵房净宽度B=++=,实际取。
(二)、验算泵房整体抗浮稳定(不计桩基础作用):
1、荷载计算
泵房自重Gk1=(××+(+)×2××+×××3+×××26)×25=KN;
设备自重Gk2=×+(+)××3=;
地下水浮力Fk=γ水V=×(×)×=;
2、计算整体抗浮系数:
抗浮系数Kf=(Gk1+Gk2)/Fk=(+)/=≥~,因此泵房满足整体抗浮稳定要求。
(三)、验算泵房整体抗滑稳定(不计桩基础作用):
1、荷载计算
水下土压力Pk=Kγ土’Htg2(45°-30°/2)=×12××tg2(45°-28°/2)=m2;
填土推力P=L×Pk×H/2=××2=;
2、计算最不利情况下整体稳定抗滑系数:
抗滑系数Ka=f×(Gk1+Gk2-/Fk)/P=×(+-)/=≥,因此泵房满足整体抗滑稳定要求。
(四)、泵房基础结构设计:
1、桩基础计算:
布置群桩如下图(钻孔灌注桩,桩径均为Φ800),并在群桩顶部设框架梁,梁高及梁宽均为800mm。
(2)、计算各桩承受的荷载
公式:
其中:
Pi-第i根桩承担的竖向荷载,KN;
ΣG-底板以上全部竖向荷载,KN;
N-桩数;
ΣMx-底板底面以上全部荷载对桩群重心轴x的力矩,KN-m;
yi-第i根桩距桩群重心轴x的距离,m;
因为:
群桩为对称结构,因此ΣMx=0,
所以:
P=ΣG/N=(Gk1+Gk2)/N=(++(×3+×2×5)×××25))/15=;
(3)、计算单桩桩长
Nd=(Up×Σfi×Li+fp×Ap)/K
其中:
Nd-单桩竖向允许承载力,KN;
Up-桩身截面周长,m;
fi-桩周第i层土的极限摩阻力,Kpa;
Li-第i层土的厚度,m;
fp-桩端处的极限端承力,Kpa;
Ap-桩端横截面面积,m2;
K-安全系数,一般取K=;
××水库附近地基基本为中粗砂,因缺乏桩周土的极限摩阻力及桩端处的极限端承力试验值,估计桩长15m左右,假设地基全部为粉砂时(4~15m),参考《取水输水建筑物丛书-水闸》,取fi为45Kpa,取fp为900Kpa,
则:
Li=(K×Nd-fp×Ap)/(Up×Σfi)=(2×-900×××)/(××45)=;
实际取Li=,满足竖直承载力要求。
另外按构造配置Ⅱ级钢筋8φ18(As=2036mm2),配筋率为%,满足灌注桩最小配筋率(%~%)要求。
此外沿桩长度方向配置φ8@200环形箍筋。
(4)、桩身强度验算:
Nd≤Ap×fc×Φc
其中:
fc-桩身混凝土抗压设计值,对C20砼取fc=10Mpa;
Φc-工作条件系数,取~;
则:
Ap×fc×Φc=××8002×10×1000=>Nd=,因此桩身强度满足设计要求。
2、桩基础顶端框架梁计算:
在群桩之间设置框架梁,梁宽bL=800mm,梁高hL=800mm,并假设泵房所有荷载均作用与框架梁上。
则:
梁上作用均布荷载qB=(Gk1+Gk2)/(Sz)=(+)/((×3+×2×5))=m;
(1)、沿框架梁基础短方向,可将联系梁看作两跨连续梁,计算简图如下:
查内力计算表得:
支座剪力V2=;跨中弯矩M12=KN-m;支座弯矩M2=-;
(2)、在框架梁基础长方向,可将联系梁看作四跨连续梁,计算简图如下:
查连续梁内力计算表得:
支座剪力V7=-V5=;跨中弯矩M45=M78=;支座弯矩M5=M7=-;
(3)、框架梁基础短方向结构设计:
(a)、配筋计算:
γdM=γdγ0φ0Mk=×1×1×=;
αs=γdM/(fcbf’hC02)=(×106)/(10×800×7302)=;
ξ=1-(1-2αs)=1-(1-2×)=<ξb=;
As=fcξbf’hC0/fy=10××800×755/310=2215mm2,选用Ⅱ级钢筋7φ20(As=2199mm2),框架梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
(b)、次梁斜截面剪力Vcs复核:
Vc==×10×800×755/1000=;
梁承受的最大剪力为γdV=×=;
则:
Vc<γdV,T形梁应由计算确定腹筋。
沿梁全长布置配四肢箍筋φ8@200,满足s≤250mm要求,
所以:
Vsv=s=×210×755×2×2×200=;
则:
Vcs=Vc+Vsv=+=>γdV=;
同时:
箍筋配筋率ρsv=Asv/bs=2×2×(800×200)=%≥ρmin=%,因此箍筋满足抗剪及最小配筋率要求。
(c)、构件截面尺寸下限复核:
hw/b=755/800=≤,则:
()=(×10×800×755)=1510KN;
梁承受的最大剪力为γdV=×=;即:
梁承受的最大剪力为γdV≤(),因此构件截面尺寸下限满足斜截面承载力要求。
(d)、其他:
另外在梁底端配7φ20钢筋筋,在梁高一半处设4φ20腰筋。
(4)、框架梁基础长方向结构设计:
计算过程同(3),选用Ⅱ级钢筋7φ16(As=1407mm2),框架梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求,另外在梁底端配7φ16钢筋筋,在梁高一半处设4φ16腰筋。
(五)、泵房边墙结构设计:
泵房边墙尺寸:
净长,净宽,墙厚均为,总长,总宽,总高度为。
计算时将泵房结构简化为矩形无盖水池,总长,总宽,墙厚均为,计算长度为,计算宽度为,边墙计算高度为,作用荷载:
水荷载作用高度为,水下土荷载作用高度为,计算简图如下:
(a)、计算边墙承受的荷载q墙:
计算边墙承受的水压力qqs:
qs=×(-)×=m;
泵房底板均布荷载qq=G/(Bz×Lz)=(×)=m2;
计算边墙承受的水下土压力荷载qqt:
qt=K×γ土’×Ht×tg2(45°-28°/2)=×12××tg2(45°-28°/2)=m;
则:
q墙=qs+qt=+=,由于边墙承受的荷载为三角形分布,为简化计算,计算时认为q墙沿全墙高度(墙高为)呈三角形分布。
(b)、查表计算边墙节点弯距:
对甲类板:
长L1=,高H=,则:
K甲=H/L1==,
查《给排水工程结构设计手册》板三边固定、一边自由板计算表,对甲类板,有:
M甲支X=-×q墙×H2=-KN-m;M甲支Y=-×q墙×H2=-KN-m;M甲中X=×q墙×H2=KN-m;M甲中Y=×q墙×H2=KN-m;
对乙类板:
长L2=,高H=,则:
K甲=H/L1==,
对乙类板,同理有:
M乙支X=-×q墙×H2=-KN-m;M乙支Y=-×q墙×H2=-KN-m;M乙中X=×q墙×H2=KN-m;M乙中Y=×q墙×H2=KN-m;
(c)、计算边墙水平向节点不平衡弯距:
MA=M甲支X-M乙支X=--(-)=-KN-m;
(d)、计算节点线刚度分配系数:
RAB=(1/)/((1/)+(1/))=;
RAD=(1/)/((1/)+(1/))=;
(e)、计算节点实际弯距:
MABX=M甲支X-MAB×RAB=--(-)×=-KN-m;
MADX=-M乙支X-MAB×RAD=-(-)×=KN-m;
(f)、计算板所受的轴力:
NAB=NAD=×q墙×H=××=KN;
NAD=NAB=×q墙×H=××=KN;
(g)、板水平向(X向)结构计算:
(1)、计算偏心距e0:
e0=
M/N=
1094
mm
(2)、计算参数ξ1、ξ2:
ξ1=
(γdNdx)
其中:
fc-
混凝土抗压强度,Mpa,本设计取10MPa;
γd-
钢筋混凝土结构系数,本设计取;
Ndx
构件轴力,KN;
则:
ξ1=
>1;
取ξ1=
ξ2=
-0.01L0/h
其中:
L0-
构件计算长度,m;两端固接时为倍杆件长度;
h-
截面高度,m;
则:
ξ2=
(3)、计算偏心距增大系数η:
η=
1+(1/(1400×e0/h))(L0/h)2ξ1ξ2=
ηe0=
=
mm
则:
<ηe0,底板属于大偏心受压。
(4)、配筋计算:
e=
ηe0+h/2-as=
1350
mm
当采用Ⅱ级钢筋时,ξb=
则:
αb=
ξb(1-*ξb)=
As'=
(γd*N*e-fcαbh02)/fy’(h0-as’)=
-3358
<0
所以As'按最小配筋率计算。
取墙的最小配筋率%,
则:
As’=
%×1000×355=
710
mm2
实际取As’=
1884
mm2
选6φ20
αs=
(γd*N*e-fy’As’(h0-as’))/fcbh02=
则:
ξ=
1-(1-2αs)=
<
Ⅱ级钢筋ξb=
混凝土受压区计算高度x=
ξh0=
<2as=
80
则:
x=
2as=
80
mm
e'=
ηe0-h/2+as’=
980
mm
所以:
γd*N*e’/fy(h0-as’)=
1730
mm2
实际取As=
1884
mm2
选6φ20
(h)、板垂直向(Y向)结构计算:
垂直向节点弯距不调整。
垂直向板受到的轴力NY=(25×((+×2×+×××17+×××2-××2×-×2×2×))/((+)×2)=m;
计算过程同(g),计算得:
As’=710mm2,As=3163mm2,考虑到进行结构计算时荷载作用高度大于实际高度,因此,选用钢筋6φ25(As’=As=2945mm2),钢筋截面面积减少约%,板(墙)配筋率为%,满足墙最小配筋率(%)要求。
(六)、泵房底板结构设计:
泵房底板尺寸:
总长,总宽,板厚为。
(1)、计算泵房底板均布荷载qB:
泵房底板以上全部结构重量及活荷载G=((+)×2××+×××3+×××26)×25=;
泵房底板均布荷载qB=G/(Bz×Lz)=(×)=m2;
(2)、底板结构计算:
由于底板四周均嵌固与框架梁上,因此可将底板看做四边固定板,因此可以按多跨连续梁进行计算。
每块板的计算长度LD=,计算宽度BD=,。
则:
LD/BD==,查《给排水工程结构设计手册》双向板荷载系数表,有:
qBX=×qB=KN/m2;qBY=(1-)×qB=m2;
(3)、沿底板短方向,可将底板看作四跨连续梁,计算简图如下:
查内力计算表得:
支座剪力V7=-V5=;跨中弯矩M45=M78=;支座弯矩M5=M7=-;
(c)、沿底板短方向结构设计:
γdM=γdγ0φ0Mk=×1×1×=;
αs=γdM/(fcbf’hC02)=(×106)/(10×1000×5552)=;
ξ=1-(1-2αs)=1-(1-2×)=<ξb=;
As=fcξbf’hC0/fy=10××1000×555/310=540mm2,选用Ⅱ级钢筋6φ14(As=924mm2),梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
(d)、构件截面尺寸下限复核:
hw/b=555/1000=≤,则:
()=(×10×1000×555)=1388KN;
梁承受的最大剪力为γdV=×=;即:
梁承受的最大剪力为γdV≤(),因此构件截面尺寸下限满足斜截面承载力要求。
(4)、沿底板长方向结构设计:
沿底板长方向,可将底板看作两跨连续梁,计算简图如下:
查内力计算表得:
支座剪力V2=;跨中弯矩M12=KN-m;支座弯矩M2=-;
结构计算过程同(3),计算得:
As=368mm2,选用Ⅱ级钢筋6φ14(As=924mm2),梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
(5)、受传递荷载影响的底板结构计算:
底板承受边墙(板)传来的支座弯距为:
沿底板长度方向:
M长=-KN-m;沿底板宽度方向:
M宽=-KN-m;
结构计算过程同(3)。
则:
沿底板长度方向,计算得:
As=1659mm2,选用Ⅱ级钢筋6φ20(As=1884mm2),梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
沿底板宽度方向,计算得:
As=2402mm2,考虑到进行结构计算时荷载作用高度大于实际高度,因此,选用Ⅱ级钢筋6φ22(As=2281mm2),钢筋截面面积减少约%,梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
九、操作层底板结构计算
操作层底板为梁、板结构,主梁高700mm,梁宽b=300mm,板厚,吊物孔两侧加设次梁。
计算简图如下:
(一)、操作层底板吊物附近孔两侧次梁计算
(1)、计算梁的计算跨度:
简支梁计算跨度取其中的较小值:
L0=Ln+a;L0=*Ln;
其中:
L0-板或梁的净跨度;
a-板或梁的支承长度;
h-板厚。
则:
LC0=LnC+a=+=;LC0==×=1.89m;
LZ0=LnZ+a=+=9.250m;LZ0==×=9.240m;
即:
吊物孔两侧次梁计算跨度LC0=;吊物孔两侧主梁计算跨度LZ0=;
(2)、吊物孔两侧次梁结构计算:
吊物孔两侧次梁按矩形截面计算,截面尺寸为:
梁宽b=200mm,梁高h=400mm,梁计算跨度取。
估计受拉钢筋为单排,取a=45mm,则hC0=h-a=400-45=355mm;
(3)、计算次梁荷载:
均布荷载按DL5077-97生产副厂房中央控制室荷载5KN/m2并考虑折减。
q=(梁的自重荷载(×××25×)+均布荷载(×××)×))/=m;
次梁承受一个集中荷载(吊物重量)设计值P=2吨力×动力系数K=(2×)×=;
(4)、两端固接矩形次梁结构设计:
次梁最大端弯矩γdM=-γdγ0φ0(PLC0/8+QLC02/12)=-×1×1×(×8+×12)=-;
αs=γdM/(fcbf’hC02)=(-×106)/(10×200×3552)=;
ξ=1-(1-2αs)=1-(1-2×)=<ξb=;
As=fcξbf’hC0/fy=10××200×355/210=106mm2,选用钢筋2φ14(As=308mm2),次梁配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
(5)、次梁斜截面剪力Vcs复核:
Vc==×10×200×355/1000=;
梁承受的最大剪力为γdV=×(×+)/2=;
则:
Vc>γdV,次梁截面满足抗剪要求,仅按构造配置箍筋。
沿梁全长布置配箍筋φ8@200,满足s≤300mm要求,
同时:
箍筋配筋率ρsv=Asv/bs=2×(300×200)=%≥ρmin=%,因此箍筋满足最小配筋率要求。
(6)、构件截面尺寸下限复核:
hw/b=355/200=≤,则:
()=(×10×200×355)=;
梁承受的最大剪力为γdV=×(×+)/2=;即:
梁承受的最大剪力为γdV≤(),因此构件截面尺寸下限满足斜截面承载力要求。
(7)、其他:
另外在梁底端配2φ12架立筋。
(8)、挠度验算:
由于次梁跨度较小,挠度验算略。
(二)、操作层底板吊物附近孔两侧主梁(主梁A)计算
吊物孔两侧主梁板条计算宽度取,主梁按两端固接梁计算,计算跨度LZ0=。
最不利荷载作用下的计算简图如下:
(1)、板条荷载:
均布荷载按DL5077-97生产副厂房中央控制室荷载5KN/m2并考虑折减。
qa=【梁和板的自重荷载(××+××)×25×+均布荷载(×××)×)】/=m;
主梁承受由次梁传递的一个集中荷载Q1=×(×+)/2=;
(2)、判别主梁T形梁翼缘宽bc’:
截面尺寸:
翼缘厚hf’=200m,b=300mm,h=700mm,梁计算跨度LZ0=9240mm。
估计受拉钢筋为双排,取a=70mm,则hZ0=h-a=700-70=630mm;
则:
hf’/hZ0=200/630=≥;LZ0/3=9240/3=3080mm;b+sn=300+1800=2100mm;所以:
取翼缘计算宽度bf’=2100mm。
(3)、判别T形梁中和轴位置:
集中荷载Q1产生的跨中最大正弯距为MQ1+=2Q1×a2b2/LZ03=2×××=;
集中荷载Q1产生的支座(左侧)最大负弯距为MQ1-=-Q1×a2b/LZ02=-××=-;
均布荷载qa产生的跨中最大正弯距为Mq1+=qa×1LZ02/24=×24=;
均布荷载qa产生的支座最大负弯距为Mq1-=-qa×LZ02/12=-×12=-;
则:
γdMmax+=γdγ0φ0(MQ1++Mqa+)=×1×1×(+)=;
γdMmax-=γdγ0φ0(MQ1-+Mqa-)=-×1×1×(+)=-;
fcbf’hf’(hZ0-hf’/2)=10×2100×200×(630-200/2)=2226KN-m;
则:
γdMmax≤fcbf’hf’(hZ0-hf’/2),属于T形梁第一种情况,按矩形截面计算。
(4)、T形简支梁结构设计:
截面尺寸:
翼缘宽bf’=2100mm,翼缘厚hf’=200m,b=300mm,h=700mm,hZ0=630mm;梁计算跨度LZ0=9200mm。
对跨中正弯距:
αs=γdMmax+/(fcbf’hZ02);ξ=1-(1-2αs);As=fcξbf’hZ0/fy,计算得:
As=674mm2,选用钢筋4φ18(Asc+=1018mm2),配筋率为%,满足梁最小配筋率(%)要求。
对支座负弯距:
αs=γdMmax-/(fcbf’hZ02);ξ=1-(1-2αs);As=fcξbf’hZ0/fy,计算得:
As=12
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