悬臂支护结构设计计算书.doc

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1、悬臂支护结构设计计算书 计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、土力学与地基基础 一、参数信息 1、基本参数支护桩材料钢筋混凝土桩支护桩间距ba(m)0.1支护桩嵌入土深度ld(m)15基坑开挖深度h(m)5基坑外侧水位深度ha(m)0.5基坑内侧水位深度hp(m)6支护桩在坑底处的水平位移量(mm)12地下水位面至坑底的土层厚度D1(m)3基坑内外的水头差h(m)6 2、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角()饱和土

2、重度sat(kN/m3)水土分算填土2.151910820否淤泥3.916.110.17.922否淤泥质二6.417.611.89.222否粘性土1.851930.414.422否粘性土5.0518.825.113.722否粘性土101930.314.622否 3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0矩形局部荷载45562 4、计算系数结构重要性系数01综合分项系数F1.25嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks1.3流土稳定性安全系数Kf1.1 二、土

3、压力计算土压力分布示意图附加荷载布置图 1、主动土压力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45- 1/2）= tan2(45-8/2)=0.756； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-8/2)=0.756； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-7.9/2)=0.758； Ka4=tan2(45- 4/2）= tan2(45-7.9/2)=0.758； Ka5=tan2(45- 5/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； Ka6=tan2(45- 6/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； Ka7=tan2(45- 7/2）=

4、 tan2(45-14.4/2)=0.602； Ka8=tan2(45- 8/2）= tan2(45-13.7/2)=0.617； Ka9=tan2(45- 9/2）= tan2(45-13.7/2)=0.617； Ka10=tan2(45- 10/2）= tan2(45-14.6/2)=0.597； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-0.5m H1=0h0+q1/i=0+3/19=0.158m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=190.1580.756-2100.7560.5=-15.12kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=19(

5、0.5+0.158)0.756-2100.7560.5=-7.938kN/m2 第2层土：0.5-2.15m H2=1h1+q1/sati=9.5+3/20=0.625m Pak2上 =sat2H2Ka2-2c2Ka20.5=200.6250.756-2100.7560.5=-7.94kN/m2 Pak2下 =sat2(h2+H2)Ka2-2c2Ka20.5=20(1.65+0.625)0.756-2100.7560.5=17.008kN/m2 第3层土：2.15-4m H3=2h2+q1/sati=42.5+3/22=2.068m Pak3上 =sat3H3Ka3-2c3Ka30.5=222

6、.0680.758-210.10.7580.5=16.899kN/m2 Pak3下 =sat3(h3+H3)Ka3-2c3Ka30.5=22(1.85+2.068)0.758-210.10.7580.5=47.75kN/m2 第4层土：4-6.05m H4=3h3+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=83.2+3+1.167/22=3.971m Pak4上 =sat4H4Ka4-2c4Ka40.5=223.9710.758-210.10.7580.5=48.634kN/m2 Pak4下 =sat4(h4+H4)Ka4-2c4Ka40.5=22(2.05+3.971)0.758-210.

7、10.7580.5=82.819kN/m2 第5层土：6.05-7m H5=4h4+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=128.3+3+1.167/22=6.021m Pak5上 =sat5H5Ka5-2c5Ka50.5=226.0210.724-211.80.7240.5=75.822kN/m2 Pak5下 =sat5(h5+H5)Ka5-2c5Ka50.5=22(0.950000000000001+6.021)0.724-211.80.7240.5=90.953kN/m2 第6层土：7-12.45m H6=5h5+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l

8、1+2a1)/sati=149.2+3+1.167+0.5/22=6.994m Pak6上 =sat6H6Ka6-2c6Ka60.5=226.9940.724-211.80.7240.5=91.32kN/m2 Pak6下 =sat6(h6+H6)Ka6-2c6Ka60.5=22(5.45+6.994)0.724-211.80.7240.5=178.127kN/m2 第7层土：12.45-14.3m H7=6h6+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=269.1+3+1.167+0.5/22=12.444m Pak7上 =sat7H7Ka7-

9、2c7Ka70.5=2212.4440.602-230.40.6020.5=117.634kN/m2 Pak7下 =sat7(h7+H7)Ka7-2c7Ka70.5=22(1.85+12.444)0.602-230.40.6020.5=142.136kN/m2 第8层土：14.3-16m H8=7h7+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=309.8+3+1.167+0.5/22=14.294m Pak8上 =sat8H8Ka8-2c8Ka80.5=2214.2940.617-225.10.6170.5=154.595kN/m2 Pak8下

10、 =sat8(h8+H8)Ka8-2c8Ka80.5=22(1.7+14.294)0.617-225.10.6170.5=177.671kN/m2 第9层土：16-19.35m H9=8h8+q1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=347.2+3+0.5/22=15.941m Pak9上 =sat9H9Ka9-2c9Ka90.5=2215.9410.617-225.10.6170.5=176.951kN/m2 Pak9下 =sat9(h9+H9)Ka9-2c9Ka90.5=22(3.35+15.941)0.617-225.10.6170.5=222.424kN/m2 第

11、10层土：19.35-20m H10=9h9+q1+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=420.9+3+0.5/22=19.291m Pak10上 =sat10H10Ka10-2c10Ka100.5=2219.2910.597-230.30.5970.5=206.545kN/m2 Pak10下 =sat10(h10+H10)Ka10-2c10Ka100.5=22(0.650000000000002+19.291)0.597-230.30.5970.5=215.082kN/m2 3）水平荷载 临界深度：Z0=Pak2下h2/(Pak2上+ Pak2下)=17.0081.65

12、/(7.94+17.008)=1.125m； 第1层土 Eak1=0kN； 第2层土 Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.517.0081.1250.1=0.957kN； aa2=Z0/3+h3=1.125/3+17.85=18.225m； 第3层土 Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)ba/2=1.85(16.899+47.75)0.1/2=5.98kN； aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)+h4=1.85(216.899+47.75)/(316.899+347.75)+16=16.778m； 第4层土 Eak4=h4(Pa4上+Pa4下)ba/2=2.05

13、(48.634+82.819)0.1/2=13.474kN； aa4=h4(2Pa4上+Pa4下)/(3Pa4上+3Pa4下)+h5=2.05(248.634+82.819)/(348.634+382.819)+13.95=14.886m； 第5层土 Eak5=h5(Pa5上+Pa5下)ba/2=0.950000000000001(75.822+90.953)0.1/2=7.922kN； aa5=h5(2Pa5上+Pa5下)/(3Pa5上+3Pa5下)+h6=0.950000000000001(275.822+90.953)/(375.822+390.953)+13=13.461m； 第6层土

14、 Eak6=h6(Pa6上+Pa6下)ba/2=5.45(91.32+178.127)0.1/2=73.424kN； aa6=h6(2Pa6上+Pa6下)/(3Pa6上+3Pa6下)+h7=5.45(291.32+178.127)/(391.32+3178.127)+7.55=9.982m； 第7层土 Eak7=h7(Pa7上+Pa7下)ba/2=1.85(117.634+142.136)0.1/2=24.029kN； aa7=h7(2Pa7上+Pa7下)/(3Pa7上+3Pa7下)+h8=1.85(2117.634+142.136)/(3117.634+3142.136)+5.7=6.596

15、m； 第8层土 Eak8=h8(Pa8上+Pa8下)ba/2=1.7(154.595+177.671)0.1/2=28.243kN； aa8=h8(2Pa8上+Pa8下)/(3Pa8上+3Pa8下)+h9=1.7(2154.595+177.671)/(3154.595+3177.671)+4=4.83m； 第9层土 Eak9=h9(Pa9上+Pa9下)ba/2=3.35(176.951+222.424)0.1/2=66.895kN； aa9=h9(2Pa9上+Pa9下)/(3Pa9上+3Pa9下)+h10=3.35(2176.951+222.424)/(3176.951+3222.424)+0

16、.650000000000002=2.261m； 第10层土 Eak10=h10(Pa10上+Pa10下)ba/2=0.650000000000002(206.545+215.082)0.1/2=13.703kN； aa10=h10(2Pa10上+Pa10下)/(3Pa10上+3Pa10下)=0.650000000000002(2206.545+215.082)/(3206.545+3215.082)=0.323m； 土压力合力： Eak=Eaki=0+0.957+5.98+13.474+7.922+73.424+24.029+28.243+66.895+13.703=234.627kN； 合

17、力作用点： aa= (aaiEaki)/Eak=(00+18.2250.957+16.7785.98+14.88613.474+13.4617.922+9.98273.424+6.59624.029+4.8328.243+2.26166.895+0.32313.703)/234.627=6.856m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）= tan2(45+7.9/2)=1.319； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+9.2/2)=1.381； Kp3=tan2(45+ 3/2）= tan2(45+9.2/2)=1.381； Kp4=t

18、an2(45+ 4/2）= tan2(45+14.4/2)=1.662； Kp5=tan2(45+ 5/2）= tan2(45+13.7/2)=1.621； Kp6=tan2(45+ 6/2）= tan2(45+14.6/2)=1.674； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：5-6.05m H1=0h0/i=0/16.1=0m Ppk1上 =1H1Kp1+2c1Kp10.5=16.101.319+210.11.3190.5=23.199kN/m2 Ppk1下 =1(h1+H1)Kp1+2c1Kp10.5=16.1(1.05+0)1.319+210.11.3190.5=45.497kN

19、/m2 第2层土：6.05-11m H2=1h1/i=16.905/17.6=0.961m Ppk2上 =2H2Kp2+2c2Kp20.5=17.60.9611.381+211.81.3810.5=51.091kN/m2 Ppk2下 =2(h2+H2)Kp2+2c2Kp20.5=17.6(4.95+0.961)1.381+211.81.3810.5=171.404kN/m2 第3层土：11-12.45m H3=2h2/sati=104.025/22=4.728m Ppk3上 =sat3H3Kp3+2c3Kp30.5=224.7281.381+211.81.3810.5=171.38kN/m2

20、Ppk3下 =sat3(h3+H3)Kp3+2c3Kp30.5=22(1.45+4.728)1.381+211.81.3810.5=215.434kN/m2 第4层土：12.45-14.3m H4=3h3/sati=135.925/22=6.178m Ppk4上 =sat4H4Kp4+2c4Kp40.5=226.1781.662+230.41.6620.5=304.275kN/m2 Ppk4下 =sat4(h4+H4)Kp4+2c4Kp40.5=22(1.85+6.178)1.662+230.41.6620.5=371.918kN/m2 第5层土：14.3-19.35m H5=4h4/sati

21、=176.625/22=8.028m Ppk5上 =sat5H5Kp5+2c5Kp50.5=228.0281.621+225.11.6210.5=350.208kN/m2 Ppk5下 =sat5(h5+H5)Kp5+2c5Kp50.5=22(5.05+8.028)1.621+225.11.6210.5=530.302kN/m2 第6层土：19.35-20m H6=5h5/sati=287.725/22=13.078m Ppk6上 =sat6H6Kp6+2c6Kp60.5=2213.0781.674+230.31.6740.5=560.043kN/m2 Ppk6下 =sat6(h6+H6)Kp6

22、+2c6Kp60.5=22(0.650000000000002+13.078)1.674+230.31.6740.5=583.981kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Epk1=bah1(Pp1上+Pp1下)/2=0.11.05(23.199+45.497)/2=3.607kN； ap1=h1(2Pp1上+Pp1下)/(3Pp1上+3Pp1下)+h2=1.05(223.199+45.497)/(323.199+345.497)+13.95=14.418m； 第2层土 Epk2=bah2(Pp2上+Pp2下)/2=0.14.95(51.091+171.404)/2=55.068kN； ap2=h

23、2(2Pp2上+Pp2下)/(3Pp2上+3Pp2下)+h3=4.95(251.091+171.404)/(351.091+3171.404)+9=11.029m； 第3层土 Epk3=bah3(Pp3上+Pp3下)/2=0.11.45(171.38+215.434)/2=28.044kN； ap3=h3(2Pp3上+Pp3下)/(3Pp3上+3Pp3下)+h4=1.45(2171.38+215.434)/(3171.38+3215.434)+7.55=8.247m； 第4层土 Epk4=bah4(Pp4上+Pp4下)/2=0.11.85(304.275+371.918)/2=62.548kN

24、； ap4=h4(2Pp4上+Pp4下)/(3Pp4上+3Pp4下)+h5=1.85(2304.275+371.918)/(3304.275+3371.918)+5.7=6.594m； 第5层土 Epk5=bah5(Pp5上+Pp5下)/2=0.15.05(350.208+530.302)/2=222.329kN； ap5=h5(2Pp5上+Pp5下)/(3Pp5上+3Pp5下)+h6=5.05(2350.208+530.302)/(3350.208+3530.302)+0.650000000000002=3.003m； 第6层土 Epk6=bah6(Pp6上+Pp6下)/2=0.10.650

25、000000000002(560.043+583.981)/2=37.181kN； ap6=h6(2Pp6上+Pp6下)/(3Pp6上+3Pp6下)=0.650000000000002(2560.043+583.981)/(3560.043+3583.981)=0.323m； 土压力合力： Epk=Epki=3.607+55.068+28.044+62.548+222.329+37.181=408.777kN； 合力作用点： ap= (apiEpki)/Epk=(14.4183.607+11.02955.068+8.24728.044+6.59462.548+3.003222.329+0.32

26、337.181)/408.777=4.85m； 3、基坑内侧土反力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45-1/2）= tan2(45-7.9/2)=0.758； Ka2=tan2(45-2/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； Ka3=tan2(45-3/2）= tan2(45-9.2/2)=0.724； Ka4=tan2(45-4/2）= tan2(45-14.4/2)=0.602； Ka5=tan2(45-5/2）= tan2(45-13.7/2)=0.617； Ka6=tan2(45-6/2）= tan2(45-14.6/2)=0.597； 2）土压力、地下水产生

27、的水平荷载 第1层土：5-6.05m H1=0h0/i=0/16.1=0m Psk1上 =(0.212-1+c1)h0(1-h0/ld)/b+1H1Ka1=(0.27.92-7.9+10.1)0(1-0/15)0.012/0.012+16.100.758=0kN/m2 Psk1下 =(0.212-1+c1)h1(1-h1/ld)/b+1(h1+H1)Ka1=(0.27.92-7.9+10.1)1.05(1-1.05/15)0.012/0.012+16.1(0+1.05)0.758=27.151kN/m2 第2层土：6.05-11m H2=1h1/i=16.905/17.6=0.961m Psk

28、2上 =(0.222-2+c2)h1(1-h1/ld)/b+2H2Ka2=(0.29.22-9.2+11.8)1.05(1-1.05/15)0.012/0.012+17.60.9610.724=31.315kN/m2 Psk2下 =(0.222-2+c2)h2(1-h2/ld)/b+2(h2+H2)Ka2=(0.29.22-9.2+11.8)6(1-6/15)0.012/0.012+17.6(0.961+4.95)0.724=145.621kN/m2 第3层土：11-12.45m H3=2h2/sati=104.025/22=4.728m Psk3上 =(0.232-3+c3)h2(1-h2/

29、ld)/b+sat3H3Ka3=(0.29.22-9.2+11.8)6(1-6/15)0.012/0.012+224.7280.724=145.608kN/m2 Psk3下 =(0.232-3+c3)h3(1-h3/ld)/b+sat3(h3+H3)Ka3=(0.29.22-9.2+11.8)7.45(1-7.45/15)0.012/0.012+22(4.728+1.45)0.724=171.63kN/m2 第4层土：12.45-14.3m H4=3h3/sati=135.925/22=6.178m Psk4上 =(0.242-4+c4)h3(1-h3/ld)/b+sat4H4Ka4=(0.2

30、14.42-14.4+30.4)7.45(1-7.45/15)0.012/0.012+226.1780.602=297.332kN/m2 Psk4下 =(0.242-4+c4)h4(1-h4/ld)/b+sat4(h4+H4)Ka4=(0.214.42-14.4+30.4)9.3(1-9.3/15)0.012/0.012+22(6.178+1.85)0.602=309.429kN/m2 第5层土：14.3-19.35m H5=4h4/sati=176.625/22=8.028m Psk5上 =(0.252-5+c5)h4(1-h4/ld)/b+sat5H5Ka5=(0.213.72-13.7+

31、25.1)9.3(1-9.3/15)0.012/0.012+228.0280.617=281.919kN/m2 Psk5下 =(0.252-5+c5)h5(1-h5/ld)/b+sat5(h5+H5)Ka5=(0.213.72-13.7+25.1)14.35(1-14.35/15)0.012/0.012+22(8.028+5.05)0.617=207.952kN/m2 第6层土：19.35-20m H6=5h5/sati=287.725/22=13.078m Psk6上 =(0.262-6+c6)h5(1-h5/ld)/b+sat6H6Ka6=(0.214.62-14.6+30.3)14.35

32、(1-14.35/15)0.012/0.012+2213.0780.597=208.039kN/m2 Psk6下 =(0.262-6+c6)h6(1-h6/ld)/b+sat6(h6+H6)Ka6=(0.214.62-14.6+30.3)15(1-15/15)0.012/0.012+22(13.078+0.650000000000002)0.597=180.304kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Psk1=b0h1(Ps1上+Ps1下)/2=0.11.05(0+27.151)/2=1.425kN； as1=h1(2Ps1上+Ps1下)/(3Ps1上+3Ps1下)+h2=1.05(20+27.

33、151)/(30+327.151)+13.95=14.3m； 第2层土 Psk2=b0h2(Ps2上+Ps2下)/2=0.14.95(31.315+145.621)/2=43.792kN； as2=h2(2Ps2上+Ps2下)/(3Ps2上+3Ps2下)+h3=4.95(231.315+145.621)/(331.315+3145.621)+9=10.942m； 第3层土 Psk3=b0h3(Ps3上+Ps3下)/2=0.11.45(145.608+171.63)/2=23kN； as3=h3(2Ps3上+Ps3下)/(3Ps3上+3Ps3下)+h4=1.45(2145.608+171.63)

34、/(3145.608+3171.63)+7.55=8.255m； 第4层土 Psk4=b0h4(Ps4上+Ps4下)/2=0.11.85(297.332+309.429)/2=56.125kN； as4=h4(2Ps4上+Ps4下)/(3Ps4上+3Ps4下)+h5=1.85(2297.332+309.429)/(3297.332+3309.429)+5.7=6.619m； 第5层土 Psk5=b0h5(Ps5上+Ps5下)/2=0.15.05(281.919+207.952)/2=123.692kN； as5=h5(2Ps5上+Ps5下)/(3Ps5上+3Ps5下)+h6=5.05(2281

35、.919+207.952)/(3281.919+3207.952)+0.650000000000002=3.302m； 第6层土 Psk6=b0h6(Ps6上+Ps6下)/2=0.10.650000000000002(208.039+180.304)/2=12.621kN； as6=h6(2Ps6上+Ps6下)/(3Ps6上+3Ps6下)=0.650000000000002(2208.039+180.304)/(3208.039+3180.304)=0.333m； 土压力合力： Ppk=Ppki=1.425+43.792+23+56.125+123.692+12.621=260.655kN；

36、合力作用点： as= (asiPski)/Ppk=(14.31.425+10.94243.792+8.25523+6.61956.125+3.302123.692+0.33312.621)/260.655=5.653m； Psk=260.655kNEp=408.777kN 满足要求！ 三、稳定性验算 1、嵌固稳定性验算 Epkapl/(Eakaal)=408.7774.85/(234.6276.856)=1.232Ke=1.2 满足要求！ 2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图 Ksi =cjlj+(qjbj+Gj)cosj-jljtanj/(qjbj+Gj)sin cj、j 第j土条滑弧

37、面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； lj第j土条的滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa) ； Gj第j土条的自重(kN)，按天然重度计算； uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhwaj，在基坑内侧，可取ujwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj0； w地下水重度(kN/m3)； hwaj基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； hwpj基坑

38、内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； min Ks1 ，Ks2 ，Ksi，=1.789Ks=1.3 满足要求！ 3、渗透稳定性验算渗透稳定性简图 匀质含水层中，地下水渗流的稳定性验算： =(sati-w)hi/H=(19-10)0.5+(19-10)1.65+(22-10)2.85/5=10.71 (2ld+0.8D1 ) /(h w) =(215+0.83)10.71/(610)=5.783 (2ld+0.8D1 ) /(h w) =5.783Kf=1.1 满足要求！ 四、结构计算 1、材料参数桩截面类型圆形圆形截面直径D(mm)800桩混凝土强度等级C30桩混凝土保护层厚度(mm)50

39、配筋形式沿周边均匀配置竖向钢筋根数16直径(mm)20等级HRB400箍筋直径(mm)12间距150等级HRB400 2、支护桩的受力简图 计算简图 弯矩图(kNm) Mk=289.103kN.m 剪力图(kN) Vk=94.253kN 3、强度设计值确定 M=0 F Mk=11.25289.103=361.379kNm V=0 F Vk=11.2594.253=117.816kN 4、材料的强度计算 1）正截面受弯承载力验算钢筋混凝土桩截面计算简图 确定受压混凝土截面范围: 根据建筑基坑支护规程(JGJ120-2012)附录B.0.1 fc A (1-sin2/(2)+(-t)fy As =

40、0 t=1.25-2 求得=0.269,t=1.25-2=0.712 2fcAr(sin)3/(3)+fyAsrs (sin+sint)/=214.38002/4400(sin(0.269)3/(3)+36016202/4340(sin(0.269)+sin(0.712)/=555.858kNmM =361.379kNm 满足要求！ 2）斜截面承载力验算 将圆形截面等效成矩形截面计算 h=1.6D/2=1.6800/2=640mm h0=h-d/2=640-50-20/2=580mm b=1.76D/2=1.76800/2=704mm h0/b=580/704=0.8244 0.25cfcbh0=0.25114.3704580/1000=1459.744kNV =117.816kN 满足要求！ Vcs=svftbh0+fyvAsvh0/s=(0.71.43704580+36023.14122/4580/150)/1000=723.592kNV =117.816kN 满足要求！ 3）最小配筋率验算 =As/(D2/4)=0.71216202/4/(8002/4)=0.712%min=max0.002，0.45ft/fy=max0.002，0.451.43/360=0.2% 满足要求！