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淺論鋼筋混凝土矩形水池設(shè)計論文
摘要：鋼筋混凝土矩形水池作為常見的特種結(jié)構(gòu)類型，被廣范應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的給水、污水、消防工程中。因此在滿足水工藝要求的前提下，既保證今后的正常生產(chǎn)使用，又降低工程造價，是設(shè)計人員面臨的主要任務(wù)。下面就設(shè)計中經(jīng)常遇到的一些問題，提出幾點看法。
關(guān)鍵詞：矩形水池；設(shè)計；要點
1 荷載取值的問題
1.1 池內(nèi)水壓力。池內(nèi)水壓作為水池類構(gòu)筑物的主要荷載。在設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)偏于安全的按滿水高度來計算水壓。這是因為:一方面使用過程中很可能由于值班人員疏忽或者存在液位計等部件失靈而造成滿池；另一方面今后工藝上有可能技術(shù)改造而超過原設(shè)計水位。池內(nèi)水壓荷載的取值大小對于擋水墻式淺池的下端彎矩影響較大。
1.2 池外水浮力。當(dāng)有地下水時，池壁外側(cè)除考慮地下水的壓力外，還應(yīng)考慮地下水位以下的土由于水的浮力使土的有效重度降低而對土壓力的影響。同時，地下水對池體的浮托力也不容小視。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯誤及抗浮不夠等工程事故也時有發(fā)生。地質(zhì)勘察報告所提供的地下水位一般僅反映勘測期間的地下水位情況。如果詳勘在當(dāng)?shù)乜菟谶M行，所提供的地下水位標高將無法被設(shè)計取用，或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)計算的失誤。根據(jù)實際情況，結(jié)合地方水文資料，確定一個合適的地下水位標高做設(shè)計地下水位，做到既保證使用階段結(jié)構(gòu)安全和不利情況抗浮安全，又能降低工程造價雙贏的目的。筆者在設(shè)計黃驊港某水廠設(shè)計大型清水池時，遇到了地下水位特別淺的問題。該水池采用無梁樓蓋設(shè)計，在計算水池抗浮過程中，還存在有局部抗浮的問題。設(shè)計過程中，覆土厚度增加到1.5m還不能滿足要求。這時候，考慮到是否考慮每年檢修安排在冬季枯水位時，這樣設(shè)計所采用的低地下水位標高就能保證正常生產(chǎn)、檢修，從而很好的解決了水池抗浮的問題。
1.3 溫、濕度作用。由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的水化熱、工藝特殊要求以及季節(jié)變化等，造成池壁產(chǎn)生膨脹或收縮。當(dāng)變形受到約束時，在池體中產(chǎn)生相應(yīng)的的溫度和濕度變形應(yīng)力，很容易產(chǎn)生有害裂縫。設(shè)計時，對夏季應(yīng)考慮濕差作用，對冬季應(yīng)考慮溫差作用。前者低溫收縮與濕漲抵消，后者由于外界氣溫低，池壁中水分向外移動，致使外側(cè)濕度增加。由于內(nèi)外側(cè)濕度相差不大，通�？梢圆豢紤]此時的濕差應(yīng)力。但內(nèi)外溫差還在，冬季應(yīng)考慮壁面溫差應(yīng)力。在工程設(shè)計中按規(guī)程提供的方法計算。
2 水池壁板邊界條件的分析
池體結(jié)構(gòu)一般由池壁、底板和頂蓋（是否封閉加蓋由工藝需要決定）所組成。合理的選擇結(jié)構(gòu)計算簡圖和計算公式才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的準確、可靠。水池內(nèi)力分析計算時，盡量做到邊界條件的假定與實際情況相符。
當(dāng)水池設(shè)有頂蓋時，池壁頂端的邊界條件應(yīng)根據(jù)頂板與池壁的連接構(gòu)造來確定。當(dāng)池壁線剛度為頂板線剛度的5倍以上時，可假設(shè)池壁頂端為鉸支，否則應(yīng)按彈性固定計算。而開敞式水池的池壁邊界條件可假定為三邊支承，頂邊自由的板。
比較兩種邊界條件假定的內(nèi)力計算結(jié)果，設(shè)置頂蓋的池壁所承受的彎矩要小很多。因此當(dāng)采用頂蓋結(jié)構(gòu)有困難時，應(yīng)盡可能從池壁挑出走道板。走道板滿足規(guī)程要求時，可以假定為不動鉸支承，否則可按照彈性支承計算。
池壁與底板整體澆筑時，也應(yīng)根據(jù)兩者的線剛度比確定池壁底端的邊界條件。規(guī)程中規(guī)定，底板的抗彎剛度10倍于池壁的抗彎剛度就可以滿足作為嵌固端的要求。底板對池壁的嵌固作用效應(yīng)的程度與池壁高度有關(guān)，也與底板單位截條的彈性特征有關(guān)，而底板單位截條的彈性特征又與底板的厚度、地基的基床系數(shù)有關(guān)，還與材料的彈性模量有關(guān)。規(guī)程規(guī)定，當(dāng)滿足嵌固要求時，底板厚度選取為池壁厚度的1.2-1.5倍。當(dāng)土質(zhì)較好，比如密實性土壤時采用1.2倍池壁厚度；當(dāng)土質(zhì)一般，比如中等密實性土壤時，采用1.5倍池壁厚度。
3 底板內(nèi)力計算模式的選擇
3.1 對于池體容積小，短跨尺寸在6m以內(nèi)時，計算底板內(nèi)力可以按地基反力直線分布計算。一般情況下，直接作用于底板上的池內(nèi)水重和底板自重與它們引起的那部分地基反力直接抵消，而不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。只有由池壁和池頂、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才會使底板產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。當(dāng)存在多格水池分格盛水時，地基反力可按照局部均布荷載下的直線分布的原則計算。此時應(yīng)分格滿池最不利布置按照單向板或雙向板進行靜力結(jié)構(gòu)計算。
3.2 當(dāng)池底為軟土地基或板的跨度較大，根據(jù)上一種計算模式，不考慮彈性地基上的地板在荷載作用下的彈性變形，也不顧及地基土的彈性沉陷。底板跨中的最大彎矩等于簡支底板的跨中彎矩加上池墻荷載底端的固端彎矩。按以上彎矩進行配筋，底板上表面的配筋很大，下表面為構(gòu)造配筋。有時底板上表面的配筋往往達到讓人無法接受的程度。工程實際計算結(jié)果，底板的內(nèi)力（彎矩）上底板下表面內(nèi)力大，配筋應(yīng)該多，上表面除在縱墻附近處可為構(gòu)造配筋。因此，對于上述情況設(shè)計時，應(yīng)采取單位截條，將構(gòu)筑物內(nèi)外墻作為集中力按彈性地基梁進行內(nèi)力分析。此時考慮地基變形影響，按文克爾假定或半無限彈性體假定計算，兩者均可以查表或軟件計算。
4 構(gòu)造措施
4.1 池壁、底板的受力鋼筋宜采用小直徑鋼筋和較密的間距，盡可能采用采用HRB335和RRB400級鋼筋。水池各部位的鋼筋間距應(yīng)在100-250mm范圍內(nèi)。如果鋼筋間距太密，會影響混凝土振搗，而鋼筋間距太大，容易產(chǎn)生裂縫。
4.2 “暗梁”、“暗柱”�，F(xiàn)澆鋼筋混凝土水池最容易在角隅處出現(xiàn)裂縫，因此必須在池壁轉(zhuǎn)角處、池壁與底板相交處設(shè)置“暗梁”、“暗柱”。
敞口水池頂端也宜配置水平向加強鋼筋。根據(jù)規(guī)程第7.1.7條的規(guī)定要求，敞口水池在溫差或地基變形作用下池壁頂端是結(jié)構(gòu)的薄弱點，宜設(shè)置暗梁，高度不得小于池壁厚度，內(nèi)外側(cè)各配置不小于3?準16的受力水平鋼筋。
4.3 在水池四周設(shè)散水坡，防止地面水滲入引起地基不均勻沉降。北方地區(qū)的沉淀池等應(yīng)做成封閉式，以防冬季水池上部結(jié)冰，發(fā)生凍脹水池的事故。
參考文獻：
[1]CECS 138:2002 給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.郭天木.貯水構(gòu)筑物底板內(nèi)力的合理計算[J].特種結(jié)構(gòu)，2004，21（1）.
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