異形水池的合理性與設(shè)計分析

【摘 要】一座凈水（或污水）處理廠，其建筑設(shè)計的技術(shù)與經(jīng)濟合理性，主要取決于水池結(jié)構(gòu)的技術(shù)與經(jīng)濟合理性，掌握水池選型和結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。近年來，對于異形水池的使用力度逐步加大，因此必須對異形水池的適用條件、經(jīng)濟指標(biāo)有明確的概念，用以指導(dǎo)工程實踐 。

【關(guān)鍵詞】異形水池；設(shè)計合理性；工程實踐性

1. 概述

水池是給排水以及其他一些水處理結(jié)構(gòu)工程中的核心工程，廣泛應(yīng)用與市政、環(huán)境、水利和工業(yè)項目建設(shè)工程中。土建工程中水池造價占全部費用的75%以上，其中水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與合理性對水池的造價有直接的影響。如何從概念入手，掌握水池選型和結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，因此必須對不同形式水池的適用條件、經(jīng)濟指標(biāo)有明確的概念，用以指導(dǎo)工程實踐 。

2. 圓形水池和矩形水池的影響因素

給排水和水處理結(jié)構(gòu)工程中最常用的水池形式圓形水池和矩形水池，無論是選擇何種水池，都需優(yōu)先考慮以下三方面因素：

2.1 水池容積

工程實踐表明，對于貯水類水池，容積在3 000 m3以內(nèi)時，圓形水池比矩形水池的經(jīng)濟效果更好。容積如果繼續(xù)增大，則圓形水池的直徑需要變大，池壁的環(huán)向拉力將會增大，則需要較大的壁厚來抵消拉力以維持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這將導(dǎo)致造價過大。但對于一般的水處理結(jié)構(gòu)水池雖然容積小，由于考慮施工和多個水池的組合而多采用矩形水池。

2.2 抗裂要求

上述可知，圓形水池池壁主要以環(huán)向受拉為主，容易引起貫通裂縫，在容積較大的時候需采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式，這樣會使圓形水池的造價增大。矩形水池的池壁除極小的偏心受拉外，主要是受彎力影響較大，一般截面都會存在均勻的受壓區(qū)，裂縫一般不會貫通，只需要讓最大裂縫滿足抗裂要求即可。

2.3 布置場地

就場地的相關(guān)布置而言，矩形水池相比圓形水池，對場地的適應(yīng)性更強一些，如在山區(qū)狹長地帶建造水池以及在城市大型給水工程中，矩形水池的這一優(yōu)越性有利于節(jié)約用地，同時矩形水池又便于水池間的組合和管道連接。

3.異形水池的設(shè)計影響因素

近年來，以上介紹的圓形和矩形水池在水廠之類的大型企業(yè)中依然大量使用。但是隨著人們生活水平的提高，經(jīng)濟條件的改善，尤其是別墅的出現(xiàn)，異性水池的藝術(shù)感與其相適應(yīng)，從而異性水池的建造力度一直加大，下文將對其構(gòu)建和理性進行討論。

3.1 構(gòu)造簡圖設(shè)計

3.1.1 池壁與頂板

對于敞口水池池壁和預(yù)制的頂板，并且頂板擱置在池壁頂端無任何連接措施時，應(yīng)視池壁頂端為自由端。當(dāng)預(yù)制板與池壁頂端設(shè)有抗剪鋼筋連接或池壁與頂板整體澆筑，僅配置抗剪鋼筋時，池壁與頂板的連接應(yīng)視為鉸接。當(dāng)池壁與頂板整體澆筑，并配置連續(xù)鋼筋時，池壁與頂板節(jié)點應(yīng)視為彈性固定，而當(dāng)池壁與頂板整澆，且池壁的線剛度與頂板線剛度比值大于5時，頂板相對于池壁來說可視為鉸接。

3.1.2 池壁與底板

當(dāng)池壁底端為獨立結(jié)構(gòu)時，池壁底端可視為固定支承。而對于非獨立基礎(chǔ)，當(dāng)滿足一定數(shù)量關(guān)系時，池壁底端也可視為固定支承。當(dāng)水池底板較薄或挑出長度較小的情況下，按彈性固定計算比較合適。

3.1.3 池壁與池壁

水池的設(shè)計中，相鄰壁間的連接按照固定彈性考慮。所以在計算有關(guān)相鄰池壁間的彎矩時，需要對相鄰近的不平衡彎矩進行平衡分配，以使水池的設(shè)計趨于科學(xué)性。

3.2 荷載組合

3.2.1 地下式水池

地下水池的設(shè)計一般主要計算兩種工況，第一種工況為閉水試驗情況下，即池內(nèi)有水而池外無回填土。第二種工況為池內(nèi)無水期間，而池外有土，同時還需考慮地面有堆積荷載以及池外地下水壓力共同作用。

3.2.2 地面水池

第一種工況為閉水試驗，主要考慮池內(nèi)水和溫、濕度作用的影響。第二種工況為使用期，主要考慮池內(nèi)水，池外填土、地下水壓力和溫、濕度作用的影響。

3.3 內(nèi)力計算

3.3.1 頂板和底板

對于有頂蓋水池，頂蓋計算和鋼筋混凝土樓蓋的計算方法比較類似；而對于圓形頂板，根據(jù)支承條件可查靜力計算手冊進行計算；對于異形水池的內(nèi)力計算，可將其進行相關(guān)微分，化為若干個小圓形和小矩形進而用上述方法進行計算。底板計算時，視水池底板的結(jié)構(gòu)形式而定，當(dāng)水池池壁采用獨立基礎(chǔ)時，底板的反力按直線分布考慮，對于一般水處理結(jié)構(gòu)水池，由于平面尺寸較小，底板多為等厚平板，須按不同荷載情況計算內(nèi)力，進行組合疊加即可。

3.3.2 池壁的內(nèi)力計算

水池池壁的內(nèi)力按彈性理論進行計算，根據(jù)池壁壁板的長度和壁板的高度的比值和壁板邊界條件按《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》規(guī)定計算。應(yīng)該注意的是池壁與池壁的邊界條件多為彈性固定，因此須進行不平衡彎矩的分配。

4. 構(gòu)造要求和注意事項

4.1 鋼筋的混凝土保護層

新《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》對水池的耐久性提出了更高要求，提高了混凝土保護層厚度，最小保護層厚度取值直接和構(gòu)件類型以及構(gòu)件所處環(huán)境相關(guān)，一般情況下最小保護層厚度要求不低于25mm。

4.2 水池的變形縫

《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》規(guī)定伸縮縫之間的間距不大于20 m，而往往實際工程中不希望分縫，一般采用摻外加劑和設(shè)置后澆帶等方法，并結(jié)合施工季節(jié)的溫度延長伸縮縫的2倍，特別是地面式水池，必要時還是設(shè)置伸縮縫為宜。

4.3 暗梁與暗柱

敞開式水池池壁的頂端宜設(shè)置暗梁，高度不得小于池壁厚度，內(nèi)外兩側(cè)各配置一定的受力水平鋼筋，以加強上口的抗裂性能。在池壁的轉(zhuǎn)角和內(nèi)隔墻與外池壁交接處也宜設(shè)置暗柱，以改善節(jié)點的受力效果和加強鋼筋的錨固及抗裂性能。

4.4 配筋構(gòu)造要求

受力鋼筋一般采用直徑較小的鋼筋較為合適，間距宜為140 mm～240 mm ，內(nèi)、外各側(cè)受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋配筋率均不應(yīng)小于0.20% ，受力鋼筋的配筋百分率宜控制在0.3%～0.7%的經(jīng)濟配筋率范圍內(nèi)。受力鋼筋的有效錨固長度必須按GB 50010鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定采用。

4.5 轉(zhuǎn)角加腋

現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池池壁的拐角及與頂板、底板的交接處宜設(shè)置腋角，腋角邊寬不宜小于150 mm ，腋角內(nèi)配斜筋的直徑與池壁受力筋相同，間距宜為池壁受力鋼筋間距的兩倍或為200 mm。

5. 結(jié)束語

全面理解和掌握水池設(shè)計的要點并能正確運用于工程實踐，有利于提高水池設(shè)計的科學(xué)性和經(jīng)濟性，鑒于鋼筋混凝土水池所處的環(huán)境，除正確的理論計算和選擇合理的結(jié)構(gòu)形式外，同時必須重視水池的構(gòu)造要求，從而全面提高水池設(shè)計的質(zhì)量。

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