某扶壁式鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

楊 佳 賓

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

某扶壁式鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

楊 佳 賓

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

以某生物反應(yīng)池為例，從水池的壁板、扶壁、底板等方面入手，對(duì)工程采用的扶壁式鋼筋混凝土水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全過程進(jìn)行了闡述，并給出了具體的設(shè)計(jì)結(jié)果，為類似工程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

扶壁式池壁，水池，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)

1 工程概況

該工程為山西晉中地區(qū)某污水處理廠生物反應(yīng)池，平面尺寸36 m×32.6 m，池深6.7 m，為半地下室式敞口鋼筋混凝土矩形水池。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地的土層以粉土和砂土為主，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地下水埋深在地表以下15 m，地下水位較低，可不考慮地下水對(duì)本工程的影響。工程的平面圖、剖面圖見圖1。

2 結(jié)構(gòu)選型

2.1 水池設(shè)“十”字變形縫

該水池超長(zhǎng)，兩個(gè)方向均超過了規(guī)范20 m的設(shè)縫間距，考慮到該水池為半地下室敞口池且平面尺寸超長(zhǎng)較多，不宜采用摻外加劑和設(shè)置后澆帶的方法，本設(shè)計(jì)采用設(shè)“十”字伸縮縫將水池分割成四塊，分割后每塊的長(zhǎng)度均不超過20 m，由此可以解決水池的溫度變形問題。

2.2 池壁采用扶壁式池壁

該水池池壁的長(zhǎng)寬比大，結(jié)合變形縫的設(shè)置，水池垂直壁板按單向懸臂受力狀態(tài)設(shè)計(jì)，水池垂直壁可采用扶壁式或變厚度式池壁。根據(jù)一般的工程經(jīng)驗(yàn)[1，2]，當(dāng)池壁高度大于5 m時(shí)，宜在豎直方向設(shè)置扶壁，豎向扶壁和池壁組成的T形懸臂結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[3]以25 m×10 m×6.8 m(池深)的矩形水池為例，說明了扶壁式池壁相對(duì)于變厚度式池壁有一定的經(jīng)濟(jì)性。由于上述原因，本設(shè)計(jì)采用扶壁式池壁。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 壁板設(shè)計(jì)

3.2 扶壁設(shè)計(jì)

扶壁間距一般取為池壁高度的1/3～1/2,間距常取為2.5 m～3.5 m,在此范圍內(nèi)根據(jù)工藝圖的平面布置，盡量讓扶壁與內(nèi)隔墻的位置重合，由此本次設(shè)計(jì)取扶壁間距為3.2 m～3.4 m。扶壁寬度通常為0.3 m～0.4 m且不小于池壁厚度，本次設(shè)計(jì)取為0.4 m。扶壁的高度為0.5 m～2.0 m。

扶壁配筋計(jì)算以池內(nèi)有水池外無土為控制工況，其計(jì)算過程(其余工況計(jì)算過程略去)如下:

1)取池壁根部的截面為1—1截面，內(nèi)力計(jì)算過程如下：

q1=1.27×67×3.4=289.3 kN。

M1=(0.5×289.3×6.7)×6.7×1/3=2 164.4 kN·m。

V1=0.5×289.3×6.7=969.1 kN。

2)取池壁根部3.3 m處的截面為2—2截面，內(nèi)力計(jì)算過程如下：

q2=1.27×33×3.4=142.5 kN。

M2=(0.5×142.5×3.2)×3.2×1/3=243.2 kN·m。

V2=0.5×142.5×3.2=228.0 kN。

按T形截面進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)后扶壁的配筋結(jié)果及具體尺寸見圖4。

3.3 底板設(shè)計(jì)

懸臂式擋水墻池壁的底板采用局部加厚底板的整體式底板。

底板的截面選擇是通過經(jīng)驗(yàn)初定截面并試算的過程。底板設(shè)計(jì)需要初定底板厚度、基礎(chǔ)的總寬度、伸出池壁以外和以內(nèi)的寬度，然后進(jìn)行地基承載力、抗滑移穩(wěn)定性以及抗傾覆穩(wěn)定性的驗(yàn)算。

本次設(shè)計(jì)為了加強(qiáng)池壁基礎(chǔ)的剛度，局部加厚底板的厚度取為0.7 m，其他部位的底板厚度取為0.35 m。局部加厚底板寬度取為4.5 m，外伸1.7 m，內(nèi)伸2.5 m，池壁為0.3 m，具體尺寸見圖5。底板設(shè)計(jì)計(jì)算以池內(nèi)有水池外無土為控制工況，其計(jì)算過程(其余工況計(jì)算過程略去)如下。

3.3.1 地基承載力驗(yàn)算

本部分設(shè)計(jì)取扶壁的一個(gè)間距3.4 m計(jì)算，扶壁傳給基礎(chǔ)的彎矩近似取全部水壓力計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖5，其中N1為池壁自重，N2為池內(nèi)充滿水時(shí)水的自重，N3為池壁以外的扶壁自重，G為基礎(chǔ)底板的自重，Vk為靜水壓力的集中力，作用在池壁高度的1/3處。

N1=(0.3×3.4×6.7)×25=170 kN。

e1=0.4 m。

N2=(2.5×3.4×6.7)×10=570 kN。

e2=1.0 m。

N3=(0.4×1.25×6.7)×25=84 kN。

e3=1.4 m。

G=(4.5×0.7×34)×25=268 kN。

Vk=0.5×67×6.7×3.4=763 kN。

本工程持力層為粉土(地基承載力特征值為110 kPa)，不滿足地基承載力要求，采用2.0 m厚砂石墊層處理地基，要求處理后的地基承載力特征值不小于200 kPa。

3.3.2 抗滑移驗(yàn)算

本設(shè)計(jì)中水池被伸縮縫分割成四段，這時(shí)應(yīng)該特別注意擋水池壁的抗滑移穩(wěn)定性，本次設(shè)計(jì)如果采用池壁基礎(chǔ)與池內(nèi)底板的分離式結(jié)構(gòu)(即在兩者之間設(shè)分離縫)，抗滑移驗(yàn)算不容易通過，需要采用增加加厚底板的內(nèi)挑長(zhǎng)度和池壁自重等等方式來提高抗滑移的穩(wěn)定性；而采用整體式底板能極大的提高池壁的抗滑移穩(wěn)定性，能通過抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算，所以本次設(shè)計(jì)采用了整體式底板。

3.3.3 抗傾覆驗(yàn)算

池內(nèi)有水時(shí)水壓力產(chǎn)生傾覆力矩，池壁等的重力產(chǎn)生抗傾覆力矩，按照下述公式進(jìn)行計(jì)算，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.6，通過驗(yàn)算。

3.3.4 基礎(chǔ)底板配筋驗(yàn)算

按照地基承載力驗(yàn)算中得出的地基反力，按地基反力直線型分布的假定進(jìn)行截面配筋計(jì)算可知，局部加厚底板配筋按構(gòu)造控制。本次設(shè)計(jì)局部加厚底板(0.7 m)部分實(shí)配鋼筋為雙層雙向φ20@200。

4 結(jié)語

本文以某生物反應(yīng)池為例，根據(jù)工程的實(shí)際情況首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，其次依據(jù)現(xiàn)行的國家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土矩形水池的壁板、扶壁、底板分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并以圖文的形式給出了設(shè)計(jì)結(jié)果，可供結(jié)構(gòu)工程師們參考。水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要力求結(jié)構(gòu)選型合理，其次對(duì)于水池結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸確定是一個(gè)試算的過程，經(jīng)濟(jì)合理的截面是通過反復(fù)試算而得到的，本文的結(jié)構(gòu)截面尺寸及配筋均可以作為類似工程項(xiàng)目的參考。

[1] 《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 張靖靜.水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概要分析[J].山西建筑，2005，31(22)：67-68.

[3] 張靖靜，魯錦伯.帶斜撐式池壁的設(shè)計(jì)研究[J].特種結(jié)構(gòu)，2008，25(1)：63-64.

Simply description of the structure design of a buttress reinforced concrete pool

YANG Jia-bin

(ShanxiUrbanandRuralPlanningDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Taking a biological reaction tank as an example, from the pool wall, buttress and floor and other aspects, elaborated the structure design overall process of the engineering used buttress reinforced concrete pool, and gave the specific design results, accumulated experience for similar project design.

buttress pool wall, pool, structure, design

1009-6825(2014)34-0049-02

2014-09-22

楊佳賓(1980- )，男，工程師

TU375

A