給水排水工程結(jié)構(gòu)設計不同規(guī)范的比較研究

李 鵬

(北京首創(chuàng)股份有限公司，北京 100028)

給水排水工程結(jié)構(gòu)設計不同規(guī)范的比較研究

李 鵬

(北京首創(chuàng)股份有限公司，北京 100028)

研究了給排水工程結(jié)構(gòu)設計不同規(guī)范中，荷載分項系數(shù)、最大裂縫寬度計算、抗?jié)B等級要求、撓度限值的差異性，并分析了差異性產(chǎn)生的原因，為給排水工程結(jié)構(gòu)設計人員提供參考。

給水排水工程，裂縫寬度，抗?jié)B等級，撓度限值

給水排水工程結(jié)構(gòu)設計作為建筑結(jié)構(gòu)設計的一個分支，與其他行業(yè)的結(jié)構(gòu)設計相比，有許多異同，這些異同主要體現(xiàn)在不同行業(yè)結(jié)構(gòu)設計所遵守的規(guī)范標準存在異同。相同的是不同行業(yè)的結(jié)構(gòu)設計都應該遵守最基本的國標結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，如《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》《建筑地基基礎設計規(guī)范》等。不同的是，各行業(yè)都有針對于本行業(yè)的國標設計規(guī)范和行業(yè)設計規(guī)程，如市政行業(yè)有《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設計規(guī)程》；水利行業(yè)有《水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》；石油化工行業(yè)有《石油化工建筑物結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》。不同結(jié)構(gòu)設計規(guī)范對某一參數(shù)的計算方法、取值有著或多或少的區(qū)別，這就需要結(jié)構(gòu)設計人員對規(guī)范進行認真學習，針對不同的情況采用適當?shù)囊?guī)范進行設計。

1 不同規(guī)范荷載分項系數(shù)的比較

給水排水工程結(jié)構(gòu)設計中，荷載分項系數(shù)的取值依據(jù)為《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》及《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》。

《構(gòu)筑物規(guī)范》與《水池規(guī)程》中規(guī)定，地下水或地表水作用屬于可變荷載，水池中水作用屬于永久荷載。進行承載能力極限狀態(tài)驗算時，《荷載規(guī)范》中規(guī)定：對結(jié)構(gòu)的不利作用，永久荷載的分項系數(shù)取1.2；可變荷載的分項系數(shù)一般情況下應取1.4?！稑?gòu)筑物規(guī)范》與《水池規(guī)程》中規(guī)定：地下水或地表水作用、水池中水作用的荷載分項系數(shù)均為1.27。這就造成按照不同規(guī)范計算出的荷載值不同。根據(jù)《荷載規(guī)范》中規(guī)定：對于某些特殊情況，可按建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)設計規(guī)范的規(guī)定確定。這就說明，進行給水排水工程水池設計時，水作用的荷載分項系數(shù)應按照《構(gòu)筑物規(guī)范》和《水池規(guī)程》中的要求，取為1.27。

造成這種差異的原因主要為：作用分項系數(shù)的擬定，主要根據(jù)實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析進行。而編制《構(gòu)筑物規(guī)范》及《水池規(guī)程》時，尚缺少詳實的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，還需要工程校核法確定。故采用84版《構(gòu)筑物規(guī)范》中規(guī)定的，行之有效的荷載分項系數(shù)。

2 不同規(guī)范最大裂縫寬度的比較

按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》中的規(guī)定，給水工程水池的環(huán)境類別屬于二a或者二b類，相應的最大裂縫寬度為0.2 mm。按照《構(gòu)筑物規(guī)范》中的規(guī)定，給水工程水池的最大裂縫寬度為0.25 mm。由于水池設計主要由裂縫寬度來控制，0.05 mm的裂縫寬度差異會造成混凝土、鋼筋用量的巨大差別。由于《構(gòu)筑物規(guī)范》中規(guī)定的最大裂縫寬度經(jīng)長期的實際檢驗，證明是合適的，結(jié)構(gòu)設計人員在進行給水工程水池設計時應采用《構(gòu)筑物規(guī)范》中規(guī)定的裂縫最大寬度。

這兩種規(guī)范中規(guī)定的裂縫最大寬度計算公式也是不一樣的。《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》中最大裂縫寬度的計算公式為：

(1)

《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)范》中最大裂縫寬度的計算公式為：

(2)

其中，αcr為構(gòu)件受力特征系數(shù)；φ為裂縫間縱向受力鋼筋不均勻系數(shù)；σs為鋼筋應力；Es為鋼筋彈性模量；c為混凝土凈保護層厚度；d為縱向鋼筋直徑；ρte為有效受拉面積鋼筋配筋率；α1為受拉特征系數(shù)；v為鋼筋表面特征系數(shù)。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，這兩種計算公式對最大裂縫寬度的計算方法是存在差異的。對比式(1)，式(2)，并代入計算一般鋼筋混凝土水池壁板、底板時的系數(shù)取值，得：

若:

(3)

則wmax1>wmax2。

將式(3)變形為：

進一步變形可得:

(4)

式(4)顯然成立，故wmax1>wmax2。

通過以上計算過程可以證明，相同情況下，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》計算出的最大裂縫寬度大于按照《構(gòu)筑物規(guī)范》與《水池規(guī)程》計算出的最大裂縫寬度。取c=30 mm，整理出不同鋼筋直徑，不同配筋率下wmax1與wmax2的比值(見表1)。

表1 wmax1與wmax2的比值

通過表1可以看出，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》計算出的最大裂縫寬度與根據(jù)《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)程》計算出的最大裂縫寬度的比值在1.117～1.253之間。相同配筋率的情況下，鋼筋直徑越小，比值越大。鋼筋直徑相同的情況下，配筋率越大，比值越大。

從以上分析我們不難得到，在以最大裂縫寬度控制結(jié)構(gòu)配筋率的情況下，按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》計算出的配筋率要大于按照《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)程》計算出的配筋率。在此通過一個實際算例來說明此問題。

設懸挑板板厚200 mm，寬1 000 mm，長3 000 mm。板上作用三角形荷載，荷載最大25 kN/m2，最大裂縫容許值0.25 mm，混凝土標號C30，鋼筋標號HRB400，計算時不考慮板重。根據(jù)計算，最大裂縫寬度出現(xiàn)在板支座處，最大裂縫寬度處彎矩為38.1 kN·m。

按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》計算最大裂縫寬度，支座處受拉縱筋配為12@140，配筋率為0.40%。

按照《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)程》計算最大裂縫寬度，支座處受拉縱筋為12@160，配筋率為0.35%。

按照實際經(jīng)驗，《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)程》中給出的最大裂縫計算方法可以滿足實際使用的需要，從節(jié)約投資的角度出發(fā)，在進行給水排水工程水池結(jié)構(gòu)設計時，應按照《構(gòu)筑物規(guī)范》進行最大裂縫寬度的計算。

3 不同規(guī)范抗?jié)B等級的比較

《構(gòu)筑物規(guī)范》與《水池規(guī)程》中規(guī)定，混凝土的抗?jié)B等級由最大作用水頭與鋼筋混凝土水池池壁厚度的比值確定。當最大作用水頭與池壁厚度的比值小于10時，混凝土抗?jié)B等級為S4；當最大作用水頭與池壁厚度的比值在10～30之間時，混凝土抗?jié)B等級為S6；當最大作用水頭與池壁厚度的比值大于30時，混凝土抗?jié)B等級為S8。另外，《水池規(guī)程》中還規(guī)定，混凝土抗?jié)B等級應根據(jù)試驗確定。根據(jù)《水池規(guī)程》，給水排水工程水池的抗?jié)B等級基本為S4和S6，這就與《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》中所做的規(guī)定產(chǎn)生了不同?！斗栏g規(guī)范》中規(guī)定，污水處理池的混凝土抗?jié)B等級不應低于S8。

造成《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)程》與《防腐蝕規(guī)范》中對抗?jié)B等級要求不同的主要原因是，工業(yè)污水中含有的離子較多，腐蝕性比市政污水高。一般來說，工業(yè)污水進入市政污水處理廠前，都經(jīng)過了處理，達到了《污水綜合排放標準》或《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》中的相關(guān)規(guī)定。這就使得市政污水的腐蝕性較工業(yè)污水的腐蝕性下降很多，水池的抗?jié)B要求沒必要按照《防腐蝕規(guī)范》中規(guī)定的S8執(zhí)行，只需按照《構(gòu)筑物規(guī)范》《水池規(guī)程》的要求，根據(jù)最大作用水頭與池壁厚度的比值確定水池的抗?jié)B等級。

值得注意的是，水池抗?jié)B等級還需現(xiàn)場試驗來最終確定。

4 不同規(guī)范撓度限值的比較

給水排水工程中，鋼筋混凝土梁也是重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一?！稑?gòu)筑物規(guī)范》與《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》中對撓度限值的取值也存在不同。

《構(gòu)筑物規(guī)范》中規(guī)定，電機層樓面的支承梁應按作用的長期效應的準永久組合進行變形計算，其允許撓度應小于l0/750，l0為梁的計算跨度。《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》中規(guī)定，屋蓋、樓蓋梁的撓度限值最小為l0/400。

若按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》梁撓度限值控制電機層樓面支撐梁的撓度，梁的撓度變形不影響梁的使用功能、外觀及與其他構(gòu)件的連接。但給水排水工程中的電機是長時間運轉(zhuǎn)的，電機基礎的平整度會直接影響電機的正常運行及能耗，這就對電機層支撐梁的撓度限值提出了更高要求，而實踐證明l0/750的撓度限值可以保證電機的正常運行并可以節(jié)約能耗。所以在進行電機層支撐梁的設計時，應該按照《構(gòu)筑物規(guī)范》計算撓度限值。

5 結(jié)語

通過對比不同規(guī)范對荷載分項系數(shù)、最大裂縫寬度、抗?jié)B等級、撓度限值做的不同規(guī)定，發(fā)現(xiàn)在進行給水排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計時，設計人員應該采用市政行業(yè)的設計規(guī)范、規(guī)程，以避免造成設計失誤或設計浪費。

[1] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[3] GB 50069—2002，給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[4] CECS 138∶2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[5] GB 50046—2008，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[6] SH 3076—2002，石油化工建筑物設計規(guī)范[S].

[7] GB 50046—2008,工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范[S].

Abstract: The paper studies the differences of load sub-coefficient, maximum crack width computation, anti-seepage degree demand and deflection limit value in different structural design regulations of water supply and drainage engineering, and analyze causes leading to a difference, which has provided some guidance for water supply and drainage engineering structure designers.

Key words: water supply and drainage engineering, crack width, anti-seepage degree, deflection limit value

Comparative research on different structural design regulations of water supply and drainage engineering

Li Peng

(BeijingShouchuangCo.,Ltd,Beijing100028,China)

2016-03-12

李 鵬(1983- )，男，工程師

1009-6825(2016)15-0042-03

TU991

A