大跨度地下泵房結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

薛 杰

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088)

水利工程因場(chǎng)地限制、水機(jī)沖排水要求、機(jī)電設(shè)備布置、景觀要求等常需要設(shè)置大跨度的地下泵房結(jié)構(gòu)。目前,專門(mén)針對(duì)水利工程大跨度地下泵房的計(jì)算理論較少。經(jīng)研究,可通過(guò)類比空箱擋墻地板、墻身的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論分析大跨度地下泵房結(jié)構(gòu),分析結(jié)果對(duì)今后大跨度地下泵房的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

1 計(jì)算參數(shù)及方法

泵房底板頂高程8.5m,底板底高程7.6m,底板厚0.9m,地下部分尺寸7.8m×12.2m×7.53m(寬×長(zhǎng)×高),墻厚0.7m,底板中心線尺寸7.1m×11.5m,布置于橡膠壩的右岸。泵房地下結(jié)構(gòu)為空箱式,墻內(nèi)無(wú)填土,墻外填土高程為15.13m。

填土濕容重為19.5kN/m3,浮容重為10 kN/m3,鋼筋混凝土容重為25kN/m3,水的容重取10 kN/m3,填土內(nèi)摩擦角取20度?；炷恋燃?jí)為C30,彈性模量EC=3.0×107kPa;受力鋼筋為Ⅲ級(jí)。根據(jù)文[1] 附錄C空箱擋墻底板、墻身部位的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法類比計(jì)算泵房地下結(jié)構(gòu)。

2 地下泵房結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 墻身結(jié)構(gòu)計(jì)算

圖1 墻身結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

空箱式擋土墻墻身在距墻身和底板交線1.5Lx區(qū)段以內(nèi)可按梯形荷載作用下的3邊固支、1邊自由的雙向板計(jì)算,其余部分可按單向板或連續(xù)板計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。內(nèi)力可按式(1)計(jì)算：

(1)

表1 墻身內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表(負(fù)值表示負(fù)彎矩)

2.2 底板結(jié)構(gòu)計(jì)算

圖2 底板結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

上部結(jié)構(gòu)自重:Q=12721.3kN短邊方向均布荷載集度:q=12721.3/12.2/7.8*1=133.7kN/m

根據(jù)文[1]空箱式擋土墻底板可按支承在隔墻上的4邊固支板計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。內(nèi)力可按式(2)計(jì)算。

(2)

表2 底板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表(負(fù)值表示負(fù)彎矩)

根據(jù)以上內(nèi)力計(jì)算結(jié)果,進(jìn)行配筋計(jì)算。配筋計(jì)算結(jié)果顯示,配置鋼筋最大直徑為25mm,最小間距150mm,說(shuō)明截面尺寸擬定基本合理。

3 泵房抗浮計(jì)算

取上下游50年1遇水位(校核)水位作為最不利工況進(jìn)行抗浮計(jì)算。上游50年1遇洪水位為14.37m,下游50年1遇洪水位為14.27m。泵房承受上下游水頭差引起的滲透壓力和地下水的浮托力作用。抗浮計(jì)算時(shí)考慮上部泵房未完工時(shí)的工況。

根據(jù)文[3]規(guī)定,泵房抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)按式(3)計(jì)算:

(3)

其中,Kf為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù);∑V為作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的除房屋部分的全部重力,kN; ∑U為作用于泵房基礎(chǔ)底面上的揚(yáng)壓力,kN。

浮托力U1=γh1LD=10×(14.27-7.6)×12.2×7.8=6347.2kN

揚(yáng)壓力 ∑U=U1+U2=6347.2+47.6=6395kN ∑V=9320kN

抗浮穩(wěn)定滿足要求。

4 結(jié) 論

地下泵房和空箱擋墻在受力特點(diǎn)上有諸多類似之處,不同之處在于:① 泵房?jī)?nèi)部無(wú)填土平衡浮托力,因此必須進(jìn)行抗浮穩(wěn)定計(jì)算;② 一般泵房四面填土,因此無(wú)需進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

地下泵房由于機(jī)電設(shè)備的安裝及操作空間要求,一般長(zhǎng)、寬、高各方向尺寸均較大,導(dǎo)致受力和配筋面積較大。地下泵房結(jié)構(gòu)受力狀況受制約因素較多,因此立板、底板等尺寸的擬定和空箱擋墻一樣,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度要求等計(jì)算后綜合確定。

[參考文獻(xiàn)]

[1] SL379-2007，水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] SL744-2016，水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB50265-2010，泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 河海大學(xué)、武漢大學(xué).水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.