整體式濾池中管廊結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計

李洪煊

摘 要 為了改善整體式濾池管廊結(jié)構(gòu)的動力特性，采用理論分析法，借助有限元軟件，對管廊結(jié)構(gòu)的動力特性進行分析、優(yōu)化。分析、優(yōu)化結(jié)果表明：采用增大濾池頂標(biāo)高處管廊樓面縱向邊框架梁剛度及在管廊遠(yuǎn)離濾池側(cè)縱向柱列柱腳處設(shè)剪力墻的措施是簡單有效、安全經(jīng)濟的;柱腳處設(shè)剪力墻的措施較增大縱向邊框架梁剛度效果更好。這些認(rèn)識可為同類整體式濾池管廊結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞 管廊;濾池;剛度;優(yōu)化

前言

給排水工程中，濾池與管廊的布置一般有脫開式和整體式兩種。脫開式：濾池與管廊各自結(jié)構(gòu)受力清晰、明了，可單獨分析、設(shè)計，再行組裝一起，其相鄰交接處設(shè)縫，縫處結(jié)構(gòu)及建筑做法復(fù)雜，易滲漏水，影響使用及美觀。整體式：管廊與濾池共用一面墻體，結(jié)構(gòu)布置緊湊，節(jié)省工程造價，相鄰交接處不存在滲漏水，管廊縱向兩排柱列柱腳側(cè)向約束墻體高度、厚度不一，靠濾池側(cè)柱列縱向約束強，反之，遠(yuǎn)離濾池側(cè)柱列縱向約束弱，管廊結(jié)構(gòu)縱向柱列側(cè)向約束剛度不均，第一或第二振型扭轉(zhuǎn)成分占比較大（>10%）。為了解決設(shè)縫水池滲漏水現(xiàn)象，濾池與管廊采用整體式布置，但必須改善管廊結(jié)構(gòu)的動力特性，使其第一、二振型均為側(cè)向振動，第三振型為扭轉(zhuǎn)。本文主要研究整體式濾池中管廊結(jié)構(gòu)的剛度優(yōu)化設(shè)計，以期使管廊結(jié)構(gòu)具有一個較好的動力特性。

1剛度優(yōu)化設(shè)計

1.1 優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)

管廊結(jié)構(gòu)的剛度優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)為：結(jié)構(gòu)第一、二振型為側(cè)向振動，總側(cè)振成分占比不小于90%，第三振型為扭轉(zhuǎn)，扭振成分占比不小于90%[1]。

1.2 優(yōu)化設(shè)計的措施

典型整體式濾池與管廊的橫斷面圖如下圖1所示。由圖1可知，管廊結(jié)構(gòu)A軸柱列縱向約束墻體高度及厚度均小于B軸柱列，A軸柱列縱向約束剛度弱于B軸。因此剛度優(yōu)化設(shè)計調(diào)整的原則是：弱化B軸縱向剛度，強化A軸縱向剛度。弱化B軸縱向剛度的措施有：①減小墻體厚度。強化A軸縱向剛度的措施有：①加大A軸樓面層梁KL1的剛度;②增大A軸縱向柱列約束剛度，具體表現(xiàn)：在A軸柱列處設(shè)縱向剪力墻以約束框架柱側(cè)向位移。B軸處墻體厚度一般由其相鄰邊池壁彎矩確定，弱化的空間較小，故本文主要研究強化A軸框架柱縱向約束剛度的措施。

2算例

溧陽市區(qū)域供水治污一體化（區(qū)域治污）一期工程——社渚污水廠中濾池管廊采用整體式布置，其橫剖面圖詳見上圖1所示。

采用有限元軟件PMPM V4.3版本對優(yōu)化前后的模型進行對比分析，結(jié)合建筑條件，最后確定KL1梁截面由原來的250×500mm增大至250×1000mm，A軸縱向柱列設(shè)置200×800mm的剪力墻，剪力墻局部布置詳見下圖2所示。

假設(shè)優(yōu)化前設(shè)計模型簡稱為模型1;僅增大KL1框架梁剛度的模型簡稱為模型2;僅在A軸縱向柱列處設(shè)剪力墻的模型簡稱為模型3;同時增大KL1框架梁剛度及在A軸縱向柱列處設(shè)剪力墻的模型簡稱為模型4。對上述4個模型分別計算。表1為考慮樓板剛性假定條件下4個模型振型統(tǒng)計一覽表。

由表1可知：模型1第一振型扭轉(zhuǎn)成分占比31%，總側(cè)振成分占比69%（小于90%），模型2第二振型扭轉(zhuǎn)成分占比34%，總側(cè)振成分占比66%（小于90%），結(jié)構(gòu)布置不合理。模型3第二振型總側(cè)振成分占比大于模型2，模型3動力特性好于模型2。模型4第一及第二振型總側(cè)振成分占比均大于90%，第三振型扭轉(zhuǎn)成分占比大于90%，結(jié)構(gòu)動力特性較模型1～模型3大大改善。

圖3為模型4振型周期簡圖，由圖可知優(yōu)化后的管廊結(jié)構(gòu)第一、二振型均為側(cè)向振動，第三振型為扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)整體動力特性較好，各構(gòu)件受力合理。

3結(jié)束語

（1）采用增大濾池頂標(biāo)高處管廊樓面縱向邊框架梁剛度及在管廊遠(yuǎn)離濾池側(cè)縱向柱列柱腳處設(shè)剪力墻的措施后，管廊結(jié)構(gòu)第一、二振型均為側(cè)向振動，第三振型為扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)受力特性得到較大改善。

（2）在管廊遠(yuǎn)離濾池側(cè)縱向柱列柱腳處設(shè)剪力墻較增大濾池頂標(biāo)高處管廊樓面縱向邊框架梁剛度效果要好。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50011-2010.建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社;2010.