某砌體與鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)水池設(shè)計(jì)

賈 雪 亮

(山西潤(rùn)民環(huán)保工程設(shè)備有限公司，山西 太原 030000)

某煤礦生產(chǎn)線新建礦井廢水處理站尚未完工，為保證礦井廢水處理不受影響，需要臨時(shí)建造一座礦井廢水應(yīng)急處理水池。后期正式水處理站完工投入使用后，再將該臨時(shí)水池拆除。

1 工程概況

水池為敞口水池，高度(不含底板)3 m，底板頂標(biāo)高-2.600 m，池頂出地面0.4 m，平面總凈尺寸約為18 m×12 m，分為三格。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

擬采用鋼筋混凝土底板，砌體與鋼筋混凝土混合池壁的設(shè)計(jì)方案，此方案施工周期較短，后期拆除難度較小。具體設(shè)計(jì)方案為：池壁主要采用砌體，沿水池高度設(shè)兩道水平系梁，在水池長(zhǎng)度方向間距6 m設(shè)鋼筋混凝土受力柱，池底設(shè)0.3 m厚鋼筋混凝土底板，池壁受力柱下底板局部加厚至0.7 m。荷載傳力途徑為：水池內(nèi)水及水池壁自重傳至水池底板，水池內(nèi)水壓產(chǎn)生的水平力、水池外土壓力產(chǎn)生的水平力先傳至砌體墻，之后經(jīng)由墻傳至水平系梁，再由梁傳至池壁受力柱，最后傳至基礎(chǔ)底板；水池平面布置見(jiàn)圖1。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本資料

3.1 土水信息

土天然重度18.00 kN/m3,土內(nèi)摩擦角25°，修正后的地基承載力特征值fa=120.00 kPa；水池深度范圍內(nèi)無(wú)地下水,池內(nèi)水深2.800 m, 池內(nèi)水重度10.80 kN/m3。

3.2 荷載信息

活荷載:水池外側(cè)地面堆載取10.00 kN/m2,組合值系數(shù)0.90。

恒荷載分項(xiàng)系數(shù):水池自重1.20,其他1.27；活荷載分項(xiàng)系數(shù):地下水壓1.27,其他1.27。

3.3 鋼筋混凝土、磚砌體信息

混凝土:等級(jí)C30,重度25.00 kN/m3；縱筋保護(hù)層厚度:35 mm；鋼筋級(jí)別:HRB400；磚砌體采用MU10級(jí)，砂漿為M10水泥砂漿。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 砌體池壁計(jì)算

池體內(nèi)、外壁受力分析時(shí)，對(duì)于池外壁，應(yīng)取側(cè)向土壓力和側(cè)向水壓力兩者的較大值進(jìn)行驗(yàn)算；對(duì)于池內(nèi)壁，僅取側(cè)向水壓力作用值進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于本工程水池，經(jīng)綜合比較分析，池壁側(cè)向土壓力和側(cè)向水壓力彎矩、剪力設(shè)計(jì)值相差不大，所以取內(nèi)外壁厚度相同，按側(cè)向土壓力和側(cè)向水壓力兩者的較大值進(jìn)行驗(yàn)算。

A段池壁：Mmax=3.35 kN·m時(shí)，h≥344 mm；Vmax=12.33 kN時(shí)，h≥109 mm；取壁厚為370 mm。

B段池壁：Mmax=6.66 kN·m時(shí)，h≥484 mm；Vmax=24.89 kN時(shí)，h≥220 mm，取壁厚為490 mm。

4.2 鋼筋混凝土水平系梁計(jì)算

結(jié)合所求得的池壁厚度，擬取池壁頂?shù)乃较盗簽閄L1:370×250，池壁半高處的水平系梁為XL2:490×300。根據(jù)4.2條的兩種假定及圖2數(shù)值，將砌體池壁所受的水平力導(dǎo)算至水平系梁，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水平系梁荷載設(shè)計(jì)值 kN/m

水平系梁按支承于受力柱上的兩跨連續(xù)梁計(jì)算。 根據(jù)表1，池壁頂部水平系梁XL1取均布荷載設(shè)計(jì)值為6.79 kN/m，半高處系梁XL2取均布荷載設(shè)計(jì)值為28.35 kN/m；梁受力及配筋計(jì)算見(jiàn)圖3,圖4。

4.3 鋼筋混凝土受力柱計(jì)算

鋼筋混凝土立柱截面取500×700，立柱承擔(dān)水平系梁傳來(lái)的集中荷載，按底部固結(jié)，頂部自由的豎向懸臂構(gòu)件計(jì)算；豎向力取受力柱及柱兩側(cè)各半跨長(zhǎng)度池壁半高以上系梁及墻自重N=106 kN。各假定情況柱根部彎矩、剪力設(shè)計(jì)值經(jīng)比較后取M=433.07 kN·m，V=261.90 kN進(jìn)行受力柱配筋設(shè)計(jì)。受力柱鋼筋計(jì)算面積如下：

1)上、下側(cè)縱筋(單側(cè)):As=1 861 mm2；

2)左、右側(cè)縱筋(單側(cè)):As=700 mm2；

3)水平、豎向箍筋(單向)：Asv/s=1 273 mm2/m，經(jīng)驗(yàn)算，配筋滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.4 基礎(chǔ)計(jì)算

水池基礎(chǔ)底板按300 mm厚筏板計(jì)算，柱下筏板(2 m×2.5 m)局部加厚至700 mm。分別計(jì)算水池空池和滿水時(shí)兩種工況下水池底板基底反力及筏板配筋。經(jīng)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)組合下基底最大反力59.4 kPa≤120 kPa，滿足要求。300厚筏板配筋計(jì)算面積As=754 mm2/m，局部700厚筏板配筋計(jì)算面積As=1 505 mm2/m，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)砌體與鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)型式的水池進(jìn)行受力分析與設(shè)計(jì)，可得到如下結(jié)論：

1)通過(guò)劃分受力區(qū)段，各計(jì)算單元的砌體墻按最不利受力工況反算截面厚度，可滿足規(guī)范要求。

2)通過(guò)合理布置水平系梁、受力柱等傳力構(gòu)件，以使池體傳力途徑明確，按最不利受力工況進(jìn)行截面核算和配筋設(shè)計(jì)，可滿足規(guī)范要求。