吳春洋 高雅如 馮曉霞

(中冶節(jié)能環(huán)保有限責(zé)任公司，北京 100088)

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多功能雙層水池技術(shù)分析

吳春洋 高雅如 馮曉霞

(中冶節(jié)能環(huán)保有限責(zé)任公司，北京 100088)

以某公司鋼渣熱悶處理工程為例，結(jié)合工程軟件，并運(yùn)用彎矩調(diào)整法，計(jì)算分析了不同工況下多功能水池池壁的桿端及跨中彎矩，總結(jié)了此類構(gòu)筑物的特點(diǎn)及計(jì)算要點(diǎn)，為今后此種構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)提供了參考。

多功能水池,結(jié)構(gòu)分析，彎矩調(diào)幅法，土壓力

0 引言

近年來雙層水池基于占地面積少、工藝布局合理，操作方便、節(jié)省建筑材料、施工技術(shù)簡單等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于污水處理廠、化工廠等工程建筑內(nèi)。雙層水池一般是根據(jù)工藝布置，人員操作的特點(diǎn)將設(shè)備間，操作間等疊合在沉淀池、過濾池、回水池或者是反應(yīng)池等水處理構(gòu)筑物上的多功能疊合水池。由于大大地節(jié)約占地、方便操作和節(jié)省建材，越來越多工程采用此種鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)方式[3]，因此其受力性能和計(jì)算方法的研究顯得尤為重要。對于鋼渣熱悶處理工程中的回水井，其下層為水池，上層為設(shè)備間的構(gòu)筑物，此種設(shè)計(jì)達(dá)到了節(jié)約占地，方便操作的目的。本文針對此種水池的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行設(shè)計(jì)并梳理總結(jié)此類構(gòu)筑物的特點(diǎn)及計(jì)算要點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)分析方法的選擇

無梁樓蓋式水池、雙層和多格矩形水池多采用等代框架法。等代框架法是將矩形水池等代為平面框架結(jié)構(gòu)來分析。此種方法是把復(fù)雜的空間力學(xué)問題轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬唵蔚钠矫媪W(xué)問題求解，大大簡化了計(jì)算。彎矩分配法是一種簡便的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算方法，包括近似彎矩分配法和空間彎矩分配法。另一種常用的計(jì)算方法是近似彎矩分配法，是將矩形水池分割為一片片獨(dú)立的板塊，根據(jù)各板塊的不同邊界約束條件確定各自相應(yīng)的固端彎矩，板塊交界處所形成的不平衡彎矩則根據(jù)相鄰板塊的線剛度比例關(guān)系進(jìn)行分配[1]。實(shí)際工程中多結(jié)合這兩種簡便高效的計(jì)算方法進(jìn)行分析。

2 組合水池的結(jié)構(gòu)分析

組合水池分上下兩層，中間分隔板起到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用。上層間隔板對整個側(cè)板起到約束作用，相當(dāng)于對池壁起到支撐。這樣在結(jié)構(gòu)計(jì)算中將上下兩部分分開，各自單獨(dú)計(jì)算，下部為有頂板的水池結(jié)構(gòu)，上部池壁為有側(cè)向支撐的側(cè)壁，大大減小了其彎矩，節(jié)省了壁厚及鋼筋用量，所以在實(shí)際計(jì)算中一定要考慮中間隔板的支撐作用。不能簡單的將水池整體計(jì)算，要分層單獨(dú)分析。

3 鋼渣熱悶處理工程多功能回水井計(jì)算實(shí)例

3.1 工程概況

張家港榮盛煉鋼有限公司鋼渣熱悶處理回水井結(jié)構(gòu)為上層設(shè)備間，下層回水池，都為地下建筑。下層水池池深3.5 m，池壁厚350 mm，底板厚500。上層設(shè)備間埋深6.1 m，壁厚350 mm，水池隔板厚300 mm。回水池內(nèi)水容重10 kN/m3,設(shè)備間恒載+活載8 kN/m2，壁面溫差10.0 ℃,見圖1。

3.2 水池荷載工況組合

室外土壓力與各層水池荷載工況分為以下3種組合情況[5]，見圖2。

1)室外土壓力(土+水)，下層水池滿水；

2)室外土壓力(土+水)，下層水池空水；

3)室外無土壓力，下層水池滿水。

3.3 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

本工程上層設(shè)備間隔板對整個側(cè)板起到約束作用，相當(dāng)于對池壁起到支撐。這樣相當(dāng)于將下部水池，上部設(shè)備間分開計(jì)算，下部為有頂板的水池結(jié)構(gòu)，上部為有側(cè)向支撐的側(cè)壁，大大減小了其彎矩，節(jié)省了壁厚及鋼筋用量，所以在實(shí)際計(jì)算中一定要考慮中間隔板的支撐作用。本工程結(jié)合理正結(jié)構(gòu)工具箱中水池計(jì)算。然后取兩次疊加部分的彎矩進(jìn)行彎矩分配法確定最終彎矩。

1)下部水池結(jié)構(gòu)長邊側(cè)壁計(jì)算，見圖3。

計(jì)算結(jié)果見表1，表2。

表1 長邊L向池壁基本組合作用彎矩表(一) kN·m/m

表2 短邊B向池壁基本組合作用彎矩表(一) kN·m/m

2)頂板內(nèi)力見表3。

表3 荷載組合作用彎矩表 kN·m/m

3)上部水池結(jié)構(gòu)長邊側(cè)壁計(jì)算，見圖4，計(jì)算結(jié)果見表4，表5。

表4 長邊L向池壁基本組合作用彎矩表(二)

kN·m/m

表5 短邊B向池壁基本組合作用彎矩表(二) kN·m/m

4)彎矩調(diào)幅法確定池壁彎矩見表6，表7。

表6 長邊L向池壁基本組合作用彎矩表(三) kN·m/m

表7 短邊B向池壁基本組合作用彎矩表(三) kN·m/m

4 結(jié)語

本文介紹的此種組合型水池是一種較新的結(jié)構(gòu)形式，由于其結(jié)構(gòu)整體性好，受力合理，節(jié)省材料，布置靈活，能夠較好地滿足使用工藝要求的特點(diǎn)，使其受到廣泛關(guān)注。然而在水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊等相關(guān)資料中對此種雙層疊合構(gòu)筑物計(jì)算的介紹比較少而且并不充分，致使工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際應(yīng)用中遇到此種結(jié)構(gòu)時經(jīng)常會無從下手[2]。本文通過工程實(shí)例的步步分析，具體計(jì)算對此種雙層疊合水池的計(jì)算簡化、工況選取、彎矩傳遞、彎矩分配等問題進(jìn)行了詳細(xì)的解答和探討。總之，隨著研究深入和工程實(shí)踐，多功能組合水池將在生產(chǎn)生活中得到更加廣泛的應(yīng)用。本文對此種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了梳理和總結(jié)，希望會對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供一些幫助。

[1] 梁永濤.關(guān)于矩形鋼筋混凝土水池計(jì)算的總結(jié)[J].山西科技，2007(3)：21-22.

[2] 何李彬.淺議鋼筋混凝土矩形水池設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)問題[J].工程技術(shù)，2010(5)：64-66.

[3] 涂 健.淺談水池設(shè)計(jì)[J].林業(yè)科技情報(bào)，2007(3)：80-81.

[4] 給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊編委會.給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[5] 劉金春，杜 青.結(jié)構(gòu)力學(xué)(上、下)[M].第2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2013.

Technology analysis of multifunctional double water pool

Wu Chunyang Gao Yaru Feng Xiaoxia

(Energy-SavingandEnvironmentalProtectionCo.,Ltd,MCC,Beijing100088,China)

Combining with engineering software, taking the company steel slag fever treatment as an example, applying moment modulation method, the paper computes and analyzes the multi-function rainwater pond wall end and middle-span moment, and summarizes its features and computation points, which has provided some guidance for similar building design in future.

multi-function rainwater pond, structural analysis, moment modulation method, soil pressure

1009-6825(2016)10-0038-02

2016-01-25

吳春洋(1982- ),女,工程師; 高雅如(1984- ),女,工程師; 馮曉霞(1983- ),女,工程師

TU318

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