多功能双层水池技术分析

吴春洋 高雅如 冯晓霞

(中冶节能环保有限责任公司，北京 100088)



多功能双层水池技术分析

吴春洋 高雅如 冯晓霞

(中冶节能环保有限责任公司，北京 100088)

以某公司钢渣热闷处理工程为例，结合工程软件，并运用弯矩调整法，计算分析了不同工况下多功能水池池壁的杆端及跨中弯矩，总结了此类构筑物的特点及计算要点，为今后此种构筑物的设计提供了参考。

多功能水池,结构分析，弯矩调幅法，土压力

0 引言

近年来双层水池基于占地面积少、工艺布局合理，操作方便、节省建筑材料、施工技术简单等优点,已被广泛应用于污水处理厂、化工厂等工程建筑内。双层水池一般是根据工艺布置，人员操作的特点将设备间，操作间等叠合在沉淀池、过滤池、回水池或者是反应池等水处理构筑物上的多功能叠合水池。由于大大地节约占地、方便操作和节省建材，越来越多工程采用此种钢筋混凝土水池结构方式[3]，因此其受力性能和计算方法的研究显得尤为重要。对于钢渣热闷处理工程中的回水井，其下层为水池，上层为设备间的构筑物，此种设计达到了节约占地，方便操作的目的。本文针对此种水池的结构形式，进行设计并梳理总结此类构筑物的特点及计算要点。

1 结构分析方法的选择

无梁楼盖式水池、双层和多格矩形水池多采用等代框架法。等代框架法是将矩形水池等代为平面框架结构来分析。此种方法是把复杂的空间力学问题转变为相对简单的平面力学问题求解，大大简化了计算。弯矩分配法是一种简便的结构力学计算方法，包括近似弯矩分配法和空间弯矩分配法。另一种常用的计算方法是近似弯矩分配法，是将矩形水池分割为一片片独立的板块，根据各板块的不同边界约束条件确定各自相应的固端弯矩，板块交界处所形成的不平衡弯矩则根据相邻板块的线刚度比例关系进行分配[1]。实际工程中多结合这两种简便高效的计算方法进行分析。

2 组合水池的结构分析

组合水池分上下两层，中间分隔板起到结构的关键作用。上层间隔板对整个侧板起到约束作用，相当于对池壁起到支撑。这样在结构计算中将上下两部分分开，各自单独计算，下部为有顶板的水池结构，上部池壁为有侧向支撑的侧壁，大大减小了其弯矩，节省了壁厚及钢筋用量，所以在实际计算中一定要考虑中间隔板的支撑作用。不能简单的将水池整体计算，要分层单独分析。

3 钢渣热闷处理工程多功能回水井计算实例

3.1 工程概况

张家港荣盛炼钢有限公司钢渣热闷处理回水井结构为上层设备间，下层回水池，都为地下建筑。下层水池池深3.5 m，池壁厚350 mm，底板厚500。上层设备间埋深6.1 m，壁厚350 mm，水池隔板厚300 mm。回水池内水容重10 kN/m3,设备间恒载+活载8 kN/m2，壁面温差10.0 ℃,见图1。

3.2 水池荷载工况组合

室外土压力与各层水池荷载工况分为以下3种组合情况[5]，见图2。

1)室外土压力(土+水)，下层水池满水；

2)室外土压力(土+水)，下层水池空水；

3)室外无土压力，下层水池满水。

3.3 结构分析计算

本工程上层设备间隔板对整个侧板起到约束作用，相当于对池壁起到支撑。这样相当于将下部水池，上部设备间分开计算，下部为有顶板的水池结构，上部为有侧向支撑的侧壁，大大减小了其弯矩，节省了壁厚及钢筋用量，所以在实际计算中一定要考虑中间隔板的支撑作用。本工程结合理正结构工具箱中水池计算。然后取两次叠加部分的弯矩进行弯矩分配法确定最终弯矩。

1)下部水池结构长边侧壁计算，见图3。

计算结果见表1，表2。

表1 长边L向池壁基本组合作用弯矩表(一) kN·m/m

表2 短边B向池壁基本组合作用弯矩表(一) kN·m/m

2)顶板内力见表3。

表3 荷载组合作用弯矩表 kN·m/m

3)上部水池结构长边侧壁计算，见图4，计算结果见表4，表5。

表4 长边L向池壁基本组合作用弯矩表(二)

kN·m/m

表5 短边B向池壁基本组合作用弯矩表(二) kN·m/m

4)弯矩调幅法确定池壁弯矩见表6，表7。

表6 长边L向池壁基本组合作用弯矩表(三) kN·m/m

表7 短边B向池壁基本组合作用弯矩表(三) kN·m/m

4 结语

本文介绍的此种组合型水池是一种较新的结构形式，由于其结构整体性好，受力合理，节省材料，布置灵活，能够较好地满足使用工艺要求的特点，使其受到广泛关注。然而在水池结构设计手册等相关资料中对此种双层叠合构筑物计算的介绍比较少而且并不充分，致使工程结构设计人员在实际应用中遇到此种结构时经常会无从下手[2]。本文通过工程实例的步步分析，具体计算对此种双层叠合水池的计算简化、工况选取、弯矩传递、弯矩分配等问题进行了详细的解答和探讨。总之，随着研究深入和工程实践，多功能组合水池将在生产生活中得到更加广泛的应用。本文对此种结构形式进行了梳理和总结，希望会对结构设计人员提供一些帮助。

[1] 梁永涛.关于矩形钢筋混凝土水池计算的总结[J].山西科技，2007(3)：21-22.

[2] 何李彬.浅议钢筋混凝土矩形水池设计中的几点问题[J].工程技术，2010(5)：64-66.

[3] 涂 健.浅谈水池设计[J].林业科技情报，2007(3)：80-81.

[4] 给水排水工程结构设计手册编委会.给水排水工程结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] 刘金春，杜 青.结构力学(上、下)[M].第2版.武汉：华中科技大学出版社，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

吴春洋(1982- ),女,工程师; 高雅如(1984- ),女,工程师; 冯晓霞(1983- ),女,工程师

TU318

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