整体式滤池中管廊结构刚度优化设计

李洪煊

摘 要 为了改善整体式滤池管廊结构的动力特性，采用理论分析法，借助有限元软件，对管廊结构的动力特性进行分析、优化。分析、优化结果表明：采用增大滤池顶标高处管廊楼面纵向边框架梁刚度及在管廊远离滤池侧纵向柱列柱脚处设剪力墙的措施是简单有效、安全经济的;柱脚处设剪力墙的措施较增大纵向边框架梁刚度效果更好。这些认识可为同类整体式滤池管廊结构刚度优化设计提供参考。

关键词 管廊;滤池;刚度;优化

前言

给排水工程中，滤池与管廊的布置一般有脱开式和整体式两种。脱开式：滤池与管廊各自结构受力清晰、明了，可单独分析、设计，再行组装一起，其相邻交接处设缝，缝处结构及建筑做法复杂，易渗漏水，影响使用及美观。整体式：管廊与滤池共用一面墙体，结构布置紧凑，节省工程造价，相邻交接处不存在渗漏水，管廊纵向两排柱列柱脚侧向约束墙体高度、厚度不一，靠滤池侧柱列纵向约束强，反之，远离滤池侧柱列纵向约束弱，管廊结构纵向柱列侧向约束刚度不均，第一或第二振型扭转成分占比较大（>10%）。为了解决设缝水池渗漏水现象，滤池与管廊采用整体式布置，但必须改善管廊结构的动力特性，使其第一、二振型均为侧向振动，第三振型为扭转。本文主要研究整体式滤池中管廊结构的刚度优化设计，以期使管廊结构具有一个较好的动力特性。

1刚度优化设计

1.1 优化设计的目标

管廊结构的刚度优化设计目标为：结构第一、二振型为侧向振动，总侧振成分占比不小于90%，第三振型为扭转，扭振成分占比不小于90%[1]。

1.2 优化设计的措施

典型整体式滤池与管廊的横断面图如下图1所示。由图1可知，管廊结构A轴柱列纵向约束墙体高度及厚度均小于B轴柱列，A轴柱列纵向约束刚度弱于B轴。因此刚度优化设计调整的原则是：弱化B轴纵向刚度，强化A轴纵向刚度。弱化B轴纵向刚度的措施有：①减小墙体厚度。强化A轴纵向刚度的措施有：①加大A轴楼面层梁KL1的刚度;②增大A轴纵向柱列约束刚度，具体表现：在A轴柱列处设纵向剪力墙以约束框架柱侧向位移。B轴处墙体厚度一般由其相邻边池壁弯矩确定，弱化的空间较小，故本文主要研究强化A轴框架柱纵向约束刚度的措施。

2算例

溧阳市区域供水治污一体化（区域治污）一期工程——社渚污水厂中滤池管廊采用整体式布置，其横剖面图详见上图1所示。

采用有限元软件PMPM V4.3版本对优化前后的模型进行对比分析，结合建筑条件，最后确定KL1梁截面由原来的250×500mm增大至250×1000mm，A轴纵向柱列设置200×800mm的剪力墙，剪力墙局部布置详见下图2所示。

假设优化前设计模型简称为模型1;仅增大KL1框架梁刚度的模型简称为模型2;仅在A轴纵向柱列处设剪力墙的模型简称为模型3;同时增大KL1框架梁刚度及在A軸纵向柱列处设剪力墙的模型简称为模型4。对上述4个模型分别计算。表1为考虑楼板刚性假定条件下4个模型振型统计一览表。

由表1可知：模型1第一振型扭转成分占比31%，总侧振成分占比69%（小于90%），模型2第二振型扭转成分占比34%，总侧振成分占比66%（小于90%），结构布置不合理。模型3第二振型总侧振成分占比大于模型2，模型3动力特性好于模型2。模型4第一及第二振型总侧振成分占比均大于90%，第三振型扭转成分占比大于90%，结构动力特性较模型1～模型3大大改善。

图3为模型4振型周期简图，由图可知优化后的管廊结构第一、二振型均为侧向振动，第三振型为扭转，结构整体动力特性较好，各构件受力合理。

3结束语

（1）采用增大滤池顶标高处管廊楼面纵向边框架梁刚度及在管廊远离滤池侧纵向柱列柱脚处设剪力墙的措施后，管廊结构第一、二振型均为侧向振动，第三振型为扭转，结构受力特性得到较大改善。

（2）在管廊远离滤池侧纵向柱列柱脚处设剪力墙较增大滤池顶标高处管廊楼面纵向边框架梁刚度效果要好。

参考文献

[1] GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京：中国标准出版社;2010.