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水池計算理論研究范文

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水池計算理論研究

在給水排水工程構筑物的結構設計中,其大部分基本結構類型為水池結構。

關鍵詞:水池,水池計算

1引言

在給水排水工程構筑物的結構設計中,其大部分基本結構類型為水池結構。本文針對單層的水池結構進行原理分析和計算講解。

2步驟講解

水池結構根據基礎的類型不同,其受力模式也有所不同。水池基礎類型分為兩種,第一種為樁基礎,第二種為天然筏板基礎。

當水池基礎為樁基礎時,第一步:樁根數的計算;根據此公式可求得n的最小值。

F(單樁承載力特征值)·n(樁根數)≥G,G為當水池裝滿水時,水池池壁和頂、底板總重量、池內滿水重、機器的總重量(即包括水池在內所有構件的重量)以及底板伸出水池部分上面所有的土重。

第二步:抗浮驗算,其主要目的是驗算地下水位所產生的浮力,是否能把樁拔起,確保構筑物的安全。G/F(浮力)>1.05(大于1.05才滿足抗浮驗算,≤1.05表明樁會被拔起),F(浮力)=ρ(水)gV,F(浮力)單位為kN,ρ(水)=103kg/m3,g=10N/kg,V為水池嵌入地面以下部分的體積(m3);G為池內無水時,水池池壁和頂、底板總重量、機器總重量和底板伸出水池部分上面所有的土重。

第三步:底板配筋計算;底板配筋計算分為板面筋和板底筋計算。1)板面筋計算:當池內滿水時,此時板面受到的水壓為最大的面荷載。Q面荷載=gh[Q面荷載單位為kN/m2,g污水=10~13kN/m3,h為水池滿水時水高度(m)]。根據面荷載,以及板的種類(單向或雙向板)以及支撐方式,通過計算(大學結構設計專業課本有詳細講解)可求得板面筋。2)板底筋計算:當池內無水時,此時板底受到面荷載為最大值。Q面荷載=F(浮力)/S(底板面積m2)-25·h(板厚m),Q面荷載單位為kN/m2,F(浮力)計算同上。根據面荷載,以及板的種類(單向或雙向板)和支撐方式,通過計算可求得板底筋。

第四步:池壁配筋計算;池壁配筋計算分為池內壁和池外壁配筋計算。1)池內壁配筋計算:當池內滿水時,此時內壁受到的水壓為最大值。其水壓為三角形荷載,三角形荷載底部最大值為gh[單位為kN/m2,g污水=10~13kN/m3,h為水池滿水時水高度(m)]。根據三角形面荷載,以及板的種類(單向或雙向板)和支撐方式,通過計算可求得水池內壁配筋。2)池外壁配筋計算:當池內無水時,此時外壁受到的壓力為最大值。其壓力為三角形荷載,當水池底部高于地下水位時則該壓力只為土壓力,三角形荷載底部最大值為rh[單位為kN/m2,r=18kN/m3,h為地面到水池底板面的高度(m)];當水池底部低于地下水位時,其壓力為地下水壓和浮土壓力的合力,三角形荷載底部最大值為10·h+(18-10)·h·Ka[單位為kN/m2,h為地面到水池底板面的高度(m),Ka為主動土壓力系數],根據三角形面荷載,以及板的種類(單向或雙向板)和支撐方式,通過計算可求得池壁外面筋。綜合池壁外、內的配筋,取最大值,最終得出水池壁的配筋。3)水池壁頂部和底部的配筋計算:由于基礎為樁基礎,樁基相當于水池壁的支座,池壁受力模式為受彎構件,因此水池壁按深梁來考慮。計算時,只計算長邊方向的水池壁,因為跨度大,跨中彎矩大。

梁200為池壁厚,2350為池壁的高度,三個支座為該池壁下面有3條樁。該梁所受到的荷載分為恒載和活載。恒載為q=q1+q2+q3;活載為q=q4+q5。q1為該池壁下懸挑出底板上面的土重;q2為沿著長邊方向把水池對半分后,頂板和機器的重量;q3為沿著長邊方向把水池對半分后,底板的重量;q4為頂板人群走動的活載,查荷載規范可得;q5為沿著長邊方向把水池對半分后,此時池內水的重量。根據荷載,通過計算可求得水池壁頂部和底部的配筋。如果超筋或超出裂縫最大值,則要增加樁的根數。

當水池基礎為天然筏板基礎時,第一步:抗浮驗算。第二步:滿載情況下,基底壓應力計算。計算為水池滿水時,包括構筑物在內所有的總重量除以底板的面積。這一步是為了驗算底板的壓應力有沒有超過底板下土質的承載力。第三步:分兩種情況,最后綜合這兩種情況,得出一個配筋。第一種情況:池內無水時,根據頂板受到活載(沒有頂板就沒有活載)和水池的恒載,計算出底板所受到的凈反力。根據凈反力,可得出底板配筋計算;第二種情況:根據靜力平衡原理,水池壁底部所受彎矩與底板所受彎矩相等,并且由于底板的厚度必須大于池壁的厚度,因此底板配筋面積為1.2倍水池壁配筋面積。最后綜合這兩個配筋結果,取最大值。第四步:池壁配筋計算,計算同上,并且不需要把池壁按深梁來考慮,只需在池壁頂部配兩根比池壁所配鋼筋大一、兩級的鋼筋,作為約束鋼筋防止池壁頂部開裂。

3總結

以上講解的是基本水池受力分析和計算步驟,其他不同、復雜的水池,都是在此基礎上衍生、變形而得的。

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