浅谈圆形水池结构分析

I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o nV o l .37!S u p p l e m e n t !Z O O 7 工业建筑 Z O O 7牟第37卷增刊lm 圆形n 池结构分析
J L M
中山市第二建筑设计院有限公司 中山 5Z 8415
摘 要!通过对一座由圆柱壳 圆锥壳和圆形底板组成的圆形水池结构分析计算 采用合理构造措施 使设计更加可靠和经济
关键词!圆锥壳 球壳 弯矩分配
S T R U C T U R A LA N A L Y S I SO FAC I R C U L A RP O O L
P e n g Y
a n k u n Z h o n g s h a nN o .ZC o n s t r u c t i o nd e s i g n I n s t i t u t eC o . L t d Z h o n g s h a n 5
Z 8415 A b s t r a c t T h e d e s i g no f a c i r c u l a r p o o l c o n s i t i n g o f c y h i n d r i c s h e l l l o n i c s h e l l a n d c i r c u l a r b o t t o m p l a t em a y b e m o r e r e l i a b l e a n dm o r e e c o n o m i cb y i t s s t r u c t u r a l a n a l y s i s a sw e l l a su s i n g r a t i o n a l s t r u c t u r a lm e a s u r e s .K e
w o r d s c o n i c s h e l l s p h e r i c s h e l l m o m e n t d i s t r i b u t i o n 第一作者 彭炎馄 男 197Z 年5月出生 工程师 国家一级注册结构工程师
收稿日期 Z O O 7-O 5-17
圆形水池具有良好的受力性能
广泛用于给排水工程构筑物中 圆形水池的结构设计不同于一般的由梁
板 柱等结构构件组成的建筑结构 其结构主要由圆柱壳 圆锥壳 球壳等壳体构件组成 结构计算比较特殊 该工程中遇到的组合壳体水池在结构类型和计算上都具有一定的代表性
l 工程概况
建设场地为第四系残积层 上层粉质粘土 f a k =15O k P a 可塑状 下层为卵石层 f
a k =4O O k P a 埋深4.O m 池内储水最低月平均温度为8C 最高月平均温度为Z Z C
池壁外侧的大气最低月平均温度为5C 最高月平均温度为3Z C 2 结构设计
工程中的沉淀池结构如图1所示 由于卵石层埋深较浅 约4.5m 地基处理时直接开挖到卵石层 并用分层碾压密实的砂夹石回填至池底标高处 又由于组成池体的构件间节点无水平位移 故结构计算采用了弯矩分配法
图1 工程中沉淀池结构
2.l 先拟定各单元构件的尺寸
假定单元构件间节点嵌固 分别计算边缘嵌固时各单元构件在外荷作用下各点的内力及边缘嵌固力
具体过程分述如下 1
柱壳如图Z 所示 H =3.8m d =Z R =Z O .3m h =O
.3m 柱壳整个位于地面以上 根据 给水排水工程构筑物结构设计规范 G B5O O 69-Z O O Z 的规定 圆形池壁可不计温 湿 度场对壁板中面的作用 池壁仅考虑受水压力作用和温 湿 度场产生的壁面温差作用 其中水压为三角形荷载g =Y H
=1
O >3.8=38k N m Z 壁面温差A =-1O .O 3C 壁面湿度当量温差按1O C 采用 由此可计算出池壁内各点内力及边缘嵌固力矩为M =-Z Z .5k N
m
计算方法见 给水排水工程结构设计手册 以下简称手册 弯矩以池壁外侧受拉为正 下同
图Z 壳柱示意
Z
环板受力较为复杂 在计算池内水压和结构7
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自重作用下底板内力及固端弯矩时按弹性地基上的圆板考虑9如图3所示9h=O.Z5m3R=1O.15m D池壁等自重P=4O.3k N/m9水压g=38k N/m Z9根据手册的相关内容可计算出底板内各点内力及内外边缘嵌固力矩M=Z4k N'm(空池时)3M=4k N'm(满水时)D
图3环板受力示意
3)锥壳如图4所示9H=3.5m3h=O.3m3
=6O3d Z=9m3d1=5.O m3S1=5.O m3S Z= 9.O m3L=4.O m3地下水深D=1.7m D锥壳外换填的砂夹石地基坡角为6O9为偏于安全考虑9不计入地基的主动反力作用D池内无水时的锥体荷载有池壁自重g1=7.5N/m Z~地下水压g Z=17N/m Z3池内水压力g3=38~73k N/m Z(梯形荷载)D根据手册的相关内容可计算出锥壳内各点内力及上下边缘嵌固力矩M1=-18k N'm(上端)3M Z=-Z4k N'm(下端)D
图4锥壳示意
4)圆板:由于圆形底板在池内有水或池内无水的情况下都可以由地基反力平衡其外力9所以圆板仅考虑由锥壳边缘力矩二次分配产生的底板内各点的应力D
2.2计算节点不平衡弯矩!并进行弯矩分配
1)按以上假定条件分别计算各单元构件9使得构件间节点弯矩不平衡9不平衡的弯矩对每一个节点均为:
Z M=-M上+M下
(M
上
~M下为相邻上~下两单元构件边缘嵌固力矩9以使构件外侧受拉为正9计算时以代数值代入) Z)上~下两单元构件的弯矩分配系数分别为:
K上=D上/(D上+D下)
K下=D下/(D上+D下)
(D
上
~D
下
为相邻上~下两单元构件边缘刚度9计算方法见手册)
3)计算以上四种单元构件边缘铰支时9各单元构件在所受的分配弯矩作用下各点的内力D
2.3将以上两步求得的各构件内力值相叠加!即时单元构件各点的最终内力
3结语
水池结构是水处理工程土建设计中的核心内容9尤其是圆形水池9其结构特殊9受力复杂9应力计算普遍采用手算和图表计算9工作量较大9所以如何建立一个惰当的模型~如何采用一种合理简化的计算方法就显得尤为重要D在本工程的设计中9有以下几点体会:
1)本工程中9圆环底板构件在水池的功能上有向中心1O%的放坡要求9使得该单元构件在结构上介于锥壳与环板之间9考虑到结构应使受力明确计算模型简单的要求9在结构设计中9将环板按水平设计9水池所需的坡度用非结构措施找出9既满足了工艺的要求9又使结构计算易于操作D
Z)水池底板的内力分析由于受到地基特性~基础板本身刚度~水池上部结构及荷载分布等各种因素的影响D精确计算是难以做到的9而采用不同方法计算的结果也会有所不同9这就使得在作这部分设计时要特别慎重9要尽量采用尽可能接近于实际情况的计算方法D本工程由于卵石层埋深较浅9用砂夹石将软弱土全部换填使得地基状况较为均匀9力学特征也易于确定9环板及圆板计算中的地基反力按弹性地基考虑是易于实现且接近实际的D
(上接第438页)
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