熱力工程中普通混凝土小室的配筋計(jì)算

郭 蒙

(太原市熱力公司，山西 太原 030012)

熱力工程中普通混凝土小室的配筋計(jì)算

郭 蒙

(太原市熱力公司，山西 太原 030012)

介紹了混凝土小室的相關(guān)概念，根據(jù)雙向板的彈性計(jì)算理論，對(duì)混凝土小室側(cè)墻、底板的彎矩進(jìn)行了計(jì)算分析，并結(jié)合具體實(shí)例作了說(shuō)明，使混凝土小室側(cè)墻、底板的配筋設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)配筋的目的。

混凝土小室，荷載，彎矩，配筋計(jì)算

0 引言

熱力管線工程中普通混凝土小室的設(shè)計(jì)非常常見。由于混凝土小室的內(nèi)力計(jì)算受覆土厚度、永久荷載、小室自重、土壓力、可變荷載、汽車荷載、消防車荷載、堆放荷載等多種因素影響，所以在混凝土小室內(nèi)力計(jì)算時(shí)，將雙向板的彈性計(jì)算理論應(yīng)用到彎矩的計(jì)算中，可以使設(shè)計(jì)更加合理，配筋更加經(jīng)濟(jì)。

1 混凝土小室相關(guān)概念

混凝土小室簡(jiǎn)單說(shuō)就是入戶前的控制閥門井，里面設(shè)置控制閥門，人可進(jìn)入到里面進(jìn)行操作。其四周側(cè)面墻體、底板和預(yù)制蓋板共同構(gòu)成了混凝土小室的封閉空間，混凝土小室側(cè)墻、底板由鋼筋混凝土澆筑而成，是混凝土小室的重要組成部分。

2 雙向板的彈性計(jì)算理論

2.1 均布荷載作用下雙向板的彈性計(jì)算理論

利用均布荷載作用下雙向板的彈性計(jì)算彎矩系數(shù)表，板中彎矩：

彎矩M=表中系數(shù)×qL2。

2.1.1 底板

1)底板上層中部彎矩：按四邊簡(jiǎn)支考慮。

Ma，Mb為板中心平行于La或Lb方向的跨中彎矩。L取矩形板的短邊長(zhǎng)度(見圖1)。

2)底板下層端部彎矩：按四邊固定考慮。

2.1.2 側(cè)墻

將側(cè)墻的水平荷載分解成均布荷載+三角形分布荷載(見圖3)。

均布荷載按三邊固結(jié)一邊自由考慮。

2.2 三角形分布荷載作用下雙向板的彈性計(jì)算理論

利用三角形分布荷載作用下雙向板的彈性計(jì)算彎矩系數(shù)表，板中彎矩：

彎矩M=表中系數(shù)×qL2。

三角形分布荷載按三邊固結(jié)一邊自由考慮。

3 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

3.1 永久荷載

1)混凝土小室自重：

GXS=γ1V1。

其中，GXS為混凝土小室自重，kN；γ1為鋼筋混凝土的重度，kN/m3；V1為固定混凝土小室的體積，m3。

2)土壓力：

GT=γ2tch。

其中，GT為土壓力，kN/m2；γ2為土的有效重度，kN/m3；tc為土荷載系數(shù)，一般取1.1；h為土厚度，m。

3.2 可變荷載

3.2.1 汽車荷載

根據(jù)我國(guó)CJJ77—98城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，地面車輛荷載的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：

對(duì)快速路、主干路——采用“城—A”級(jí)汽車荷載。

對(duì)次干路、支路——采用“城—B”級(jí)汽車荷載。

“城—A”和“城—B”級(jí)車輛荷載傳遞到不同埋地深度的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值參見《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1.2.3-6。

3.2.2 消防車荷載

根據(jù)GB50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范表5.1.1，消防車面荷載標(biāo)準(zhǔn)值一般取35kN/m2。

3.2.3 堆放荷載

地面堆放建筑材料或土料，應(yīng)按實(shí)際堆放情況，一般至少要考慮10kN/m2的均布荷載。

3.2.4 可變荷載的選取

三者取大值。

4 荷載設(shè)計(jì)值

根據(jù)GB50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范3.2.3條：

永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)符合3.2.4條規(guī)定：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35。

可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定：

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的可變荷載，應(yīng)取1.3；其他情況，應(yīng)取1.4。

5 配筋計(jì)算

根據(jù)GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

1)板的受壓區(qū)高度x：

3)判斷ξ與ξb：

ξ≤ξb，滿足要求。

4)計(jì)算所需鋼筋面積AS：

5)計(jì)算最小配筋率ρmin：

ASmin=ρminbh>AS按最小配筋率配筋，反之取AS。

6 舉例

6.1 混凝土小室尺寸

2.4.1 樣本篩選。樣本篩選要剔除掉離平均值較大的樣本點(diǎn)，研究采用標(biāo)準(zhǔn)差分析方法進(jìn)行篩選，將各個(gè)遙感、GIS因子中為樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差，為樣本的平均值，Xi為樣本的數(shù)值)的樣本數(shù)據(jù)給予剔除。最后，選取了90個(gè)滿足條件的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)參與建模，30個(gè)滿足條件的樣本點(diǎn)作為驗(yàn)證樣方。

凈長(zhǎng)L=2 500mm,凈寬B=2 000mm,凈高H=1 800mm，頂板厚TD=250mm，底板厚TB=250mm，側(cè)墻厚TC=250mm，覆土厚H0=5 000mm。

混凝土小室平面圖見圖6，立面圖見圖7。

6.2 材料

鋼筋混凝土：重度γ1=25kN/m3。

混凝土等級(jí)：C30，fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2。

鋼筋等級(jí)：HRB400，fy=360N/mm2。

6.3 荷載

汽車荷載：等級(jí)為城A,H0=5.0m>2.8m。

查《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1.2.3-6,標(biāo)準(zhǔn)值Qc=10.18kN/m2。

消防車荷載：標(biāo)準(zhǔn)值Qx=35kN/m2,取Q=max(QcQx)=Qx=35kN/m2。

6.4 荷載計(jì)算

6.4.1 標(biāo)準(zhǔn)值取值

1)混凝土小室自重GXS=γ1V1。

2)土壓力GT=γ2tch。

a.混凝土小室蓋板頂土壓力GBDT=110 kN/m2;b.混凝土小室側(cè)墻頂土壓力GCDT=115.5 kN/m2;c.混凝土小室側(cè)墻底土壓力GCBT=157.85 kN/m2。

6.4.2 設(shè)計(jì)值取值

1)側(cè)墻。

a.混凝土小室側(cè)墻上端垂直均布荷載設(shè)計(jì)值Q1CZ。

由永久荷載控制Q11CZ=190.23 kN/m2。由可變荷載控制Q12CZ=1.2×115.5+1.4×35=187.6 kN/m2。

取由永久荷載控制Q1CZ=max(Q11CZQ12CZ)=190.23 kN/m2。

b.混凝土小室側(cè)墻下端垂直均布荷載設(shè)計(jì)值Q2CZ。

由永久荷載控制:

Q21CZ=1.35×157.85+0.98×35=247.40 kN/m2。

由可變荷載控制:

Q22CZ=1.2×157.85+1.4×35=238.42 kN/m2。

取由永久荷載控制:Q2CZ=max(Q21CZQ22CZ)=247.40 kN/m2。

c.混凝土小室側(cè)墻上端水平均布荷載設(shè)計(jì)值Q1SP。

d.混凝土小室側(cè)墻下端水平均布荷載設(shè)計(jì)值Q2SP。

2)底板。

混凝土小室底板垂直均布荷載設(shè)計(jì)值Q3CZ。

由永久荷載控制:

Q31CZ=1.35×(6.25+18.18+110)+0.98×35=215.78 kN/m2。

由可變荷載控制:

Q32CZ=1.2×(6.25+18.18+110)+1.4×35=210.32 kN/m2。

取永久荷載控制:Q3CZ=max(Q31CZQ32CZ)=215.78 kN/m2。

6.5 內(nèi)力計(jì)算

6.5.1 底板

短邊計(jì)算長(zhǎng)度La=2.25 m，長(zhǎng)邊計(jì)算長(zhǎng)度Lb=2.75 m。

1)底板上層中部彎矩：按四邊簡(jiǎn)支考慮。

彎矩系數(shù)Ma=0.056，Mb=0.034 8。

2)底板下層端部彎矩：按四邊固定考慮。

底板下層短向彎矩設(shè)計(jì)值:

底板下層長(zhǎng)向彎矩設(shè)計(jì)值:

6.5.2 側(cè)墻

qJB=Q1sp=63.41 kN，l=Lb=2.75 m。

qSJ=Q2sp-Q1sp=82.47-63.41=19.06 kN/m2。

1)均布荷載按三邊固結(jié)一邊自由考慮。

側(cè)墻外側(cè)固端均布荷載作用下垂直荷載彎矩設(shè)計(jì)值：

側(cè)墻外側(cè)固端均布荷載作用下水平荷載彎矩設(shè)計(jì)值：

2)三角形荷載按三邊固結(jié)一邊自由考慮。

側(cè)墻外側(cè)固端三角形荷載作用下垂直荷載彎矩設(shè)計(jì)值：

側(cè)墻外側(cè)固端三角形荷載作用下水平荷載彎矩設(shè)計(jì)值:

側(cè)墻外側(cè)固端下部垂直彎矩設(shè)計(jì)值:

MCXC=MCJC+MCSC=30.66 kN·m。

側(cè)墻外側(cè)固端水平彎矩設(shè)計(jì)值:

MCXS=MCJS+MCSS=44.09 kN·m。

6.6 配筋計(jì)算

1)底板。h=250 mm，as=40 mm，h0=210 mm，b=1 000 mm。

a.底板上層配筋。

M=MDSD=61.17 kN·m,ξb=0.518。

。

b.底板下層固端配筋。

M=MDXD=72.21 kN·m，x=25.61 mm<ξbh0，AS=1 017.13 mm2。

2)側(cè)墻取h=250 mm，as=40 mm,h0=210 mm,b=1 000 mm。

a.側(cè)墻外側(cè)固端下部配筋。

M=MCXC=30.66 kN·m，x=10.47 mm<ξbh0，AS=415.89 mm2,AS

b.側(cè)墻外側(cè)固端水平配筋。

M=MCXS=44.10 kN·m，x=15.24 mm<ξbh0，AS=605.37 mm2。

7 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，在充分考慮覆土厚度,永久荷載,小室自重、土壓力、可變荷載,汽車荷載、消防車荷載、堆放荷載等多種影響內(nèi)力計(jì)算因素的情況下，利用雙向板彈性計(jì)算理論對(duì)混凝土小室側(cè)墻、底板的彎矩進(jìn)行計(jì)算，可以使混凝土小室側(cè)墻、底板的配筋設(shè)計(jì)更加合理，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)配筋的目的。我們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)工作中還將繼續(xù)應(yīng)用該方法。

[1] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.

[2] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3] 《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[4] 90JG結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院，1990.

The reinforcement calculation of common concrete chambers in thermal engineering

Guo Meng

(TaiyuanHeatingPowerCo.,Taiyuan030012,China)

This paper introduced the related concepts of concrete chambers, based on the elastic calculation theory of two-way slab, made calculation and analysis on concrete chambers side wall, plate bending moment, and combining with specific examples made detailed description, in order to make concrete chamber side wall, plate reinforcement design more scientific, reasonable, so as to achieve the aim of reinforcement.

concrete chambers, load, bending moment, reinforcement calculation

2015-09-13

郭 蒙(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)33-0044-03

TU755

A