整體式濾池中管廊結構剛度優化設計

李洪煊

摘 要 為了改善整體式濾池管廊結構的動力特性，采用理論分析法，借助有限元軟件，對管廊結構的動力特性進行分析、優化。分析、優化結果表明：采用增大濾池頂標高處管廊樓面縱向邊框架梁剛度及在管廊遠離濾池側縱向柱列柱腳處設剪力墻的措施是簡單有效、安全經濟的;柱腳處設剪力墻的措施較增大縱向邊框架梁剛度效果更好。這些認識可為同類整體式濾池管廊結構剛度優化設計提供參考。

關鍵詞 管廊;濾池;剛度;優化

前言

給排水工程中，濾池與管廊的布置一般有脫開式和整體式兩種。脫開式：濾池與管廊各自結構受力清晰、明了，可單獨分析、設計，再行組裝一起，其相鄰交接處設縫，縫處結構及建筑做法復雜，易滲漏水，影響使用及美觀。整體式：管廊與濾池共用一面墻體，結構布置緊湊，節省工程造價，相鄰交接處不存在滲漏水，管廊縱向兩排柱列柱腳側向約束墻體高度、厚度不一，靠濾池側柱列縱向約束強，反之，遠離濾池側柱列縱向約束弱，管廊結構縱向柱列側向約束剛度不均，第一或第二振型扭轉成分占比較大（>10%）。為了解決設縫水池滲漏水現象，濾池與管廊采用整體式布置，但必須改善管廊結構的動力特性，使其第一、二振型均為側向振動，第三振型為扭轉。本文主要研究整體式濾池中管廊結構的剛度優化設計，以期使管廊結構具有一個較好的動力特性。

1剛度優化設計

1.1 優化設計的目標

管廊結構的剛度優化設計目標為：結構第一、二振型為側向振動，總側振成分占比不小于90%，第三振型為扭轉，扭振成分占比不小于90%[1]。

1.2 優化設計的措施

典型整體式濾池與管廊的橫斷面圖如下圖1所示。由圖1可知，管廊結構A軸柱列縱向約束墻體高度及厚度均小于B軸柱列，A軸柱列縱向約束剛度弱于B軸。因此剛度優化設計調整的原則是：弱化B軸縱向剛度，強化A軸縱向剛度。弱化B軸縱向剛度的措施有：①減小墻體厚度。強化A軸縱向剛度的措施有：①加大A軸樓面層梁KL1的剛度;②增大A軸縱向柱列約束剛度，具體表現：在A軸柱列處設縱向剪力墻以約束框架柱側向位移。B軸處墻體厚度一般由其相鄰邊池壁彎矩確定，弱化的空間較小，故本文主要研究強化A軸框架柱縱向約束剛度的措施。

2算例

溧陽市區域供水治污一體化（區域治污）一期工程——社渚污水廠中濾池管廊采用整體式布置，其橫剖面圖詳見上圖1所示。

采用有限元軟件PMPM V4.3版本對優化前后的模型進行對比分析，結合建筑條件，最后確定KL1梁截面由原來的250×500mm增大至250×1000mm，A軸縱向柱列設置200×800mm的剪力墻，剪力墻局部布置詳見下圖2所示。

假設優化前設計模型簡稱為模型1;僅增大KL1框架梁剛度的模型簡稱為模型2;僅在A軸縱向柱列處設剪力墻的模型簡稱為模型3;同時增大KL1框架梁剛度及在A軸縱向柱列處設剪力墻的模型簡稱為模型4。對上述4個模型分別計算。表1為考慮樓板剛性假定條件下4個模型振型統計一覽表。

由表1可知：模型1第一振型扭轉成分占比31%，總側振成分占比69%（小于90%），模型2第二振型扭轉成分占比34%，總側振成分占比66%（小于90%），結構布置不合理。模型3第二振型總側振成分占比大于模型2，模型3動力特性好于模型2。模型4第一及第二振型總側振成分占比均大于90%，第三振型扭轉成分占比大于90%，結構動力特性較模型1～模型3大大改善。

圖3為模型4振型周期簡圖，由圖可知優化后的管廊結構第一、二振型均為側向振動，第三振型為扭轉，結構整體動力特性較好，各構件受力合理。

3結束語

（1）采用增大濾池頂標高處管廊樓面縱向邊框架梁剛度及在管廊遠離濾池側縱向柱列柱腳處設剪力墻的措施后，管廊結構第一、二振型均為側向振動，第三振型為扭轉，結構受力特性得到較大改善。

（2）在管廊遠離濾池側縱向柱列柱腳處設剪力墻較增大濾池頂標高處管廊樓面縱向邊框架梁剛度效果要好。

參考文獻

[1] GB50011-2010.建筑抗震設計規范[S].北京：中國標準出版社;2010.