某砌體與鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)水池設(shè)計

賈 雪 亮

(山西潤民環(huán)保工程設(shè)備有限公司，山西 太原 030000)

某煤礦生產(chǎn)線新建礦井廢水處理站尚未完工，為保證礦井廢水處理不受影響，需要臨時建造一座礦井廢水應(yīng)急處理水池。后期正式水處理站完工投入使用后，再將該臨時水池拆除。

1 工程概況

水池為敞口水池，高度(不含底板)3 m，底板頂標(biāo)高-2.600 m，池頂出地面0.4 m，平面總凈尺寸約為18 m×12 m，分為三格。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

擬采用鋼筋混凝土底板，砌體與鋼筋混凝土混合池壁的設(shè)計方案，此方案施工周期較短，后期拆除難度較小。具體設(shè)計方案為：池壁主要采用砌體，沿水池高度設(shè)兩道水平系梁，在水池長度方向間距6 m設(shè)鋼筋混凝土受力柱，池底設(shè)0.3 m厚鋼筋混凝土底板，池壁受力柱下底板局部加厚至0.7 m。荷載傳力途徑為：水池內(nèi)水及水池壁自重傳至水池底板，水池內(nèi)水壓產(chǎn)生的水平力、水池外土壓力產(chǎn)生的水平力先傳至砌體墻，之后經(jīng)由墻傳至水平系梁，再由梁傳至池壁受力柱，最后傳至基礎(chǔ)底板；水池平面布置見圖1。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計基本資料

3.1 土水信息

土天然重度18.00 kN/m3,土內(nèi)摩擦角25°，修正后的地基承載力特征值fa=120.00 kPa；水池深度范圍內(nèi)無地下水,池內(nèi)水深2.800 m, 池內(nèi)水重度10.80 kN/m3。

3.2 荷載信息

活荷載:水池外側(cè)地面堆載取10.00 kN/m2,組合值系數(shù)0.90。

恒荷載分項系數(shù):水池自重1.20,其他1.27；活荷載分項系數(shù):地下水壓1.27,其他1.27。

3.3 鋼筋混凝土、磚砌體信息

混凝土:等級C30,重度25.00 kN/m3；縱筋保護(hù)層厚度:35 mm；鋼筋級別:HRB400；磚砌體采用MU10級，砂漿為M10水泥砂漿。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

4.1 砌體池壁計算

池體內(nèi)、外壁受力分析時，對于池外壁，應(yīng)取側(cè)向土壓力和側(cè)向水壓力兩者的較大值進(jìn)行驗算；對于池內(nèi)壁，僅取側(cè)向水壓力作用值進(jìn)行驗算。對于本工程水池，經(jīng)綜合比較分析，池壁側(cè)向土壓力和側(cè)向水壓力彎矩、剪力設(shè)計值相差不大，所以取內(nèi)外壁厚度相同，按側(cè)向土壓力和側(cè)向水壓力兩者的較大值進(jìn)行驗算。

A段池壁：Mmax=3.35 kN·m時，h≥344 mm；Vmax=12.33 kN時，h≥109 mm；取壁厚為370 mm。

B段池壁：Mmax=6.66 kN·m時，h≥484 mm；Vmax=24.89 kN時，h≥220 mm，取壁厚為490 mm。

4.2 鋼筋混凝土水平系梁計算

結(jié)合所求得的池壁厚度，擬取池壁頂?shù)乃较盗簽閄L1:370×250，池壁半高處的水平系梁為XL2:490×300。根據(jù)4.2條的兩種假定及圖2數(shù)值，將砌體池壁所受的水平力導(dǎo)算至水平系梁，計算結(jié)果見表1。

表1 水平系梁荷載設(shè)計值 kN/m

水平系梁按支承于受力柱上的兩跨連續(xù)梁計算。 根據(jù)表1，池壁頂部水平系梁XL1取均布荷載設(shè)計值為6.79 kN/m，半高處系梁XL2取均布荷載設(shè)計值為28.35 kN/m；梁受力及配筋計算見圖3,圖4。

4.3 鋼筋混凝土受力柱計算

鋼筋混凝土立柱截面取500×700，立柱承擔(dān)水平系梁傳來的集中荷載，按底部固結(jié)，頂部自由的豎向懸臂構(gòu)件計算；豎向力取受力柱及柱兩側(cè)各半跨長度池壁半高以上系梁及墻自重N=106 kN。各假定情況柱根部彎矩、剪力設(shè)計值經(jīng)比較后取M=433.07 kN·m，V=261.90 kN進(jìn)行受力柱配筋設(shè)計。受力柱鋼筋計算面積如下：

1)上、下側(cè)縱筋(單側(cè)):As=1 861 mm2；

2)左、右側(cè)縱筋(單側(cè)):As=700 mm2；

3)水平、豎向箍筋(單向)：Asv/s=1 273 mm2/m，經(jīng)驗算，配筋滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.4 基礎(chǔ)計算

水池基礎(chǔ)底板按300 mm厚筏板計算，柱下筏板(2 m×2.5 m)局部加厚至700 mm。分別計算水池空池和滿水時兩種工況下水池底板基底反力及筏板配筋。經(jīng)計算，標(biāo)準(zhǔn)組合下基底最大反力59.4 kPa≤120 kPa，滿足要求。300厚筏板配筋計算面積As=754 mm2/m，局部700厚筏板配筋計算面積As=1 505 mm2/m，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

5 結(jié)論

本文通過對砌體與鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)型式的水池進(jìn)行受力分析與設(shè)計，可得到如下結(jié)論：

1)通過劃分受力區(qū)段，各計算單元的砌體墻按最不利受力工況反算截面厚度，可滿足規(guī)范要求。

2)通過合理布置水平系梁、受力柱等傳力構(gòu)件，以使池體傳力途徑明確，按最不利受力工況進(jìn)行截面核算和配筋設(shè)計，可滿足規(guī)范要求。